合成的沸石交換材料很快被稱為Greensand的天然材料所取代。Greensand的交換容量低于合成材料，但其更高的物理穩(wěn)定性使其更適合工業(yè)應(yīng)用。容量定義為單位量的樹脂將從溶液中除去的可交換離子的量。它通常以每立方英尺的千克粒表示為碳酸鈣。
圖1。微觀樹脂珠（20-50目）的磺化苯乙烯 - 二乙烯基苯強(qiáng)酸陽離子exhcanger的顯微鏡視圖。（由羅門哈斯公司提供。）
磺化煤陽離子交換介質(zhì)（稱為碳質(zhì)沸石）的開發(fā)將離子交換的應(yīng)用擴(kuò)展到氫循環(huán)操作，允許降低堿度和硬度。很快，開發(fā)出陰離子交換樹脂（多胺和甲醛的縮合產(chǎn)物）。新的陰離子樹脂與氫循環(huán)陽離子樹脂一起使用，試圖使水脫礦質(zhì)（從水中除去所有溶解的鹽）。然而，早期的陰離子交換劑是不穩(wěn)定的，并且不能除去諸如硅酸和碳酸之類的弱電離酸。
在20世紀(jì)40年代中期，離子交換樹脂是基于苯乙烯與二乙烯基苯交聯(lián)的共聚合而開發(fā)的。這些樹脂非常穩(wěn)定，并且具有比其前輩更大的交換容量?；诰郾揭蚁?- 二乙烯基苯的陰離子可以去除所有陰離子，包括硅酸和碳酸。這項(xiàng)創(chuàng)新使水的完全脫礦成為可能。
聚苯乙烯 - 二乙烯基苯樹脂仍用于大多數(shù)離子交換應(yīng)用中。盡管基礎(chǔ)樹脂組分相同，但樹脂已經(jīng)以多種方式進(jìn)行了改性，以滿足特定應(yīng)用的要求并提供更長的樹脂壽命。最顯著的變化之一是大網(wǎng)狀或大孔樹脂結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩狀樹脂，例如圖1中所示的那些，具有可滲透的膜結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)滿足大多數(shù)應(yīng)用的化學(xué)和物理要求。然而，在一些應(yīng)用中，樹脂結(jié)構(gòu)所需的物理強(qiáng)度和耐化學(xué)性超出了典型凝膠結(jié)構(gòu)的能力。大孔樹脂在高度交聯(lián)的聚苯乙烯 - 二乙烯基苯基質(zhì)中具有離散的孔。這些樹脂具有比凝膠更高的物理強(qiáng)度，以及對熱降解和氧化劑的更大抵抗力。大孔陰離子樹脂（圖2）由于其多孔結(jié)構(gòu)而更耐有機(jī)污染。除聚苯乙烯 - 二乙烯基苯樹脂外（圖3），有更新的丙烯酸結(jié)構(gòu)樹脂，增加了它們對有機(jī)污垢的抵抗力。
圖2為大孔強(qiáng)堿陰離子樹脂的顯微鏡觀察。（由陶氏化學(xué)公司提供。）
圖3、磺酸強(qiáng)酸陽離子樹脂（Amberlite lR-120），（XL）的化學(xué)結(jié)構(gòu)式：交X聯(lián)；（PC）：聚合物鏈；（ES）：交換網(wǎng)站；（EI）：可交換離子。
除塑料基質(zhì)外，離子交換樹脂還含有可電離的官能團(tuán)。這些官能團(tuán)由帶正電的陽離子元素和帶負(fù)電的陰離子元素組成。然而，只有一種離子物質(zhì)是可移動的。另一個離子基團(tuán)連接到珠子結(jié)構(gòu)上。圖4是強(qiáng)酸陽離子交換樹脂珠的示意圖，其具有由固定的陰離子（SO 3）基團(tuán)和可移動的鈉陽離子（Na +）組成的離子位點(diǎn)。當(dāng)原水離子擴(kuò)散到珠子結(jié)構(gòu)中并交換官能團(tuán)的可移動部分時，發(fā)生離子交換。從珠子中移出的離子擴(kuò)散回水溶液中。
圖4、水合強(qiáng)酸陽離子交換劑的示意圖。（由羅門哈斯公司提供。）
