高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-離子交換樹脂.doc

精品文檔離子交換樹脂的制備與性能測(cè)定一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.熟悉懸浮共聚合的方法及特點(diǎn)。2.通過對(duì)共聚物的磺化反應(yīng)，了解高分子反應(yīng)的一般規(guī)律。3.掌握離子交換樹脂的凈化方法和交換當(dāng)量的測(cè)定。二、實(shí)驗(yàn)背景2.1 離子交換樹脂基礎(chǔ)介紹離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱組成。孔隙結(jié)構(gòu)分凝膠型和大孔型兩種，凡具有物理孔結(jié)構(gòu)的稱大孔型樹脂，在全名稱前加“大孔”。分類屬酸性的應(yīng)在名稱前加“陽”，分類屬堿性的，在名稱前加“陰”。如：大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。離子交換樹脂還可以根據(jù)其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。樹脂中化學(xué)活性基團(tuán)的種類決定了樹脂的主要性質(zhì)和類別。首先區(qū)分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類，它們可分別與溶液中的陽離子和陰離子進(jìn)行離子交換。陽離子樹脂又分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩類，陰離子樹脂又分為強(qiáng)堿性和弱堿性兩類 (或再分出中強(qiáng)酸和中強(qiáng)堿性類)。離子交換樹脂的命名方式：離子交換產(chǎn)品的型號(hào)以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類，第二位數(shù)字代表骨架的差異，第三位數(shù)字為順序號(hào)用以區(qū)別基因、交聯(lián)劑等的差異。2.2 離子交換樹脂的種類(1) 強(qiáng)酸性陽離子樹脂這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強(qiáng)酸性。樹脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，如SO3，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽離子。這兩個(gè)反應(yīng)使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理，此時(shí)樹脂放出被吸附的陽離子，再與H+結(jié)合而恢復(fù)原來的組成。(2) 弱酸性陽離子樹脂 這類樹脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基COOH，能在水中離解出H+ 而呈酸性。樹脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能與溶液中的其他陽離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽離子交換作用。這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH514)起作用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)行再生(比強(qiáng)酸性樹脂較易再生)。(3) 強(qiáng)堿性陰離子樹脂這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基(亦稱四級(jí)胺基)NR3OH(R為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能在水中離解出OH而呈強(qiáng)堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿(如NaOH)進(jìn)行再生。(4) 弱堿性陰離子樹脂這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(亦稱一級(jí)胺基)-NH2、仲胺基(二級(jí)胺基)-NHR、或叔胺基(三級(jí)胺基)-NR2，它們?cè)谒心茈x解出OH而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH19)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。(5) 離子樹脂的轉(zhuǎn)型以上是樹脂的四種基本類型。在實(shí)際使用上，常將這些樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子型式運(yùn)行，以適應(yīng)各種需要。例如常將強(qiáng)酸性陽離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂再使用。工作時(shí)鈉型樹脂放出Na+與溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子交換吸附，除去這些離子。反應(yīng)時(shí)沒有放出H+，可避免溶液pH下降和由此產(chǎn)生的副作用(如蔗糖轉(zhuǎn)化和設(shè)備腐蝕等)。這種樹脂以鈉型運(yùn)行使用后，可用鹽水再生(不用強(qiáng)酸)。又如陰離子樹脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂茫ぷ鲿r(shí)放出Cl而吸附交換其他陰離子，它的再生只需用食鹽水溶液。氯型樹脂也可轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫?HCO3)運(yùn)行。強(qiáng)酸性樹脂及強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后，就不再具有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性，但它們?nèi)匀挥羞@些樹脂的其他典型性能，如離解性強(qiáng)和工作的pH范圍寬廣等。2.3 離子交換樹脂的應(yīng)用（1）水處理工業(yè)用水里存在兩價(jià)的鈣、鎂離子和三價(jià)的鐵離子，易使管道及鍋爐結(jié)垢。使用離子交換樹脂處理可以較完全的除去水中存在的離子，提高純水的品質(zhì)。目前離子交換樹脂的最大消耗量是用在發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)，可以大幅度提高微小晶片的收縮率。 （2）食品及制藥工業(yè)對(duì)制備和改進(jìn)產(chǎn)品的性能起著重要的作用。例如高果糖漿的制備和鏈霉素的開發(fā)成功。（3）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè) 在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行堿化、水解、酯交換、醇酚縮合、水合反應(yīng)，能保護(hù)反應(yīng)器不被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制。 （4）環(huán)境保護(hù) 主要是進(jìn)行水溶液或非水溶液中含有的有毒離子或非離子物質(zhì)進(jìn)行回收使用。 （5）濕法冶金及其他 離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀有元素和貴金屬。并廣泛應(yīng)用于痕量離子的富集和分析，以及生化物質(zhì)的分離、分析等。三、 實(shí)驗(yàn)原理在苯乙烯聚合時(shí)加入交聯(lián)劑，產(chǎn)品具有一定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高均聚物的耐溶劑性能，這種交聯(lián)聚苯乙烯是高分子催化劑的載體，稱為“白球”。它以二乙烯基苯作為交聯(lián)劑，聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)單純。將交聯(lián)聚苯乙烯通過高分子反應(yīng)接上各類反應(yīng)基團(tuán)，作為反應(yīng)催化劑，是功能高分子材料中重要的一類。聚苯乙烯作為載體，并不參與反應(yīng)，與小分子催化劑相比，具有催化效率高、不易失活、可反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，在很多反應(yīng)中受到青睞。交聯(lián)聚苯乙烯需要高分子反應(yīng)才能制備成高分子催化劑。高分子反應(yīng)是當(dāng)高分子化合物的分子中含有可反應(yīng)的基團(tuán)時(shí)，進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，得到具有新性能的另一種高分子化合物。高分子反應(yīng)在反應(yīng)形式上和低分子反應(yīng)幾乎是相同的，但高分子反應(yīng)，由于受到聚集態(tài)、鄰近基團(tuán)效應(yīng)、幾率效應(yīng)等的影響，所以反應(yīng)速率及產(chǎn)物的性狀與低分子化合物有所差別，通常很難100%完成。這樣在聚合物主鏈上就存在由原來的結(jié)構(gòu)單元和新生成的結(jié)構(gòu)單元組成的共聚物，如有副反應(yīng)發(fā)生，則副產(chǎn)物也可能進(jìn)入生成的聚合物組成。因此，生成的聚合物的性質(zhì)隨反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和副反應(yīng)等發(fā)生很大的變化。因此不能用低分子反應(yīng)產(chǎn)率的大小來衡量反應(yīng)進(jìn)行的程度，通常以基團(tuán)轉(zhuǎn)化程度來表示。本實(shí)驗(yàn)第一步是利用懸浮聚合法合成交聯(lián)的聚苯乙烯珠粒，第二步是對(duì)交聯(lián)的聚苯乙烯進(jìn)行磺化，磺化前需先對(duì)聚合物進(jìn)行溶脹，再用濃硫酸進(jìn)行磺化，產(chǎn)物是強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，用樹脂的交換當(dāng)量來表征樹脂在使用時(shí)進(jìn)行離子交換的能力。3.1 離子交換樹脂的制備苯乙烯系離子交換樹脂是苯乙烯和二乙烯苯（DVB）在水相中進(jìn)行懸浮共聚合得到共聚物珠體，然后向共聚體中引入可離子化的基團(tuán)而合成的。苯乙烯系離子交換樹脂的用量占離子交換樹脂總用量的95%以上，這是因?yàn)楸揭蚁﹩误w相對(duì)便宜并可大量得到，并且不易因氧化、水解或高溫而降解。聚苯乙烯樹脂以聚苯乙烯為骨架，與小分子的功能基以化學(xué)鍵的形式結(jié)合，因此既保留了原有低分子的各種優(yōu)良性能，又由于高分子效應(yīng)可增添新的功能，這使得離子交換樹脂的性能大幅度提高，品種成倍地增加，應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，大大促進(jìn)了化工企業(yè)、制藥工業(yè)、環(huán)保等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)、政治、軍事的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。苯乙烯和二乙烯苯兩種單體在AIBN的引發(fā)及聚乙烯醇的分散作用下，在水相中懸浮共聚合成固體小白球。白球是一種高分子聚合物，是離子交換樹脂制備中的中間體，它沒有功能基，無離子交換能力。反應(yīng)式如下： 在經(jīng)過磺化反應(yīng)，在苯環(huán)上一個(gè)磺酸基，得到磺酸基離子交換樹脂 3.2 離子交換樹脂的交換機(jī)理 機(jī)理：化學(xué)吸附離子交換的實(shí)質(zhì)是不溶性的電解質(zhì)（樹脂）與溶液中的另一種電解質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，表觀上都是樹脂中的可交換離子與溶液中的陽離子或陰離子置換。歷程：與液固反應(yīng)的歷程類似1、溶液內(nèi)離子擴(kuò)散至樹脂表面2、由表面擴(kuò)散到樹脂內(nèi)部3、離子交換4、被交換的離子從樹脂內(nèi)部擴(kuò)散至表面5、被交換的離子在擴(kuò)散至溶液中控制步驟為內(nèi)擴(kuò)散四實(shí)驗(yàn)儀器250mL三口瓶（一個(gè)）、磁子、機(jī)械攪拌器、電磁攪拌器、球形冷凝管、100mL燒杯（數(shù)個(gè)）、電子天平、50mL量筒（一個(gè)）、100mL量筒（一個(gè)）、50mL錐形瓶（一個(gè)）、100mL錐形瓶（一個(gè)）、250mL燒杯（一個(gè)）、500mL燒杯（一個(gè)）、滴管（數(shù)個(gè)）、玻璃棒、布氏漏斗（一個(gè)）、抽濾瓶（一個(gè)）、抽濾墊（一個(gè)）、培養(yǎng)皿、恒壓滴液漏斗、恒溫水浴、玻璃塞（數(shù)個(gè)）五實(shí)驗(yàn)藥品1.交聯(lián)PS的合成試劑名英文名分子式分子量密度性狀熔點(diǎn)沸點(diǎn)備注苯乙烯PhenylethyleneC8H8104.140.91無色透明油狀液體-30.6146對(duì)眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用偶氮二異丁腈AIBNC8H12N4164.211.1白色透明結(jié)晶102-104分解有毒聚乙烯醇PVA(C2H4O)n1.31-1.34白色片狀、絮狀或粉狀固體75-85（Tg）本實(shí)驗(yàn)使用配好的0.1%PVA溶液二乙烯基苯DivinylbenzeneC10H10130.180.919無色液體-66.982.142.交聯(lián)PS的磺化試劑名英文名分子式分子量密度性狀熔點(diǎn)沸點(diǎn)備注二氯乙烷DichloroerhaneC2H4Cl298.961.26無色或淺黃色液體-3583.5有毒濃硫酸Sulfuric acidH2SO498.0781.8305無色透明液體10.371337強(qiáng)腐蝕性硫酸銀Silver sulfateAgSO4311.7995.45無色或白色結(jié)晶6521085避光丙酮AcetoneCH3COCH358.080.788無色液體-94.956.53揮發(fā)性、有毒3.交換當(dāng)量的測(cè)定試劑名英文名分子式分子量密度性狀熔點(diǎn)沸點(diǎn)備注氯化鈉Sodium chlorideNaCl58.442.165白色晶體8011465實(shí)驗(yàn)中配制溶液氫氧化鈉Sodium hydroxideNaOH39.9972.130片狀或顆粒狀白色固體318.41390實(shí)驗(yàn)中配制溶液鹽酸Hydrochloric AcidHCl36.461.20無色有刺激性氣味溶液-3557濃鹽酸稀釋約三倍使用六 實(shí)驗(yàn)步驟1.交聯(lián)PS的合成（1）搭實(shí)驗(yàn)裝置：水浴鍋+三口瓶+電動(dòng)攪拌棒+溫度計(jì)+冷凝器（2）在250mL的三口瓶中加入90ml去離子水，10ml 0.5% PVA水溶液，攪拌并加熱至65，使PVA較快地溶解；（3）在燒杯中加入10g苯乙烯、 1.8 g二乙烯苯、0.15g AIBN，攪拌使其中的混合物溶解均勻；向三口瓶倒入已準(zhǔn)備好的苯乙烯二乙烯苯- AIBN混合物；（4）調(diào)節(jié)好攪拌速度，75聚合2h,再升溫至90聚合2h；（5）停止加熱，繼續(xù)攪拌，直到體系冷卻。產(chǎn)物倒入500ml燒杯，靜置分層，倒掉上層液體，除去不合格的聚合物珠子，用去離子水清洗下層珠子至澄清，抽濾，干燥。將產(chǎn)物回收，留作制備磺酸樹脂時(shí)使用。2.交聯(lián)PS的磺化（1）在裝有攪拌器、回流冷凝管和滴液漏斗的250mL三頸瓶?jī)?nèi)，加入4g所合成的共聚物珠粒及15mL二氯乙烷，慢速攪拌，升溫至60溶脹半小時(shí)；（2）升溫至70，加入0.15g硫酸銀固體，逐漸緩慢滴加濃硫酸40mL(約1小時(shí)），加完后，升溫至80，反應(yīng)2小時(shí)，磺化反應(yīng)結(jié)束；（3）用冷水浴冷卻反應(yīng)物至35以下，向其中緩慢逐滴加入100mL水，此時(shí)控制體系溫度不得超過35；（4）滴完水后，取下反應(yīng)瓶，傾去上層酸液，將磺化產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至500mL燒杯中，每次加200300mL水洗滌幾次，最后用20ml左右丙酮洗滌1-2次。抽濾，烘干。3.交換當(dāng)量的測(cè)定（1）準(zhǔn)確稱取0.5g的離子交換樹脂，放入小燒杯中，加入50mL1mol氯化鈉溶液，浸泡1小時(shí)（其間搖動(dòng)數(shù)次），樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)镹a型。（2）取20ml上層清液加入到錐形瓶中，交換下來的 以HCl的形式存在，加酚酞23滴，用0.102mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)。七實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1.交聯(lián)PS的合成（1）開始反應(yīng)后，三口瓶?jī)?nèi)液體的液面有許多泡沫，溶液顏色由透明漸漸變?yōu)槿榘咨?，反?yīng)進(jìn)行至約1h后還短暫變?yōu)樗{(lán)色，快結(jié)束時(shí)藍(lán)色又消失，此時(shí)液體表面的泡沫逐漸消失，且反應(yīng)液中也未結(jié)塊。（2）反應(yīng)液冷卻后靜置，發(fā)現(xiàn)大部分白色產(chǎn)物沉降到燒杯底部，其中有一些呈透明無色。上層有部分漂浮顆粒，將其與清液一同倒掉。得到產(chǎn)物為白色球狀顆粒，其中一些為透明色，還有小部分為白色粉末。 我的粉末狀交聯(lián)PS 郝平超同學(xué)的球型顆粒狀交聯(lián)PS2.交聯(lián)PS的磺化（1）聚合物顆粒在體系中不溶解。隨著滴加濃硫酸，可見顆粒迅速變?yōu)榧t褐色。反應(yīng)結(jié)束靜置后液體發(fā)生分層，其中上層為透明水相，下層為紅褐色產(chǎn)物，中間有較薄的一層白色物質(zhì)，與紅褐色顆粒難以分離。用丙酮洗滌后，上層為透明水相，中間為較薄一層灰色的油相，傾倒時(shí)大部分可與紅褐色顆粒分離。抽濾得到紅褐色的砂狀顆粒。（2）用去離子水洗滌后發(fā)現(xiàn)離子交換樹脂表面有一些黑色的小顆粒，以及一些白色的類似于泡沫的小顆粒，再用去離子水、丙酮洗后有明顯減少。 3.交換當(dāng)量的測(cè)定（1）經(jīng)NaCl溶液浸泡后，離子交換樹脂紅褐色顆粒的顏色慢慢變淺，1小時(shí)后已變?yōu)榈稚?。?）滴定時(shí)，加入酚酞后錐形瓶中溶液呈無色，到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)，溶液呈粉紅色，超過終點(diǎn)時(shí)，呈紫紅色，吹入二氧化碳后顏色消失。八實(shí)驗(yàn)結(jié)果離子樹脂交換當(dāng)量的滴定-變量：交聯(lián)劑的用量組員交聯(lián)劑用量/g離子樹脂質(zhì)量/g滴定NaOH用量/ml交換當(dāng)量mol/g高煬1.40.5329.420.0045152 胡浩1.80.5089.580.0048089 郝平超1.80.59.240.0047124 項(xiàng)靜遠(yuǎn)20.4939.240.0047793 戴曉彬2.20.4838.910.0047040 熊林發(fā)2.20.5019.450.0048099 崔昊2.60.528.90.0043644 離子交換樹脂再生情況組別交聯(lián)劑用量/g離子樹脂質(zhì)量/g滴定NaOH用量/ml交換當(dāng)量mol/g再生率戴曉彬2.20.4838.910.0047040 0.981842戴曉彬-再生2.20.3927.10.0046186 胡浩1.80.5089.580.0048089 0.994781胡浩-再生1.80.5089.530.0047838 九結(jié)果分析9.1交聯(lián)聚苯乙烯的合成（1）反應(yīng)過程中粒子會(huì)發(fā)生粘結(jié)，這會(huì)導(dǎo)致顆粒不透明，呈白色。如果在初步形成了球狀結(jié)構(gòu)后粘結(jié)，會(huì)導(dǎo)致顆粒較大且形狀不規(guī)則。透明顆粒才是在小油滴內(nèi)均相聚合的產(chǎn)物。三口瓶?jī)?nèi)為懸浮液，呈乳白色。當(dāng)其中的粒子粒徑在一定范圍內(nèi)時(shí)，波長較短的藍(lán)光被散射，因此在反應(yīng)中期時(shí)液體看上去帶有藍(lán)色。（2）懸浮聚合的工藝（如攪拌速率，反應(yīng)時(shí)間、溫度的控制）要求非常高，相同的配方不同的人操作出來的結(jié)果可能會(huì)有較大差異，如前面圖片所示，郝平超同學(xué)的交聯(lián)PS更多的呈圓球狀，我的更多的呈粉末狀。9.2交聯(lián)PS的磺化反應(yīng)（1）將交聯(lián)聚苯乙烯溶脹之后，碳鏈拉長，硫酸可滲透入交聯(lián)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，比較充分地反應(yīng)。溶脹后珠子有彈性，反應(yīng)產(chǎn)物呈紅褐色系磺酸根基團(tuán)所致。（2）反應(yīng)結(jié)束后發(fā)現(xiàn)離子交換樹脂中混有一些黑色和白色的顆粒，推測(cè)黑色顆粒為濃硫酸碳化產(chǎn)生的雜質(zhì)，白色為二氯乙烷溶劑的殘留。9.3交換當(dāng)量的測(cè)定（1）從理論上來分析，交換當(dāng)量與交聯(lián)度應(yīng)該是一個(gè)負(fù)相關(guān)的關(guān)系。交聯(lián)度越小，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的孔徑越大，所以溶脹情況越好，這樣一來內(nèi)部的苯環(huán)就可以更加充分地與硫酸相接觸，磺化充分，則可以交換的基團(tuán)會(huì)更多，交換當(dāng)量會(huì)更大。但從我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，雖然在各個(gè)交聯(lián)劑的用量下，交換當(dāng)量并未有較大差距（差距都在5%以內(nèi)）。但也可以看到交聯(lián)劑過少或者過多時(shí)交換當(dāng)量都較小，推測(cè)一方面可能是存在一定誤差，如相同的交聯(lián)劑的兩組同學(xué)測(cè)出的交換當(dāng)量都有一定差距，另一方面注意到在交聯(lián)劑最小的高煬同學(xué)的磺化反應(yīng)這一步時(shí)，產(chǎn)物中出現(xiàn)了過多的黑色與白色顆粒，推測(cè)發(fā)生了較多的副反應(yīng)，導(dǎo)致了第三部交換當(dāng)量測(cè)定中離子交換樹脂純度有一定影響；如果排除誤差的影響，推測(cè)可能是1.4g的交聯(lián)劑用量過低，導(dǎo)致交聯(lián)PS的交聯(lián)程度太低，影響到第二部的磺化反應(yīng)，導(dǎo)致最終的結(jié)果。如需驗(yàn)證這一推測(cè)，應(yīng)再設(shè)計(jì)幾組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以及擴(kuò)大交聯(lián)劑變化程度的實(shí)驗(yàn)。（2）離子交換樹脂的交換反應(yīng)是一個(gè)平衡反應(yīng)，由于制備時(shí)體系內(nèi)部不含可以與之交換的離子，所以初次使用時(shí)交換量是最大的。進(jìn)行再生時(shí)，是讓該交換反應(yīng)的平衡發(fā)生移動(dòng)，但是終究不能恢復(fù)到初次使用的狀態(tài)，所以再生率無法達(dá)到100%。而在不同的體系中，交換平衡也不盡相同，所以再生情況會(huì)有所不同。另外，兩個(gè)同學(xué)的再生測(cè)定方法不同，戴曉彬同學(xué)在再生的過程中離子交換樹脂有較大的損失，所以干燥后重新取樣稱重后再次滴定；而我的由于再生實(shí)驗(yàn)過程中未有明顯可見的損失，沒有重新稱重，認(rèn)為再生時(shí)樹脂的質(zhì)量依舊為0.508g；另外在這一過程中，誤差之一可能是鹽酸的殘留，但通過多次去離子水洗滌和丙酮洗滌后，測(cè)PH已接近7，可以忽略鹽酸的誤差影響。因此，總的來說，離子交換樹脂的再生能力非常好，再生后的交換能力接近再生前的100%，說明這種材料具有非常好的催化劑等方面的應(yīng)用前景。十思考題（1）從聚合反應(yīng)本身分析合成交聯(lián)的聚苯乙烯和線性聚苯乙烯的不同之處。二乙烯基苯用量多少對(duì)樹脂的質(zhì)量影響如何？答：交聯(lián)聚苯乙烯的交聯(lián)反應(yīng)是從單體苯乙烯出發(fā)，利用多官能團(tuán)度單體（二乙烯基笨）參與聚合反應(yīng)直接交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，屬于共聚合，而線性聚苯乙烯是單體苯乙烯在自由基的作用（自由基聚合）下，雙鍵打開相連，進(jìn)行均聚而得。二乙烯基苯作為交聯(lián)劑，用量會(huì)對(duì)樹脂的性能造成較大影響。交聯(lián)度越高，交換當(dāng)量越低，交換速率也越慢。（2）為什么共聚物珠粒在溶脹和磺化反應(yīng)的過程中攪拌速度要比較緩慢？答：這兩個(gè)過程需要使兩相物質(zhì)充分接觸，并不是要使其分散。快速攪拌時(shí)，攪拌槳的高強(qiáng)度剪切力會(huì)減弱聚合物珠粒與液相的接觸。而慢速攪拌的剪切力比較小，影響幾乎不計(jì)，而攪拌又會(huì)使體系充分均勻，促進(jìn)兩相的接觸。（3）在磺化反應(yīng)中加入硫酸銀的作用如何？答：作為催化劑，加速磺化反應(yīng)的進(jìn)行。（4）影響磺化反應(yīng)的因素有哪些？磺化反應(yīng)時(shí)為什么溫度不能太高？答：被磺化物質(zhì)的被親電取代能力、磺化劑的種類、濃度和用量還有反應(yīng)溫度都會(huì)影響磺化反應(yīng)。溫度過高會(huì)提高反應(yīng)速度，但是副反應(yīng)也會(huì)隨之加劇，如氧化、焦化、成砜反應(yīng)等，產(chǎn)品質(zhì)量和收率都會(huì)下降。所以一般情況下都采用較低溫度和較長時(shí)間的反應(yīng)方法。十一.工業(yè)調(diào)研一 生產(chǎn)工藝1）常規(guī)工藝離子交換樹脂的合成分為兩個(gè)過程，一是高分子聚合物骨架的制備，二是在制成的骨架上引入活性基團(tuán)。在常規(guī)的工藝中，制備高分子骨架一般采用懸浮聚合、單次交聯(lián)的方法。例如苯乙烯樹脂的合成就是使苯乙烯和交聯(lián)劑二乙烯苯在水中懸浮狀態(tài)下聚合成球狀物（白球），再通過化學(xué)反應(yīng)向骨架上引入活性基團(tuán)。若用濃硫酸處理白球則得到磺酸型陽離子樹脂，若先用氯甲醚進(jìn)行氯甲基化處理后再用胺處理則可制得堿性強(qiáng)弱不同的各種陰離子樹脂。另一類比較常用的樹脂丙烯酸系樹脂的合成是由已經(jīng)具備活性基團(tuán)的單體經(jīng)聚合一步制得。其基體由丙烯酸甲酯和交聯(lián)劑二乙烯苯共聚而成，基體再經(jīng)過特定的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殛栯x子交換樹脂或陰離子交換樹脂。但是，這種常規(guī)工藝存在一定的缺點(diǎn)。在工業(yè)懸浮聚合反應(yīng)工藝中，由于單體與水相之間存在著較大的粘度差異，且反應(yīng)器中攪拌剪切力空間分布不均勻等諸多原因，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)出的白球粒度不均勻且有相當(dāng)一部分白球粒度不符合要求。這樣會(huì)增加生產(chǎn)成本、增加能耗、浪費(fèi)資源，而且會(huì)造成較大的環(huán)境污染。2）新型工藝鑒于常規(guī)工藝存在的缺陷，離子交換樹脂領(lǐng)域的國內(nèi)外學(xué)者一直積極致力于探索新型的合成工藝。現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出的新型工藝主要有互貫聚合工藝、后交聯(lián)工藝等。互貫聚合就是指將已經(jīng)具有一定交聯(lián)度的聚合物骨架再在相同交聯(lián)度的單體中溶脹，使單體吸入聚合物中，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的互相貫穿和纏繞。研究表明，互貫型離子交換樹脂的真實(shí)交聯(lián)度低于相應(yīng)一次珠體的真實(shí)交聯(lián)度，但其表觀交聯(lián)度則明顯高于相應(yīng)的一次珠體。由于真實(shí)交聯(lián)度反映的是二乙烯苯的用量，而表觀交聯(lián)度則是以白球在甲苯中的膨脹度來推算。由此可知，在使用相同二乙烯苯的情況下，采用互貫聚合工藝可以改善樹脂性能。同時(shí)，由于第一次聚合后的網(wǎng)格空間被第二次共聚物的網(wǎng)絡(luò)占據(jù)，因此其密度增大、剛性增強(qiáng)、珠體合格率提高、工作交換容量也大大高于具有相同交聯(lián)度的常規(guī)樹脂。另外，還有研究表明，通過改變兩網(wǎng)質(zhì)量比、第二網(wǎng)交聯(lián)度，可以獲得機(jī)械強(qiáng)度高、選擇吸著性好和內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)大的離子交換樹脂。利用互貫聚合的方法，可以生產(chǎn)出多種具有不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特殊的離子交換樹脂，例如兩性樹脂、聚丙烯腈/聚氯乙烯互貫樹脂等。后交聯(lián)法又稱附加交聯(lián)法，是用聚苯乙烯溶液或溶脹態(tài)低交聯(lián)聚苯乙烯與交聯(lián)劑氯甲醚等發(fā)生付氏反應(yīng)。引入的氯甲基在較高溫度下，可與鄰近的苯環(huán)進(jìn)一步發(fā)生付氏反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)高分子鏈上苯環(huán)的交聯(lián)。丹東化工三廠的孟繁生等采用附加交聯(lián)法合成了強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，并與普通2017樹脂進(jìn)行比較，證明了該種樹脂具有結(jié)構(gòu)均勻、轉(zhuǎn)型膨脹率低、強(qiáng)度好、交換容量高等顯著特點(diǎn)。此外，后交聯(lián)法還可以應(yīng)用于高吸水性樹脂的制備。（2）發(fā)展方向和前景離子交換樹脂作為一種具備選擇吸附和交換功能的特殊的高分子化合物，已經(jīng)在工業(yè)農(nóng)業(yè)加工制造業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用?？梢灶A(yù)見，隨著各行業(yè)不斷發(fā)展和科技水平的不斷進(jìn)步，離子交換樹脂將在未來發(fā)揮更加重要的作用。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來的發(fā)展方向?qū)τ谖覈x子交換樹脂生產(chǎn)者和消費(fèi)者來說有著重要意義。1）合成工藝先進(jìn)化目前我國離子交換樹脂的常規(guī)合成工藝水平與國外相當(dāng)，但在新型合成工藝方面與國外相比仍存在一定差距。例如，為了彌補(bǔ)懸浮聚合的不足，國外采用了先進(jìn)的全自動(dòng)噴射法合成技術(shù)。采用這種技術(shù)的白球得率高且粒度均勻。但是這種方法在國內(nèi)還未實(shí)施，也未見有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。我國離子交換樹脂要想切實(shí)改善產(chǎn)品性能提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步增強(qiáng)國際競(jìng)爭(zhēng)力，研究和推廣先進(jìn)的合成工藝是不可或缺的前提條件。2）性能質(zhì)量規(guī)范化在離子交換樹脂領(lǐng)域，我國現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)、化工標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)層次的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其內(nèi)容涉及離子交換樹脂的分類、命名、各性能指標(biāo)測(cè)定方法、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)等。隨著新型樹脂的出現(xiàn)及生產(chǎn)實(shí)際對(duì)于離子交換樹脂要求的提高，各標(biāo)準(zhǔn)也將逐步完善，某些特殊離子交換樹脂（如核級(jí)離子交換樹脂、食品級(jí)離子交換樹脂等）的驗(yàn)收、性能測(cè)定及報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)等有待逐一制定?？傮w來說，我國離子交換樹脂的生產(chǎn)、使用將趨于標(biāo)準(zhǔn)化，其性能、質(zhì)量也將趨于規(guī)范化。3）應(yīng)用技術(shù)自動(dòng)化設(shè)備控制自動(dòng)化是當(dāng)今各行業(yè)的發(fā)展方向，離子交換樹脂的應(yīng)用也不例外。這里的自動(dòng)化包括兩個(gè)方面，即樹脂生產(chǎn)的自動(dòng)化和樹脂應(yīng)用技術(shù)的自動(dòng)化。采用可編程的控制技術(shù)，加強(qiáng)樹脂生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)與設(shè)備自動(dòng)化的相互整合，提高離子交換樹脂生產(chǎn)應(yīng)用的自動(dòng)化控制程度將在很大程度上拓寬我國離子交換樹脂的應(yīng)用范圍，提高離子交換樹脂使用的效率。國內(nèi)在樹脂生產(chǎn)的自動(dòng)化控制方面已經(jīng)有了一定的研究成果，例如，姚漢龍利用DCS系統(tǒng)和適當(dāng)?shù)拈y門儀表等對(duì)環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。4）離子交換樹脂市場(chǎng)前景離子交換樹脂市場(chǎng)規(guī)模越來越大。離子交換樹脂除了繼續(xù)在常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域（如工業(yè)水處理、飲用水凈化和食品工業(yè)等）繼續(xù)發(fā)揮重要作用外，也開始向高端科技領(lǐng)域滲透和發(fā)展。例如，在“神州五號(hào)”、“神舟六號(hào)”載人宇宙飛船和“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星工程中，哈爾濱晶體管廠負(fù)責(zé)提供軍用電子元器件，而浙江爭(zhēng)光實(shí)業(yè)股份有限公司提供的ZGER樹脂則為哈爾濱晶體管廠制得了高純度的電子級(jí)生產(chǎn)用水。目前國內(nèi)樹脂總產(chǎn)能已能夠滿足國內(nèi)市場(chǎng)，而在未來需要更多的國內(nèi)廠家積極開拓并占領(lǐng)國際市場(chǎng)。與此同時(shí)，來自國外樹脂生產(chǎn)商的壓力將迫使國內(nèi)廠家提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，這種良性競(jìng)爭(zhēng)將給離子交換樹脂市場(chǎng)注入新的活力和生機(jī)。因此，可以預(yù)見離子交換樹脂的市場(chǎng)前景將會(huì)很廣闊，未來的35年將是世界（包括中國）離子交換樹脂行業(yè)又一個(gè)巨變的時(shí)期。參考文獻(xiàn)1復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系高分子科學(xué)研究所.高分子實(shí)驗(yàn)技術(shù)M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1996.254-2572杜奕.高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，2008.68-723黃艷.國內(nèi)離子交換樹脂生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀與前景.J.凈水技術(shù)，2010，29（5）：11-16，294李愛民.離子交換樹脂的清潔生產(chǎn)工藝.J.化工環(huán)保，1997，17：226-2305呂儀軍.離子交換樹脂應(yīng)用進(jìn)展.J.四川化工與腐蝕控制，1999，2（6）：36-386馬建標(biāo).離子交換樹脂在分析化學(xué)中的應(yīng)用.J.分析測(cè)試學(xué)報(bào)，1993，12（1）：79-86高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)分析表Risk Analysis for Polymer Chemistry Experiments（請(qǐng)分析你的實(shí)驗(yàn)所涉及的危險(xiǎn)源，以及其相應(yīng)的防范措施）實(shí)驗(yàn)過程 （簡(jiǎn)要描述并附流程圖）:交聯(lián)聚苯乙烯的合成、磺化實(shí)驗(yàn)周期 (幾小時(shí), 幾天, 幾周, 幾個(gè)月, 僅一次): 5小時(shí)左右實(shí)驗(yàn)過程的風(fēng)險(xiǎn)分析: 簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)步驟危險(xiǎn)源?；?、有害微生物、壓力容器、高低溫設(shè)備、高轉(zhuǎn)速設(shè)備、輻射、機(jī)械設(shè)備等風(fēng)險(xiǎn)分析化學(xué)品或微生物危險(xiǎn)性，設(shè)備在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題防護(hù)措施化學(xué)品或有害微生物泄漏處理向裝有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝管的250ml三頸瓶中加入90ml去離子水和10ml0.5%的聚乙烯醇水溶液。在燒杯中將0.15gAIBN溶于10g苯乙烯和2g二乙烯基苯