聚苯乙烯型離子交換樹脂研究

1、 聚苯乙烯型離子聚苯乙烯型離子交換樹脂的研究進(jìn)展交換樹脂的研究進(jìn)展制作人：陶鵬制作人：陶鵬學(xué)學(xué)號(hào)：號(hào)：B10011017時(shí)時(shí)間間：2013/06/01聚苯乙烯樹聚苯乙烯樹定義與研究意義定義與研究意義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。因此，在高分子材料達(dá)到分子設(shè)計(jì)水平的今天，了解離子交換樹脂的合成原理，研究離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)和性能很有

2、意義。1聚苯乙烯型離子交換樹脂的制備方法1.1共聚球粒的合成共聚球粒的合成將苯乙烯，二乙烯苯進(jìn)行懸浮共聚，加入分散穩(wěn)定劑，在攪將苯乙烯，二乙烯苯進(jìn)行懸浮共聚，加入分散穩(wěn)定劑，在攪拌的條件下可以得到粒度合適，大小均勻的球狀共聚體（拌的條件下可以得到粒度合適，大小均勻的球狀共聚體（PS）。）。穩(wěn)定劑的性質(zhì)、攪拌條件、溫度等因素對(duì)懸浮聚合的影響很大。穩(wěn)定劑的性質(zhì)、攪拌條件、溫度等因素對(duì)懸浮聚合的影響很大。用難溶性無機(jī)物微粉末作懸浮穩(wěn)定劑時(shí)，得到的聚合球粒大小用難溶性無機(jī)物微粉末作懸浮穩(wěn)定劑時(shí)，得到的聚合球粒大小比較均勻，并且在微粉末穩(wěn)定劑用量相同時(shí)，粉末越細(xì)，得到比較均勻，并且在微粉末穩(wěn)定劑用量相同

3、時(shí)，粉末越細(xì)，得到的球粒越小。的球粒越小。在苯乙烯，二乙烯苯懸浮共聚時(shí)加入沉淀劑、良在苯乙烯，二乙烯苯懸浮共聚時(shí)加入沉淀劑、良溶劑或線型高聚物等做致孔劑，聚合結(jié)束后將致孔劑提取出來，溶劑或線型高聚物等做致孔劑，聚合結(jié)束后將致孔劑提取出來，得到多孔性的共聚物（得到多孔性的共聚物（Pst型，稱為大孔樹脂）。把這種共聚型，稱為大孔樹脂）。把這種共聚物進(jìn)一步制成離子交換樹脂，發(fā)現(xiàn)其離子交換速度加快，機(jī)械強(qiáng)物進(jìn)一步制成離子交換樹脂，發(fā)現(xiàn)其離子交換速度加快，機(jī)械強(qiáng)度增大，穩(wěn)定性增強(qiáng)。由于這類樹脂其具有與活性炭類似的吸附度增大，穩(wěn)定性增強(qiáng)。由于這類樹脂其具有與活性炭類似的吸附能力，可以回收吸附質(zhì)，所以被廣泛

4、用于有機(jī)物的分離純能力，可以回收吸附質(zhì)，所以被廣泛用于有機(jī)物的分離純化、工化、工業(yè)有機(jī)廢水的處理、生化產(chǎn)品等。值得注意的是，在合成大孔共業(yè)有機(jī)廢水的處理、生化產(chǎn)品等。值得注意的是，在合成大孔共聚物時(shí)，為保證孔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，交聯(lián)劑用量比合成凝膠型時(shí)要多。聚物時(shí)，為保證孔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，交聯(lián)劑用量比合成凝膠型時(shí)要多。1.21.2功能基團(tuán)的引入功能基團(tuán)的引入通常是采用產(chǎn)率較高、效果較好的有機(jī)化學(xué)功能基反通常是采用產(chǎn)率較高、效果較好的有機(jī)化學(xué)功能基反應(yīng)，如磺化反應(yīng)、氯甲基化反應(yīng)等。但是高分子由于應(yīng)，如磺化反應(yīng)、氯甲基化反應(yīng)等。但是高分子由于空間位阻效應(yīng)，在反應(yīng)速度及產(chǎn)率上不如低分子，因空間位阻效應(yīng)，在反應(yīng)速

5、度及產(chǎn)率上不如低分子，因此選用良溶劑、強(qiáng)化反應(yīng)條件、接入高性能基團(tuán)一直此選用良溶劑、強(qiáng)化反應(yīng)條件、接入高性能基團(tuán)一直是研究的熱點(diǎn)。是研究的熱點(diǎn)。1.2.1氯甲基化反應(yīng) 采用膠束催化的方法，高效率地實(shí)現(xiàn)了PS的氯甲基化：將PS溶于四氯化碳中，此油相增溶于離子表面活性劑的膠束中，與水介質(zhì)中的甲醛及鹽酸較快速進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了PS氯甲基化反應(yīng)。2聚苯乙烯型離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)和性能2.1機(jī)械強(qiáng)度離子交換樹脂的機(jī)械強(qiáng)度是衡量離子交換樹脂質(zhì)量的最重要離子交換樹脂的機(jī)械強(qiáng)度是衡量離子交換樹脂質(zhì)量的最重要的性能指標(biāo)。隨著樹脂技術(shù)應(yīng)用的推廣，要求有高強(qiáng)度的樹的性能指標(biāo)。隨著樹脂技術(shù)應(yīng)用的推廣，要求有高強(qiáng)度的樹脂可

6、以用于條件較為苛刻的環(huán)境中，如高流速裝置、流動(dòng)床、脂可以用于條件較為苛刻的環(huán)境中，如高流速裝置、流動(dòng)床、移動(dòng)床等等。樹脂的機(jī)械強(qiáng)度與交聯(lián)密切相關(guān)，交聯(lián)結(jié)構(gòu)越均移動(dòng)床等等。樹脂的機(jī)械強(qiáng)度與交聯(lián)密切相關(guān)，交聯(lián)結(jié)構(gòu)越均勻，所制得的樹脂越穩(wěn)定。勻，所制得的樹脂越穩(wěn)定。造成離子交換樹脂結(jié)構(gòu)均勻性差的原因是多方面的。對(duì)造成離子交換樹脂結(jié)構(gòu)均勻性差的原因是多方面的。對(duì)PSt-DVB的的共聚反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，存在于工業(yè)共聚反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，存在于工業(yè)DVB中的中的各種異構(gòu)體之間的聚合反應(yīng)活性差異是造成共聚物珠粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)不各種異構(gòu)體之間的聚合反應(yīng)活性差異是造成共聚物珠粒內(nèi)部結(jié)

7、構(gòu)不均勻，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和受力不均的主要原因。一般情況下，大孔均勻，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和受力不均的主要原因。一般情況下，大孔樹脂比同類凝膠樹脂的機(jī)械強(qiáng)度要高，大孔樹脂是由許多凝膠微粒樹脂比同類凝膠樹脂的機(jī)械強(qiáng)度要高，大孔樹脂是由許多凝膠微粒集合而成的聚集體，整體結(jié)構(gòu)比較均勻，同時(shí)內(nèi)部的孔隙為凝膠微集合而成的聚集體，整體結(jié)構(gòu)比較均勻，同時(shí)內(nèi)部的孔隙為凝膠微粒的自由膨脹收縮創(chuàng)造了一個(gè)極好的環(huán)境，因此球體的內(nèi)應(yīng)力小，粒的自由膨脹收縮創(chuàng)造了一個(gè)極好的環(huán)境，因此球體的內(nèi)應(yīng)力小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高。從引發(fā)劑種類、鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)、輔助交聯(lián)劑和聚合反應(yīng)氣氛等四從引發(fā)劑種類、鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)、輔助交聯(lián)

8、劑和聚合反應(yīng)氣氛等四個(gè)方面研究其對(duì)個(gè)方面研究其對(duì)PSt-DVB共聚反應(yīng)、共聚物珠粒的結(jié)構(gòu)均勻性以及共聚反應(yīng)、共聚物珠粒的結(jié)構(gòu)均勻性以及樹脂強(qiáng)度的影響。樹脂強(qiáng)度的影響。探討了樹脂強(qiáng)度的諸多影響因素，并著重對(duì)胺基探討了樹脂強(qiáng)度的諸多影響因素，并著重對(duì)胺基交聯(lián)形成的強(qiáng)堿季銨基團(tuán)進(jìn)行了研究，提出了用磷酸交聯(lián)形成的強(qiáng)堿季銨基團(tuán)進(jìn)行了研究，提出了用磷酸-滲磨圓球率法滲磨圓球率法測(cè)定強(qiáng)度，其強(qiáng)度數(shù)據(jù)更為可靠測(cè)定強(qiáng)度，其強(qiáng)度數(shù)據(jù)更為可靠。2.2耐熱性耐熱性離子交換樹脂的耐熱性與它的結(jié)構(gòu)有關(guān)，普通凝膠型強(qiáng)酸離子交換樹脂的耐熱性與它的結(jié)構(gòu)有關(guān)，普通凝膠型強(qiáng)酸性樹脂的比大孔型的耐熱性差。交聯(lián)度高的樹脂比交聯(lián)度低性樹

9、脂的比大孔型的耐熱性差。交聯(lián)度高的樹脂比交聯(lián)度低的樹脂耐熱性差，這是因?yàn)榻宦?lián)度越低，大分子鏈活動(dòng)性大，的樹脂耐熱性差，這是因?yàn)榻宦?lián)度越低，大分子鏈活動(dòng)性大，能吸附更多的熱量。對(duì)磺酸基脫落機(jī)理的研究結(jié)果表明，影響能吸附更多的熱量。對(duì)磺酸基脫落機(jī)理的研究結(jié)果表明，影響PSPS等陽離子交換樹脂熱穩(wěn)定性的主要因素是磺酸基團(tuán)和芳環(huán)之等陽離子交換樹脂熱穩(wěn)定性的主要因素是磺酸基團(tuán)和芳環(huán)之間鍵的斷裂，要提高樹脂的熱穩(wěn)定性，首先要考慮提高此鍵的間鍵的斷裂，要提高樹脂的熱穩(wěn)定性，首先要考慮提高此鍵的熱穩(wěn)定性。在提高樹脂的耐溫性能方面進(jìn)行的研究上，主要是熱穩(wěn)定性。在提高樹脂的耐溫性能方面進(jìn)行的研究上，主要是通過在苯

10、環(huán)上引入一些吸電子的基團(tuán)通過在苯環(huán)上引入一些吸電子的基團(tuán)21-2221-22，如鹵素、硝基、，如鹵素、硝基、乙?；?，這樣苯環(huán)上磺酸基就不易脫落，苯環(huán)上基團(tuán)的吸電乙酰基等，這樣苯環(huán)上磺酸基就不易脫落，苯環(huán)上基團(tuán)的吸電子性作用越強(qiáng)，磺酸基越不易脫落。子性作用越強(qiáng)，磺酸基越不易脫落。 用鄰氯苯乙烯、間氯苯乙烯、對(duì)氯苯乙烯與二乙烯基苯合用鄰氯苯乙烯、間氯苯乙烯、對(duì)氯苯乙烯與二乙烯基苯合成三種氯代苯乙烯強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，考察了它們的熱穩(wěn)成三種氯代苯乙烯強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，考察了它們的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，三種氯代苯乙烯樹脂的熱穩(wěn)定性次序?yàn)椋亨徛榷ㄐ浴＝Y(jié)果表明，三種氯代苯乙烯樹脂的熱穩(wěn)定性次序?yàn)椋亨?/p>

11、氯苯乙烯樹脂對(duì)氯苯乙烯樹脂間氯苯乙烯樹脂。他們認(rèn)為，處苯乙烯樹脂對(duì)氯苯乙烯樹脂間氯苯乙烯樹脂。他們認(rèn)為，處于一定位置的氯原子和聚苯乙烯基主鏈的定位效應(yīng)與主鏈的空間于一定位置的氯原子和聚苯乙烯基主鏈的定位效應(yīng)與主鏈的空間位阻協(xié)同作用，導(dǎo)致了磺化后磺酸基的不同取代定位，造成穩(wěn)定位阻協(xié)同作用，導(dǎo)致了磺化后磺酸基的不同取代定位，造成穩(wěn)定性的差異。鄰氯苯乙烯樹脂結(jié)構(gòu)中的磺酸基在吸電子基團(tuán)氯的對(duì)性的差異。鄰氯苯乙烯樹脂結(jié)構(gòu)中的磺酸基在吸電子基團(tuán)氯的對(duì)位、供電子聚苯乙烯基主鏈的間位，使得鄰氯苯乙烯樹脂熱穩(wěn)定位、供電子聚苯乙烯基主鏈的間位，使得鄰氯苯乙烯樹脂熱穩(wěn)定性得到了明顯提高。性得到了明顯提高。3離子交換

12、樹脂的應(yīng)用3.1水處理水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求很大約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。3.23.2食品工業(yè)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)裝置上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)的消耗量僅次于水處理。3.33.3制藥行業(yè)制藥行業(yè)制藥工業(yè)離子交換樹脂的對(duì)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)成功即是突出的例子。今年還在中藥

13、提成等方面有所研究。3.43.4合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè) 在有機(jī)合成中常用酸和堿催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯在有機(jī)合成中常用酸和堿催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機(jī)酸、堿，交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)。且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)使用。同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)。且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)使用。產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制等。甲級(jí)叔丁基醚的制備，就是用大孔型離子容易控制等。甲級(jí)叔丁基醚的制備，就是用大孔型離子交換樹脂做催化劑，由異丁烯與甲醇反應(yīng)而成，

14、代替了交換樹脂做催化劑，由異丁烯與甲醇反應(yīng)而成，代替了原有的可對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的四乙基鉛。原有的可對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的四乙基鉛。3.53.5環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù) 離子交換樹脂已應(yīng)用在許多費(fèi)城受關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問題上。目前，許多水溶液貨非水溶液中含有有毒離子或者非離子物質(zhì)，這些可用樹脂進(jìn)行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)等。3.6濕法冶金及其他 離子交換樹脂可=可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。4 4聚苯乙烯型離子交換樹脂的發(fā)展展望聚苯乙烯型離子交換樹脂的發(fā)展展望聚苯乙烯型離子交換樹脂自問世以來，就由于它穩(wěn)定聚苯乙烯型離子交換樹脂自問世以來，就由于它穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)、吸附選擇獨(dú)特、再生容易、操作簡便、的物理化學(xué)性質(zhì)、吸附選擇獨(dú)特、再生容易、操作簡便、使用周期長等而一直得到人們的關(guān)注。隨著離子交換樹使用周期長等而一直得到人們的關(guān)注。隨著離子交換樹脂應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，