功能高分子材料-離子交換樹脂ppt課件

1、功能高分子資料 離子交換樹脂離子交換樹脂的種類離子交換樹脂的制備離子交換樹脂的根本實(shí)際離子交換樹脂的運(yùn)用功能高分子資料 功能高分子系指帶有特殊功能基團(tuán)的高分子資料，按照 21 世紀(jì)科技開展的情勢(shì)和高分子科學(xué)所面臨的義務(wù)來(lái)概括，功能高分子可定義為：對(duì)物質(zhì)、能量和信息具有傳送、轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存功能的特殊高分子資料。 按照資料的功能或用途所屬的學(xué)科領(lǐng)域，可以將功能高分子資料分為化學(xué)、物理和生命功能高分子資料三大類。 化學(xué)功能高分子的根本特征是具有某種特殊化學(xué)功能和用途。這是一類最經(jīng)典、用途最廣的功能高分子資料。 物理功能高分子包括光活性高分子和導(dǎo)電高分子等。 生物功能高分子有高分子藥物和醫(yī)用高分子資料等。

2、離子交換樹脂 離子交換樹脂是一類帶有三維網(wǎng)狀構(gòu)造的、以高分子為基體、不溶于水和有機(jī)溶劑，具有可進(jìn)展離子交換的官能團(tuán)的物質(zhì)。 離子交換樹脂由三部分組成，即不溶性的三維空間物質(zhì)骨架、銜接在骨架上的功能基團(tuán)、功能基團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。 在離子交換樹脂中，功能基在具有三維空間立體構(gòu)造的網(wǎng)格骨架上不能挪動(dòng)，但功能基所帶的可以離解的離子卻可以自在挪動(dòng)，在運(yùn)用或再生時(shí)，不同外界條件下，與基團(tuán)同電荷的其他離子相互交換，所以稱為可交換離子。利用這種性質(zhì)可以進(jìn)展?jié)饪s、分別和純化任務(wù)。1.離子交換樹脂的根本類型 1強(qiáng)酸型陽(yáng)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

3、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(yáng)離子。這兩個(gè)反響使樹脂中的H+與溶 液中的陽(yáng)離子相互交換。強(qiáng)酸性樹脂的離解才干很強(qiáng)， 在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。 離子在運(yùn)用一段時(shí)間后，要進(jìn)展再生處置，即用 化學(xué)藥品使離子交換反響以相反的方向進(jìn)展，使樹脂 的官能基團(tuán)回復(fù)原來(lái)的形狀，以供再次運(yùn)用。 2弱酸型陽(yáng)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RCOOR為碳?xì)浠鶊F(tuán)，能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)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)展離子交

4、換,只能在堿性,中性或微酸性溶液中(如pH=5-14)起作用.這類樹脂也是用酸進(jìn)展再生(比強(qiáng)酸性樹脂較易再生)。 3強(qiáng)堿型陰離子樹脂 這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基NR3OH,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下都能正常任務(wù)。它用強(qiáng)堿如NaOH進(jìn)展再生。 4弱堿型陰離子樹脂 這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基NH2,仲胺基NHR或叔胺基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

5、吸附。它只能在中性或酸性條件如Ph=1-9)下任務(wù)它可用Na2CO3,NH4OH進(jìn)展再生。2.離子交換樹脂的制備1強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂 苯乙烯體系的陽(yáng)離子交換樹脂的制備是用苯乙烯和二乙烯基苯DVB懸浮于水中，攪拌聚合得到球狀共聚物，然后用硫酸-氯磺酸等磺化劑進(jìn)展磺化而制得；2弱酸型陽(yáng)離子交換樹脂 具有COOH基的弱酸性離子交換樹脂幾乎都是水解丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯與DVB的共聚物得到的；3強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂 利用苯乙烯與而乙烯基苯共聚物小球引入強(qiáng)堿性有機(jī)胺基團(tuán)即可制得；4弱堿型陰離子交換樹脂 如上述強(qiáng)堿型離子交換樹脂的合成方法，引入一些弱堿性基團(tuán)即可制得弱堿型陰離子交換樹脂。3.離子交換樹脂

6、的根本實(shí)際 離子交換的根本實(shí)際主要包括：a.離子交換反響在 一 定條件下的反響方向和反響限制，即離子交換熱力學(xué)；b.離子交換反響的歷程和到達(dá)平衡的時(shí)間，即離子交換動(dòng)力學(xué)。1離子交換平衡 離子交換反響是可逆反響，其反響是在固態(tài)的樹脂和水溶液接觸的界面間發(fā)生的。陽(yáng)離子交換反響可表述為 其反響平衡關(guān)系式為 式中 和 溶液中離子和的活度； 和 樹脂中離子和的活度； 選擇性系數(shù)，其值越大，離子交換樹脂對(duì)A離子的交換才干就越大，就越易吸附A離子。nnnASORnBBSORnA)()(33nRBAARnBABaaagaKn)()()(AaBaRAaRBaABK影響選擇性的要素 a.離子價(jià)數(shù) 離子價(jià)數(shù)越高，其

7、與樹脂功能基的靜電吸引力越大，親和力越大，如Ca2+、Mg2+易與樹脂上Na+、H+的交換。 b.離子半徑 在水中離子會(huì)水化而使樹脂膨脹，對(duì)同價(jià)離子，當(dāng)原子序數(shù)添加，其水合離子的半徑減小，其選擇性增大，如Ca2+的選擇性大于Mg2+。 c.樹脂交聯(lián)度 交聯(lián)度越高，對(duì)樹脂的選擇性影響越大。這是由于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的篩網(wǎng)作用呵斥。(2)離子交換動(dòng)力學(xué) 離子交換的效果取決于離子交換速度，而離子交換速度主要受離子從溶液進(jìn)入到樹脂外表和樹脂內(nèi)部的分散過(guò)程的影響。以Na型樹脂與溶液中Ca2+進(jìn)展交換反響為例，實(shí)踐離子交換過(guò)程是由如下的相對(duì)速率組成： Ca2+從溶液經(jīng)過(guò)液膜分散到樹脂外表膜分散 Ca2+從樹脂外

8、表向孔內(nèi)分散粒內(nèi)分散 Na+從孔內(nèi)分散到樹脂外表 Na+經(jīng)過(guò)液膜分散到溶液中。 膜分散和粒內(nèi)分散速度是影響離子交換速度的主要要素。而影響膜分散粒內(nèi)分散的主要要素有：a.溶液流速，增大攪拌速度或柱流速，可添加膜分散速度；b.樹脂顆粒大小，減小樹脂的粒度，可同時(shí)提高膜分散和粒內(nèi)分散速度；c.溶液濃度，溶液濃度較低時(shí)，膜分散是影響交換速度的主要要素，溶液濃度較高時(shí)，粒內(nèi)分散那么成為影響交換速度的主要要素；d.樹脂交聯(lián)度。 在水的離子軟化和水的強(qiáng)酸強(qiáng)堿脫鹽過(guò)程中，交換過(guò)程為液膜所控制，再生那么多屬受粒內(nèi)分散控制，弱酸弱堿的離子交換過(guò)程普通也受粒內(nèi)分散控制。4.離子交換樹脂的運(yùn)用1水處置 水處置領(lǐng)域離子

9、交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽(yáng)離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大耗費(fèi)量是用在火力發(fā)電廠的純水處置上，其次是原子能，半導(dǎo)體，電子工業(yè)等。2食品工業(yè) 離子交換樹脂可用于制糖，味精，酒的精制，生物制品等工業(yè)安裝上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反響，產(chǎn)生葡萄糖和果糖，而后經(jīng)離子交換處置，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的耗費(fèi)量?jī)H次于水處置。3制藥行業(yè) 制藥工業(yè)離子交換樹脂對(duì)開展新一代的抗菌素及對(duì)原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)勝利即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研討。4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)展酯化，水解，酯交換，水合等反響。用離子交換樹脂替代無(wú)機(jī)酸，堿，同樣可進(jìn)展上述反響，且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)運(yùn)用，產(chǎn)品容易分別，反響器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反響容易控制等。 甲基叔丁基醚MTBE)的制備，就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑，有異丁烯與甲醇反響而成，替代了原有的可對(duì)環(huán)境呵斥嚴(yán)重污染的