材料合成化學(xué)功能高分子PPT課件

1、 1944年 DAlelio 合成了具有優(yōu)良物理和化學(xué)性能的磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物離子交換樹(shù)脂及交聯(lián)聚丙烯酸樹(shù)脂，奠定了現(xiàn)代離子交換樹(shù)脂的基礎(chǔ)。 此后，Dow化學(xué)公司的 Bauman 等人開(kāi)發(fā)了苯乙烯系磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化；Rohm & Hass公司的Kunin等人則進(jìn)一步研制了強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂和弱酸性丙烯酸系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。 這些離子交換樹(shù)脂除應(yīng)用于水的脫鹽精制外，還用于藥物提取純化、稀土元素的分離純化、蔗糖及葡萄糖溶液的脫鹽脫色等。 第1頁(yè)/共112頁(yè) 從離子交換樹(shù)脂出發(fā)，還引申發(fā)展了一些很重要的功能高分子材料。如離子交換纖維、吸附樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂、

2、聚合物固載催化劑、高分子試劑、固定化酶等。這一最傳統(tǒng)的功能高分子材料正以嶄新的姿態(tài)在21世紀(jì)發(fā)揮重要的作用。 離子交換纖維是在離子交換樹(shù)脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類新型材料。其基本特點(diǎn)與離子交換樹(shù)脂相同，但外觀為纖維狀，并還可以不同的織物形式出現(xiàn)，如中空纖維、紗線、布、無(wú)紡布、氈、紙等。第2頁(yè)/共112頁(yè) 吸附樹(shù)脂也是在離子交換樹(shù)脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類新型樹(shù)脂，是指一類多孔性的、高度交聯(lián)的高分子共聚物，又稱為高分子吸附劑。這類高分子材料具有較大的比表面積和適當(dāng)?shù)目讖?，可從氣相或溶液中吸附某些物質(zhì)。 在吸附樹(shù)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、分子篩、活性炭

3、等。而吸附樹(shù)脂是吸附劑中的一大分支，是吸附劑中品種最多、應(yīng)用最晚的一個(gè)類別。 第3頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu) 帶有可離子化基團(tuán)的三維網(wǎng)狀高分子 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、丙酮和烴類溶劑。 常見(jiàn)的離子交換樹(shù)脂的粒徑為。 一些特殊用途的離子交換樹(shù)脂的粒徑可能大于或小于這一范圍。 第4頁(yè)/共112頁(yè)圖71 聚苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂第5頁(yè)/共112頁(yè) 從圖中可見(jiàn)，樹(shù)脂由三部分組成：三維空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架；骨架上連接的可離子化的功能基團(tuán)；功能基團(tuán)上吸附的可交換的離子。 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的功能基團(tuán)是SO3-H+，它可解離出H+，而H+可與周圍的外來(lái)

4、離子互相交換。功能基團(tuán)是固定在網(wǎng)絡(luò)骨架上的，不能自由移動(dòng)。由它解離出的離子卻能自由移動(dòng)，并與周圍的其他離子互相交換。這種能自由移動(dòng)的離子稱為可交換離子。第6頁(yè)/共112頁(yè) 通過(guò)改變濃度差、利用親和力差別等，使可交換離子與其他同類型離子進(jìn)行反復(fù)的交換，達(dá)到濃縮、分離、提純、凈化等目的。 將能解離出陽(yáng)離子、并能與外來(lái)陽(yáng)離子進(jìn)行交換的樹(shù)脂稱作陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；而將能解離出陰離子、并能與外來(lái)陰離子進(jìn)行交換的樹(shù)脂稱作陰離子交換樹(shù)脂。 從無(wú)機(jī)化學(xué)的角度看，可以認(rèn)為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂相當(dāng)于高分子多元酸，陰離子交換樹(shù)脂相當(dāng)于高分子多元堿。應(yīng)當(dāng)指出，離子交換樹(shù)脂除了離子交換功能外，還具有吸附等其他功能，這與無(wú)機(jī)酸堿是

5、截然不同的。第7頁(yè)/共112頁(yè) 吸附樹(shù)脂的結(jié)構(gòu) 吸附樹(shù)脂的外觀一般為直徑為1.0 mm的小圓球，表面光滑，根據(jù)品種和性能的不同可為乳白色、淺黃色或深褐色。 吸附樹(shù)脂的顆粒的大小對(duì)性能影響很大。粒徑越小、越均勻，樹(shù)脂的吸附性能越好。但是粒徑太小，使用時(shí)對(duì)流體的阻力太大，過(guò)濾困難，并且容易流失。粒徑均一的吸附樹(shù)脂在生產(chǎn)中尚難以做到，故目前吸附樹(shù)脂一般具有較寬的粒徑分布。第8頁(yè)/共112頁(yè) 吸附樹(shù)脂手感堅(jiān)硬，有較高的強(qiáng)度。密度略大于水，在有機(jī)溶劑中有一定溶脹性。但干燥后重新收縮。而且往往溶脹越大時(shí)，干燥后收縮越厲害。 使用中為了避免吸附樹(shù)脂過(guò)度溶脹，常采用對(duì)吸附樹(shù)脂溶脹性較小的乙醇、甲醇等進(jìn)行置換，

6、再過(guò)渡到水。吸附樹(shù)脂必須在含水的條件下保存，以免樹(shù)脂收縮而使孔徑變小。因此吸附樹(shù)脂一般都是含水出售的。第9頁(yè)/共112頁(yè) 吸附樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。從掃描電子顯微鏡下可觀察到，樹(shù)脂內(nèi)部像一堆葡萄微珠，葡萄珠的大小約在范圍內(nèi)，葡萄珠之間存在許多空隙，這實(shí)際上就是樹(shù)脂的孔。 葡萄珠內(nèi)部還有許多微孔。葡萄珠之間的相互粘連則形成宏觀上球型的樹(shù)脂。正是這種多孔結(jié)構(gòu)賦予樹(shù)脂優(yōu)良的吸附性能，因此是吸附樹(shù)脂制備和性能研究中的關(guān)鍵技術(shù)。第10頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂的分類 離子交換樹(shù)脂的分類方法有很多種，最常用和最重要的分類方法有以下兩種:（1）按交換基團(tuán)的性質(zhì)分類 按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，可將離子交換樹(shù)脂分為兩

7、大類 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 陰離子交換樹(shù)脂 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可進(jìn)一步分為強(qiáng)酸型、中酸型和弱酸型三種。如RSO3H為強(qiáng)酸型，RPO(OH)2為中酸型，RCOOH為弱酸型。習(xí)慣上，一般將中酸型和弱酸型統(tǒng)稱為弱酸型。 第11頁(yè)/共112頁(yè) 陰離子交換樹(shù)脂又可分為強(qiáng)堿型和弱堿型兩種。如R3NCl為強(qiáng)堿型，RNH2、RNRH和，RNR”2為弱堿型。（2）按樹(shù)脂的物理結(jié)構(gòu)分類 按其物理結(jié)構(gòu)的不同，可將離子交換樹(shù)脂分為凝膠型、大孔型和載體型三類。圖32是這些樹(shù)脂結(jié)構(gòu)的示意圖。第12頁(yè)/共112頁(yè)圖72 不同物理結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂的模型第13頁(yè)/共112頁(yè)1）凝膠型離子交換樹(shù)脂 凡外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)的離子

8、交換樹(shù)脂統(tǒng)稱為凝膠型離子交換樹(shù)脂。 其表面光滑，球粒內(nèi)部沒(méi)有大的毛細(xì)孔。在水中會(huì)溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔。大分子鏈之間的間隙約為24nm。一般無(wú)機(jī)小分子的半徑在1nm以下，因此可自由地通過(guò)離子交換樹(shù)脂內(nèi)大分子鏈的間隙。 在無(wú)水狀態(tài)下，凝膠型離子交換樹(shù)脂的分子鏈緊縮，體積縮小，無(wú)機(jī)小分子無(wú)法通過(guò)。所以，這類離子交換樹(shù)脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。第14頁(yè)/共112頁(yè)2）大孔型離子交換樹(shù)脂 針對(duì)凝膠型離子交換樹(shù)脂的缺點(diǎn)，研制了大孔型離子交換樹(shù)脂。大孔型離子交換樹(shù)脂外觀不透明，表面粗糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。即使在干燥狀態(tài)，內(nèi)部也存在不同尺寸的毛細(xì)孔，因此可在非水體系中起離子交換

9、和吸附作用。大孔型離子交換樹(shù)脂的孔徑一般為幾納米至幾百納米，比表面積可達(dá)每克樹(shù)脂幾百平方米，因此其吸附功能十分顯著。第15頁(yè)/共112頁(yè)3）載體型離子交換樹(shù)脂 載體型離子交換樹(shù)脂是一種特殊用途樹(shù)脂，主要用作液相色譜的固定相。一般是將離子交換樹(shù)脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。它可經(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。 此外，為了特殊的需要，已研制成多種具有特殊功能的離子交換樹(shù)脂。如螯合樹(shù)脂、氧化還原樹(shù)脂、兩性樹(shù)脂等。第16頁(yè)/共112頁(yè)吸附樹(shù)脂的分類 吸附樹(shù)脂有許多品種，吸附能力和所吸附物質(zhì)的種類也有區(qū)別。但其共同之處是具有多孔性，并具有較大的表面積。吸附樹(shù)脂目前尚無(wú)統(tǒng)一的分類方法

10、，通常按其化學(xué)結(jié)構(gòu)分為以下幾類。（1）非極性吸附樹(shù)脂 指樹(shù)脂中電荷分布均勻，在分子水平上不存在正負(fù)電荷相對(duì)集中的極性基團(tuán)的樹(shù)脂。代表性產(chǎn)品為由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附樹(shù)脂。第17頁(yè)/共112頁(yè)（2）中極性吸附樹(shù)脂 這類樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)中存在酯基等極性基團(tuán)，有較弱的極性。（3）極性吸附樹(shù)脂 分子結(jié)構(gòu)中含有酰胺基、亞砜基、腈基等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)的極性大于酯基。（4）強(qiáng)極性吸附樹(shù)脂 強(qiáng)極性吸附樹(shù)脂含有極性很強(qiáng)的基團(tuán)，如吡啶、氨基等。第18頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂的命名離子交換樹(shù)脂的命名 我國(guó)前石油化學(xué)工業(yè)部于1977年7月l日正式頒布了離子交換樹(shù)脂的部頒標(biāo)準(zhǔn)HG2-884-886-76離子交

11、換樹(shù)脂產(chǎn)品分類、命名及型號(hào)。 這套標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，離子交換樹(shù)脂的全名由分類名稱、骨架（或基團(tuán)）名稱和基本名稱排列組成。第19頁(yè)/共112頁(yè) 離子交換樹(shù)脂的型號(hào) 由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成 第一位數(shù)字代表產(chǎn)品分類；第二位代表骨架結(jié)構(gòu)；第三位為順序號(hào)，用于區(qū)別離子交換樹(shù)脂樹(shù)脂中基團(tuán)、交聯(lián)劑、致孔劑等的不同，由各生產(chǎn)廠自行掌握和制定。 對(duì)凝膠型離子交換樹(shù)脂，往往在型號(hào)后面用“”和一個(gè)阿拉伯樹(shù)脂相連，以表示樹(shù)脂的交聯(lián)度（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），而對(duì)大孔型樹(shù)脂，則在型號(hào)前冠以字母“D”。第20頁(yè)/共112頁(yè)各類離子交換樹(shù)脂的具體編號(hào)為： 001099 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 100199 弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 200299

12、強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂 300399 弱堿型陰離子交換樹(shù)脂 400499 螯合型離子交換樹(shù)脂 500599 兩性型離子交換樹(shù)脂 600699 氧化還原型離子交換樹(shù)脂第21頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂骨架分類編號(hào)離子交換樹(shù)脂骨架分類編號(hào) 編號(hào)編號(hào)骨架分類骨架分類0聚苯乙烯系聚苯乙烯系1聚丙烯酸系聚丙烯酸系2酚醛樹(shù)脂系酚醛樹(shù)脂系3環(huán)氧樹(shù)脂系環(huán)氧樹(shù)脂系4聚乙烯吡啶系聚乙烯吡啶系5脲醛樹(shù)脂系脲醛樹(shù)脂系6聚氯乙稀系聚氯乙稀系第22頁(yè)/共112頁(yè) 例如，D113樹(shù)脂是水處理應(yīng)用中用量很大的一種樹(shù)脂。從命名規(guī)定可知，這是種大孔型弱酸型丙烯酸系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；而00110樹(shù)脂則是指交聯(lián)度為10%的強(qiáng)酸型苯乙烯系陽(yáng)

13、離子交換樹(shù)脂。 有些廠在部頒標(biāo)準(zhǔn)制定前已開(kāi)始生產(chǎn)離子交換樹(shù)脂，它們自己有一套編號(hào)，已經(jīng)為人們所熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海樹(shù)脂廠的735樹(shù)脂，相當(dāng)于命名規(guī)定中的001樹(shù)脂；724樹(shù)脂相當(dāng)于命名規(guī)定中的110樹(shù)脂；717樹(shù)脂相當(dāng)于命名規(guī)定中的201樹(shù)脂等等。第23頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂的制備方法凝膠型離子交換樹(shù)脂 凝膠型離子交換樹(shù)脂的制備過(guò)程主要包括兩大部分：合成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子和連接上離子交換基團(tuán)。 具體方法，可先合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子，然后使之溶脹，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將交換基團(tuán)連接到大分子上。也可先將交換基團(tuán)連接到單體上，或直接采用帶有交換基團(tuán)的單體聚合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子的方法。

14、第24頁(yè)/共112頁(yè) （1）強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂絕大多數(shù)為聚苯乙烯系骨架，通常采用懸浮聚合法合成，得的球狀共聚物稱為“白球”。 將白球洗凈干燥后，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。通常稱磺化后的球狀共聚物為“黃球”。第25頁(yè)/共112頁(yè) H2SO4, C2H4Cl2HSO3Cl, C2H4Cl2SO2HSO3HH2O 含有含有SO3H交換基團(tuán)的離子交換樹(shù)脂稱交換基團(tuán)的離子交換樹(shù)脂稱為氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。由于它們的貯存穩(wěn)為氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。由于它們的貯存穩(wěn)定性不好，且有較強(qiáng)的腐蝕性，因此常將它定性不好，且有較強(qiáng)的腐蝕性，因此常將它

15、們與們與NaOH反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為Na型離子交換樹(shù)脂。型離子交換樹(shù)脂。第26頁(yè)/共112頁(yè)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備實(shí)例： 將1 g BPO溶于80 g苯乙烯與20 g二乙烯基苯（純度50）的混合單體中。攪拌下加入含有5 g明膠的500 mL去離子水中，分散至所預(yù)計(jì)的粒度。從70逐步升溫至95，反應(yīng)810 h，得球狀共聚物。過(guò)濾、水洗后于100120下烘干。即成“白球”。 將100 g干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹。加入500 g濃硫酸（98），于95100下加熱磺化510 h。反應(yīng)結(jié)束后，蒸去溶劑，過(guò)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Na型樹(shù)脂，即得成品。 這種樹(shù)脂

16、的交換容量約為5 mmol/g。第27頁(yè)/共112頁(yè) （2）弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備）弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備 弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂大多為弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂大多為聚丙烯酸系骨聚丙烯酸系骨架架，因此可用帶有功能基的單體直接聚合而成。因此可用帶有功能基的單體直接聚合而成。CH2CHCHCOOH+CH2CH2CHCH2CHCH2COOHCHCH2CH其中，COOH即為交換基團(tuán)。第28頁(yè)/共112頁(yè) 丙烯酸丙烯酸的水溶性較大，聚合不易進(jìn)行，故常采的水溶性較大，聚合不易進(jìn)行，故常采用用其其酯類單體酯類單體進(jìn)行聚合后再進(jìn)行水解的方法來(lái)制備。進(jìn)行聚合后再進(jìn)行水解的方法來(lái)制備。CH2CCOOCH3+CH

17、2CH2CCH2CHCH2CH3COOCH3CH3CH2CCH2CHCH2COOHCH3NaOHH2O+ CH3OHCHCH2CHCHCH第29頁(yè)/共112頁(yè)弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的制備實(shí)例： 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)束后冷卻至室溫，過(guò)濾、水洗，于100下干燥。 將經(jīng)干燥的樹(shù)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(guò)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。第30頁(yè)/共112

18、頁(yè) （3）強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂的制備 強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂主要以季胺基作為離子交換基團(tuán)，以聚苯乙烯作骨架。制備方法是：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)。 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。C H2C HC H2C H2C HC H3O C H2C lC H2C HC H2C H2C HC H2C l+ C H3O HZ nC l2C HC H中間產(chǎn)品通常稱為“氯球”，可容易地進(jìn)行胺基化反應(yīng)。第31頁(yè)/共112頁(yè)CH2ClN(CH3)N(CH3)C2H4OHCH2N+(CH3)3Cl-CH

19、2N+(CH3)2(C2H4OH)Cl-型強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂型強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂第32頁(yè)/共112頁(yè) 型與型季胺類強(qiáng)堿樹(shù)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)用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(shù)脂的生產(chǎn)過(guò)程中的勞動(dòng)保護(hù)是一重大問(wèn)題。第33頁(yè)/共112頁(yè)強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂制備實(shí)例： 將1 g BPO 溶于85 g 苯乙烯與15 g 二乙烯基苯的混合單體中，在攪拌下加入含有聚乙烯醇的500 mL去離子水中，分散成所需的

20、粒度。在80下攪拌反應(yīng)510 h，得球粒聚合物。過(guò)濾洗滌后，于100125下干燥。 將所得聚合物在100 g二氯乙烷中加熱溶脹，冷卻后加入200 g 氯甲醚，50 g 無(wú)水ZnCl2，5055 下加熱5 h。冷卻后投入水中，分解過(guò)剩的氯甲醚，然后過(guò)濾、水洗，并于100下干燥。第34頁(yè)/共112頁(yè) 取上述氯甲基化樹(shù)脂100 g，加入500 mL 20二甲基乙醇胺水溶液中，在60下胺化4h。冷卻后，過(guò)濾水洗數(shù)次，用稀鹽酸洗滌一次，再用水洗滌數(shù)次，干燥后即得型強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂。 若以三甲胺水溶液代替二甲基乙醇胺水溶液進(jìn)行胺化，則可得型強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂。（4）弱堿型陰離子交換樹(shù)脂的制備 用氯球

21、與伯胺、仲胺或叔胺類化合物進(jìn)行胺化反應(yīng)，可得弱堿離子交換樹(shù)脂。但由于制備氯球過(guò)程的毒性較大，現(xiàn)在生產(chǎn)中已較少采用這種方法。第35頁(yè)/共112頁(yè) 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(shù)脂。例如將交聯(lián)的聚丙烯酸甲酯在二乙基苯或苯乙酮中溶脹，然后在130150下與多乙烯多胺反應(yīng)，形成多胺樹(shù)脂。再用甲醛或甲酸進(jìn)行甲基化反應(yīng)，可獲得性能良好的叔胺樹(shù)脂。第36頁(yè)/共112頁(yè)CH2CHCH2CH2CHCH2CHCH2CH2CHCHCHNH2(C2H4NH)nHCOOCH3CONH(C2H4NH)nH二乙苯CH2OCONH(C2H4N)nCH3CH3CH2CHCH2CH

22、2CHCH第37頁(yè)/共112頁(yè)弱堿型陰離子交換樹(shù)脂制備實(shí)例： 將1 g BPO 溶于88 g 丙烯酸乙酯和12 g 二乙烯基苯（純度55）的混合單體中，在攪拌下加入含有聚乙烯醇的240 g去離子水中，分散成所需的粒度。加熱至7580，攪拌聚合4 h，產(chǎn)物用水洗滌后，在110下干燥16 h。 將上述l00 g球狀樹(shù)脂與300 g二乙撐三胺混合，在157182下反應(yīng)5 h。冷卻后用水充分洗滌、過(guò)濾、干燥，得到交換容量為6.4 mmol/g的弱堿型陰離子交換樹(shù)脂。第38頁(yè)/共112頁(yè)大孔型離子交換樹(shù)脂 大孔型離子交換樹(shù)脂的特點(diǎn)是在樹(shù)脂內(nèi)部存在大量的毛細(xì)孔。無(wú)論樹(shù)脂處于干態(tài)或濕態(tài)、收縮或溶脹時(shí)，這種毛

23、細(xì)孔都不會(huì)消失。 凝膠型離子交換樹(shù)脂中的分子間隙為24nm，而大孔型樹(shù)脂中的毛細(xì)孔直徑可達(dá)幾十nm至幾千nm。分子間隙為2nm的離子交換樹(shù)脂的比表面積約為l m2/g，而20nm孔徑的大孔型樹(shù)脂的比表面積高達(dá)幾千m2/g。第39頁(yè)/共112頁(yè) 凝膠型離子交換樹(shù)脂除了有在干態(tài)和非水系統(tǒng)中不能使用的缺點(diǎn)外，還存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即使用中會(huì)產(chǎn)生“中毒”現(xiàn)象： 在使用了一段時(shí)間后失去離子交換功能。 研究表明，這是由于苯乙烯與二乙烯基苯的共聚特性造成的。 第40頁(yè)/共112頁(yè) 在共聚過(guò)程中，二乙烯基苯的自聚速率大于與苯乙烯共聚，因此在聚合初期，進(jìn)入共聚物的二乙烯基苯單元比例較高，而聚合后期，二乙烯基苯單

24、體已基本消耗完，反應(yīng)主要為苯乙烯的自聚。結(jié)果，球狀樹(shù)脂內(nèi)部的交聯(lián)密度不同，外疏內(nèi)密。 在離子交換樹(shù)脂使用中，體積較大的離子擴(kuò)散進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部。而在再生時(shí)，由于外疏內(nèi)密的結(jié)構(gòu)，較大離子會(huì)卡在分子間隙中，不易與可移動(dòng)離子發(fā)生交換，最終失去交換功能，造成樹(shù)脂“中毒”現(xiàn)象。大孔型離子交換樹(shù)脂不存在外疏內(nèi)密的結(jié)構(gòu)，從而克服了中毒現(xiàn)象。第41頁(yè)/共112頁(yè) 大孔型樹(shù)脂的制備方法與凝膠型離子交換樹(shù)脂基本相同。重要的大孔型樹(shù)脂仍以苯乙烯類為主。與離子交換樹(shù)脂相比，制備中有兩個(gè)最大的不同之處：一是二乙烯基苯含量大大增加，一般達(dá)85以上；二是在制備中加入致孔劑。 致孔劑可分為兩大類：一類為聚合物的良溶劑，又稱溶脹劑

25、；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。 第42頁(yè)/共112頁(yè) 良溶劑如甲苯，共聚物的鏈節(jié)在甲苯中伸展。隨交聯(lián)程度提高，共聚物逐漸固化，聚合物和良溶劑開(kāi)始出現(xiàn)相分離。聚合完成后，抽提去除溶劑，則在聚合物骨架上留下大孔。 不良溶劑如脂肪醇，它們是單體的溶劑，聚合物的沉淀劑。共聚物分子隨聚合的進(jìn)行逐漸卷縮，形成細(xì)小的分子圓球，圓球之間通過(guò)分子鏈相互纏結(jié)。因此，這種大孔型樹(shù)脂仿佛是由一簇葡萄狀小球組成。 一般來(lái)說(shuō)，由不良溶劑致孔的大孔型樹(shù)脂比良溶劑致孔的大孔型樹(shù)脂有較大的孔徑和較小的比表面積。第43頁(yè)/共112頁(yè) 通過(guò)對(duì)兩種致孔劑的選擇和配合，可以獲得各種規(guī)格的大孔型樹(shù)脂。例如。將

26、100己烷作致孔劑，產(chǎn)物的比表面積為90m2/g，孔徑為43nm。而改為15甲苯和85己烷混合物作致孔劑，孔徑降至，而產(chǎn)物的比表面積提高到171m2/g 。 如果在上述樹(shù)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(shù)脂。第44頁(yè)/共112頁(yè)其它類型的離子交換樹(shù)脂氧化還原樹(shù)脂氧化還原樹(shù)脂 氧化還原樹(shù)脂也稱電子交換樹(shù)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(shù)脂。 在交換過(guò)程中，樹(shù)脂失去電子，由原來(lái)的還原形式轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸问剑車奈镔|(zhì)被還原。典型例子如下： 第45頁(yè)/共112頁(yè)OHHOOO氧 化還 原+ 2H+ + 2eSH2SS+ 2H+ + 2e第46頁(yè)/共11

27、2頁(yè) 氧化還原樹(shù)脂的制備方法與其他離子交換樹(shù)脂類似，可以將帶有氧化還原基團(tuán)的單體通過(guò)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(guò)高分子的基團(tuán)反應(yīng)，引入氧化還原基團(tuán)來(lái)制取。當(dāng)然也可通過(guò)天然高分子改性獲得。 重要的氧化還原樹(shù)脂包括氫醌類、琉基類、吡啶類、二茂鐵類、吩噻嗪類等多種類型。第47頁(yè)/共112頁(yè) （1）氫醌類）氫醌類 氫醌、萘醌、葸醌氫醌、萘醌、葸醌等都可通過(guò)與醛類化合物等都可通過(guò)與醛類化合物進(jìn)行進(jìn)行聚合而得到氧化還原樹(shù)脂，也可通過(guò)本身帶酚基的聚合而得到氧化還原樹(shù)脂，也可通過(guò)本身帶酚基的乙乙烯基化合物聚合得到氧化還原樹(shù)脂。烯基化合物聚合得到氧化還原樹(shù)脂。OHOHCH2C

28、HOHOHCH2CHn第48頁(yè)/共112頁(yè)OHOH CH2O酸或堿OHOHCH2CH2OHOHCH2CH2OHOHOHOH+第49頁(yè)/共112頁(yè) （2）巰基類）巰基類 巰基類氧化還原樹(shù)脂一般是以巰基類氧化還原樹(shù)脂一般是以苯乙烯苯乙烯-二乙烯二乙烯基苯基苯共聚物為骨架共聚物為骨架，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)引入琉基得到的。，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)引入琉基得到的。CH2CHCH3OCH2ClCH2Cl+ NaSHCH2SH+ NaClCH2CHCH2ClCH2CHCH2CH第50頁(yè)/共112頁(yè) （4）二茂鐵類）二茂鐵類 二茂鐵類化合物是良好的氧化還原劑。在二茂鐵類化合物是良好的氧化還原劑。在乙乙烯基烯基單體中引入二茂鐵單

29、體中引入二茂鐵，再通過(guò)自由基聚合，即可得到，再通過(guò)自由基聚合，即可得到氧氧化還原樹(shù)脂?；€原樹(shù)脂。CH2CHFeCH2CHFe氧化還原 Fe+A- nCH2CHn+ H+ + e第51頁(yè)/共112頁(yè)兩性樹(shù)脂 將陰、陽(yáng)兩種離子交換樹(shù)脂配合，可以除去溶液中的陰、陽(yáng)離子，達(dá)到去鹽的目的。但在再生時(shí)，也需要將兩種樹(shù)脂分別用酸、堿處理，手續(xù)較繁瑣。 為了克服這些缺點(diǎn)，研制了將陰、陽(yáng)交換基團(tuán)連接在同一樹(shù)脂骨架上的兩性樹(shù)脂。第52頁(yè)/共112頁(yè) 兩性樹(shù)脂中的兩種功能基團(tuán)是以共價(jià)鍵連接在樹(shù)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(shí)，卻能起交換作用。樹(shù)脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，恢復(fù)到樹(shù)

30、脂原來(lái)的形式。 兩性樹(shù)脂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53頁(yè)/共112頁(yè) “蛇籠樹(shù)脂” 這類樹(shù)脂含有兩種聚合物，一種帶有陽(yáng)離子交換基團(tuán)，一種帶有陰離子交換基團(tuán)。其中一種聚合物是交聯(lián)的，而另一種是線型的，恰似蛇被關(guān)在籠網(wǎng)中，不能漏出，故形象地稱為“蛇籠樹(shù)脂”。 在蛇籠樹(shù)脂中，可以是交聯(lián)的陰離子樹(shù)脂為籠，線型的陽(yáng)離子樹(shù)脂為蛇，也可以是交聯(lián)的陽(yáng)離子樹(shù)脂為籠，線型的陰離子樹(shù)脂為蛇。 蛇籠樹(shù)脂的特性與兩性樹(shù)脂類似，也可通過(guò)水洗而再生。第54頁(yè)/共112頁(yè) 作業(yè)：試述熱再生樹(shù)脂的工作原理 屬于兩性樹(shù)脂，在同一樹(shù)脂骨架中帶有弱酸性和弱堿性離子交換基團(tuán)。這種樹(shù)脂在室溫

31、下能夠吸附NaCl等鹽類，而在7080下可以把鹽重新脫附下來(lái)，從而達(dá)到脫鹽和再生的目的。 在室溫下，樹(shù)脂與鹽溶液接觸，反應(yīng)向右進(jìn)行，羧酸基中的H+轉(zhuǎn)移到弱堿性的胺基上，形成銨鹽。羧酸根離子起了陽(yáng)離子交換基團(tuán)的作用，弱堿性基團(tuán)則與水中的Cl及羧酸基轉(zhuǎn)移來(lái)的H+構(gòu)成鹽。第55頁(yè)/共112頁(yè) 這種由弱酸和弱堿構(gòu)成的鹽的平衡對(duì)熱十分敏感。當(dāng)加熱到80左右時(shí)，水的解離大約比在25時(shí)高30倍。大量生成的H+和OH離子抑制了樹(shù)脂原來(lái)的解離，使樹(shù)脂中交換基團(tuán)構(gòu)成的鹽水解，從而平衡向左移動(dòng)，好像外加了酸或堿一樣，達(dá)到了再生的目的。 2025 R COOH + RNR2 + NaCl 7080 R COONa +

32、 RNR2HCl第56頁(yè)/共112頁(yè) 熱再生樹(shù)脂對(duì)材料及有關(guān)操作要求是很嚴(yán)格的。樹(shù)脂的骨架結(jié)構(gòu)、交換基團(tuán)種類、數(shù)量、分布情況、離子的親和力、體系的pH值以及使用溫度等，都是成敗的關(guān)鍵。 因此，目前制備的熱再生樹(shù)脂交換容量較小，僅0.3 mmol/g，有待于進(jìn)步研究改善。第57頁(yè)/共112頁(yè) 吸附分離功能高分子材料吸附分離功能高分子材料 螯合樹(shù)脂 為適應(yīng)各行各業(yè)的特殊需要，發(fā)展了各種具有特殊功能基團(tuán)的離子交換樹(shù)脂，螯合樹(shù)脂就是對(duì)分離重金屬、貴金屬應(yīng)運(yùn)而生的樹(shù)脂。 在分析化學(xué)中，常利用絡(luò)合物既有離子鍵又有配價(jià)鍵的特點(diǎn)，來(lái)鑒定特定的金屬離子。將這些絡(luò)合物以基團(tuán)的形式連接到高分子鏈上，就得到螯合樹(shù)脂。

33、第58頁(yè)/共112頁(yè) 從結(jié)構(gòu)上分類，螯合樹(shù)脂可分為側(cè)鏈型和主從結(jié)構(gòu)上分類，螯合樹(shù)脂可分為側(cè)鏈型和主鏈型鏈型兩類。從原料來(lái)分類，則可分為天然的（如纖維素、兩類。從原料來(lái)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）和人海藻酸鹽、甲殼素、蠶絲、羊毛、蛋白質(zhì)等）和人工工合成的兩類。合成的兩類。 螯合樹(shù)脂分離金屬離子的原理如下式所示。螯合樹(shù)脂分離金屬離子的原理如下式所示。第59頁(yè)/共112頁(yè)chchM+chchchchMMchchchchM+chchchchMM側(cè)鏈型主鏈型chch 式中，ch為功能基團(tuán)，對(duì)某些金屬離子有特定的絡(luò)合能力，因此能將這些金屬離子與其他金屬離子分離開(kāi)

34、來(lái)。第60頁(yè)/共112頁(yè) 螯合樹(shù)脂由于具有特殊的選擇分離功能，很有發(fā)展前途。已研究成功的有30多種類型的產(chǎn)品，但目前真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的產(chǎn)品并不多。下面介紹一些最常用的品種。 （1）胺基羧酸類（EDTA類） 乙二胺四乙酸（EDTA）是分析化學(xué)中最常用的分析試劑。它能在不同條件下與不同的金屬離子絡(luò)合，具有很好的選擇性。仿照其結(jié)構(gòu)合成出來(lái)的螯合樹(shù)脂也具有良好的選擇性。例如，下面兩種結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂就是應(yīng)用十分成功的螯合樹(shù)脂。第61頁(yè)/共112頁(yè)CHCH2CH2NCH2COOHCH2COOH第62頁(yè)/共112頁(yè)CHCH2CH2NCH2COOHCH2COOHOHNCH2HOOCCH2HOOCCH2第63頁(yè)/共

35、112頁(yè) EDTA類螯合樹(shù)脂的制備路線CH2CHCH2ClHN(CH2CN)2NCH2CHCH2NCH2CNCH2CNHN(CH2COOC2H5)2CH2CHCH2NCH2COOC2H5CH2COOC2H5NaOHH2OCH2CHCH2NCH2COOHCH2COOHH2OHN(CH2COONa)+H2O第64頁(yè)/共112頁(yè) 這類螫合樹(shù)脂在pH = 5時(shí)，對(duì)Cu2+的最高吸附容量為0.62 mmol/g，可用HClO4溶液解吸。在時(shí),對(duì)Hg2+ 的最高吸附容量為1.48 mmol/g?？梢?jiàn)對(duì)特種貴金屬有很好的選擇分離性。第65頁(yè)/共112頁(yè) （2）肟類）肟類 肟類化合物能與金屬鎳（肟類化合物能與

36、金屬鎳（Ni）形成絡(luò)合物。）形成絡(luò)合物。在樹(shù)在樹(shù)脂骨架中引入脂骨架中引入二肟基團(tuán)二肟基團(tuán)形成肟類螫合樹(shù)脂，對(duì)形成肟類螫合樹(shù)脂，對(duì)Ni等等金金屬有特殊的吸附性。肟類螫合樹(shù)脂的制備方法如下：屬有特殊的吸附性。肟類螫合樹(shù)脂的制備方法如下：CH2CH2COC4HONOHClCH2CCNOOHH2NOH HClCH2CCNOHNOH第66頁(yè)/共112頁(yè) 肟基近旁帶有酮基、胺基、羥基時(shí)，可提高肟基的絡(luò)合能力因此，肟類螫合樹(shù)脂常以酮肟、酚肟、胺肟等形式出現(xiàn)，吸附性能優(yōu)于單純的肟類樹(shù)脂。 酮肟：CH2CHCOCCH3NOHCCONOH第67頁(yè)/共112頁(yè) 酚肟： CH2CHOHCHNOH第68頁(yè)/共112頁(yè)胺

37、肟：CH2CHCCH2NOHN(CH2CH3)2第69頁(yè)/共112頁(yè) 肟類螯合樹(shù)脂與Ni的絡(luò)合反應(yīng)如下式所示：CH2CHCNOHCNOHCH32+NiCH2CHCNCNCH3HOOONNNiCHCCCH3CH2HO第70頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂和吸附樹(shù)脂的功能 離子交換樹(shù)脂最主要的功能是離子交換，此外，它還具有吸附、催化、脫水等功能。吸附樹(shù)脂則以其巨大的表面積而具有優(yōu)異的吸附性為其主要功能。離子交換功能 離子交換樹(shù)脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，它們可發(fā)生下列三種類型的離子交換反應(yīng)。第71頁(yè)/共112頁(yè) 中和反應(yīng)：中和反應(yīng)：RSO3H + NaOHRSO3Na + H2ORCOOH + NaOHRC

38、OONa + H2ORN(CH3)3OH + HCl+ H2ORN(CH3)3ClNHOH + HClRNHClR+ H2O第72頁(yè)/共112頁(yè) 復(fù)分解反應(yīng)：復(fù)分解反應(yīng)：RSO3Na + KClRSO3K + NaCl2RCOONa + CaCl2(RCOO)2CaNa + 2NaClRNCl + NaBrRNBr + NaCl2RNH3Cl + Na2SO4(RNH3)2SO4+ 2NaCl第73頁(yè)/共112頁(yè) 中性鹽反應(yīng)：中性鹽反應(yīng)：RSO3H + NaClRSO3Na + HClNHOH + NaClRNHClR+ NaOH第74頁(yè)/共112頁(yè) 從上面的反應(yīng)可見(jiàn)，所有的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰

39、離子交換樹(shù)脂均可進(jìn)行中和反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)。僅由于交換功能基團(tuán)的性質(zhì)不同，交換能力有所不同。中性鹽反應(yīng)則僅在強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿型離子交換樹(shù)脂的反應(yīng)中發(fā)生。 所有上述反應(yīng)均是平衡可逆反應(yīng)，這正是離子交換樹(shù)脂可以再生的本質(zhì)。只要控制溶液的pH值、離子濃度和溫度等因素，就可使反應(yīng)向逆向進(jìn)行，達(dá)到再生的目的。第75頁(yè)/共112頁(yè)吸附功能 無(wú)論是凝膠型或大孔型離子交換樹(shù)脂，還是吸附樹(shù)脂相對(duì)來(lái)說(shuō)，均具有很大的比表面積。 根據(jù)表面化學(xué)的原理，表面具有吸附能力。原則上講，任何物質(zhì)均可被表面所吸附，隨表面性質(zhì)、表面力場(chǎng)的不同，吸附具有一定的選擇性。 吸附功能不同于離子交換功能，吸附量的大小和吸附的選擇性，

40、最主要決定于表面的極性和被吸附物質(zhì)的極性。吸附是范德華力的作用，因此是可逆的，可用適當(dāng)?shù)娜軇┗蜻m當(dāng)?shù)臏囟仁怪馕?。?6頁(yè)/共112頁(yè)樹(shù)脂中醇濃度吸附量丁醇乙醇甲醇溶液中醇的濃度第77頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂的質(zhì)量控制 （1）交換容量 離子交換樹(shù)脂的交換容量是指單位質(zhì)量或單位體積樹(shù)脂可交換的離子基團(tuán)的數(shù)量的能力。 樹(shù)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?shù)脂上的離子集團(tuán)并不一定會(huì)全部進(jìn)行離子交換，可交換的基團(tuán)的比例依據(jù)測(cè)試條件不同而異。根據(jù)測(cè)定方法不同，有濕基全交換容量、全交換容量、工作交換容量（模擬實(shí)際應(yīng)用條件測(cè)得的柱交換容量）等。第78頁(yè)/共112頁(yè) （2）強(qiáng)度 交換

41、樹(shù)脂的強(qiáng)度用磨后圓球率來(lái)考核。樹(shù)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)。 （3）溶出物 溶出物是指樹(shù)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(shù)脂。對(duì)于溶出物應(yīng)力求在生產(chǎn)過(guò)程中得到處理，而不應(yīng)只通過(guò)使用前預(yù)處理來(lái)減少。第79頁(yè)/共112頁(yè) （4）粒徑 離子交換樹(shù)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(shù)脂的粒徑范圍為1.2 mm。 除了用粒徑范圍表示粒度外，還常用有效粒徑和均一系數(shù)來(lái)描述離子交換樹(shù)脂的粒徑。有效粒徑為保留90樹(shù)脂樣品（濕態(tài)）的篩孔孔徑，以mm表示；均一系數(shù)為保留40樹(shù)脂樣品（濕態(tài)）的篩孔孔徑與有效粒徑之比

42、值。均一系數(shù)為表示粒徑均一程度的參數(shù)，其數(shù)值愈小，則表示顆粒大小愈均勻。第80頁(yè)/共112頁(yè) （5）樹(shù)脂的含水量 離子交換樹(shù)脂的應(yīng)用絕大部分是在水溶液中進(jìn)行的。水分子一方面可使樹(shù)脂上的離子化基團(tuán)和欲交換的化合物分子離子化，以便進(jìn)行交換；另一方面水使樹(shù)脂溶脹，使凝膠樹(shù)脂或大孔樹(shù)脂的凝膠部分產(chǎn)生凝膠孔，以便離子能以適當(dāng)?shù)乃俣仍谄渲袛U(kuò)散。所以離子交換樹(shù)脂必須具有良好的吸水性。但樹(shù)脂在貯存過(guò)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(shù)脂的含水量一般為3080，隨樹(shù)脂的種類和用途而變。第81頁(yè)/共112頁(yè) （6）比表面積、孔容、孔度、孔徑和孔徑分布 比表面積主要指大孔樹(shù)脂的內(nèi)表面積

43、。大孔樹(shù)脂的比表面積常在11000m2/g之間。相比之下，樹(shù)脂的外表面積是非常小的(約2/g)，且變化不大。 孔容是指單位質(zhì)量樹(shù)脂的孔體積。 孔度為樹(shù)脂的孔容占樹(shù)脂總體積的百分比。 孔徑是將樹(shù)脂內(nèi)孔穴近似看作圓柱形時(shí)的直徑。第82頁(yè)/共112頁(yè) 上述參數(shù)之間的相互關(guān)系如下：Ta11VpTaaP1VpdSp4V104（31）（32）（33）式中，式中，Vp為孔容為孔容(mL/g)，a和和T為樹(shù)脂的表觀密度為樹(shù)脂的表觀密度和骨架密度和骨架密度(g/mL)，P為孔度；為孔度；S為比表面積為比表面積(m2/g)，d為平均孔徑為平均孔徑(nm)。第83頁(yè)/共112頁(yè) 樹(shù)脂的比表面積常采用低溫氮吸附脫附等

44、溫線法（BET法）和壓汞法測(cè)定。測(cè)量范圍為11500 m2/g。壓汞法同時(shí)還可測(cè)定孔容、平均孔徑和孔徑分布等參 數(shù)，使用較為方便。此外，孔容還可通過(guò)毛細(xì)管凝聚法、濕態(tài)樹(shù)脂干燥法等測(cè)定；孔徑分布還可通過(guò)X射線小角散射法、熱孔計(jì)法、反相體積排阻色譜法等方法測(cè)定。第84頁(yè)/共112頁(yè)離子交換樹(shù)脂和吸附樹(shù)脂的應(yīng)用離子交換樹(shù)脂的應(yīng)用 （1）水處理 水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。水處理是離子交換樹(shù)脂最基本的用途之一。如下面是去離子水的制備裝置。第85頁(yè)/共112頁(yè) （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(guò)渡金屬的分離、

45、提純和回收方面，離子交換樹(shù)脂均起著十分重要的作用。 離子交換樹(shù)脂還可用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹(shù)脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦效率。第86頁(yè)/共112頁(yè) （3）原子能工業(yè) 離子交換樹(shù)脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括核燃料的分離、提純、精制、回收等。用離子交換樹(shù)脂制備高純水，是核動(dòng)力用循環(huán)、冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一手段。離子交換樹(shù)脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理的主要方法。第87頁(yè)/共112頁(yè) （4） 海洋資源利用 利用離子交換樹(shù)脂，可從許多海洋生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹(shù)脂以海水制取淡

46、水是十分經(jīng)濟(jì)和方便的。第88頁(yè)/共112頁(yè) （5）化學(xué)工業(yè) 離子交換樹(shù)脂在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)上已經(jīng)和蒸餾、結(jié)晶、萃取和過(guò)濾一樣，成為重要的單元操作，普遍用于多種無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物的分離、提純，濃縮和回收等。 離子交換樹(shù)脂用作化學(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。第89頁(yè)/共112頁(yè) 離子交換樹(shù)脂的功能基連接上作為試劑的基團(tuán)后，可以當(dāng)作有機(jī)合成的試劑，成為高分子試劑，用來(lái)制備許多新的化合物。這種方法具有控制及分離容易、副產(chǎn)物少、純度高等特點(diǎn)。目前在有機(jī)化合物的?；?、過(guò)氧化、溴化二硫化物的還原、大環(huán)化合物的合成、肽鏈的增長(zhǎng)、不對(duì)稱碳化合物的合成、羥基的氧化等方面都已取得

47、顯著的效果。 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)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。第90頁(yè)/共112頁(yè) （6）食品工業(yè) 離子交換樹(shù)脂在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工中都有廣泛的應(yīng)用。特別在酒類生產(chǎn)中，利用離子交換樹(shù)脂改進(jìn)水質(zhì)、進(jìn)行酒的脫色、去渾、去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。酒類經(jīng)過(guò)離子交換樹(shù)脂的去銅、錳、鐵等離子，可以增加貯存穩(wěn)定性。經(jīng)處理后的酒，香味純，透明度好，穩(wěn)定性可靠，是各種酒類生產(chǎn)中不可缺少的一項(xiàng)工藝步驟。第91頁(yè)/共112頁(yè) 用離子交換樹(shù)脂可調(diào)節(jié)乳品的組成，增加乳液的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)存放時(shí)間。此外，用離子交換樹(shù)脂來(lái)調(diào)節(jié)牛奶中鈣的含量，除去乳品中離

48、子性雜質(zhì)，如鍶(Sr)、碘(I2)等污染物，均是很成功的。 在味精生產(chǎn)中，利用離子交換樹(shù)脂對(duì)谷氨酸的選擇性吸附，可除去產(chǎn)品中的雜質(zhì)和對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行脫色。這一方法在國(guó)內(nèi)亦已大規(guī)模地使用。第92頁(yè)/共112頁(yè) （7）醫(yī)藥衛(wèi)生 離子交換樹(shù)脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應(yīng)用。如在藥物生產(chǎn)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。 離子交換樹(shù)脂本身可作為藥劑內(nèi)服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進(jìn)食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。 對(duì)于外敷藥劑，用離子交換樹(shù)脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護(hù)膚用品，用以吸除傷口毒物和作為解毒藥劑。第93頁(yè)/共112頁(yè) 將各種藥物吸附在離子交換樹(shù)脂上

49、，可有效地控制藥物釋放速率，延長(zhǎng)藥效，減少服藥次數(shù)。利用離子交換樹(shù)脂吸水后體積迅速膨脹的特點(diǎn)，將其與藥劑混合制成藥片，服后可迅速脹大崩解，更快更好地發(fā)揮藥物的作用。 離子交換樹(shù)脂還是醫(yī)療診斷、藥物分析檢定的重要藥劑，如血液成分分析、胃液檢定、藥物成分分析等。具有檢測(cè)速度快、干擾少等優(yōu)點(diǎn)。第94頁(yè)/共112頁(yè) （8）環(huán)境保護(hù) 離子交換樹(shù)脂在廢水，廢氣的濃縮、處理、分離、回收及分析檢測(cè)上都有重要應(yīng)用，已普遍用于電鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水，影片洗印廢水、工業(yè)廢氣等的治理。例如影片洗印廢水中的銀是以Ag(SO3)23-等陰離子形式存在的，使用型強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂處理后，銀的回收率可達(dá)90以

50、上，既節(jié)約了大量的資金，又使廢水達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。第95頁(yè)/共112頁(yè) 又如電鍍廢水中含有大量有毒的金屬氰化物，如Fe(CN)63-，F(xiàn)e(CN)64-等，用抗有機(jī)污染力強(qiáng)的聚丙烯酰胺系陰離子交換樹(shù)脂處理后，可使金屬氰化物的含量降至10ppm以下。第96頁(yè)/共112頁(yè)吸附樹(shù)脂的應(yīng)用 （1）有機(jī)物的分離 由于吸附樹(shù)脂具有巨大的比表面，不同的吸附樹(shù)脂有不同的極性，所以可用來(lái)分離有機(jī)物。例如，含酚廢水中酚的提取，有機(jī)溶液的脫色等等。 （2）在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用 吸附樹(shù)脂可作為血液的清洗劑。這方面的應(yīng)用研究正在開(kāi)展，已有搶救安眠藥中毒病人的成功例子。第97頁(yè)/共112頁(yè) （3）藥物的分離提取 在紅霉索、絲

51、裂霉素、頭孢菌素等抗菌素的提取中，已采用吸附樹(shù)脂提取法。由于吸附樹(shù)脂不受溶液pH值的影響，不必調(diào)整抗菌素發(fā)酵液的pH值，因此不會(huì)造成酸、堿對(duì)發(fā)酵液活性的破壞。 用吸附樹(shù)脂對(duì)中草藥中有效成分的提取研究工作正在開(kāi)展，在人參皂甙、絞股蘭、甜葉菊等的提取中已取得卓著的成績(jī)。第98頁(yè)/共112頁(yè)（4）在制酒工業(yè)中的應(yīng)用 酒中的高級(jí)脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水，因此當(dāng)制備低度白酒時(shí)，需向高度酒中加水稀釋。隨著高級(jí)脂肪酸脂類溶解度的降低，容易析出而呈渾濁現(xiàn)象，影響酒的外觀。吸附樹(shù)脂可選擇性地吸附酒中分子較大或極性較強(qiáng)的物質(zhì)，較小或極性軟弱的分子不被吸附而存留。如棕櫚酸乙酯、油酸乙酯和亞油酸乙酯等分子較大的物

52、質(zhì)被吸附，而已酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯等相對(duì)分子質(zhì)量較小的香味物質(zhì)不被吸附而存留，達(dá)到分離、純化的目的。第99頁(yè)/共112頁(yè)聚電解質(zhì)分散劑的合成與檢測(cè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、聚丙烯酸鈉的類別與用途一、聚丙烯酸鈉的類別與用途 聚丙烯酸鈉PAAS ( polyacrylic acid sodium) 是一類應(yīng)用廣泛的聚合物。 聚丙烯酸鈉的相對(duì)分子質(zhì)量可以從幾百至幾千萬(wàn)以上，不同相對(duì)分子質(zhì)量段的產(chǎn)品有不同的性質(zhì)和用途。第100頁(yè)/共112頁(yè) 按其分子質(zhì)量劃分，超高分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉(分子量高于一千萬(wàn))不再溶于水，在水中溶脹，生成水溶膠，主要用作吸水劑; 高分子量聚丙烯酸鈉(相對(duì)分子質(zhì)量處于100-1000萬(wàn))主要起絮凝劑作用; 中等分子量聚丙烯酸鈉(相對(duì)分子質(zhì)量處于1-100萬(wàn))主要起增稠劑的作用; 低分子量聚丙烯酸鈉(相對(duì)分子質(zhì)量處于1000-5000 )主要起分散劑作用，超低相對(duì)分子質(zhì)量聚丙