功能高分子材料-離子交換樹(shù)脂ppt課件

1、功能高分子資料 離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)離子交換樹(shù)脂的制備離子交換樹(shù)脂的根本實(shí)際離子交換樹(shù)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(kāi)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(lèi)。 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(lèi)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(shù)脂 離子交換樹(shù)脂是一類(lèi)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(shù)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(shù)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(chēng)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(shù)脂的根本類(lèi)型 1強(qiáng)酸型陽(yáng)離子樹(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)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(shù)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(shù)脂中的H+與溶 液中的陽(yáng)離子相互交換。強(qiáng)酸性樹(shù)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(shù)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(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)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(shù)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(shù)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(lèi)樹(shù)脂也是用酸進(jìn)展再生(比強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生)。 3強(qiáng)堿型陰離子樹(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂 這類(lèi)樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂的制備1強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 苯乙烯體系的陽(yáng)離子交換樹(shù)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(shù)脂 具有COOH基的弱酸性離子交換樹(shù)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(shù)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(shù)脂 如上述強(qiáng)堿型離子交換樹(shù)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(shù)脂。3.離子交換樹(shù)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(shù)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(shù)脂中離子和的活度； 選擇性系數(shù)，其值越大，離子交換樹(shù)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(shù)脂功能基的靜電吸引力越大，親和力越大，如Ca2+、Mg2+易與樹(shù)脂上Na+、H+的交換。 b.離子半徑 在水中離子會(huì)水化而使樹(shù)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(shù)脂交聯(lián)度 交聯(lián)度越高，對(duì)樹(shù)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(shù)脂外表和樹(shù)脂內(nèi)部的分散過(guò)程的影響。以Na型樹(shù)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(shù)脂外表膜分散 Ca2+從樹(shù)脂外

8、表向孔內(nèi)分散粒內(nèi)分散 Na+從孔內(nèi)分散到樹(shù)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(shù)脂顆粒大小，減小樹(shù)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(shù)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(shù)脂的運(yùn)用1水處置 水處置領(lǐng)域離子

9、交換樹(shù)脂的需求量很大，約占離子交換樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂對(duì)開(kāi)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(kāi)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(shù)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(shù)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(shù)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