離子交換劑

　　能與溶液中的離子進行等當量交換反應的物質，常指用於離子交換操作的一類不溶、不熔的細粒固體。還可用作溶液中非電解質溶質的吸附劑和某些有機化學反應的催化劑。它的幹品還用作有機液體的脫水劑。

　　製成膜狀的固體離子交換劑，稱為離子交換膜，它具有離子選擇透過性，用於膜分離操作。液體離子交換劑是一類具有離子交換功能的有機液體，作為萃取劑用於萃取操作。固態離子交換劑具有網狀空間結構的骨架，以連接可電離的交換基因。

　　交換功能　根據交換基團的性質，離子交換劑分為兩類：陽離子交換劑，交換基團是酸基，電離後形成固定的陰離子，而可遷移的陽離子能與溶液中的陽離子進行交換；陰離子交換劑，交換基團是胺基，電離或與酸作用後形成固定的陽離子，而可遷移的陰離子能與溶液中的陰離子進行交換。對離子交換劑的基本要求是：交換容量(每克幹離子交換劑能交換離子的毫克當量數)大，交換反應的選擇性高，對化學、熱、機械和輻照的穩定性好，交換速率高，溶脹性小。

　　選材　離子交換劑分為無機質和有機質兩類。無機質主要是沸石，有機質有磺化煤和離子交換樹脂。沸石有天然沸石和合成沸石。天然沸石是最早應用的無機離子交換劑，是含有水的鈉、鈣以及鋇、鍶、鉀等矽鋁酸的鹽類。色淺，具玻璃光澤，是陽離子交換劑。除天然產品外，也有人工制成的合成沸石。它的交換容量低，在酸中不穩定，不能作氫離子交換，曾用於水的軟化。由於無機離子交換劑耐高溫和輻照，研制出鋯氧、鉻氧和鈦氧等的磷酸鹽或鎢酸鹽構成的陽離子交換劑，它們的交換容量高，應用於核工業中。

　　磺化煤　是煙煤用濃硫酸磺化的產物，是陽離子交換劑，含有磺酸基、羧基和酚羥基，用於水的脫堿軟化。磺化煤價廉，但性能隨煤種而異，交換容量較低，性脆易碎，不耐磨耗。

　　離子交換樹脂　大都是苯乙烯與二乙烯苯的共聚物（見聚合物），也有的是丙烯酸系的共聚物或苯酚甲醛的縮聚物。離子交換樹脂按它的交換基團分成陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩大類：陽離子交換樹脂又分為強酸性與弱酸性，前者具有的磺酸基交換基團，適用於所有的酸性溶液，後者則是羧基、膦酸基或酚羥基，僅能用於中性至堿性溶液，但交換容量大，容易再生。陰離子交換樹脂又分為強堿性與弱堿性，前者帶有季胺基，適用於所有酸度的溶液，還能交換吸附弱酸；後者帶有叔胺基或仲胺基，僅能用於中性至酸性溶液，但交換容量大，容易再生。離子交換樹脂按物理結構又分為凝膠型和大孔型，前者是外觀透明的均相凝膠結構，離子通過基體的大分子鏈間孔隙，才能擴散到交換基團附近，隻適用於交換一般無機離子。此外，還有大孔離子交換樹脂，在它的顆粒內有毛細孔道，具有非均相凝膠結構，適用於交換分子量較大的有機離子。近年為適應生物化學工程的需要，在葡聚糖或纖維素上引入交換基團，用於提取多肽、核酸等物質。(見彩圖)

離子交換樹脂樣品