離子交換樹脂和吸附樹脂PPT課件

1、吸附分離功能高分子主要包括離子交換樹脂和吸附樹脂。從廣義上講，吸附分離功能高分子還應(yīng)該包括高分子分離膜材料。離子交換樹脂是指具有離子交換基團(tuán)的高分子化合物。它具有一般聚合物所沒有的新功能-離子交換功能，本質(zhì)上屬于反應(yīng)性聚合物。吸附樹脂是指具有特殊吸附功能的一類樹脂。1. 1. 基本概念基本概念第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第1頁/共81頁2. 離子交換和吸附樹脂發(fā)展簡(jiǎn)史離子交換和吸附樹脂發(fā)展簡(jiǎn)史1935年英國(guó)的Adams和Holmes發(fā)表了關(guān)于酚醛樹脂和苯胺甲醛樹脂的離子交換性能的報(bào)告，開創(chuàng)了離子交換樹脂領(lǐng)域。1944年 DAlelio 合成了具有優(yōu)良物理和化學(xué)性能

2、的磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物離子交換樹脂及交聯(lián)聚丙烯酸樹脂，奠定了現(xiàn)代離子交換樹脂的基礎(chǔ)。此后，Dow化學(xué)公司 Bauman 等人開發(fā)了苯乙烯系磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；Rohm & Hass公司進(jìn)一步研制強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂和弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂。(1) 離子交換樹脂的發(fā)展離子交換樹脂的發(fā)展第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第2頁/共81頁20世紀(jì)50年代末合成出大孔型離子交換樹脂。與凝膠型離子交換樹脂相比，大孔型離子交換樹脂具有機(jī)械強(qiáng)度高、交換速度快和抗有機(jī)污染的優(yōu)點(diǎn)，因此很快得到廣泛的應(yīng)用。60年代后期，離交換樹脂除了在品種和性

3、能等方面得到發(fā)展，更突出的是應(yīng)用得到迅速的發(fā)展。除了傳統(tǒng)的水的脫鹽、軟化外，在分離、純化、脫色、催化等方面得到廣泛的應(yīng)用。例如，離子交換樹脂在水處理以外的應(yīng)用由80年代以前占離子交換樹脂總用量的不足10增加到目前的30左右。第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第3頁/共81頁吸附樹脂出現(xiàn)于上一世紀(jì)60年代，是在離子交換樹脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類新型樹脂。在吸附樹脂出現(xiàn)之前，用于吸附目的的吸附劑已廣泛使用，例如活性氧化鋁、硅藻土、白土和硅膠等。我國(guó)于1980年以后才開始有工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。目前吸附樹脂的應(yīng)用已遍及許多領(lǐng)域，形成獨(dú)特的吸附分離技術(shù)。吸附樹脂的發(fā)展速度很快，新

4、品種，新用途不斷出現(xiàn)。吸附樹脂及其吸附分離技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的重要性越來越突出。(2) 吸附樹脂的發(fā)展吸附樹脂的發(fā)展第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第4頁/共81頁3. 離子交換與吸附樹脂的組成和結(jié)構(gòu)離子交換與吸附樹脂的組成和結(jié)構(gòu)(1)離子交換樹脂的組成和結(jié)構(gòu)離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團(tuán)的三維網(wǎng)狀高分子材料，其外形一般為顆粒狀，不溶于水和一般的酸、堿，也不溶于普通的有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮和烴類。粒徑一般為0.31.2mm。一些特殊用途的離子交換樹脂的粒徑可能大于或小于這一范圍。 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子骨架連接在骨架上的功能基團(tuán)與功能基帶相反電荷的可交換離子離子交換樹脂組成

5、水份第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第5頁/共81頁離子交換樹脂外觀第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第6頁/共81頁苯乙烯系陽離子交換樹脂大孔型離子交換樹脂第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第7頁/共81頁 聚苯乙烯型陽離子交換樹脂示意圖第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第8頁/共81頁與離子交換樹脂相比，吸附樹脂的組成中不存在功能基及功能基的反離子，它類似于不含功能基及功能基反離子的大孔樹脂。(2)吸附樹脂的組成和結(jié)構(gòu)吸附樹脂的組成和結(jié)構(gòu)吸附樹脂手感堅(jiān)硬強(qiáng)度較高。外觀為直徑為0.31.0 mm

6、小圓球，表面光滑，根據(jù)品種和性能不同可為乳白色、淺黃色或深褐色。吸附樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。從SEM可觀察到樹脂內(nèi)部像一堆葡萄微球(大小約0.060.5m范圍)，葡萄珠之間存在許多空隙，即是樹脂的孔。研究表明葡萄球內(nèi)部還有許多微孔。正是這種多孔結(jié)構(gòu)賦予樹脂優(yōu)良的吸附性能。第一節(jié)第一節(jié) 離子交換和吸附樹脂概述離子交換和吸附樹脂概述第9頁/共81頁將能解離出陽離子、并能與外來陽離子進(jìn)行交換的樹脂稱作陽離子交換樹脂。相當(dāng)與高分子多元酸。將能解離出陰離子、并能與外來陰離子進(jìn)行交換的樹脂稱作陰離子交換樹脂。相當(dāng)與高分子多元堿。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類(1) 按功

7、能基團(tuán)的性質(zhì)分類陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂強(qiáng)酸型R-SO3H中酸型R-PO(OH2)弱酸型R-COOH強(qiáng)堿型R3-NCl弱堿型R-NH2、R-NRH、R-NR21. 離子交換樹脂的分類第10頁/共81頁兩性樹脂：帶有陽陰兩性基的樹脂。螯合樹脂：帶有螯合基的樹脂。氧化還原樹脂：帶有氧化還原基的樹脂。熱再生樹脂：弱酸弱堿的兩性樹脂可用熱水再生。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第11頁/共81頁離子交換樹脂的種類第12頁/共81頁(2) 按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類外觀透明、表面光滑，具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂。球粒內(nèi)部沒有大的毛細(xì)孔。在水中會(huì)溶脹形成凝膠狀

8、。在無水狀態(tài)下，凝膠型離子交換樹脂的分子鏈緊縮。干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。a. 凝膠型離子交換樹脂第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第13頁/共81頁b. 大孔型離子交換樹脂外觀不透明，表面粗糙，非均相凝膠結(jié)構(gòu)。毛細(xì)孔直徑幾 nm到幾千 nm。即使在干燥狀態(tài)，也存在不同尺寸的毛細(xì)孔，可在非水體系中起離子交換和吸附作用。有很大的比表面積，20nm孔徑的比表面積達(dá)幾千m2/g吸附功能顯著。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第14頁/共81頁c. 載體型離子交換樹脂一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。

9、主要用作液相色譜的固定相，可經(jīng)受液相色譜中流動(dòng)介質(zhì)的高壓，又具有離子交換功能。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第15頁/共81頁一般大孔樹脂(交聯(lián)度通常為8)(3) 按交聯(lián)度不同分類凝膠型低交聯(lián)度(交聯(lián)度8)標(biāo)推交聯(lián)度(交聯(lián)度=8)大孔樹脂高大孔樹脂(交聯(lián)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于8)第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第16頁/共81頁2. 吸附樹脂的分類用途：這類吸附樹脂的孔表面的疏水性很強(qiáng)，最適于從極性溶劑(如水)中吸附非極性的有機(jī)物。(1) 非極性吸附樹脂：偶極矩很小的單體聚合得到并不帶任何功能基的吸附樹脂。例如，苯乙烯-二乙烯苯

10、體系。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第17頁/共81頁例如，丙烯酸甲酯（或甲基丙烯酸甲酯）與雙甲基丙烯酸乙二醇酯等交聯(lián)劑共聚體系。(2) 中極性吸附樹脂：含酯基的吸附樹脂，樹脂具有一定的極性。用途：可用于極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)，也用于非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第18頁/共81頁用途：適用于非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。(3) 強(qiáng)極性(或稱極性)吸附樹脂：極性吸附樹脂是指含酰氨基、氰基、酚羥基等極性功能基的樹脂。強(qiáng)極性吸附樹脂含有極性很強(qiáng)的基團(tuán)，如吡啶、氨基等。此外，含氮、氧、硫等配體的離

11、子交換樹脂也用作強(qiáng)極性吸附樹脂，兩者沒有嚴(yán)格的界限。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類第19頁/共81頁第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理吸附樹脂的制備方法與大孔型離子交換樹指的母體相似。離子交換樹脂合成母體引入相應(yīng)離子交換基團(tuán)加人致孔劑不加致孔劑大孔型凝膠型第20頁/共81頁1. 樹脂母體的合成樹脂母體的合成懸浮聚合產(chǎn)物為具有一定粒度分布的珠體分散劑的種類和用量珠體粒徑攪拌的速度分散介質(zhì)與單體的比例0.2-1.2 mm第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第21頁/共81頁(1) 凝膠型樹

12、脂母體的制備BPO, AIBNa. 聚苯乙烯型樹脂母體制備：一般采用二乙烯苯作交聯(lián)劑，苯乙烯單體通過懸浮共聚反應(yīng)得到。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第22頁/共81頁b. 聚丙烯酸型樹脂母體的制備第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第23頁/共81頁(2) 大孔型樹脂母體的制備單體+致孔劑共聚珠體大孔樹脂懸浮聚合提出致孔劑聚合過程中致孔劑分布在單體及已聚合的共聚物中。聚合反應(yīng)完成后，用水蒸氣蒸餾或溶劑提取方法除去致孔劑，留下孔穴，形成有大孔結(jié)構(gòu)的球狀樹脂母體。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的

13、制備原理第24頁/共81頁致孔劑良溶劑致孔（甲苯、二甲苯、二乙苯等）不良溶劑致孔（庚烷、異辛烷、汽油等）混合溶劑致孔（良溶劑和不良溶劑組成）致孔劑通常是一類不參與聚合，能與單體混溶，使交聯(lián)共聚物溶脹或沉淀的有機(jī)溶劑。線型聚合物致孔（線型聚苯乙烯等）第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第25頁/共81頁(3) 吸附樹脂母體的制備：類似大孔型離子交換樹脂。a. 加入致孔劑的方法。b. 后交聯(lián)的方法。線型聚苯乙烯或低交聯(lián)的苯乙烯-二乙烯苯共聚物溶劑有氯苯、鄰二氯苯、硝基苯等交聯(lián)劑有氯甲醚、4,4-雙氯甲基聯(lián)苯等得到交聯(lián)橋均勻分布的大網(wǎng)均孔結(jié)構(gòu)樹脂第三節(jié)第三節(jié) 離子交

14、換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第26頁/共81頁2. 離子交換功能基團(tuán)的導(dǎo)入離子交換功能基團(tuán)的導(dǎo)入(1) 強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂絕大多數(shù)以交聯(lián)聚苯乙烯系為母體，通常采用懸浮聚合法，反應(yīng)獲得的球狀共聚物稱“白球”。干燥的白球用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等有機(jī)溶劑溶脹，然后用濃硫酸或氯磺酸等磺化得“黃球” 。常用磺化劑：濃硫酸、氯磺酸、發(fā)煙硫酸等。H2SO4, C2H4Cl2HSO3Cl, C2H4Cl2SO2HSO3HH2O第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第27頁/共81頁氫型陽離子交換樹脂：氫型陽離子交換樹脂：含有含有SO3H交換基團(tuán)的離子

15、交換樹脂，其中交換基團(tuán)的離子交換樹脂，其中H+為可自由活為可自由活動(dòng)的離子。由于它們的貯存穩(wěn)定性不好，且有較強(qiáng)的腐蝕性。動(dòng)的離子。由于它們的貯存穩(wěn)定性不好，且有較強(qiáng)的腐蝕性。Na型陽離子交換樹脂：型陽離子交換樹脂：常將氫型陽離子交換樹脂與常將氫型陽離子交換樹脂與NaOH反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為Na型離子交型離子交換樹脂，有較好的貯存穩(wěn)定性。換樹脂，有較好的貯存穩(wěn)定性。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第28頁/共81頁將將1 g BPO溶于溶于80 g苯乙烯與苯乙烯與20 g二乙烯基苯（純度二乙烯基苯（純度50）的混合）的混合單體中。攪拌下加入含有單體中。攪

16、拌下加入含有5 g明膠的明膠的500 mL去離子水中，分散至去離子水中，分散至所預(yù)計(jì)的粒度。從所預(yù)計(jì)的粒度。從70逐步升溫至逐步升溫至95，反應(yīng)，反應(yīng)810 h，得球狀共，得球狀共聚物。過濾、水洗后于聚物。過濾、水洗后于100120下烘干。即成下烘干。即成“白球白球”。將將100 g干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹。加入干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹。加入500 g濃硫酸濃硫酸（98），于），于95100下加熱磺化下加熱磺化510 h。反應(yīng)結(jié)束后，蒸去。反應(yīng)結(jié)束后，蒸去溶劑，過剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氫氧化鈉處理，使之轉(zhuǎn)溶劑，過剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氫氧化鈉處理，使之轉(zhuǎn)換成換成Na

17、型樹脂，即得成品。這種樹脂的交換容量約為型樹脂，即得成品。這種樹脂的交換容量約為5 mmol/g。強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂的制備實(shí)例：強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂的制備實(shí)例：第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第29頁/共81頁(2) 弱酸型陽離子交換樹脂弱酸型陽離子交換樹脂以羧酸基(-COOH)、磷酸基(-PO3H2)、砷酸基(-AsO3H2)等作為離子交換基團(tuán)，其中大多為聚丙烯酸系骨架，因此可用帶有功能基的單體直接聚合而成。CH2CHCHCOOH+CH2CH2CHCH2CHCH2COOHCHCH2CH其中，其中，COOH即為交換基團(tuán)即為交換基團(tuán)第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與

18、吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第30頁/共81頁丙烯酸的水溶性較大，聚合不易進(jìn)行，故常采用其酯類單體進(jìn)行聚合后再進(jìn)行水解的方法來制備。CH2CCOOCH3+CH2CH2CCH2CHCH2CH3COOCH3CH3CH2CCH2CHCH2COOHCH3NaOHH2O+ CH3OHCHCH2CHCHCH第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第31頁/共81頁將1 g BPO 溶于90 g 丙烯酸甲酯和10 g 二乙烯基苯的混合物中。攪拌下加入含有0.050.1聚乙烯醇的500 mL去離子水中，分散成所需的粒度。于60下保溫反應(yīng)510 h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻

19、至室溫，過濾、水洗，于100下干燥。將經(jīng)干燥的樹脂置于2 L濃度為 l mol/L 的氫氧化鈉乙醇溶液中，加熱回流約10 h，然后冷卻過濾，用水和稀鹽酸洗滌，再用水洗滌數(shù)次，最后在100下干燥，即得成品。弱酸型陽離子交換樹脂的制備實(shí)例：第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第32頁/共81頁(3) 強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂強(qiáng)堿型陰離子樹脂以交聯(lián)聚苯乙烯為母體，季銨鹽基N+X-為交換基團(tuán)。首先將聚苯乙烯系白球進(jìn)行氯甲基化，然后利用苯環(huán)對(duì)位上的氯甲基的活潑氯，定量地與各種胺進(jìn)行胺基化反應(yīng) 。C H2C HC H2C H2C HC H3O C H2C lC H2C HC

20、H2C H2C HC H2C l+ C H3O HZ nC l2C HC H苯環(huán)可在路易氏酸如ZnCl2，AlCl3，SnCl4等催化下，與氯甲醚氯甲基化，所得中間產(chǎn)品常稱為“氯球”。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第33頁/共81頁CH2ClN(CH3)N(CH3)C2H4OHCH2N+(CH3)3Cl-CH2N+(CH3)2(C2H4OH)Cl-型強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂型強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂“氯球”可十分容易進(jìn)行胺基化與三甲胺反應(yīng)導(dǎo)人-N+(CH3)3基團(tuán)，得到的樹脂稱強(qiáng)堿I型。與二甲基乙醇胺反應(yīng)導(dǎo)人-N+(CH3)2CH2CH2OH基團(tuán)，得到樹脂稱強(qiáng)堿

21、II型。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第34頁/共81頁型與型季胺類強(qiáng)堿樹脂的性質(zhì)略有不同。型的堿性很強(qiáng)，對(duì)OH離子的親合力小。當(dāng)NaOH再生時(shí)，效率很低，但其耐氧化性和熱穩(wěn)定性較好。型引入了帶羥基的烷基，利用羥基吸電子的特性，降低了胺基的堿性，再生效率提高。但其耐氧化性和熱穩(wěn)定性相對(duì)較差。由于氯甲基化毒性很大，故樹脂的生產(chǎn)過程中的勞動(dòng)保護(hù)是一重大問題。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第35頁/共81頁(4) 弱堿型陰離子交換樹脂在交聯(lián)聚苯乙烯母體上導(dǎo)人弱堿基團(tuán)的方法與導(dǎo)人強(qiáng)堿基團(tuán)的方法相似。用氯球與伯胺、仲胺或叔胺

22、類化合物進(jìn)行胺化反應(yīng)，可得弱堿離子交換樹脂。但由于制備氯球過程的毒性較大，現(xiàn)在生產(chǎn)中已較少采用這種方法。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第36頁/共81頁CH2CHCH2CH2CHCH2CHCH2CH2CHCHCHNH2(C2H4NH)nHCOOCH3CONH(C2H4NH)nH二乙苯CH2OCONH(C2H4N)nCH3CH3CH2CHCH2CH2CHCH利用羧酸類基團(tuán)與胺類化合物進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，可制得含酰胺基團(tuán)的弱堿型陰離子交換樹脂。例如將交聯(lián)的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯中溶脹，然后在130150下與多乙烯多胺反應(yīng)，形成多胺樹脂。再用甲醛或甲酸進(jìn)行甲基化

23、反應(yīng)，可獲得性能良好的叔胺樹脂。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換與吸附樹脂的制備原理離子交換與吸附樹脂的制備原理第37頁/共81頁1. 螯合樹脂螯合樹脂就是對(duì)分離重金屬、貴金屬應(yīng)運(yùn)而生的樹脂。將一些能分離重金屬、貴金屬絡(luò)合物以功能基團(tuán)的形式連接到高分子鏈上，就得到螯合樹脂。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂從結(jié)構(gòu)上分類，螯合樹脂可分為側(cè)鏈型和主鏈型兩類。從原料來分類，則可分為天然的（如纖維素、海藻酸鹽、甲殼素、蠶絲、羊毛、蛋白質(zhì)等）和人工合成的兩類。第38頁/共81頁ch為功能基團(tuán)，對(duì)某些金屬離子有特定的絡(luò)合能力。chchM+chchchchMMchchchchM+chchchc

24、hMM側(cè)鏈型主鏈型chch第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第39頁/共81頁(1) 胺基羧酸類(乙二胺四乙酸EDTA類)在pH5時(shí)，對(duì)Cu2+的最高吸附容量為0.62 mmol/g，pH1.3時(shí)，對(duì)Hg2+的最高吸附容量為1.48 mmol/g。CHCH2CH2NCH2COOHCH2COOHCHCH2CH2NCH2COOHCH2COOHOHNCH2HOOCCH2HOOCCH2第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第40頁/共81頁(2)肟類肟類化合物能與金屬鎳（肟類化合物能與金屬鎳（Ni）形成絡(luò)合物。在樹脂骨架中引入）形成絡(luò)合物。在樹脂骨架中引入二

25、肟基團(tuán)形成肟類螫合樹脂，對(duì)二肟基團(tuán)形成肟類螫合樹脂，對(duì)Ni等金屬有特殊的吸附性。等金屬有特殊的吸附性。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第41頁/共81頁(3) 8-羥基喹啉類樹脂對(duì)Hf4+，Zr4+，Co2+等貴金屬有特殊的選擇吸附作用。樹脂對(duì)Cr2+，Ni2+，Zn2+等貴金屬有特殊的選擇吸附作用。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第42頁/共81頁(4) 吡咯烷酮類：對(duì)鈾等金屬離子有很好的選擇分離效果。(5) 聚乙烯基吡啶類：對(duì)Cu2+、Zr2+、Ni2+等金屬離子有特殊的絡(luò)合功能。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂

26、第43頁/共81頁2. 氧化還原樹脂氧化還原樹脂也稱電子交換樹脂，指帶有能與周圍活性物質(zhì)進(jìn)行電子交換、發(fā)生氧化還原反應(yīng)的一類樹脂。在交換過程中，樹脂失去電子，由原來的還原形式轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸问?，而周圍的物質(zhì)被還原。OHHOOO氧 化還 原+ 2H+ + 2eSH2SS+ 2H+ + 2e第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第44頁/共81頁(1) 氫醌類重要的氧化還原樹脂包括氫醌類、巰基類、吡啶類、二茂鐵類、吩噻嗪類等多種類型。重要的氧化還原樹脂包括氫醌類、巰基類、吡啶類、二茂鐵類、吩噻嗪類等多種類型。OHOHCH2CHOHOHCH2CHn氫醌、萘醌、葸醌等都可通過本身帶酚基

27、的乙烯基化合物聚合得到氧化還原樹脂。氫醌、萘醌、葸醌等都可通過本身帶酚基的乙烯基化合物聚合得到氧化還原樹脂。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第45頁/共81頁OHOH CH2O酸或堿OHOHCH2CH2OHOHCH2CH2OHOHOHOH+氫醌、萘醌、葸醌等都可通過與醛類化合物進(jìn)行聚合而得到氧化還原樹脂。氫醌、萘醌、葸醌等都可通過與醛類化合物進(jìn)行聚合而得到氧化還原樹脂。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第46頁/共81頁(2) 巰基類CH2CHCH3OCH2ClCH2Cl+ NaSHCH2SH+ NaClCH2CHCH2ClCH2CHCH2CH

28、巰基類氧化還原樹脂一般是以苯乙烯巰基類氧化還原樹脂一般是以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物為骨架，通過化學(xué)反應(yīng)引入巰二乙烯基苯共聚物為骨架，通過化學(xué)反應(yīng)引入巰基得到的?；玫降?。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第47頁/共81頁(3)二茂鐵類CH2CHFeCH2CHFe氧化還原 Fe+A- nCH2CHn+ H+ + e二茂鐵類化合物是良好的氧化還原劑。在乙烯基單體中引入二茂鐵，再通過自由基聚二茂鐵類化合物是良好的氧化還原劑。在乙烯基單體中引入二茂鐵，再通過自由基聚合可得到氧化還原樹脂。合可得到氧化還原樹脂。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第48頁/

29、共81頁(1)制備H2O2：氫醌甲醛縮聚樹脂能將氧氣飽和的水轉(zhuǎn)化為過氧化氫溶液，轉(zhuǎn)化率可達(dá)80-100，兩次循環(huán)后濃度可達(dá)2mol/L，使用后的樹脂可用硫代硫酸鈉還原再生。氧化還原樹脂的應(yīng)用(2)用作氧化劑、去氧劑（去除水中的氧）、抗氧化劑、醫(yī)療藥物（去除人體累積的二甲基汞）、氧化還原指示劑等。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第49頁/共81頁3. 兩性樹脂兩性樹脂是指將陰、陽離子交換基團(tuán)連接在同一樹脂骨架上。特點(diǎn)：樹脂中的兩種功能基以共價(jià)鍵連接在骨架上，互相靠得較近，呈中和狀態(tài)。遇到溶液中的離子時(shí)卻能起交換作用。使用后點(diǎn)需大量的水淋洗即可再生。在離子交換樹脂應(yīng)用中，

30、將陰、陽兩種樹脂配合，但在再生時(shí)，也需要將兩種樹脂分別用酸、堿處理，過程復(fù)雜。用途：不僅可用于分離溶液中的鹽類和有機(jī)物，還可作為緩沖劑，調(diào)節(jié)溶液的酸堿性。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第50頁/共81頁4. 熱再生樹脂普通兩性樹脂再生時(shí)需用大量的水淋洗，仍不夠方便。熱再生樹脂也是一種兩性樹脂。這種樹脂在室溫下能夠吸附鹽類物質(zhì)，而在70-80oC下可以把鹽類重新脫附下來而再生。因此發(fā)明了能用熱水簡(jiǎn)單再生的熱再生樹脂。離子交換樹脂的最大不足是需要用酸堿再生。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第51頁/共81頁5. 大孔型離子交換樹脂大孔型離子交換

31、樹脂大孔型離子交換樹脂特點(diǎn)是在樹脂內(nèi)部存在大量的毛細(xì)孔。無論大孔型離子交換樹脂特點(diǎn)是在樹脂內(nèi)部存在大量的毛細(xì)孔。無論樹脂處于干態(tài)或濕態(tài)、收縮或溶脹時(shí)，這種毛細(xì)孔都不會(huì)消失。樹脂處于干態(tài)或濕態(tài)、收縮或溶脹時(shí)，這種毛細(xì)孔都不會(huì)消失。大孔型樹脂的制備方法與凝膠型離子交換樹脂基本相同，仍以苯大孔型樹脂的制備方法與凝膠型離子交換樹脂基本相同，仍以苯乙烯類為主。制備中最大的不同之處：一是二乙烯基苯含量大大乙烯類為主。制備中最大的不同之處：一是二乙烯基苯含量大大增加，一般達(dá)增加，一般達(dá)85以上；二是在制備中加入致孔劑。以上；二是在制備中加入致孔劑。通過對(duì)致孔劑的選擇和配合，可以獲得各種規(guī)格的大孔型樹脂。通過

32、對(duì)致孔劑的選擇和配合，可以獲得各種規(guī)格的大孔型樹脂。如果在上述樹脂中連接上各種交換基團(tuán)，就得到各種規(guī)格的大孔如果在上述樹脂中連接上各種交換基團(tuán)，就得到各種規(guī)格的大孔型離子交換樹脂。型離子交換樹脂。例如。將例如。將100己烷作致孔劑，產(chǎn)物的比表面積為己烷作致孔劑，產(chǎn)物的比表面積為90m2/g，孔徑為，孔徑為43nm。而改為而改為15甲苯和甲苯和85己烷混合物作致孔劑，孔徑降至己烷混合物作致孔劑，孔徑降至13.5nm，而產(chǎn)物的比，而產(chǎn)物的比表面積提高到表面積提高到171m2/g 。第四節(jié)第四節(jié) 其它類型的離子交換樹脂其它類型的離子交換樹脂第52頁/共81頁第五節(jié)第五節(jié) 離子交換與吸附樹脂的功能離子

33、交換與吸附樹脂的功能離子交換樹脂最主要的功能是離子交換樹脂最主要的功能是離子交換離子交換，此外，它還具有，此外，它還具有吸附、催化、脫水吸附、催化、脫水等功能。等功能。吸附樹脂則以其巨大的表面積而具有優(yōu)異的吸附樹脂則以其巨大的表面積而具有優(yōu)異的吸附功能吸附功能為其主要功能。為其主要功能。1. 離子交換的功能離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，它們可發(fā)生不同類型的離子交換反應(yīng)。離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，它們可發(fā)生不同類型的離子交換反應(yīng)。第53頁/共81頁強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂弱酸性陽離子交換樹脂第五節(jié)第五節(jié) 離子交換與吸附樹脂的功能離子交換與吸附樹脂的功能第54頁/共81頁強(qiáng)堿性陰離子交換樹

34、脂螯合樹脂第五節(jié)第五節(jié) 離子交換與吸附樹脂的功能離子交換與吸附樹脂的功能第55頁/共81頁離子交換反應(yīng)的界面過程2. 離子交換平衡：上述反應(yīng)均是平衡可逆反應(yīng)，這正是離子交換樹脂可再生的本質(zhì)。第五節(jié)第五節(jié) 離子交換與吸附樹脂的功能離子交換與吸附樹脂的功能第56頁/共81頁3. 吸附功能凝膠型離子交換樹脂大孔型離子交換樹脂吸附樹脂有很大的比表面積具有吸附能力 離子交換樹脂的吸附功能隨樹脂比表面積的增大而增大。第五節(jié)第五節(jié) 離子交換與吸附樹脂的功能離子交換與吸附樹脂的功能第57頁/共81頁4. 脫水功能強(qiáng)酸型陽離子樹脂中的-SO3H基是強(qiáng)極性基，相當(dāng)于H2SO4，有很強(qiáng)吸水性，干燥的強(qiáng)酸型陽離子樹脂

35、可用作有機(jī)溶劑的脫水劑。0.0010.10.01樹脂中的水分溶劑中殘留水分（ppm）1101001000（克水/克樹脂）4321 1 氯仿 2 苯 3 三氯乙烯 4 二氯乙烷離子交換樹脂對(duì)不同溶劑的脫水作用離子交換樹脂對(duì)不同溶劑的脫水作用第五節(jié)第五節(jié) 離子交換與吸附樹脂的功能離子交換與吸附樹脂的功能第58頁/共81頁5. 催化功能離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，可對(duì)許多化學(xué)反應(yīng)起催化作用。與低分子酸堿相比，具有易于分離、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境、產(chǎn)品純度高、后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。例如用強(qiáng)酸型陽離于交換樹脂可作為酯化反應(yīng)的催化劑。例如用強(qiáng)酸型陽離于交換樹脂可作為酯化反應(yīng)的催化劑。除了上述幾個(gè)功能外，

36、離子交換樹脂和大孔型吸附樹脂還具有脫色、作載體等功能。6. 其它功能第五節(jié)第五節(jié) 離子交換與吸附樹脂的功能離子交換與吸附樹脂的功能第59頁/共81頁第六節(jié)第六節(jié) 離子交換樹脂的幾個(gè)重要指標(biāo)離子交換樹脂的幾個(gè)重要指標(biāo)離子交換樹脂的交換容量是指單位質(zhì)量或單位體積樹脂可交換的離子基團(tuán)的數(shù)量和能力。單位mmol/g或mmol/mL1. 交換容量交換容量注意：樹脂的交換容量與其實(shí)際所含的離子基團(tuán)的數(shù)量并不一定一致，因?yàn)闃渲系碾x子基團(tuán)并不一定會(huì)全部進(jìn)行離子交換。2. 強(qiáng)度強(qiáng)度交換樹脂的強(qiáng)度用磨后圓球率來考核。樹脂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定磨后圓球率大于等于90為合格的指標(biāo)。第60頁/共81頁3. 溶出物溶出物溶出物是

37、指樹脂中的低聚物以及殘留反應(yīng)物，通常是一些可溶性的有機(jī)物。在使用中，這些有機(jī)物會(huì)逐步溶出，影響水質(zhì)并污染樹脂。4. 樹脂的含水量樹脂的含水量離子交換樹脂必須有良好的吸水性。但貯存過程的含水量不能太離子交換樹脂必須有良好的吸水性。但貯存過程的含水量不能太大，否則會(huì)降低其機(jī)械強(qiáng)度和體積交換容量。離子交換樹脂的含大，否則會(huì)降低其機(jī)械強(qiáng)度和體積交換容量。離子交換樹脂的含水量一般為水量一般為3080，隨樹脂的種類和用途而變。，隨樹脂的種類和用途而變。第六節(jié)第六節(jié) 離子交換樹脂的幾個(gè)重要指標(biāo)離子交換樹脂的幾個(gè)重要指標(biāo)第61頁/共81頁6. 比表面積、孔容、孔度、孔徑和孔徑分布比表面積、孔容、孔度、孔徑和孔

38、徑分布比表面積比表面積主要指大孔樹脂的內(nèi)表面積。大孔樹脂的比表面積常在主要指大孔樹脂的內(nèi)表面積。大孔樹脂的比表面積常在11000m2/g之間。之間?？兹菘兹菔侵竼挝毁|(zhì)量樹脂的孔體積。是指單位質(zhì)量樹脂的孔體積?？锥瓤锥葹闃渲目兹菡紭渲傮w積的百分比。為樹脂的孔容占樹脂總體積的百分比?？讖娇讖绞菍渲瑑?nèi)孔穴近似看作圓柱形時(shí)的直徑。是將樹脂內(nèi)孔穴近似看作圓柱形時(shí)的直徑。5. 粒徑粒徑離子交換樹脂的顆粒大小可用粒徑表示。我國(guó)通用工業(yè)離子交換樹脂的粒徑范圍為0.3151.2 mm。第六節(jié)第六節(jié) 離子交換樹脂的幾個(gè)重要指標(biāo)離子交換樹脂的幾個(gè)重要指標(biāo)第62頁/共81頁第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交

39、換樹脂的應(yīng)用1. 在水處理中的應(yīng)用水處理是離子交換樹脂最基本的用途之一。水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。第63頁/共81頁(1) 水處理的水質(zhì)要求：分為軟化水、初級(jí)純水、純水和超純水。(2) 水的軟化：除去Ca2+、 Mg2+。Na型陽離子交換樹脂第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第64頁/共81頁(3) 脫鹽水的制備將原水中所有溶解性鹽類、游離的酸、堿離子去除。H型陽離子交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂離子交換是可逆反應(yīng)復(fù)床混床第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第65頁/共81頁 復(fù)床制取純水裝置的示意圖第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹

40、脂的應(yīng)用第66頁/共81頁羅門哈斯公司推出的SDI純水制造系統(tǒng) 第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第67頁/共81頁(4) 超純水的制備半導(dǎo)體器件和大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)對(duì)水質(zhì)要求更高預(yù)處理、離子交換脫鹽和精制處理、后處理離子交換流程：陽床脫氣陰床混床第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第68頁/共81頁2. 冶金工業(yè)離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面，離子交換樹脂均起著十分重要的作用。離子交換樹脂還可用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸

41、附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦效率。3. 離子交換樹脂在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用例如：銅銨廢濃中回收銅，照相底片漂洗廢液中回收銀。處理水量大、濃度低的工業(yè)廢水的最佳途徑之一。第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第69頁/共81頁4. 原子能工業(yè)核燃料的分離、提純、精制、回收等。去除放射性污染處理工業(yè)廢水的主要方法。5. 海洋資源利用海洋生物中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，制取淡水。第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第70頁/共81頁6. 化學(xué)工業(yè)7. 食品工業(yè)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)上普通用于多種無機(jī)、有機(jī)化合物的分離、提純、濃縮和回收等。用作化學(xué)反應(yīng)催化劑，可大大提高催化效率，簡(jiǎn)化后處理操作，避免設(shè)備的腐蝕。強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂能強(qiáng)烈吸水，可用作干燥劑，吸收有機(jī)溶劑或氣體中的水分。酒類去銅、錳、鐵等離子，可以增加貯存穩(wěn)定性。酒的脫色、去渾、去雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。除去乳品中離子性雜質(zhì)，如鍶、碘等污染物。第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第71頁/共81頁色譜柱 、層析柱、吸附柱 第七節(jié)第七節(jié) 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用第72頁/共81頁8. 醫(yī)藥衛(wèi)生