吸附分離功能高分子

吸附分離功能高分子第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五目錄3.1概述3.2離子交換樹脂和吸附樹脂的制備方法3.3離子交換樹脂及吸附樹脂的功能3.4離子交換樹脂和吸附樹脂的應用第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.1概述3.1.1吸附分離功能高分子的發(fā)展簡史吸附分離功能高分子離子交換樹脂吸附樹脂高分子分離膜材料第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.1.2離子交換樹脂和吸附樹脂的結構1.離子交換樹脂的結構帶有可離子化基團的三維網狀高分子材料，一般為顆粒狀，溶解性較差。性能：高機械強度高交換容量足夠的親水性有足夠大的凝膠孔或大孔結構高的耐熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性高的滲透穩(wěn)定性。第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2.吸附樹脂的結構

一般是直徑為0.3～1.0mm的小圓球，表面光滑，有乳白色、淺黃色或深褐色。有較高的強度，有一定溶脹性，干燥收縮。吸附樹脂內部結構很復雜。內部像一堆葡萄微球，葡萄珠之間有許多空隙。第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.1.3離子交換樹脂和吸附樹脂的分類1.離子交換樹脂和吸附樹脂的分類（1）離子交換樹脂按交換基團的性質分類按樹脂的物理結構分類陽離子交換樹脂R-SO3H、R-PO(OH)2、R-COOH陰離子交換樹脂R3-N+Cl-、R-NH2、R-NR'和R-NR"2凝膠型大孔型載體型第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五分類名稱功能基團類型強酸型磺酸基（-SO3H）弱酸型羧酸基（-COOH）磷酸基（-PO4H2）強堿型季氨基（-N+(CH3)3、HOH2CH2C-N+-(CH3)2）弱堿型伯、仲、叔氨基（-NH2、-NHR、-NR2）等分類名稱功能基團類型螯合型胺酸基（-N+(CH2COOH)2）等兩性型強堿-弱酸（-N+(CH3)3、-COOH）等弱堿-弱酸（-NH2、-COOH）等氧化還原型硫醇基（-CH2SH、對苯二酚基（HO-OH）等第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(2)吸附樹脂的分類按其化學結構分非極性吸附樹脂樹脂中電荷分布均勻，不存在極性基團。代表性產品為苯乙烯和二乙烯苯聚合樹脂。中極性吸附樹脂分子結構中存在酯基一類的極性基團極性吸附樹脂有酰胺基、亞砜基、腈基等極性基團強極性吸附樹脂含有極性很強的基團，如吡啶基、氨基等。第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五按吸附樹脂的孔徑大小和外觀形狀還有微孔型（凝膠型）、大孔型、米花型和大網狀型之分。以大孔型的應用最為普遍。第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.1.4離子交換樹脂的命名各類離子交換樹脂的具體編號為：001——099強酸型陽離子交換樹脂100——199弱酸型陽離子交換樹脂200——299強堿型陰離子交換樹脂300——399弱堿型陰離子交換樹脂400——499螯合型離子交換樹脂500——599兩性型離子交換樹脂600——699氧化還原型離子交換樹脂第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五編號骨架分類0聚苯乙烯系1聚丙烯酸系2酚醛樹脂系3環(huán)氧樹脂系4聚乙烯吡啶系5脲醛樹脂系6聚氯乙烯系第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.2離子交換樹脂和吸附樹脂的制備方法3.2.1凝膠型離子交換樹脂制備過程：首先合成一種維網狀結構的大分子，然后在大分子上連接離子交換基團。（1）強酸型陽離子交換樹脂的制備絕大多數為聚苯乙烯系骨架，采用自由基懸浮聚合法合成樹脂，然后磺化接上交換基團。第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五聚苯乙烯系骨架的合成如下:第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(2)弱酸型陽離子交換樹脂的制備骨架多為聚丙烯酸系骨架，可用帶有功能基的單體直接聚合而成。第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(3)強堿型陰離子交換樹脂的制備主要以季氨基作為離子交換基團，以聚苯乙烯作骨架。制備方法：將聚苯乙烯系白球進行氯甲基化，然后利用苯環(huán)對位上的氯甲基的活潑氯，定量地與各種胺進行氨基化反應。第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(4)弱堿型陰離子交換樹脂的制備制備：用氯球與伯胺、仲胺或叔胺類化合物進行胺化反應。

利用羧酸類基團與胺類化合物進行酰胺化反應，可制得含酰胺基團的弱堿型陰離子交換樹脂。第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五方程式中n可為1、2、3第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.2.2大孔型離子交換樹脂其在凝膠型離子交換樹脂的基礎上制備的，特點是在樹脂內部存在大量不會消失的毛細孔。缺點：

在干態(tài)和非水系統(tǒng)中不能使用的缺點外，還會產生“中毒”現(xiàn)象。第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五“中毒”現(xiàn)象是由于苯乙烯與二乙烯基苯的共聚特性造成的。前期主要消耗二乙烯苯，而后期主要是苯乙烯的自聚。形成的球狀樹脂為外疏內密的結構。大孔型樹脂的制備方法與凝膠型離子交換樹脂基本相同。但有兩個最大的不同之處：一是二乙烯苯含量增加到85%以上；二是在制備中加入致孔劑。第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五致孔劑可分為兩大類：一類為聚合物的良溶劑，以稱為溶脹劑；另一類為聚合物的不良溶劑，即單體的溶劑，聚合物的沉淀劑。如果在樹脂上連接上各種交換基團，就得到各種規(guī)格的大孔型離子交換樹脂。第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.2.3其他類型的離子交換樹脂

1.

螯合樹脂利用螯合樹脂既有離子鍵又有共價鍵的特點來分離重金屬、貴金屬。從結構上分類，螯合樹脂有側鏈型和主鏈型兩類。從原料來分類，則可分為天然的和人工合成的兩類。第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五螯合樹脂最常用的品種（1）氨基羧酸類（EDTA類）

乙二胺四乙酸（EDTA）能在不同條件下與不同的金屬離子配合，且有很好的選擇性。

第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（2）肟類肟類化合物能與金屬鎳形成配合物。在樹脂骨架中引入二肟基團形成肟類螯合樹脂，對鎳等金屬有特殊的吸附性。第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（3）8-羥基喹啉類將8-羥基喹啉引入高分子骨架中，就形成具有特殊配合能力的8-羥基喹啉螯合樹脂。①由含8-羥基喹啉的烯類單體聚合獲得能選擇吸附的貴金屬離子有Cr2+、Ni2+、Zn2+等，且吸附量高達2.39-2.99mmol/g。②利用聚苯乙烯的高分子反應獲得

對Hf4+、Zr4+、Co2+等貴金屬離子有特殊的選擇吸附作用。第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（4）吡咯烷酮類在聚合物骨架中引入吡咯烷酮基團，對鈾（U）等金屬離子有很好的選擇分離效果。第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（5）聚乙烯基吡啶類高分子骨架中帶有吡啶基團時，對Cu2+、Ni2+、Zn2+等金屬離子有特殊的配合功能。若在氮原子附近帶有羧基時，其作用更為明顯。第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2.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進行電子交換，發(fā)生氧化還原反應的一類樹脂。氧化還原樹脂的制備：將帶有氧化還原基團的單體通過連鎖聚合或逐步聚合制得，也可將一些單體先制成高分子骨架，然后通過高分子的基團反應，引入氧化還原基團來制取。也可通過天然高分子改性獲得。第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五重要的氧化還原樹脂有氫醌類、巰基類、吡啶類、二茂鐵類、吩噻嗪類等。

（1）氫醌類氫醌、萘醌、葸醌等都可通過與醛類化合物進行聚合而得到氧化還原樹脂，也可通過本身帶酚基的乙烯基化合物聚合得到。第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（2）巰基類一般是以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物為骨架，通過化學反應引入巰基得到。第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（3）吡啶類其通過氯甲基化聚苯乙烯與煙酰胺反應制得。第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（4）二茂鐵類

將乙烯基引入二茂鐵，再通過自由基聚合，即可得到氧化還原樹脂。第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（5）吩噻嗪類

將乙烯基引到吩噻嗪類化合物上，再經聚合即可得到氧化還原樹脂。第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.兩性樹脂兩性樹脂中的兩種功能基團是以共價鍵連接在樹脂骨架上的，互相靠得較近，呈中和狀態(tài)。但遇到溶液中的離子時，卻能起交換作用。優(yōu)點是再生時只需大量的水淋洗即可恢復到樹脂原來的形式?，F(xiàn)在已開發(fā)出了“蛇籠樹脂”。第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五4.熱再生樹脂其實質上也是一種兩性樹脂，在同一樹脂骨架中帶有弱酸性和弱堿性離子交換基團。在室溫下能吸附NaCl等鹽類，而在70-80℃下可以把鹽類重新脫離下來。第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.2.4吸附樹脂的制備非極性吸附樹脂的制備主要是采用二乙烯基苯經自由基懸浮聚合制備。選擇適當的致孔劑能使樹脂內部得到預計大小和數量的微孔。第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2.極性吸附樹脂的制備

極性吸附樹脂主要含有氰基、砜基、氨基和酰氨基等。（1）含氰基的吸附樹脂

含氰基的吸附樹脂可能過二乙烯基苯與丙烯腈的自由基懸浮聚合得到。致孔劑常用甲苯與汽油的混合物。第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（2）含砜基的吸附樹脂含砜基的吸附樹脂的制備：先合成低交聯(lián)度聚苯乙烯（交聯(lián)度<5%），然后以二氯亞砜為后交聯(lián)劑，在無水三氯化鋁催化、80℃下反應15h，即制得含砜基的吸附樹脂，比表面積在136m2/g以上。第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（3）含酰氨基的吸附樹脂將含氰基的吸附樹脂用乙二胺胺解或將含仲氨基的交聯(lián)大孔型聚苯乙烯用乙酸酐?；?，都可得么含酰按基的吸附樹脂。（4）含氨基的強極性吸附樹脂含氨基的強極性吸附樹脂的制備：先制備大孔性聚苯乙烯交聯(lián)樹脂，然后將其與氯甲醚反應，在樹脂中引入氯甲基，再用不同的胺進行胺化，即可得到含不同氨基的吸附樹脂。第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.3離子交換樹脂及吸附樹脂的功能3.3.1離子交換樹脂及吸附樹脂的功能

離子交換樹脂最主要的功能是離子交換，并具有吸附、催化、脫水等功能。吸附樹脂的主要功能則是其巨大的的比表面而具有優(yōu)異的吸附性。1.

離子交換功能其相當于多元酸和多元堿，能發(fā)生的離子交換反應有中和反應、復分解反應、中性鹽反應。第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五R—SO3H+NaOHR—SO3Na+H2OR—SO3H+NaClR—SO3Na+HClR—NCl+NaBrR—NBr+NaCl

中性鹽反應則僅在強酸型陽離子交換樹脂和強堿型離子交換樹脂的反應中發(fā)生。上述反應均是平衡可逆反應，是離子交換樹脂再生的本質。第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2.吸附功能

吸附量的大小和吸附的選擇性最主要決定于表面的極性和被吸附物質的極性。離子交換樹脂的吸附功能隨樹脂比表面積的增大而增大。因此，大孔型樹脂的吸附能力遠遠大于凝膠型樹脂。第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.

脫水功能強酸型陽離子交換樹脂中的-SO3H基團是強極性基團，相當于濃硫酸，有很強的吸水性。干燥的強酸型陽離子交換樹脂可用作有機溶劑的脫水劑。第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五4.催化功能

與低分子酸堿相比，離子交換樹脂催化劑具有易于分離、不腐蝕設備、不污染環(huán)境、產品純度高、后處理簡單等優(yōu)點。也可以配價鍵、離子鍵或共價鍵的形式與過渡元素結合，形成配合催化劑起催化作用。

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。第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.3.2離子交換樹脂的質量控制離子交換樹脂的質量指標（1）交換容量

離子交換樹脂的交換容量是指單位質量或單位體積樹脂可交換的離子基團的數量。根據測定方法不同，有濕基全交換容量、全交換容量、工作交換容量等。（2）強度

凝膠型離子交換樹脂的強度用磨后賀球率來考核，強度≥90%為合格的指標。第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（3）溶出物

溶出物是指樹脂中的低聚物以及殘留反應物，通常是一些可溶性的有機物。在使用中，這些有機物會逐步溶出，影響水質并污染樹脂。（4）粒徑常用的離子交換樹脂基本都是珠狀顆粒型。顆粒的大小可用顆粒的直徑表示，或用標準篩“目數”表示。第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（5）樹脂的含水量離子交換樹脂的應用絕大部分是在水溶液中進行的。水分子一方面可使樹脂上的離子化基團和欲交換的化合物分子離子化，以便進行交換；另一方面水使樹脂溶脹，使凝膠樹脂或大孔樹脂的凝膠部分產生凝膠孔，以便離子能以適當的速度在其中擴散。第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（6）比表面積、孔容、孔度、孔徑和孔徑分布

離子交換樹脂的比表面積主要指大孔樹脂的內表面積。其孔容是指單位質量樹脂的孔體積?？锥葹闃渲目兹菡紭渲傮w積的百分比?？讖絼t是將樹脂內的孔穴近似看作圓柱形時的直徑。各參數之間的互換關系：孔容（ml/g）

孔度比表面積（m2/g）

第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2.

離子交換樹脂報廢原則（1）安全性

當離子交換樹脂性能逐漸劣化到其基本結構即將出理明顯解體，所制水中可能溶入解體產物，理化性能出現(xiàn)突躍式的劣化，影響制水的安全性時，樹脂就必須報廢。（2）經濟性離子交換樹脂性能劣化到一定程度時，基本結構尚無解體的跡象，但系統(tǒng)產水的數量和質量有所下降，此時通過一些措施仍能使生產正常進行。但此措施運行的費用過高時，就從經濟性上考慮報廢。第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3.4離子交換樹脂和吸附樹脂的應用3.4.1離子交換樹脂的應用水處理

水處理包括水質的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。當樹脂交換飽各后，可加入NaOH使之再生。２.冶金工業(yè)

離子交換樹脂在鈾、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、提純和回收方面有重要作用。第50頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（3）原子能工業(yè)

其應用包括核燃料的分離、提純、精制、回收等。用離子交換樹脂制備高純水，是核動力用循環(huán)、冷卻、補給水供應的唯一手段。也能除去廢水中的放射性污染物。（4）海洋資源利用

離子交換樹脂能從許多海洋生物中提取碘、溴、鎂等重要化工原料，以海水制取淡水等。第51頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（5）化學工業(yè)在化學實驗中普遍用于多種無機、有機化合物的分離、提純、濃縮和回收等；用作化學反應催化劑；利用其功能基制備高分子試劑等。（6）食品工業(yè)在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調料品等食品加工中應用廣泛。第52頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（7）醫(yī)藥衛(wèi)生

離子交換樹脂在藥物生產中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等；其本身可作為藥劑內服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效；其粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護膚用品等外敷藥劑；在樹脂上吸附各種藥物，可制成藥物控釋片；還可用用醫(yī)療診斷、藥物分析檢定等。第53頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（8）環(huán)境保護

在廢水、廢氣的濃縮、處理、分離、回收及分析檢測上應用于電鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水、影片洗印廢水、工業(yè)廢氣等治理。第54頁，共59頁，2023年，