吸附分離功能高分子材料

吸附分離功能高分子材料第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五吸附分離功能高分子主要包括：21、概述一、簡(jiǎn)介離子交換樹脂離子吸附樹脂第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂：指具有離子交換基團(tuán)的高分子化合物，本質(zhì)上屬于反應(yīng)性聚合物。離子吸附樹脂：指具有特殊吸附功能的一類樹脂。31、概述一、簡(jiǎn)介第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂：一類帶有可離子化基團(tuán)的三維網(wǎng)狀高分子材料，其外形一般為顆粒狀，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。42、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五常見的離子交換樹脂的粒徑為0.3～1.0mm，一些特殊用途的離子交換樹脂的粒徑可能大于或小于這一范圍。

52、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖

6一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)樹脂由三部分組成：聚苯乙烯組成的三維空間網(wǎng)絡(luò)骨架；第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖

7一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)樹脂由三部分組成：功能基團(tuán)固定在網(wǎng)絡(luò)骨架上，不能自由移動(dòng)；第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖

8一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)樹脂由三部分組成：功能基團(tuán)上解離出的離子能自由移動(dòng)，并與周圍的其他離子互相交換，稱可交換離子。第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五如強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂：功能基團(tuán)是SO3-H+，它可解離出H+，而H+可與周圍的外來離子互相交換，通過改變濃度差、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。9一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五陽離子交換樹脂：能解離出陽離子、并能與外來陽離子進(jìn)行交換的樹脂；陰離子交換樹脂：能解離出陰離子、并能與外來陰離子進(jìn)行交換的樹脂。10一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五從無機(jī)化學(xué)的角度看，可以認(rèn)為陽離子交換樹脂相當(dāng)于高分子多元酸，陰離子交換樹脂相當(dāng)于高分子多元堿。離子交換樹脂除了離子交換功能外，還具有吸附等其他功能，這與無機(jī)酸堿是截然不同的。11一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五吸附樹脂：一般直徑為0.3～1.0mm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。粒徑均一的吸附樹脂在生產(chǎn)中尚難以做到，故目前吸附樹脂一般具有較寬的粒徑分布。12二、吸附樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五吸附樹脂的顆粒大小對(duì)性能影響很大：粒徑越小、越均勻，樹脂的吸附性能越好。但是粒徑太小，使用時(shí)對(duì)流體的阻力太大，過濾困難，并且容易流失。13二、吸附樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五吸附樹脂手感堅(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。14二、吸附樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五使用中為了避免吸附樹脂過度溶脹，常采用對(duì)吸附樹脂溶脹性較小的乙醇、甲醇等進(jìn)行置換，再過渡到水。吸附樹脂必須在含水的條件下保存，以免樹脂收縮而使孔徑變小，因此吸附樹脂一般都是含水出售的。15二、吸附樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五吸附樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，從SEM可觀察到，樹脂內(nèi)部像一堆葡萄微球，葡萄珠的大小約在0.06～0.5μm范圍內(nèi)，葡萄珠之間存在許多空隙，這實(shí)際上就是樹脂的孔。16二、吸附樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五研究表明葡萄球內(nèi)部還有許多微孔，正是這種多孔結(jié)構(gòu)賦予樹脂優(yōu)良的吸附性能，因此孔徑結(jié)構(gòu)是吸附樹脂制備和性能研究中的關(guān)鍵技術(shù)。17二、吸附樹脂的結(jié)構(gòu)2、離子交換和吸附樹脂的結(jié)構(gòu)第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹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，可將離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩大類。18一、離子交換樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五陽離子交換樹脂可進(jìn)一步分為強(qiáng)酸型、中酸型和弱酸型三種。如R-SO3H為強(qiáng)酸型，R-PO(OH)2為中酸型，R-COOH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。19一、離子交換樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五陰離子交換樹脂又可分為強(qiáng)堿型和弱堿型兩種，如R3-NCl為強(qiáng)堿型，R-NH2、R-NR’H和R-NR’2為弱堿型。20一、離子交換樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（2）按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類按其物理結(jié)構(gòu)的不同，可將離子交換樹脂分為凝膠型、大孔型和載體型三類。21不同物理結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型一、離子交換樹脂的分類第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五1）凝膠型離子交換樹脂凡外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂統(tǒng)稱為凝膠型離子交換樹脂，這類樹脂表面光滑，無水狀態(tài)下球粒內(nèi)部沒有大的毛細(xì)孔。223、離子交換和吸附樹脂的分類一、離子交換樹脂的分類第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五1）凝膠型離子交換樹脂在水中會(huì)溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈間的隙孔，大分子鏈之間的間隙約為2～4nm。一般無機(jī)小分子的半徑在1nm以下，因此可自由通過離子交換樹脂內(nèi)大分子鏈的間隙。233、離子交換和吸附樹脂的分類一、離子交換樹脂的分類第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五1）凝膠型離子交換樹脂在無水狀態(tài)下，凝膠型離子交換樹脂的分子鏈緊縮，體積縮小，無機(jī)小分子無法通過，所以，這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。24一、離子交換樹脂的分類第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五2）大孔型離子交換樹脂針對(duì)凝膠型離子交換樹脂的缺點(diǎn)，研制了大孔型離子交換樹脂，其外觀不透明，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和吸附作用。25一、離子交換樹脂的分類第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五2）大孔型離子交換樹脂大孔型離子交換樹脂的孔徑一般為幾納米至幾百納米，比表面積可達(dá)每克樹脂幾百平方米，因此其吸附功能十分顯著。26一、離子交換樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五3）載體型離子交換樹脂載體型離子交換樹脂是一種特殊用途樹脂，主要用作液相色譜的固定相，一般是將離子交換樹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。27一、離子交換樹脂的分類第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五吸附樹脂有許多品種，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，吸附樹脂目前尚無統(tǒng)一的分類方法，通常按其化學(xué)結(jié)構(gòu)分為以下幾類：28二、吸附樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（1）非極性吸附樹脂指樹脂中電荷分布均勻，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脂。29二、吸附樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（1）非極性吸附樹脂指樹脂中電荷分布均勻，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脂。30二、吸附樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（2）中極性吸附樹脂這類樹脂的分子結(jié)構(gòu)中存在酯基等極性基團(tuán)，樹脂具有一定的極性。31二、吸附樹脂的分類3、離子交換和吸附樹脂的分類第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五（3）極性吸附樹脂分子結(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)極性吸附樹脂強(qiáng)極性吸附樹脂含有極性很強(qiáng)的基團(tuán)，如吡啶、氨基等。32二、吸附樹脂的分類第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五凝膠型離子交換樹脂的制備過程主要包括兩部分：合成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子連接上離子交換基團(tuán)。334、離子交換樹脂的制備方法一、凝膠型離子交換樹脂第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五具體方法：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。34一、凝膠型離子交換樹脂第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂絕大多數(shù)為聚苯乙烯系骨架，通常采用懸浮聚合法合成樹脂，由上述反應(yīng)獲得的球狀共聚物稱為“白球”。將白球洗凈干燥后，然后即可進(jìn)行連接交換基團(tuán)的磺化反應(yīng)。354、離子交換樹脂的制備方法二、強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂的制備第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五將干燥的白球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”。36二、強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂的制備第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五含有－SO3H交換基團(tuán)的離子交換樹脂稱為氫型陽離子交換樹脂，其中H+為可自由活動(dòng)的離子，由于它們的貯存穩(wěn)定性不好，且有較強(qiáng)的腐蝕性，因此常將它們與NaOH反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為Na型離子交換樹脂，Na型樹脂有較好的貯存穩(wěn)定性。37二、強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂的制備4、離子交換樹脂的制備方法第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五弱酸型陽離子交換樹脂大多為聚丙烯酸系骨架，因此可用帶有功能基的單體直接聚合而成。38其中，－COOH即為交換基團(tuán)。4、離子交換樹脂的制備方法三、弱酸型陽離子交換樹脂的制備第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五丙烯酸的水溶性較大，聚合不易進(jìn)行，故常采用其酯類單體進(jìn)行聚合后，再進(jìn)行水解的方法來制備。39三、弱酸型陽離子交換樹脂的制備第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五強(qiáng)堿型陰離子交換樹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)。404、離子交換樹脂的制備方法四、強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂的制備第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五41所得的中間產(chǎn)品通常稱為“氯球”。四、強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂的制備苯環(huán)可在路易氏酸如ZnCl2，AlCl3，SnCl4等催化下，與氯甲醚氯甲基化。第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五42用氯球可十分容易地進(jìn)行胺基化反應(yīng)。四、強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂的制備第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五Ⅰ型與Ⅱ型季胺類強(qiáng)堿樹脂的性質(zhì)略有不同。Ⅰ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。43四、強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂的制備4、離子交換樹脂的制備方法第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五Ⅱ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，故樹脂的生產(chǎn)過程中的勞動(dòng)保護(hù)是一重大問題。44四、強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂的制備第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五用氯球與伯胺、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脂。但由于制備氯球過程的毒性較大，現(xiàn)在生產(chǎn)中已較少采用這種方法。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脂。45五、弱堿型陰離子交換樹脂的制備第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五46例如將交聯(lián)的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯中溶脹，然后在130～150℃下與多乙烯多胺反應(yīng)，形成多胺樹脂，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脂。第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五水處理包括水質(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脂最基本的用途之一。475、離子交換樹脂的應(yīng)用一、水處理第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五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、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面，離子交換樹脂均起著十分重要的作用。485、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用二、冶金工業(yè)第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂還可用于選礦，在礦漿中加入離子交換樹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。495、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用二、冶金工業(yè)第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂在原子能工業(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。505、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用三、原子能工業(yè)第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五利用離子交換樹脂，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，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟(jì)和方便的。515、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用四、海洋資源利用第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)上已經(jīng)和蒸餾、結(jié)晶、萃取和過濾一樣，成為重要的單元操作，普遍用于多種無機(jī)、有機(jī)化合物的分離、提純，濃縮和回收等。525、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用五、化學(xué)工業(yè)第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂用作化學(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。強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂能強(qiáng)烈吸水，可用作干燥劑，吸收有機(jī)溶劑或氣體中的水分。535、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用五、化學(xué)工業(yè)第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂的功能基團(tuán)接枝上作為試劑的基團(tuán)后，可以當(dāng)作有機(jī)合成的試劑，成為高分子試劑，用來制備許多新的化合物，這種合成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?；?、過氧化、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顯著的效果。54五、化學(xué)工業(yè)第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂在制糖、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。55六、食品工業(yè)5、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五酒類經(jīng)過離子交換樹脂的去銅、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。56六、食品工業(yè)5、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五用離子交換樹脂可調(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，用離子交換樹脂來調(diào)節(jié)牛奶中鈣的含量，除去乳品中離子性雜質(zhì)，如鍶(Sr)、碘(I2)等污染物，均是很成功的。575、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用六、食品工業(yè)第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五在味精生產(chǎn)中，利用離子交換樹脂對(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。585、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用六、食品工業(yè)第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂在醫(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。59七、醫(yī)藥衛(wèi)生5、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹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。60七、醫(yī)藥衛(wèi)生第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五將各種藥物吸附在離子交換樹脂上，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。615、離子交換和吸附樹脂的應(yīng)用七、醫(yī)藥衛(wèi)生第六十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期五離子交換樹脂還是醫(yī)療診斷、藥物分析檢定的重要藥劑，