離子交換樹脂演示文稿

離子交換樹脂演示文稿1目前一頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)2（優(yōu)選）離子交換樹脂目前二頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)1.4應(yīng)用

1）水的軟化

2）水的脫鹽

3）廢水處理

4）食品工業(yè)

5）高分子催化劑

6）其他目前三頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)1935年英國Adams特點(diǎn)：i.帶有可離子化的基團(tuán)SO3-

1.1概述①

發(fā)展史ii.是三維網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物（酚醛縮聚樹脂）應(yīng)用：水的脫鹽目前四頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)★由離子交換樹脂引伸的功能高分子：吸附樹脂、螯合樹脂、高分子試劑、固化酶（固相多肽合成）聚合物固載催化。1944年D’Aeelio合成磺化苯乙烯-二乙烯基苯樹脂奠定現(xiàn)代離子交換樹脂基礎(chǔ)。1950年大孔離子交換樹脂：強(qiáng)度高，交換速率快。②結(jié)構(gòu)與分類目前五頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)表1離子交換樹脂的種類代號(hào)分類名稱功能基說明0強(qiáng)酸-SO3H磺酸基1弱酸膦酸基2強(qiáng)堿季銨基3弱堿伯，仲，叔氨基4螯合胺羧酸5兩性強(qiáng)堿弱酸型6氧化還原硫醇基

對(duì)苯二酚基骨架分類代號(hào)

0—苯乙烯，1—丙烯酸，2—酚醛，3—環(huán)氧，4—乙烯吡啶，5—脲醛，6—氯乙烯目前六頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)強(qiáng)酸與陽離子交換，交聯(lián)

b.丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂a.苯乙烯系強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂③常用離子交換樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)目前七頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)c.苯乙烯系強(qiáng)堿性I型陰離子交換樹脂

d.苯乙烯系弱堿性陰離子交換樹脂目前八頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)1.2離子交換樹脂的合成

①苯乙烯型a.交聯(lián)PS共聚物凝膠樹脂制備b.功能基化：（磺化，羧酸，季銨化）磺化：目前九頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)氯甲基化：（作前體）再羧酸化：氧化目前十頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)季銨化：叔胺三甲胺N,N-二甲基乙醇胺目前十一頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)②丙烯酸型i.（弱酸性陽離子型）丙烯酸酯+DVB共聚交聯(lián)水解弱酸性陽離子交換自由基懸浮共聚水解目前十二頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)ii.弱堿陰離子型交換樹脂多胺③縮聚型i.陽離子型苯酚磺化醛交聯(lián)磺化酚醛縮合物（1935）ii.陰離子型（芳胺+醛）目前十三頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)間苯二胺（醛與苯環(huán)、氨基均可縮合成交聯(lián)結(jié)構(gòu)）iii.弱酸陽離子型含COOH，酚+甲醛目前十四頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)1.3離子交換樹脂的性能①粒度（珠狀顆粒型）：②含水量（凝膠樹脂）：30%-80%③

密度：ρa(bǔ)（表觀密度）=干態(tài)質(zhì)量/樹脂體積,g/ml（骨架+孔）ρT（骨架密度）=干態(tài)質(zhì)量/干態(tài)體積,g/ml(g/ml)（骨架）④交換容量：QT=,mmol/g⑤離子交換選擇性：對(duì)不同離子的選擇性，例目前十五頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)苯乙烯強(qiáng)酸陽離子型（對(duì)陽離子的選擇性）Fe3+>Al3+>Ca2+

>Na+

依價(jià)數(shù)高優(yōu)先Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+……>Mn2+同價(jià)位時(shí)，依半徑大優(yōu)先⑥熱穩(wěn)定性，最高使用溫度，如苯乙烯強(qiáng)酸陽離子120℃丙烯酸弱酸陽離子200℃⑦機(jī)械強(qiáng)度：耐壓強(qiáng)度；滾磨強(qiáng)度；滲磨強(qiáng)度(滲磨強(qiáng)度為交換滲透過程引起球的破碎率）用樹脂的滲磨圓球率S描述目前十六頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)（m1正常圓球質(zhì)量，m2破損粒子質(zhì)量）⑧

比表面；孔容（孔度）；孔徑；孔徑分布i.孔容（Vp)：1g物質(zhì)中孔體積Vp=1ρa(bǔ)-1ρT（ρa(bǔ)為表觀密度，ρT為骨架密度）ii.孔度P（孔容體積/樹脂總體積）P=ρa(bǔ)Vp=1-ρa(bǔ)ρT孔體積骨架體積目前十七頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)iii.比表面積S=4x104Vpd(Vp孔總體積，d孔徑）m/g1.4應(yīng)用①水的軟化（去除水中Ca2+，Mg2+離子）通過Na型陽離子交換柱使水中Ca2+，Mg2+與Na+交換保留在樹脂上。2目前十八頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)硬水（含Ca2+等）軟水（含NaCl等）再生處理：用8%-10%工業(yè)NaCl使柱再生（交換其Ca2+，Mg2+

離子）離子交換樹脂②

水的脫鹽（去除Na+)所用離子交換樹脂——H型強(qiáng)酸陽離子樹脂RSO3-H+

磺酸型脫除的離子：Na+，Mg2+等（使NaCl鹽脫除）反應(yīng)式：目前十九頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)再生：用HCl（3%-4%）或H2SO4（1%及2-4.5%第二步）再生。③

廢水處理用離子交換樹脂—強(qiáng)酸Na型，H型陽離子。如：RSO3-Na+廢水中離子—Ni2+，Cr3+，Hg2+，Cu2+等去除。例：銅線表面處理廢水：

廢水組成——CuSO4，H2SO4

樹脂類型——H型強(qiáng)酸樹脂結(jié)果——不含Cu(Cu2+與Na+交換，更易選擇Cu2+離子）再生劑——20%H2SO4目前二十頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)④

食品工業(yè)使蔗糖漿脫色，色素——離子型化合物。用Cl型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂70-75℃脫色。用Na型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂去除蔗糖中Ca2+⑤

作催化劑（利用其酸性，堿性）例：PSSA（大孔聚苯乙烯磺酸樹脂）

PFIEP（全氟磺酸樹脂）,固體超強(qiáng)酸催化劑酸催化劑堿催化劑用于催化C4烴烷基化反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：高分子催化劑無腐蝕性后處理簡(jiǎn)單——過濾可將樹脂與產(chǎn)物分離催化活性高目前二十一頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)反應(yīng)實(shí)例：由丁醛α-乙基β-羥基己醛由丙酮4-甲基4-羥基戊酮酸催化樹脂⑥其他制藥行業(yè)：提純、去除可離子化的色素、鹽、抗生素的分離純化稀土元素分離濕法冶金碘的提取精制金屬離子痕量分析目前二十二頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)參考書目：功能高分子材料第一章離子交換樹脂功能高分子與新技術(shù)

P131第八章高分子催化劑功能高分子材料化學(xué)

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高分子酸堿催化劑目前二十三頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)2.高分子試劑2.1序（固相肽合成）2.2定義與分類2.3高分子試劑

①高分子氧化還原劑②高分子鹵代試劑③高分子?；噭?.4高分子催化劑

①定義②合成：離子鍵固載，共價(jià)鍵，無機(jī)載體③應(yīng)用目前二十四頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)2.1序從Merrifield固相肽合成獲得諾貝爾獎(jiǎng)（1984）說起（Solid-phasetechniqueforthesynthesisofpeptides)特點(diǎn)：將氨基酸固定于交聯(lián)的高分子載體上（如氯甲基化交聯(lián)PS），再一步進(jìn)行氨基酸的合成。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)產(chǎn)物易與過量的反應(yīng)物分離，轉(zhuǎn)化率近乎100%。合成步驟示意：原料：氯甲基化交聯(lián)PS與氨基酸加堿目前二十五頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)重復(fù)二、三步合成多個(gè)氨基酸多肽產(chǎn)物與載體脫開（多肽）脫保護(hù)偶合目前二十六頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)最后分離法：用過濾法將可溶肽與聚合物載體分離?與常規(guī)肽合成比較：常規(guī)肽合成為液相法，每個(gè)反應(yīng)中間體均需分離，純化，結(jié)晶等，費(fèi)時(shí)。例：1964年用固相法合成了9個(gè)氨基的殘基僅用8天，而傳統(tǒng)液相法需一年時(shí)間。?常用的肽合成的固相高分子載體（高分子試劑）對(duì)氯甲基共聚物：玻璃目前二十七頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)高分子試劑的特點(diǎn)

將低分子的底物或試劑固載到不溶的大分子上進(jìn)行有機(jī)化學(xué)反應(yīng)與常規(guī)的有機(jī)合成方法相比具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。（1）高分子試劑在反應(yīng)完成之后可以很容易的通過過濾的方法與非支載的反應(yīng)組分分離，可以大大簡(jiǎn)化反應(yīng)操作。（2）高分子試劑可以再生，在經(jīng)濟(jì)上有一定的吸引力。目前二十八頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)（3）反應(yīng)過程有可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化，機(jī)械化操作。（4）由于聚合物一般不溶，不揮發(fā)，無毒無嗅，因此，聚合物支載的硫醇、硒類試劑對(duì)環(huán)境是友好的。（5）一些低分子試劑制成高分子試劑后，其活性和選擇性都會(huì)提高。目前二十九頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)高分子試劑的缺點(diǎn)：（1）高分子試劑的制備需要經(jīng)過多個(gè)步驟的處理過程，其成本比低分子試劑高的多。（2）低分子試劑經(jīng)固載化后，聚合物骨架的位阻作用會(huì)引起反應(yīng)試劑的擴(kuò)散問題。（3）一些在聚合物上生成的副產(chǎn)物難于分離，有時(shí)鑒定困難。（4）有機(jī)高分子載體的耐熱性差，在高溫下的反應(yīng)不適宜。目前三十頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)2.2定義與分類高分子試劑——具有化學(xué)試劑功能的高分子。它是將有機(jī)合成的試劑通過功能基化鍵合于高分子上，再用此高分子試劑參與有機(jī)合成反應(yīng)分類：高分子試劑氧化還原劑鹵代試劑酰基化試劑高分子催化劑酸堿催化金屬絡(luò)合（高分子負(fù)載催化劑）相轉(zhuǎn)移催化劑目前三十一頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)2.3高分子試劑①高分子氧化還原劑a.醌類結(jié)構(gòu)：反應(yīng)：失e-還原b.其他高分子氧化還原劑：還原劑目前三十二頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)硫醇類：吡啶類：二茂鐵類：還原劑氧化劑特點(diǎn)：高分子化可降低揮發(fā)性，增穩(wěn)定性，提高選擇性。目前三十三頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)c.應(yīng)用（有機(jī)合成中）使烯烴氧化成環(huán)氧化合物高分子醌使二苯肼脫H偶氮苯高分子醌催化脫氫目前三十四頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)結(jié)構(gòu)用途酮和烴溴化烴基苯鹵代和烯烴加成羰基化合物α溴代和不飽和烴加成應(yīng)用例：②高分子鹵代試劑吡啶類：r目前三十五頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)酯化反應(yīng)中易逆反應(yīng)，水解。若：用代替，反應(yīng)活性強(qiáng)，酯化完全。用高分子氯化試劑（用二氯化三苯基磷型）制酰鹵xian酰鹵目前三十六頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)高分子化的溴代酰亞胺（NBS）作溴代反應(yīng)加成反應(yīng)三價(jià)碘高分子氟化劑制小分子氟化物加成重排不飽和烴小分子小分子氟化物目前三十七頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)③高分子?；噭┗钚怎ブ械孽；叻肿踊钚怎ヵ；噭┙Y(jié)構(gòu)：目前三十八頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)制法：PS+氯甲基鄰硝基苯酚為原料，用酰鹵作?；磻?yīng)。目前三十九頁\總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)用途：活性脂前體用于肽的合成。重復(fù)其他高分子?；噭┧狒停河糜谒幬锖铣赡壳八氖揬總數(shù)四十二頁\編于四點(diǎn)用于與醇反應(yīng)酯用于肽合成2.4高分子負(fù)載催化劑①定義催化活性物種