吸附分离高分子材料.ppt

主主要要内内容容p 吸附树脂吸附树脂#*p 离子交换树脂离子交换树脂#*p 螯合树脂螯合树脂p 高吸水性树脂高吸水性树脂p 高分子絮凝剂高分子絮凝剂 吸附分离功能高分子是利用高分子材料与被吸附分离功能高分子是利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或化学作用，使两者之吸附物质之间的物理或化学作用，使两者之间发生暂时或永久性结合，进而发挥各种功间发生暂时或永久性结合，进而发挥各种功效的材料。效的材料。发展最早、应用最普遍发展最早、应用最普遍发展最早、应用最普遍发展最早、应用最普遍被广泛用于物质的分离与提纯被广泛用于物质的分离与提纯被广泛用于物质的分离与提纯被广泛用于物质的分离与提纯吸吸附附分分离离高高分分子子材材料料按化学结构分类按化学结构分类按吸附机理分类按吸附机理分类按形态与孔结构分类按形态与孔结构分类无机吸附剂无机吸附剂高分子吸附剂高分子吸附剂碳质吸附剂碳质吸附剂化学吸附化学吸附物理吸附物理吸附亲和吸附亲和吸附离子交换剂离子交换剂螯合剂螯合剂可再生高分子试剂和催化剂可再生高分子试剂和催化剂阳离子交换剂阳离子交换剂阴离子交换剂阴离子交换剂两性离子交换剂两性离子交换剂非极性吸附剂非极性吸附剂中极性吸附剂中极性吸附剂强极性吸附剂强极性吸附剂免疫吸附剂免疫吸附剂仿生吸附剂仿生吸附剂球形树脂（大孔、凝胶、大网）球形树脂（大孔、凝胶、大网）离子交换纤维与吸附性纤维离子交换纤维与吸附性纤维无定形颗粒吸附剂无定形颗粒吸附剂吸附分离高分子材料的分类吸附分离高分子材料的分类2.1 吸附树脂吸附树脂l定义定义:一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物。一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物。l特点：较大的比表面积、适当的孔径特点：较大的比表面积、适当的孔径l作用力：物理作用，范德华力、偶极作用力：物理作用，范德华力、偶极-偶极相互作用、氢键偶极相互作用、氢键一、吸附树脂的分类一、吸附树脂的分类p 非极性吸附树脂非极性吸附树脂p 中极性吸附树脂中极性吸附树脂p 强极性吸附树脂强极性吸附树脂 通常按其化学结构分类通常按其化学结构分类树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性基团。代表性产品为由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。性基团。代表性产品为由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。分子结构中存在酯基等极性基团，具有一定的极性。如交联聚丙烯分子结构中存在酯基等极性基团，具有一定的极性。如交联聚丙烯酸甲酯、交联聚甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸与苯乙烯的共聚物等酸甲酯、交联聚甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸与苯乙烯的共聚物等含有极性较强的极性基团，如吡啶基、氨基等。亚砜类、聚丙烯酰含有极性较强的极性基团，如吡啶基、氨基等。亚砜类、聚丙烯酰胺类、脲醛树脂类胺类、脲醛树脂类二、吸附树脂的制备技术及主要品种二、吸附树脂的制备技术及主要品种结构特点结构特点l 球形颗粒，直径球形颗粒，直径0.1-1.0 mml 高度交联，溶胀不溶解高度交联，溶胀不溶解l 多孔性，有足够的吸附面积多孔性，有足够的吸附面积l 机械强度，力学性能机械强度，力学性能l 粒径越小、越均匀，吸附性能越好粒径越小、越均匀，吸附性能越好关键技术关键技术l 成球技术成球技术l 成孔技术成孔技术1 1、吸附树脂的成球技术、吸附树脂的成球技术、吸附树脂的成球技术、吸附树脂的成球技术悬浮聚合悬浮聚合反向悬浮聚合反向悬浮聚合重要方法重要方法l 疏水性单体的悬浮聚合疏水性单体的悬浮聚合l 含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合l 水溶性单体的悬浮缩聚水溶性单体的悬浮缩聚l 线形高分子的悬浮交联成球反应线形高分子的悬浮交联成球反应（1 1）疏水性单体的悬浮聚合）疏水性单体的悬浮聚合）疏水性单体的悬浮聚合）疏水性单体的悬浮聚合n 单体不含极性基团，如苯乙烯和二乙烯基苯（交联剂）。单体不含极性基团，如苯乙烯和二乙烯基苯（交联剂）。n 通过悬浮聚合直接成球通过悬浮聚合直接成球n 球体的直径和分散性通过调节分散剂的类型与加入量、搅球体的直径和分散性通过调节分散剂的类型与加入量、搅拌速度等控制拌速度等控制二乙烯基苯二乙烯基苯甲苯甲苯汽油汽油BPO搅拌溶解搅拌溶解油相油相1:1.5:0.5:0.01纯水（纯水（5倍体积）倍体积）明胶（明胶（w10%）搅拌搅拌45溶解溶解水相水相802h95 缓慢缓慢过滤过滤水洗水洗乙醇洗乙醇洗多孔吸附树脂多孔吸附树脂比表面积比表面积600m2/g实例实例（2 2）含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合）含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合）含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合）含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合烯类单体含极性基团，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、烯类单体含极性基团，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺，与水有一定的亲合性丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺，与水有一定的亲合性悬浮聚合合成球形材料悬浮聚合合成球形材料为减少单体在水中的溶解度为减少单体在水中的溶解度在水相中加入食盐在水相中加入食盐在油相中加入非极性溶剂在油相中加入非极性溶剂AIBN交联剂：交联剂：二乙烯基苯：与单体聚合速率差异大，交联不均匀二乙烯基苯：与单体聚合速率差异大，交联不均匀三聚异氰酸烯丙酯三聚异氰酸烯丙酯双甲基丙烯酸乙二酯双甲基丙烯酸乙二酯三甲基丙烯酸甘油酯三甲基丙烯酸甘油酯（3 3）水溶性单体的悬浮缩聚）水溶性单体的悬浮缩聚）水溶性单体的悬浮缩聚）水溶性单体的悬浮缩聚l 单体为水溶性单体为水溶性l 反相悬浮缩聚反相悬浮缩聚：反应相为水相，介质为粘度较高、密度较：反应相为水相，介质为粘度较高、密度较 大、化学惰性的有机液体，如氯苯、液体石蜡、四氯化碳等大、化学惰性的有机液体，如氯苯、液体石蜡、四氯化碳等单体单体交联剂交联剂致孔剂致孔剂水水预聚物预聚物液体石蜡液体石蜡分散剂分散剂悬浮缩聚悬浮缩聚固化成球固化成球吸附分离材料吸附分离材料油相油相（4 4）线形高分子的悬浮交联成球反应线形高分子的悬浮交联成球反应线形高分子的悬浮交联成球反应线形高分子的悬浮交联成球反应l 水溶性高分子水溶性高分子l 油溶性高分子油溶性高分子反相悬浮交联反相悬浮交联正相悬浮交联正相悬浮交联缺点：缺点：p 高分子化合物作为反应物，成本较高高分子化合物作为反应物，成本较高p 主要用于天然高分子，如壳聚糖用戊二醛交联成球，葡主要用于天然高分子，如壳聚糖用戊二醛交联成球，葡 聚糖采用环氧氯丙烷交联聚糖采用环氧氯丙烷交联优点：优点：p 交联密度均匀交联密度均匀p 孔结构分散性好孔结构分散性好2 2、吸附树脂的成孔技术、吸附树脂的成孔技术、吸附树脂的成孔技术、吸附树脂的成孔技术要使吸附树脂有足够的吸附容量，必须在使用状态下有较高的比表面积。要使吸附树脂有足够的吸附容量，必须在使用状态下有较高的比表面积。提高比表面积提高比表面积大量微孔大量微孔提高吸附容量提高吸附容量成孔技术成孔技术孔的形成及孔径大小孔的形成及孔径大小孔径分布孔径分布孔隙率的控制孔隙率的控制成孔方法成孔方法惰性溶剂致孔惰性溶剂致孔线形高分子致孔线形高分子致孔后交联成孔后交联成孔（1 1）惰性溶剂致孔惰性溶剂致孔惰性溶剂致孔惰性溶剂致孔惰性溶剂致孔是在聚合过程实现的惰性溶剂致孔是在聚合过程实现的要求：要求：n 不参与聚合反应不参与聚合反应n 能与单体互溶能与单体互溶n 沸点高于聚合温度沸点高于聚合温度l 聚合前，加入到单体相聚合前，加入到单体相l 聚合后，留在聚合物球粒中聚合后，留在聚合物球粒中l 蒸馏、溶剂提取、冻干除去蒸馏、溶剂提取、冻干除去溶剂占据的空间成为聚合物中的孔溶剂占据的空间成为聚合物中的孔常用的致孔剂：水、甲苯、烷烃、脂肪醇、脂肪酸、常用的致孔剂：水、甲苯、烷烃、脂肪醇、脂肪酸、汽油、煤油、液体石蜡等汽油、煤油、液体石蜡等混合溶剂：癸烷混合溶剂：癸烷/甲苯、辛烷甲苯、辛烷/甲苯、己烷甲苯、己烷/甲苯、丁酮甲苯、丁酮/甲苯甲苯改变交联密度改变交联密度致孔剂用量致孔剂用量致孔剂种类致孔剂种类引入功能基团引入功能基团高比表面积、极性的高比表面积、极性的大孔吸附树脂大孔吸附树脂（2 2）线形高分子致孔线形高分子致孔线形高分子致孔线形高分子致孔l 聚合前，加入到单体相，单体是线形高分子的溶剂聚合前，加入到单体相，单体是线形高分子的溶剂l 聚合时，随单体消失而卷曲成团聚合时，随单体消失而卷曲成团l 聚合后，溶剂抽提除去聚合后，溶剂抽提除去常用的线形高分子有：常用的线形高分子有：PS、PVAc、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酸酯类可得到大孔树脂可得到大孔树脂线形高分子促进相分离的发生线形高分子促进相分离的发生l 优点：合成树脂具有特大孔优点：合成树脂具有特大孔l 缺点：比表面积较小缺点：比表面积较小l 解决方法：可以与惰性溶剂混用增加小孔的比例解决方法：可以与惰性溶剂混用增加小孔的比例 提高比表面积提高比表面积线形高分子的分子量线形高分子的分子量形成大孔的能力形成大孔的能力（3 3）后交联成孔后交联成孔后交联成孔后交联成孔悬浮聚合制备大孔树脂的悬浮聚合制备大孔树脂的缺点缺点：l 交联结构不均匀交联结构不均匀l 机械强度欠佳机械强度欠佳l 孔结构分散性较大孔结构分散性较大高比表面积吸附树脂通常采用高比表面积吸附树脂通常采用后交联法后交联法，即：即：先制备低交联度或线形高分子，然后将其进行化学先制备低交联度或线形高分子，然后将其进行化学反应达到所需交联度。反应达到所需交联度。l 苯乙烯、二乙烯基苯，悬浮聚合，制成凝胶（不苯乙烯、二乙烯基苯，悬浮聚合，制成凝胶（不 加致孔剂）或多孔性的低交联度（加致孔剂）或多孔性的低交联度（1000m2/g3 3、吸附树脂的主要品种、吸附树脂的主要品种、吸附树脂的主要品种、吸附树脂的主要品种按照高分子主链的化学结构，主要有：按照高分子主链的化学结构，主要有：l 聚苯乙烯型聚苯乙烯型l 聚丙烯酸酯型聚丙烯酸酯型l 其他类型其他类型（1 1）聚苯乙烯型）聚苯乙烯型）聚苯乙烯型）聚苯乙烯型优点：优点：l 80%以上吸附树脂为聚苯乙烯型以上吸附树脂为聚苯乙烯型l 最早工业化最早工业化l 苯环临对位具有活性，便于改性苯环临对位具有活性，便于改性缺点：缺点：l 机械强度不高机械强度不高l 抗冲击性和耐热性较差抗冲击性和耐热性较差（2 2）聚丙烯酸酯型）聚丙烯酸酯型）聚丙烯酸酯型）聚丙烯酸酯型聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸-双甲基丙烯酸乙二酯双甲基丙烯酸乙二酯l 中极性中极性l 耐热性较好，软化点耐热性较好，软化点150l 水解可引入强极性基团水解可引入强极性基团（3 3）其他类型吸附树脂）其他类型吸附树脂）其他类型吸附树脂）其他类型吸附树脂l 聚乙烯醇聚乙烯醇l 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺l 聚酰胺聚酰胺l 聚丙烯腈聚丙烯腈交联剂：二乙烯基苯交联剂：二乙烯基苯三、吸附树脂的应用三、吸附树脂的应用l 物理化学性能稳定物理化学性能稳定l 吸附选择性独特吸附选择性独特l 不受无机物的影响不受无机物的影响l 再生简便再生简便l 高效节能高效节能广泛用于有效成广泛用于有效成分的分离提纯分的分离提纯（1 1）有机物的分离）有机物的分离）有机物的分离）有机物的分离 由于吸附树脂具有巨大的比表面，不同的吸附树脂有不同由于吸附树脂具有巨大的比表面，不同的吸附树脂有不同的极性，所以可用来分离有机物。例如，含酚废水中酚的的极性，所以可用来分离有机物。例如，含酚废水中酚的提取，有机溶液的脱色等等。提取，有机溶液的脱色等等。（2 2）在医疗卫生中的应用）在医疗卫生中的应用）在医疗卫生中的应用）在医疗卫生中的应用 吸附树脂可作为血液的清洗剂。这方面的应用研究正在开吸附树脂可作为血液的清洗剂。这方面的应用研究正在开展，已有抢救安眠药中毒病人的成功例子。展，已有抢救安眠药中毒病人的成功例子。（3 3）药物的分离提取）药物的分离提取）药物的分离提取）药物的分离提取 在在红霉索、丝裂霉素、头孢菌素等抗菌素的提取红霉索、丝裂霉素、头孢菌素等抗菌素的提取中，已采中，已采用吸附树脂提取法。由于吸附树脂不受溶液用吸附树脂提取法。由于吸附树脂不受溶液pH值的影响，值的影响，不必调整抗菌素发酵液的不必调整抗菌素发酵液的pH值，因此不会造成酸、碱对发值，因此不会造成酸、碱对发酵液活性的破坏。酵液活性的破坏。用吸附树脂对用吸附树脂对中草药中有效成分的提取中草药中有效成分的提取研究工作正在开展，研究工作正在开展，在在人参皂甙、绞股兰、甜叶菊等的提取人参皂甙、绞股兰、甜叶菊等的提取中已取得卓著的成中已取得卓著的成绩。绩。产品产品甜叶菊甜叶菊FeSO4絮凝絮凝过滤过滤AB-8吸附吸附废水废水大孔阳离子交换树脂大孔阳离子交换树脂浓缩浓缩干燥干燥大孔阴离子交换树脂大孔阴离子交换树脂70%乙乙醇醇 水水（4 4）在制酒工业中的应用）在制酒工业中的应用）在制酒工业中的应用）在制酒工业中的应用酒中的酒中的高级脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水高级脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水。当制备低度当制备低度白酒时，需向高度酒中加水稀释。高级脂肪酸脂类溶解度白酒时，需向高度酒中加水稀释。高级脂肪酸脂类溶解度降低，容易析出而呈浑浊现象，影响酒的外观。吸附树脂降低，容易析出而呈浑浊现象，影响酒的外观。吸附树脂可选择性地吸附酒中分子较大或极性较强的物质，较小或可选择性地吸附酒中分子较大或极性较强的物质，较小或极性极性较较弱的分子不被吸附而存留。如弱的分子不被吸附而存留。如棕榈酸乙酯、油酸乙棕榈酸乙酯、油酸乙酯和亚油酸乙酯酯和亚油酸乙酯等分子较大的物质被吸附，等分子较大的物质被吸附，而己酸乙酯、而己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯乙酸乙酯、乳酸乙酯等相对分子质量较小的香味物质不被等相对分子质量较小的香味物质不被吸附而存留，达到分离、纯化的目的。吸附而存留，达到分离、纯化的目的。2.2 离子交换树脂离子交换树脂l 发展简史发展简史l 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构l 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类l 离子交换树脂的合成离子交换树脂的合成l 离子交换树脂的工作原理离子交换树脂的工作原理l 离子交换树脂的功能与应用离子交换树脂的功能与应用l 离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物。离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物。l 具有一般聚合物所没有的新功能具有一般聚合物所没有的新功能离子交换功能离子交换功能。l 离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料。离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料。l 1935年英国的年英国的Adams和和Holmes发表了关于酚醛树脂和苯发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，开创了离子交换胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域。树脂领域，同时也开创了功能高分子领域。一、发展简史一、发展简史l 离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又节离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又节 约能源。根据约能源。根据Adams和和Holmes的发明，带有磺酸基和氨的发明，带有磺酸基和氨 基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并在水的脱盐中基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并在水的脱盐中 得到了应用。得到了应用。l 1944年年 DAlelio 合成了具有优良物理和化学性能的磺化苯合成了具有优良物理和化学性能的磺化苯 乙烯乙烯-二乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树二乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树 脂，奠定了现代离子交换树脂的基础。脂，奠定了现代离子交换树脂的基础。l Dow化学公司开发了苯乙烯系磺酸型强酸性离子交化学公司开发了苯乙烯系磺酸型强酸性离子交 换树脂并实现了工业化；换树脂并实现了工业化；l Rohm&Hass公司研制了强碱性苯乙烯系阴离子交公司研制了强碱性苯乙烯系阴离子交 换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。l 这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用 于药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡于药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡 萄糖溶液的脱盐脱色等。萄糖溶液的脱盐脱色等。l 离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔型树脂离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔型树脂的开发，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度的开发，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，很快得到广泛应用。快和抗有机污染的优点，很快得到广泛应用。l 60年代后期，离子交换树脂年代后期，离子交换树脂的应用得到迅速的发展。除的应用得到迅速的发展。除了传统的水的脱盐、软化外，在分离、纯化、脱色、催化了传统的水的脱盐、软化外，在分离、纯化、脱色、催化等方面得到广泛的应用。等方面得到广泛的应用。l 引申发展离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物引申发展离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。二、离子交换树脂的结构二、离子交换树脂的结构l 带有可离子化基团的三维网状，颗粒状，粒径为带有可离子化基团的三维网状，颗粒状，粒径为0.31.2mml 不溶不熔不溶不熔聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图n 三维空间结构的网络骨架三维空间结构的网络骨架n 骨架上连接的可离子化的功能基团骨架上连接的可离子化的功能基团n 功能基团上吸附的可交换的离子功能基团上吸附的可交换的离子通过通过改变浓度差改变浓度差、利用亲和力差别利用亲和力差别等，使可交换等，使可交换离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、分离、提纯、净化等目的。分离、提纯、净化等目的。能解离出阳离子并能与能解离出阳离子并能与外来阳离子进行交换外来阳离子进行交换阳离子交换树脂阳离子交换树脂能解离出阴离子并能与能解离出阴离子并能与外来阴离子进行交换外来阴离子进行交换阴离子交换树脂阴离子交换树脂高分子多元酸高分子多元酸高分子多元碱高分子多元碱三、离子交换树脂的分类三、离子交换树脂的分类品种较多，分类方法复杂，常用的有三种品种较多，分类方法复杂，常用的有三种l 按照离子交换树脂的合成方式按照离子交换树脂的合成方式l 按照树脂的物理结构按照树脂的物理结构l 按照交换基团的性质按照交换基团的性质（1 1）按照离子交换树脂的合成方式分类）按照离子交换树脂的合成方式分类）按照离子交换树脂的合成方式分类）按照离子交换树脂的合成方式分类l 缩聚型缩聚型l 加聚型加聚型p 酚醛树脂等酚醛树脂等p 离子交换树脂的发展是以缩聚产品开始离子交换树脂的发展是以缩聚产品开始p 单体含烯基，通过自由基聚合反应形成单体含烯基，通过自由基聚合反应形成p 产品性能优良产品性能优良p 现在使用的离子交换树脂几乎都是加聚产品现在使用的离子交换树脂几乎都是加聚产品（2 2）按照树脂的物理结构分类）按照树脂的物理结构分类）按照树脂的物理结构分类）按照树脂的物理结构分类l 凝胶型凝胶型l 大孔型大孔型l 载体型载体型l 凝胶型凝胶型 外观透明、具有均相高分子凝胶结构外观透明、具有均相高分子凝胶结构 表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔 在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，2-4nm 无水状态分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过无水状态分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过 在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。易易“中毒中毒”无机小分子的无机小分子的半径半径1nml 大孔型大孔型 外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构 即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔 可在非水体系中起离子交换和吸附作用可在非水体系中起离子交换和吸附作用 孔径一般为几纳米至几百纳米孔径一般为几纳米至几百纳米 比表面积可达每克树脂几百平方米比表面积可达每克树脂几百平方米 吸附功能十分显著吸附功能十分显著l 载体型载体型 特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定相特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定相 一般是将树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上制成一般是将树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上制成 可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子 交换功能。交换功能。（3 3）按照交换基团的性质分类）按照交换基团的性质分类）按照交换基团的性质分类）按照交换基团的性质分类l 阳离子型阳离子型l 阴离子型阴离子型强酸性强酸性中酸性中酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性-SO3H-PO(OH)2-COOH-NH2、-NHR、-NR2四、离子交换树脂的合成四、离子交换树脂的合成l 聚苯乙烯系离子交换树脂的的合成聚苯乙烯系离子交换树脂的的合成聚苯乙烯系离子交换树脂的的合成聚苯乙烯系离子交换树脂的的合成l 丙烯酸系离子交换树脂的合成丙烯酸系离子交换树脂的合成丙烯酸系离子交换树脂的合成丙烯酸系离子交换树脂的合成l 缩聚型离子交换树脂的合成缩聚型离子交换树脂的合成缩聚型离子交换树脂的合成缩聚型离子交换树脂的合成1 1、聚苯乙烯系离子交换树脂的合成、聚苯乙烯系离子交换树脂的合成、聚苯乙烯系离子交换树脂的合成、聚苯乙烯系离子交换树脂的合成分两个步骤：分两个步骤：l 通过自由基聚合反应制备苯乙烯和二乙烯基苯通过自由基聚合反应制备苯乙烯和二乙烯基苯（DVB）的共聚物球粒）的共聚物球粒 控制共聚物结构的均匀性控制共聚物结构的均匀性 控制粒径分布控制粒径分布l 向共聚物球粒上引入可离子化的功能基团向共聚物球粒上引入可离子化的功能基团 高分子载体的稳定性和功能基团分布的均匀性高分子载体的稳定性和功能基团分布的均匀性（1 1）苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的合成）苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的合成）苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的合成）苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的合成l 用悬浮聚合法制备交联聚苯乙烯球粒，称为用悬浮聚合法制备交联聚苯乙烯球粒，称为“白球白球”l 用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等将白球溶胀，用浓硫酸用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等将白球溶胀，用浓硫酸或氯磺酸等磺化。通常称磺化后的球状共聚物为或氯磺酸等磺化。通常称磺化后的球状共聚物为“黄球黄球”。n 含有含有-SO3H交换基团的离子交换树脂称为交换基团的离子交换树脂称为氢型氢型阳离子阳离子交换树脂，其中交换树脂，其中H+为可自由活动的离子。为可自由活动的离子。n 贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，n 将它们与将它们与NaOH反应而转化为反应而转化为Na型型离子交换树脂。离子交换树脂。Na型树脂有较好的贮存稳定性。型树脂有较好的贮存稳定性。将将1 g BPO溶于溶于80 g苯乙烯苯乙烯与与20 g二乙烯基苯二乙烯基苯（纯度（纯度50）的混合单体中。搅拌下加入含有）的混合单体中。搅拌下加入含有5 g明胶明胶的的500 mL去离去离子水子水中，分散至所预计的粒度。从中，分散至所预计的粒度。从70逐步升温至逐步升温至95，反应反应810 h，得球状共聚物。过滤、水洗后于，得球状共聚物。过滤、水洗后于100120下烘干。即成下烘干。即成“白球白球”。将将100 g干燥球状共聚物置于干燥球状共聚物置于二氯乙烷二氯乙烷中溶胀。加入中溶胀。加入500 g浓硫酸浓硫酸（98），于），于95100下加热磺化下加热磺化510 h。反应。反应结束后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用结束后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氢氢氧化钠氧化钠处理，使之转换成处理，使之转换成Na型树脂，即得成品。型树脂，即得成品。这种树脂的交换容量约为这种树脂的交换容量约为5 mmol/g。制备实例制备实例（2 2）苯乙烯系弱酸性阳离子交换树脂的合成）苯乙烯系弱酸性阳离子交换树脂的合成）苯乙烯系弱酸性阳离子交换树脂的合成）苯乙烯系弱酸性阳离子交换树脂的合成l 通过傅通过傅-克反应氯甲基化，克反应氯甲基化，“氯球氯球”l 硝酸氧化硝酸氧化剧毒！剧毒！（3 3）苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂的合成）苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂的合成）苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂的合成）苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂的合成l 型碱性很强，对型碱性很强，对OH离子的亲合力小。用离子的亲合力小。用NaOH再生再生效率很低，耐氧化性和热稳定性较好。效率很低，耐氧化性和热稳定性较好。l 型引入了带羟基的烷基，羟基吸电子，降低了胺基的型引入了带羟基的烷基，羟基吸电子，降低了胺基的碱性，再生效率提高。耐氧化性和热稳定性相对较差。碱性，再生效率提高。耐氧化性和热稳定性相对较差。（4 4）苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂的合成）苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂的合成）苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂的合成）苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂的合成2 2、聚丙烯酸系离子交换树脂的合成、聚丙烯酸系离子交换树脂的合成、聚丙烯酸系离子交换树脂的合成、聚丙烯酸系离子交换树脂的合成l 亲水性高，抗有机污染性好亲水性高，抗有机污染性好l 耐氧化性差，应用受到限制耐氧化性差，应用受到限制l 弱酸性阳离子交换树脂较多弱酸性阳离子交换树脂较多单体直接合成单体直接合成丙烯酸水溶性大，聚合不易进行，常采用其酯类丙烯酸水溶性大，聚合不易进行，常采用其酯类单体进行聚合后再进行水解的方法来制备。单体进行聚合后再进行水解的方法来制备。3 3、缩聚型离子交换树脂的合成、缩聚型离子交换树脂的合成、缩聚型离子交换树脂的合成、缩聚型离子交换树脂的合成五、离子交换树脂的工作原理五、离子交换树脂的工作原理功能基为可离子化的基团，与溶液中的离子可进行可逆交换功能基为可离子化的基团，与溶液中的离子可进行可逆交换在一定条件下树脂上的离子可以交换成另一离子，另一条件在一定条件下树脂上的离子可以交换成另一离子，另一条件下，可以发生逆向交换，可再生。下，可以发生逆向交换，可再生。离子交换反应有三种：离子交换反应有三种：l 中性盐分解反应中性盐分解反应l 中和反应中和反应l 复分解反应复分解反应 中性盐分解反应中性盐分解反应 中和反应中和反应复分解反应复分解反应六、离子交换树脂的功能与应用六、离子交换树脂的功能与应用功能功能l 离子交换功能离子交换功能l 吸附功能吸附功能l 脱水功能脱水功能l 催化功能催化功能 易于分离易于分离 不腐蚀设备不腐蚀设备 不污染环境不污染环境 产品纯度高产品纯度高 后处理简单后处理简单l 最基本的用途之一最基本的用途之一l 水质的软化水质的软化l 水的脱盐水的脱盐l 高纯水的制备高纯水的制备1 1、水处理、水处理、水处理、水处理去离子水的制备装置去离子水的制备装置应用应用2 2、冶金工业、冶金工业、冶金工业、冶金工业l 离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。l 用于用于铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属金属和过渡金属的分离、提纯和回收的分离、提纯和回收l 可用于可用于选矿选矿。可改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有。可改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。l 核燃料的核燃料的分离、提纯、精制、回收分离、提纯、精制、回收等等l 用离子交换树脂制备高纯水，是核动力用循环、冷却、用离子交换树脂制备高纯水，是核动力用循环、冷却、补给水供应的唯一手段。补给水供应的唯一手段。l 离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。理的主要方法。3 3、原子能工业、原子能工业、原子能工业、原子能工业4 4、海洋资源利用海洋资源利用海洋资源利用海洋资源利用l 利用离子交换树脂，可从许多海洋生物（例如海利用离子交换树脂，可从许多海洋生物（例如海带）中提取带）中提取碘、溴、镁碘、溴、镁等重要化工原料。等重要化工原料。l 在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取以海水制取淡水淡水是十分经济和方便的。是十分经济和方便的。l 普遍用于多种无机、有机化合物的普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓分离、提纯，浓缩和回收缩和回收等。等。l 离子交换树脂用作化学反应离子交换树脂用作化学反应催化剂催化剂，可大大提高，可大大提高催化效率，简化后处理操作，避免设备的腐蚀。催化效率，简化后处理操作，避免设备的腐蚀。l 高分子试剂高分子试剂l 干燥剂干燥剂5 5、化学工业、化学工业、化学工业、化学工业l 离子交换树脂在离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品味品等食品加工中都有广泛的应用。等食品加工中都有广泛的应用。l 在酒类生产中，利用离子交换树脂进行酒的脱色、去在酒类生产中，利用离子交换树脂进行酒的脱色、去浑、去杂质，提高酒的质量。浑、去杂质，提高酒的质量。l 酒类经过离子交换树脂除去铜、锰、铁等离子，可以酒类经过离子交换树脂除去铜、锰、铁等离子，可以增加贮存稳定性。经处理后的酒，香味纯，透明度好，增加贮存稳定性。经处理后的酒，香味纯，透明度好，稳定性可靠稳定性可靠l 是各种酒类生产中不可缺少的一项工艺步骤。是各种酒类生产中不可缺少的一项工艺步骤。6 6、食品工业、食品工业、食品工业、食品工业