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展交換樹脂的研究進展制作人：陶鵬制作人：陶鵬學學號：號：B10011017時時間間：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鍵的形式結合，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，應用范圍迅速擴大，大大促進了化工企業(yè)、制藥工業(yè)、環(huán)保等行業(yè)的發(fā)展，對世界經濟、政治、軍事的發(fā)展產生了巨大的影響。因此，在高分子材料達到分子設計水平的今天，了解離子交換樹脂的合成原理，研究離子交換樹脂的結構和性能很有

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，二乙烯苯進行懸浮共聚，加入分散穩(wěn)定劑，在攪將苯乙烯，二乙烯苯進行懸浮共聚，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、攪拌條件、溫度等因素對懸浮聚合的影響很大。穩(wěn)定劑的性質、攪拌條件、溫度等因素對懸浮聚合的影響很大。用難溶性無機物微粉末作懸浮穩(wěn)定劑時，得到的聚合球粒大小用難溶性無機物微粉末作懸浮穩(wěn)定劑時，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，粉末越細，得到比較均勻，并且在微粉末穩(wěn)定劑用量相同

3、時，粉末越細，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加入沉淀劑、良在苯乙烯，二乙烯苯懸浮共聚時加入沉淀劑、良溶劑或線型高聚物等做致孔劑，聚合結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）。把這種共聚物進一步制成離子交換樹脂，發(fā)現其離子交換速度加快，機械強物進一步制成離子交換樹脂，發(fā)現其離子交換速度加快，機械強度增大，穩(wěn)定性增強。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。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，所以被廣泛

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

5、度及產率上不如低分子，因此選用良溶劑、強化反應條件、接入高性能基團一直此選用良溶劑、強化反應條件、接入高性能基團一直是研究的熱點。是研究的熱點。1.2.1氯甲基化反應 采用膠束催化的方法，高效率地實現了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，與水介質中的甲醛及鹽酸較快速進行反應，實現了PS氯甲基化反應。2聚苯乙烯型離子交換樹脂的結構和性能2.1機械強度離子交換樹脂的機械強度是衡量離子交換樹脂質量的最重要離子交換樹脂的機械強度是衡量離子交換樹脂質量的最重要的性能指標。隨著樹脂技術應用的推廣，要求有高強度的樹的性能指標。隨著樹脂技術應用的推廣，要求有高強度的樹脂可

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、流動床、移動床等等。樹脂的機械強度與交聯(lián)密切相關，交聯(lián)結構越均移動床等等。樹脂的機械強度與交聯(lián)密切相關，交聯(lián)結構越均勻，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構均勻性差的原因是多方面的。對造成離子交換樹脂結構均勻性差的原因是多方面的。對PSt-DVB的的共聚反應動力學進行了系統(tǒng)研究，結果發(fā)現，存在于工業(yè)共聚反應動力學進行了系統(tǒng)研究，結果發(fā)現，存在于工業(yè)DVB中的中的各種異構體之間的聚合反應活性差異是造成共聚物珠粒內部結構不各種異構體之間的聚合反應活性差異是造成共聚物珠粒內部結

7、構不均勻，從而產生內應力和受力不均的主要原因。一般情況下，大孔均勻，從而產生內應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械強度要高，大孔樹脂是由許多凝膠微粒樹脂比同類凝膠樹脂的機械強度要高，大孔樹脂是由許多凝膠微粒集合而成的聚集體，整體結構比較均勻，同時內部的孔隙為凝膠微集合而成的聚集體，整體結構比較均勻，同時內部的孔隙為凝膠微粒的自由膨脹收縮創(chuàng)造了一個極好的環(huán)境，因此球體的內應力小，粒的自由膨脹收縮創(chuàng)造了一個極好的環(huán)境，因此球體的內應力小，結構穩(wěn)定，機械強度高。結構穩(wěn)定，機械強度高。從引發(fā)劑種類、鏈轉移反應、輔助交聯(lián)劑和聚合反應氣氛等四從引發(fā)劑種類、鏈轉移反應、輔助交聯(lián)

8、劑和聚合反應氣氛等四個方面研究其對個方面研究其對PSt-DVB共聚反應、共聚物珠粒的結構均勻性以及共聚反應、共聚物珠粒的結構均勻性以及樹脂強度的影響。樹脂強度的影響。探討了樹脂強度的諸多影響因素，并著重對胺基探討了樹脂強度的諸多影響因素，并著重對胺基交聯(lián)形成的強堿季銨基團進行了研究，提出了用磷酸交聯(lián)形成的強堿季銨基團進行了研究，提出了用磷酸-滲磨圓球率法滲磨圓球率法測定強度，其強度數據更為可靠測定強度，其強度數據更為可靠。2.2耐熱性耐熱性離子交換樹脂的耐熱性與它的結構有關，普通凝膠型強酸離子交換樹脂的耐熱性與它的結構有關，普通凝膠型強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，這是因為交聯(lián)度越低，大分子鏈活動性大，的樹脂耐熱性差，這是因為交聯(lián)度越低，大分子鏈活動性大，能吸附更多的熱量。對磺酸基脫落機理的研究結果表明，影響能吸附更多的熱量。對磺酸基脫落機理的研究結果表明，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通過在苯環(huán)上引入一些吸電子的基團21-2221-22，如鹵素、硝基、，如鹵素、硝基、乙?；龋@樣苯環(huán)上磺酸基就不易脫落，苯環(huán)上基團的吸電乙?；龋@樣苯環(huán)上磺酸基就不易脫落，苯環(huán)上基團的吸電子性作用越強，磺酸基越不易脫落。子性作用越強，磺酸基越不易脫落。 用鄰氯苯乙烯、間氯苯乙烯、對氯苯乙烯與二乙烯基苯合用鄰氯苯乙烯、間氯苯乙烯、對氯苯乙烯與二乙烯基苯合成三種氯代苯乙烯強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酸性陽離子交換樹脂，考察了它們的熱穩(wěn)定性。結果表明，三種氯代苯乙烯樹脂的熱穩(wěn)定性次序為：鄰氯定性。結果表明，三種氯代苯乙烯樹脂的熱穩(wěn)定性次序為：鄰

11、氯苯乙烯樹脂對氯苯乙烯樹脂間氯苯乙烯樹脂。他們認為，處苯乙烯樹脂對氯苯乙烯樹脂間氯苯乙烯樹脂。他們認為，處于一定位置的氯原子和聚苯乙烯基主鏈的定位效應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與主鏈的空間位阻協(xié)同作用，導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。鄰氯苯乙烯樹脂結構中的磺酸基在吸電子基團氯的對性的差異。鄰氯苯乙烯樹脂結構中的磺酸基在吸電子基團氯的對位、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、樹脂的應用3.1水處理水處理領域離子交換樹脂的需求很大約占離子交換樹脂產量的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，再經水解反應，產生葡萄糖與果糖，而后經離子交換處理，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)離子交換樹脂的對新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質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合成化學和石油化學工業(yè)合成化學和石油化學工業(yè) 在有機合成中常用酸和堿催化劑進行酯化、水解、酯在有機合成中常用酸和堿催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、堿，交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、堿，同樣可進行上述反應。且優(yōu)點更多。如樹脂可反復使用。同樣可進行上述反應。且優(yōu)點更多。如樹脂可反復使用。產品容易分離，反應器不會被腐蝕，不污染環(huán)境，反應產品容易分離，反應器不會被腐蝕，不污染環(huán)境，反應容易控制等。甲級叔丁基醚的制備，就是用大孔型離子容易控制等。甲級叔丁基醚的制備，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而成，

14、代替了交換樹脂做催化劑，由異丁烯與甲醇反應而成，代替了原有的可對環(huán)境造成嚴重污染的四乙基鉛。原有的可對環(huán)境造成嚴重污染的四乙基鉛。3.53.5環(huán)境保護環(huán)境保護 離子交換樹脂已應用在許多費城受關注的環(huán)境保護問題上。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，這些可用樹脂進行回收使用。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)定的物理化學性質、吸附選擇獨特、再生容易、操作簡便、的物理化學性質、吸附選擇獨特、再生容易、操作簡便、使用周期長等而一直得到人們的關注。隨著離子交換樹使用周期長等而一直得到人們的關注。隨著離子交換樹脂應用技術的不斷提高，