功能高分子材料-课件-第二章-高分子螯合剂及离子交换膜.ppt

东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院第二章第二章高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜LLLLLLLLLLLLLLLLLLMn+Mn+Mn+Mn+Mn+图2-1 侧基含有螯合基的高分子螯合剂第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜LLLLMn+Mn+LLLLMn+图2-2主链含有螯合基的高分子螯合剂第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜N NNOHCOH2C COXCH2COCOCOOHHOOCX:CH2,O2Cu2+CuOCOCHCCOOCuXCCHOCOCuCOOCun1n3H3CO+ONaHOCOCOCOCOCOCOOHnNCHH2CNCH2CHCHCH2COCH3CCH3CH3CCOOOOOCH2CH2图3 图4图3第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜HCH2CHNO3H2SO4HCH2CHCH2CHCH2CNO2NH2NaNO2HClN2+Cl8-羟基喹啉HCH2CNNNOHSnCl2图4第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜CH2HCCH2HCCH2HCCH2HCOHOHOHOH+Cu+氧化还原4H2CCHH2CCHH2CCHH2CCHOOOOCuHCuHOOCHCH2CHOCH2CHCH2CHCH2OHH5伸长收缩化学能转化为机械能第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜COH2C COXCH2COCOCOOH2Cu2+CuOCOCHCCOOCuXCCHOCOCuCOOCunn3H2CCCH3COHCCOCH3H6HOOC第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CHCOH+H2CCOHCON(CH3)2H2CHCOCCH2COCH3OCH2CHOHn+ RCOCH2COOC2H5PbO(n-x)C2H5OH +CH2CHOHxCH2CHn-xOCOCH2COR7R: CH3, C6H5, P-NO2C6H5, 2,4,6-(CH3)3C6H2第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜HCH2COHRR: NO2 NH2 AsO(OH)2 Cl Br CH2Cl CH2OH CH2NH2 CH2CNCH2NCCOO8 CHO COCH3HCNOHCNCH3OHOHCOOHH2C9OHCOOHCH2CCOCH3H2C10第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜COOHCHCOOHS11COOHOCH312CH2CCH第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CHCCOOHPAA Nishikawa研究了PAA与Cu2+ 离子形成螯合物的动力学，发现PAA-Cu2+螯合物比类似小分子螯合物丙二酸-Cu2+，戊二酸-Cu2+有较大的稳定性，这是由于在高分子体系中，正反应速率（4）增加，逆反应速率降低的缘故。 PAA与二价金属离子螯合物的生成常数，以下列顺序递增：Co2+ Ni2+ Zn2+ Cu2+ Ca2+ Zn2+ Ni2+ Mg2+间同立构PMMA对Mg2+离子有较强的结合力；全同立构PMMA对Cu2+离子有较强的结合力。第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CCHNHCOCH3AIBNH2CHCNHCCOCH3HClNaOH12H2CHCNH2H2CHCCONH2Cl2 , NaOH13H2CHCCH2Cl+NCOCH2CH2H3CH2CHCCH2(NHCH2CH2)nCH3CONaOH , 水解水解率87.7%H2CHCH2CNHCH2CH2n14第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CHCHCOH2NOH HClNa2CO3H2CHCHCNOH聚合H2CHCHCNOH15CH2CH2COC4H9ONO7HClCH2CNCHOOH2NOH HClNaOHCH2CNCHONOH16第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜OHCHOOCHNHRNCHOHCHOOHn17R: (CH2)n , n=0,1,2,3,4CH2HOCH2OHCH2CHNH2+CHOOHRCH2CHNHCOHRCH2CHNHCOH1819第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜RCOHNOHRCNOOHHH2CHCCOHONOHHCCH3HNOOCuOHNCOCH3H2CHCCONHOCuOHNCOCHH2CHCCCONHOCuOHNCOCHC20212223H2CCCH3COOHH2CCCH3COORH2CCCH3COClH2CCCH3CH2NOHNOOHH24第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CCCH3COOCH3H2CCCH3CONHNH2H2NNH2 H2O转化率86.6%25CCOOClCl+H2NNHCOC NHNH2OCCOOHNNHCOC NHNHOn26RCCOOClClCCOONHCH2CH2NH2H2NH2CH2CNH+CCOONHCH2CH2NHHNH2CH2CNHRCCOOn27R:第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CHCCOOCH2CHCH2OH2NCH2CH2NH2H2CHCCOOCH2CHCH2NHCH2CH2NH2OH+28H2CHCCH2ClHNCH2CH2OHCH2CH2OH+转化率80-85%H2CHCH2C NCH2CH2OHCH2CH2OH29NH2OHNH2OHNH2OH303132 树脂28中的伯胺、仲胺、羟基都能与Cu2+螯合，这种螯合键在强酸介质中才会断裂。 氨基酚与甲醛的所合物可与Fe3+、Cu2+、Zn2+螯合。第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜HOCH2CH2CHCOOHNH233NH2CH2COOH35NCH2CH2CH2COOH36CH2CHCH2NCH2CH2NCH2COOHmm=1,2,3CH2COOHCH2COOH37CH2HOCH2HOCH2H2CHOCHCNH2OOCuOCOCHH2NCH2CH2OHH2CCHCNH2OOCuOCOCHH2NCH2H2CH2COH34第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CHCNNOHOHSO3HHO3SNNR38H2O3AsHOSO3HHOOCHO3SO2NNO2AsO3H2HONO2NO2H2CHCNH2NaNO3HClH2CHCN2+Cl-OHOHSO3HHO3SNNHOSO3HClH2CHCNNOHOHSO3HHO3SNNHOSO3HClR:第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CHCN2+Cl-+OHOHNNNH2CHCNNHOOHNNN39OHOHNNNH2C40H2CHCNH2NNOHSO3HNO241H2CCHNH2NNN42第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜CH2CHSHCH2CHSH43H2CHCCH2SH44H3CCCH2COOCH2CHCH2SHSH45NCSHNCSHNRR46R: H , CH3 , CH3O 树脂树脂44能定量地吸能定量地吸附附Hg2+，汞的螯合，汞的螯合物经物经1，2-二巯基丙二巯基丙烷的氨水溶液处理烷的氨水溶液处理后，可再生出树脂后，可再生出树脂44；树脂树脂45是是银银的良好的良好配体；配体；树脂树脂46的的Cu2+、Ni2+、Co2+螯合物螯合物具有具有催化活性催化活性。 第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜H2CNHH2CH+NHCH2CH2nNCH2CH2CSNaS47a : 未交联47b : 交联剂PAPIPEI+CH3NCONCO47c : 交联剂DBE47d : 交联剂TDICH2CH2NCH2CH2N+H2CH2CH2CS-Sn47e :NH(CH2CH2NH)xCH2CH2NHCONHHNCH3CONH4OHCS2 , 吡啶NH(CH2CH2N)xCH2CH2NHCOHNHNCOCH3CSS-NH4+47d聚乙撑亚胺（PEI） 氨荒酸树脂 PAPI：多甲撑多苯基异氰酸酯第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜NH2CCH2CSSNHZnSCSNCH2H2CHNCH2CH2CH2CHH2CSCON(C2H5)248CH2CHOCOCH2SCSN(C2H5)2CH2CHSCSN(C2H5)2CH2CHSCSNH3CCH2COONa495051H2CHCSCHNSCH3Cu2+52H2CHCSCNSCH3CuSCNSCHH2CH3C该类树脂具有光敏性，可作光敏树脂。在pH = 6的条件下，树脂52对金属离子的螯合容量按下列顺序递降：Ag+ Cu2+ Cr3+ Ca2+，Co2+，Zn2+，Sr2+ Ni2+ 树脂52可溶，但与Ag+、Cu2+的螯合物不溶。第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜NNCSSCH2ArCH2SCS53Ar :NNNNNH2CNH3CCH3CH3CH3H3CCH3H3CCH3CH2CH2NCH2CH2CN+CS2CH2CH2NCCH2SSCH2CN54SCSHNRHNCSSH2COH2CR :CH2CH2(CH2)655CH2CHHNCSNR1R256R1R2abcHHHCH3CH3CH3CH2CHNCS+(CH3)2NHCH2CHHNCSN(CH3)256cCH2CHNH2+NNOHCS(C2H5)3N ,OOCH2CHHNCSNHNOH57第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜树脂57可选择吸附Hg2+、Cu2+，但相应的8-羟基喹啉树脂只能选择吸附Hg2+。H2CHCCH2OCH2CHCH2OHOHSOCl2H2CHCCH2OCH2OSOOH2CCH第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜溶剂：溶剂：1,4-二氧六环二氧六环试剂摩尔比：试剂摩尔比：1.5 4反应温度：反应温度：25 50 oC反应时间：反应时间：0.5 4 小时小时转化率：转化率：94%成环率：成环率：75.9%第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜R*SO3-H+(Na+)R*N+(CH3)3OH-(Cl-)固定基团解离离子固定基团解离离子（或称反离子）（或称反离子）磺酸型阳离子交换膜季铵型阴离子交换膜*表示大分子结构第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜 异相离子交换膜体结构示意图1-粘合剂2-离子交换树脂粒第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+ 磺酸型阳离子交换膜的膜体结构示意图RSO2固定基团 ；+解离离子第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜 磺酸型阳离子交换膜曲折通道示意图RSO2固定基团 ；+解离离子阳离子交换膜有强酸膜，中等酸度膜和弱酸膜三种。 阴离子交换膜有强碱，中等碱和弱碱膜三种。特殊性能的膜有表面涂层膜，双极膜，两性膜及镶嵌膜。按用途分类，有电解槽隔膜，电池隔膜，渗透膜，电渗析膜，人工肾膜及仿生膜等。第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜半透膜(I)(II)RA-NaRA-Na图2-6 Na+离子和Cl-离子在半透膜两侧互相碰撞示意图刚果红钠盐(I)室刚果红钠盐溶液(II)室NaCl溶液Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜苯乙烯-二乙烯基苯共聚物SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl- 磺酸型阳膜在NaCl稀溶液中平衡示意图RSO-固定基团 ； Na+解离子第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜苯乙烯-二乙烯基苯共聚物SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl- 磺酸型阳膜在NaCl浓溶液中平衡示意图RSO3-固定基团 ； Na+解离子Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+ 应平整，均一，无针孔，并且有一定的机械强度和柔韧性。应平整，均一，无针孔，并且有一定的机械强度和柔韧性。 应具有必要的选择透过性，这就要求有较高的交换容量。应具有必要的选择透过性，这就要求有较高的交换容量。 应具有较高的导电性能，特别是应用在传导电流的设备中。应具有较高的导电性能，特别是应用在传导电流的设备中。 应具有较好的形态稳定性，故膜的溶胀度不应太大。应具有较好的形态稳定性，故膜的溶胀度不应太大。 应具有耐高温，抗氧化，抗酸（或碱）腐蚀及耐有机溶剂等性能。应具有耐高温，抗氧化，抗酸（或碱）腐蚀及耐有机溶剂等性能。 离子交换膜在各个方面的应用离子交换膜在各个方面的应用 脱盐或纯化脱盐或纯化 浓缩或分离浓缩或分离 置换置换 水解水解 复分解复分解 电解、氧化、还原以及电化合成电解、氧化、还原以及电化合成第二章第二章 高分子螯合剂及离子交换膜高分子螯合剂及离子交换膜