第七章吸附性高分子材料优秀PPT.ppt
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1、第七章吸附性高分子材料第七章吸附性高分子材料探讨内容7.1吸附性高分子材料概述一、吸附性高分子材料的定一、吸附性高分子材料的定一、吸附性高分子材料的定一、吸附性高分子材料的定义义和分和分和分和分类类定定义:指哪些指哪些对某些特定离子或分子有某些特定离子或分子有选择性性亲和作用,使两者和作用,使两者之之间发生短生短暂或永久性或永久性结合,合,进而而发挥各种功效的材料。各种功效的材料。(3)金金属属阳阳离离子子配配位位型型吸吸附附剂 骨架上带有配位原子或者配位基团,能够对特定金属离子进行络合反应,两者间生成配位键而结合,因此对多种过滤金属有吸附和富集作用。(4)离离子子型型吸吸附附树脂脂 骨架中含
2、有某些酸性或者碱性基团,在溶液中解离后分别具有与阳离子或阴离子相互以静电引力生成盐而结合的趋势。依据性质与用途可以划分为:(1)非离子型吸附树脂 这种树脂中不含有特殊的离子和官能团,吸附主要依靠分子间的范德华力。(2)吸水性高分子吸附剂 具有亲水性网状分子结构,并可以被水以较大倍数溶胀,因此具有较大吸取和保持水分的实力。一、吸附性高分子材料的定一、吸附性高分子材料的定义和分和分类二、吸附性高分子材料的二、吸附性高分子材料的结构及制构及制备方法方法吸附性高分子材料主要是由单体和交联剂通过共聚反应合成,形成具有确定交联度的三维网叛状聚合物。依据其运用条件和外观形态主要分为以下四大类:1.微孔型吸附
3、树脂 该树脂外观呈颗粒状,在干燥状态下树脂内的微孔很小,也很少,因此作为吸附剂运用时必需用确定溶剂进行溶胀,溶胀后树脂的三维网状结构被扩展,内部空间被溶剂填充形成凝胶,因此也称为凝胶型吸附树脂。用悬浮聚合法制备。二、吸附性高分子材料的二、吸附性高分子材料的结构及制构及制备方法方法2.大孔型吸附大孔型吸附树树脂脂 其在干燥状其在干燥状态时树态时树脂内部就有脂内部就有较较高的孔隙率和高的孔隙率和较较大的孔径,大的孔径,这这种吸附种吸附树树脂不脂不仅仅可以在溶可以在溶胀胀状状态态下运下运用,而且在干燥下也能运用。用,而且在干燥下也能运用。悬悬浮聚合法制浮聚合法制备备。与微孔型。与微孔型树树脂的区分是
4、:在脂的区分是:在聚合聚合过过程中加入更多的交程中加入更多的交联剂联剂,同,同时时加入确定量的加入确定量的能溶解能溶解单单体的惰性溶体的惰性溶剂剂作作为单为单体稀体稀释剂释剂。3.米花型吸附米花型吸附树树脂脂 外外观观形形态为态为白色不透亮白色不透亮颗颗粒,由于粒,由于类类似膨化的米花似膨化的米花而得名。而得名。这这种种树树脂具有多孔性、不溶解性和脂具有多孔性、不溶解性和较较低的体低的体积积密度,特殊是密度,特殊是这这种种树树脂在大多数溶脂在大多数溶剂剂中不溶解、不中不溶解、不溶溶胀胀,因此只能在非溶,因此只能在非溶胀胀条件下运用。本体聚合法制条件下运用。本体聚合法制备备,交,交联剂联剂的加入
5、量的加入量为为0.1%0.5之之间间。二、吸附性高分子材料的二、吸附性高分子材料的结构及制构及制备方法方法4.交交联联大网状吸附大网状吸附树树脂脂 是三是三维维交交联联的网状聚合物,主要是在的网状聚合物,主要是在线线型聚合物型聚合物的基的基础础上,加入交上,加入交联剂进联剂进行交行交联联反反应应制制备备的。的。这树这树脂脂的主要缺点是机械的主要缺点是机械稳稳定性差,运用受到确定限制。定性差,运用受到确定限制。三、聚合物化学三、聚合物化学结构与吸附性能之构与吸附性能之间的关系的关系1.化学化学组成与功能基成与功能基团(1)元素)元素组成的影响成的影响 如聚合物分子中的配位原子,便具有潜在的如聚合
6、物分子中的配位原子,便具有潜在的络合合实力,有可力,有可能作能作为高分子螯合高分子螯合剂。(2)功能基)功能基团的影响的影响 如聚合物如聚合物链上上连接接强酸性基酸性基团,解离后的高分子酸根能,解离后的高分子酸根能够与阳离子与阳离子结合成合成盐,具有阳离子交,具有阳离子交换和吸附和吸附实力;反之,力;反之,连接接季季铵基基团,可以与阴离子,可以与阴离子结合,具有阴离子交合,具有阴离子交换实力。力。(3)分子极性的影响)分子极性的影响 如非极性如非极性树脂适合于从极性溶脂适合于从极性溶剂中吸附非极性有机物,反中吸附非极性有机物,反之极性之极性树脂适合于从非极性溶脂适合于从非极性溶剂中吸附极性有机
7、物。中吸附极性有机物。2.聚合物的聚合物的链结构和超分子构和超分子结构构三、聚合物化学三、聚合物化学结构与吸附性能之构与吸附性能之间的关系的关系 链结构和超分子结构影响聚合物分子间的作用力,从而影响聚合物的溶解度、机械性能。3.吸附吸附树脂的宏脂的宏观结构构 宏观结构主要影响吸附剂的吸附量、机械强度和吸附速度等性能。四、影响吸附四、影响吸附树脂性能的外部因素脂性能的外部因素1.温度因素温度因素 对对大多数物大多数物质质面言,在高温下分子的活面言,在高温下分子的活动实动实力增加,因力增加,因此吸附此吸附剂剂的吸附量和吸附力与温度成反比。利用的吸附量和吸附力与温度成反比。利用这这一性一性质质,可以
8、通可以通过过加加热热来脱除被吸附物来脱除被吸附物质质,使高分子吸附,使高分子吸附剂获剂获得再生。得再生。2.树树脂四周介脂四周介质质的影响的影响 这这里的介里的介质质是除了被吸附物是除了被吸附物质质之外,存在于吸附四周的大之外,存在于吸附四周的大量其他不量其他不应应被吸附的物被吸附的物质质,其中主要是一些液体溶,其中主要是一些液体溶剂剂和气体和气体物物质质。3.其他影响因素其他影响因素7.2非离子型吸附树脂非离子型吸附非离子型吸附树脂:指在分子脂:指在分子结构中不包含离子性基构中不包含离子性基团,主要依靠分子主要依靠分子间范德范德华力力进行吸附的分子行吸附的分子树脂。脂。主要用于色主要用于色谱
9、分分别中作中作为担体和固定相,以及担体和固定相,以及环境境爱护中作中作为污染物富集材料、染物富集材料、动植物中有效成分的分植物中有效成分的分别提取提取和和纯化化过程。程。按聚合物骨架聚合物骨架,对以下几种吸附树脂作简要说明:一、聚苯乙一、聚苯乙一、聚苯乙一、聚苯乙烯烯-二乙二乙二乙二乙烯烯苯交苯交苯交苯交联联吸附吸附吸附吸附树树脂脂脂脂 包括苯乙烯均聚物和以苯乙烯为主要成分的共聚物。这种树脂具有硅胶、活性炭、沸石等无机吸附材料的多孔性和表面吸附性,连同其他合成多孔性非离子树脂一起,被统称为合成吸附剂。1.聚苯乙聚苯乙烯型吸附型吸附树脂的脂的结构特点与性构特点与性质运用最多的聚合物骨架,几乎80
10、%以上的非离子型吸附树脂的骨架是由聚苯乙烯型树脂构成的。该树脂的主要缺点是机械强度不高,质硬且脆,抗冲击性和耐热性能较差。(1)树脂的微观结构 在水溶液中用悬浮聚合法制备得到的聚苯乙烯型吸附树脂外观多数是白色或浅黄色球状颗粒。主要有微孔型和大孔型两种。(2)树脂的宏观结构1.聚苯乙聚苯乙烯型吸附型吸附树脂的脂的结构特点与性构特点与性质(3)树脂的极性特征脂的极性特征 未经结构改造的吸附树脂为非极性吸附剂,主要用于水溶液或空气中有机成分的吸附和富集,其吸附机理是通过被吸附物质的疏水基与吸附剂的疏水表面相互作用产生吸附。(4)被吸附物)被吸附物质的脱吸附的脱吸附 有热脱附法和溶剂脱附法。(5)吸附
11、介)吸附介质的溶的溶胀剂和作用介和作用介质 常用的溶胀剂为甲苯等芳香性结构的溶剂。非溶胀多为低级醇或非极性的脂肪烃。2.聚苯乙聚苯乙烯型吸附型吸附树脂的合成脂的合成二二、聚聚甲甲基基丙丙烯酸酸-双双甲甲基基丙丙烯酸酸乙乙二二酯交交联体体吸吸附附树脂脂该分子中含有酯键,是中极性吸附剂,经过结构改造引入羟基性基团的该类树脂也可作为强极性吸附剂。三、其他三、其他类型的高分子吸附型的高分子吸附树脂脂聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚乙烯亚胺、纤维素衍生物等高分子材料也常作为吸附性树脂运用。7.3高分子螯合树脂高分子螯合树脂的骨架上连接有能够对金属离子进行配位的螯合功能基,对多种金属离子具有选择性螯合作用
12、,因此这类吸附树脂对各种金属离子有浓缩和富集作用,因此这种树脂可以广泛用于分析检测、污染治理、环境爱护和工业生产。螯合基团是一类含有多个配位原子的功能基团,目前最常见的配位原子都是具有给电子性质的第A到第A族元素,主要为O、N、S、P、As、Se等。一、氧一、氧为配位原子的螯合配位原子的螯合树脂脂1.含含羟基螯合基螯合树脂脂聚乙烯醇能与Cu2+、Ni2+、Co3+、Co2+、Fe3+、Mn2+、Ti3+、Zn2+等多种离子形成高分子螯合物,其中二价铜的螯合物最稳定。螯合物由于螯合过程有大量质子释放,因此溶液体系的pH值会有较大幅度下降,原来中性溶液会呈现酸性,其次分子内络合物的形成会使溶液体系
13、比粘度大幅度下降,这是由于聚合物链在形成螯合物时发生收缩所致。1.含含羟基螯合基螯合树脂脂伸长收缩2.含含-二二酮螯合螯合树脂脂 -二酮结构是指两个羰基之间间隔一个饱和碳原子的化学结构,其中羰基氧作为配位原子。3.含含羧酸型螯合酸型螯合树脂脂羧基中含有两种氧原子,一个处在羟基上,另外一个处在羧基上,两种氧原子在配位反应时作用不同,羟基氧往往以氧负离子形式参与配位。含有羧基的高分子螯合树脂最常见的有聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸和聚顺丁烯二酸等。4.冠冠醚型螯合型螯合树脂脂冠醚是含有氧配位原子的大环化合物,是目前特别引入注目的配位结构。冠醚最显著的特征是可以络合碱金属和碱土金属离子,而这些离子往往是特别
14、难以被其他类型的络合剂络合的。冠醚环多由不得1230个原子连接构成,配位氧原子分别为410个,适用于不同金属离子的配位数,常见的冠醚如下:二、氮二、氮为配位原子的螯合配位原子的螯合树脂脂1.含有氨基的螯合含有氨基的螯合树脂脂2.含有含有肟结构的螯合构的螯合树脂脂肟类化合物能与金属镍(Ni)形成络合物。在树脂骨架中引入二肟基团形成肟类螫合树脂,对Ni等金属有特殊的吸附性。肟类螫合树脂的制备方法如下:肟基近旁带有酮基、胺基、羟基时,可提高肟基的络合实力因此,肟类螫合树脂常以酮肟、酚肟、胺肟等形式出现,吸附性能优于单纯的肟类树脂。3.席夫碱席夫碱类高分子螯合高分子螯合树脂脂主链型席夫碱树脂含有两个相
15、隔两个碳原子和N=CH基团和两个邻位羟基。3.席夫碱席夫碱类高分子螯合高分子螯合树脂脂 侧链上具有席夫碱结构的螯合树脂,其骨架多为聚乙烯型。4.高分子偶氮型螯合高分子偶氮型螯合树脂(略)脂(略)5.含有氮含有氮杂环结构的螯合构的螯合树脂(略)脂(略)7.4离子型高分子吸附材料离子型高分子吸附材料一、离子型吸附一、离子型吸附一、离子型吸附一、离子型吸附树树脂的脂的脂的脂的结结构和特点构和特点构和特点构和特点离子型吸附离子型吸附树脂脂应当当满足的基本要求:足的基本要求:A、良好的耐溶、良好的耐溶剂性性质B、良好的、良好的稳定性定性C、良好的力学性能、良好的力学性能D、具有确定的离子交、具有确定的离
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