功能高分子材料(精细化工新材料与新技术)课件.ppt

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1、功能高分子功能高分子材料材料 Functional Polymer Materials材料、能源和信息，并称材料、能源和信息，并称为三大支柱产业为三大支柱产业 精细化工新材料与新技术精细化工新材料与新技术弹性材料床垫防扎防弹防漏气轮胎医用高分子材料 高分子药物 人工骨材料一、功能高分子材料的概述及其合成方法v高分子的概念始于高分子的概念始于20世纪世纪20年代，但应用更早。年代，但应用更早。v1839年年，美国人，美国人Goodyear发明硫化橡胶。发明硫化橡胶。v1855年，英国人年，英国人Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞。用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞。v1889年，法国人年，

2、法国人De Chardonnet（夏尔多内）发明（夏尔多内）发明人造丝人造丝。高分子材料科学的历史回顾高分子材料科学的历史回顾功能高分子材料功能高分子材料:具有具有特殊特殊的物理或化学性能的的物理或化学性能的高分子材料高分子材料，如吸附性能、反应性能、光性，如吸附性能、反应性能、光性能、电性能、磁性能等。能、电性能、磁性能等。v1907年年，酚醛树脂诞生。，酚醛树脂诞生。v1920年，德国人年，德国人Staudinger发表了发表了“论聚合论聚合”的论文，提出的论文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。聚合物

3、的结构。v1935年年，Carothes发明尼龙发明尼龙66，1938年工业化。年工业化。v30年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并工业化，年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并工业化，PVC（19271937），），PVAc（1936），），PMMA（19271931），），PS（19341937），），LDPE（1939）。自由基聚合）。自由基聚合发展。发展。高分子溶液理论在高分子溶液理论在30年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。Flory为此获得诺贝尔奖。为此获得诺贝尔奖。v40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要的橡胶和塑料年代，二次大

4、战促进了高分子材料的发展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶（被合成出来。丁苯橡胶（1937），丁腈橡胶（），丁腈橡胶（1937），丁基橡胶），丁基橡胶（1940），有机氟材料（），有机氟材料（1943），），ABS（1947），涤纶树脂（），涤纶树脂（19401950）。）。v50年代，年代，Ziegler和和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密度发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规和有规PP，低级烯烃得到利用，低级烯烃得到利用。v1956年，美国人年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分子发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河。结构设计的先河。v50年后期

5、至年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（），聚碳酸酯（1957），聚砜（），聚砜（1965），聚苯醚），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（），聚酰亚胺（1962）。）。v60年代年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。以后，特种高分子和功能高分子得到发展。特种高分子特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、半导体：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。等。功能高分子功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、

6、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶等。高分子、药用高分子、高分子液晶等。分类分类1.化学功能材料化学功能材料 1)分离功能材料分离功能材料 如分离膜、离子交换树脂、吸附树脂、高分子络如分离膜、离子交换树脂、吸附树脂、高分子络合物、反渗透膜等；合物、反渗透膜等；2)反应功能材料反应功能材料 如高分子催化剂、高分子试剂、高分子药物；如高分子催化剂、高分子试剂、高分子药物；3)生物功能材料生物功能材料 如固定化酶、生物反应器、人工肾、人工心肺和如固定化酶、生物反应器、人工肾、人工心肺和仿生传感器等。仿生传感器等。2.机械功能材料机械功能材料 如耐磨损材料、超高

7、强度纤维和工程塑料等如耐磨损材料、超高强度纤维和工程塑料等3.光学功能材料光学功能材料 如感光性树脂、太阳能电池、光导纤维和如感光性树脂、太阳能电池、光导纤维和棱镜材料等棱镜材料等4.电磁功能材料电磁功能材料 如有机半导体、电绝缘材料、超导电材料和压电如有机半导体、电绝缘材料、超导电材料和压电材料等材料等5.热功能材料热功能材料 如耐高（低）温材料、绝热材料和发热材料等如耐高（低）温材料、绝热材料和发热材料等v合成方法：合成方法：（1）功能单体聚合或缩聚反应（较为困难而复杂）功能单体聚合或缩聚反应（较为困难而复杂）丙烯酸丙烯酸分子中带有双键，同时又带有活性羧基。经过自分子中带有双键，同时又带有

8、活性羧基。经过自由基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸其共聚物，可以作为由基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸其共聚物，可以作为弱酸性离子交换树脂、高吸水性树脂弱酸性离子交换树脂、高吸水性树脂等应用。这是带有功等应用。这是带有功能性基团的单体聚合制备功能高分子的简单例子。能性基团的单体聚合制备功能高分子的简单例子。功能高分子的合成方法v原理：原理：利用高分子本身结构或聚集态结构的特点，引利用高分子本身结构或聚集态结构的特点，引入功能性基团，形成具有某种特殊功能的新型高分子入功能性基团，形成具有某种特殊功能的新型高分子材料。材料。除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外，除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外，采用多种单

9、体进行共聚采用多种单体进行共聚反应制备功能高分子反应制备功能高分子也是一种常见的方法。特别是当需要控也是一种常见的方法。特别是当需要控制聚合物中功能基团的分布和密度时，或者需要调节聚合物制聚合物中功能基团的分布和密度时，或者需要调节聚合物的物理化学性质时，共聚可能是最行之有效的解决办法的物理化学性质时，共聚可能是最行之有效的解决办法。（3）与功能材料复合：机械混合，如导电硅橡胶、导电胶、）与功能材料复合：机械混合，如导电硅橡胶、导电胶、医用材料医用材料利用利用化学反应化学反应将将活性功能基活性功能基引入聚合物骨架引入聚合物骨架例子：例子：小分子过氧酸是常用的强氧化剂，在有机合成中是重要的试小分

10、子过氧酸是常用的强氧化剂，在有机合成中是重要的试剂。但是，这种小分子过氧酸的主要缺点在于剂。但是，这种小分子过氧酸的主要缺点在于稳定性不好稳定性不好，容，容易发生易发生爆炸和失效爆炸和失效，不便于储存。反应后产生的羧酸也不容易，不便于储存。反应后产生的羧酸也不容易除掉，经常影响产品的纯度。将其引入高分子骨架后形成的高除掉，经常影响产品的纯度。将其引入高分子骨架后形成的高分子过氧酸，分子过氧酸，挥发性和溶解性挥发性和溶解性下降，下降，稳定性稳定性提高。提高。小分子氧化剂：小分子氧化剂：不稳定。易爆，易燃，不稳定。易爆，易燃，易分解失效，贮存、运输、使用困难易分解失效，贮存、运输、使用困难高分子氧

11、化剂：高分子氧化剂：稳定性好，稳定性好，贮存、运输、贮存、运输、使用方便使用方便聚苯乙烯聚苯乙烯芳环上的取代反应芳环上的取代反应聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以进行一系列的芳香聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以进行一系列的芳香取代反应，如取代反应，如磺化、氯甲基化、卤化、硝化、锂化、烷基化、羧磺化、氯甲基化、卤化、硝化、锂化、烷基化、羧基化、氨基化基化、氨基化等等，因此是功能高分子制备中最常用的骨架母体。等等，因此是功能高分子制备中最常用的骨架母体。聚乙烯醇的变化聚乙烯醇的变化聚乙烯醇可多种低分子化合物反应，形成各种各样的功能高分子聚乙烯醇可多种低分子化合物反应，形成各种各样的功能高分子聚醋

12、酸乙烯酯的醇解制备聚乙烯醇聚醋酸乙烯酯的醇解制备聚乙烯醇可用于在聚乙烯醇可用于在聚乙烯醇结构中引入活性基结构中引入活性基团的反应团的反应 例子：例子：青霉素是一种抗多种病菌的广谱抗青霉素是一种抗多种病菌的广谱抗菌素，应用十分普遍。它具有易吸收，见效快菌素，应用十分普遍。它具有易吸收，见效快的特点，但也有排泄快的缺点。利用青霉素结的特点，但也有排泄快的缺点。利用青霉素结构中的构中的羧基羧基、氨基氨基与高分子反应，可得到疗效与高分子反应，可得到疗效长的高分子青霉素。例如将青霉素与长的高分子青霉素。例如将青霉素与乙烯醇乙烯醇乙烯胺乙烯胺共聚物以共聚物以酰胺键酰胺键相结合，得到水溶性的相结合，得到水溶

13、性的药物高分子，这种高分子青霉素在人体内的停药物高分子，这种高分子青霉素在人体内的停留时间为低分子青霉素的留时间为低分子青霉素的3040倍。倍。带有功能性基团的小分子与高分子骨架的结合带有功能性基团的小分子与高分子骨架的结合这种制备方法的好处是可以这种制备方法的好处是可以利用廉价的商品化聚合物利用廉价的商品化聚合物，并且通过对高分子材料的选择，使得到的功能高分子材料并且通过对高分子材料的选择，使得到的功能高分子材料机械机械性能比较有保障性能比较有保障。主要是通过小分子功能化合物与聚合物的主要是通过小分子功能化合物与聚合物的共混和复合共混和复合来来实现。实现。比如，某些酶的固化，某些金属和金属氧

14、化物的固化比如，某些酶的固化，某些金属和金属氧化物的固化等。与化学法相比，通过与聚合物共混制备功能高分子的等。与化学法相比，通过与聚合物共混制备功能高分子的主要缺点是主要缺点是共混物不够稳定，在使用条件下（如溶胀、成共混物不够稳定，在使用条件下（如溶胀、成膜等）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步失膜等）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步失去活性去活性。如果高分子主链上存在的侧基官能团具有与另一高分子的如果高分子主链上存在的侧基官能团具有与另一高分子的端基发生反应的能力，则可通过官能团之间的反应得到接枝端基发生反应的能力，则可通过官能团之间的反应得到接枝共聚物。共聚物。例如，将通

15、过自由基聚合得到的，分子链中含有羧酸基例如，将通过自由基聚合得到的，分子链中含有羧酸基团的丙烯酸团的丙烯酸/丙烯酸丁酯丙烯酸丁酯/苯乙烯三元无规共聚物与单端羟基苯乙烯三元无规共聚物与单端羟基聚醚进行反应，可得到主链为亲油性的，而侧链为亲水性的聚醚进行反应，可得到主链为亲油性的，而侧链为亲水性的接枝共聚物。接枝共聚物。利用高分子侧基反应制备接枝共聚物利用高分子侧基反应制备接枝共聚物 高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型结构，使高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。复复合合型型导导电电高高分分子子材材料料是是

16、以以有有机机高高分分子子材材料料为为基基体体,加加入入一一定定数数量量的的导导电电物物质质(如如炭炭黑黑、石石墨墨、碳碳纤纤维维、金金属属粉粉、金金属属纤纤维维、金金属属氧氧化化物物等等)组组合合而而成成。该该类类材材料料兼兼有有高高分分子子材材料料的的易易加加工工特特性性和和金金属属的的导导电电性性。与与金金属属相相比比较较,导导电电性性复复合合材材料料具具有有加加工工性性好好、工工艺艺简简单单、耐耐腐腐蚀蚀、电电阻阻率率可可调调范范围围大大、价价格格低等低等优点。优点。二、离子交换树脂二、离子交换树脂v一、基本概念一、基本概念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

17、有离子交换基团的高分子化合物。它具有一般聚合物所没有的新功能它具有一般聚合物所没有的新功能离子交换功离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。能，本质上属于反应性聚合物。v二、离子交换树脂的结构二、离子交换树脂的结构离子交换树脂是一类带有三维网状结构的以高分子为基体、可离子交换树脂是一类带有三维网状结构的以高分子为基体、可进行离子交换的官能团的物质进行离子交换的官能团的物质，其外形一般为颗粒状，不溶于，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，树脂由三部分组成：树脂由三部分组成：三维空间结构的网络骨架（不溶性）；骨三维空间结构的网

18、络骨架（不溶性）；骨架上连接的可离子化的功能基团；功能基团上吸附的可交换的架上连接的可离子化的功能基团；功能基团上吸附的可交换的离子（带相反电荷）离子（带相反电荷）离子交换树脂的全名由离子交换树脂的全名由分分类名称、骨架（或基团）类名称、骨架（或基团）名称和基本名称名称和基本名称排列组成。排列组成。强酸型阳离子交换树脂的功能基团是强酸型阳离子交换树脂的功能基团是SO3-H+，它可解，它可解离出离出H+，而，而H+可与周围的外来离子互相交换。功能基团可与周围的外来离子互相交换。功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由它解离出的是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由它解离出的离子却能自由移动

19、，并与周围的其他离子互相交换。这离子却能自由移动，并与周围的其他离子互相交换。这种能自由移动的离子称为种能自由移动的离子称为可交换离子可交换离子。通过通过改变浓度差、利用亲和力差别改变浓度差、利用亲和力差别等，使可交换离等，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、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。通常，将通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂称作交换的树脂称作阳阳离子交换树脂离子交换树脂；而将；而将能解离出阴能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作离子、并能与

20、外来阴离子进行交换的树脂称作阴阴离离子交换树脂子交换树脂。三、分类三、分类离子交换树脂的制备离子交换树脂的制备（1）强酸型阳离子交换树脂的合成）强酸型阳离子交换树脂的合成 强酸型阳离子交换树脂是以强酸型阳离子交换树脂是以-SO-SO3 3H H作离子交换基团的离子交换作离子交换基团的离子交换树脂，能够交换树脂，能够交换NaNa、CaCa2 2等阳离子，有缩聚体系和苯乙烯等阳离子，有缩聚体系和苯乙烯体系两类，目前所有的工业制品都是苯乙烯体系的树脂。体系两类，目前所有的工业制品都是苯乙烯体系的树脂。苯乙烯体系苯乙烯体系强酸型阳离子交换树脂：用苯乙烯和二乙烯强酸型阳离子交换树脂：用苯乙烯和二乙烯基苯

21、基苯(DVB)(DVB)于水中，使用悬浮稳定剂，搅拌聚合得到球状共于水中，使用悬浮稳定剂，搅拌聚合得到球状共聚物；然后用硫酸聚物；然后用硫酸-氯磺酸等磺化剂进行磺化反应而制得。氯磺酸等磺化剂进行磺化反应而制得。(2)弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂 其合成大部分以其合成大部分以-COOH-COOH基作为离子交换基团，此外还基作为离子交换基团，此外还有有-PO(OH)-PO(OH)2 2、-AsO(OH)-AsO(OH)2 2基的。具有基的。具有-COOH-COOH基的弱酸基的弱酸型离子交换树脂几乎都是水解丙烯酸酯或甲基丙烯型离子交换树脂几乎都是水解丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯与酸酯与DVBD

22、VB的共聚物得到的，其反应如下：的共聚物得到的，其反应如下：(3)(3)强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 主要以主要以N NX X基作为离子交换基团的树脂，按下式基作为离子交换基团的树脂，按下式交换交换C1C1、SOSO4 42 2等阳离子：等阳离子：R R4 4N NOHOH+NaCl+NaClR R4 4N NClCl+NaOH+NaOH 利用乙烯与二乙烯基苯共聚物小球引入强碱性有机胺利用乙烯与二乙烯基苯共聚物小球引入强碱性有机胺基团即可制得强碱型离子交换树脂，反应式如下：基团即可制得强碱型离子交换树脂，反应式如下：(4)(4)弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂 如上述强碱型

23、离子交换树脂的合成方法，引入一些弱如上述强碱型离子交换树脂的合成方法，引入一些弱碱性基团即可制得弱碱型阴离子交换树脂。反应式如下：碱性基团即可制得弱碱型阴离子交换树脂。反应式如下：(5)(5)两性离子交换树脂两性离子交换树脂 同一高分子骨架上，如苯乙烯同一高分子骨架上，如苯乙烯-二乙烯基苯小球上，二乙烯基苯小球上，同时含有酸性基团和碱性基团的离子交换树脂，则同时含有酸性基团和碱性基团的离子交换树脂，则称为两性离子交换树脂。称为两性离子交换树脂。离离子子交交换换树树脂脂在在工工业业生生产产上上使使用用最最普普遍遍的的是是苯苯乙乙烯烯二二乙乙烯烯基基苯苯悬悬浮浮聚聚合合得得到到的的1 12mm2m

24、m的的小小球球，这这种种小小球球经经过过磺磺化化、氯氯甲甲基基化化、胺胺化化后后可可得得到到不不同同性性质质的的离离子子交交换换树树脂脂。基基本本结结构构相相同同的的离子交换树脂又有许多不同的牌号的产品离子交换树脂又有许多不同的牌号的产品。离子交换树脂的应用离子交换树脂的应用 (I)清清除除离离子子:如如阳阳离离子子交交换换树树脂脂用用于于清清除除水水溶溶液液中中的的阳阳离离子子，阴阴离离子子交交换换树树脂脂用用于于清清除除水水溶溶液液中中的的阴阴离离子子，将将阳阳离离子子交交换换树树脂脂与与阴阴离离子子交交换换树树脂脂分分别别装装柱柱串串联联使使用用或或混混合合装装柱柱，可可消消除除水水中中

25、的的阴离子和阳离子，用于制备去离子水、废水处理等。阴离子和阳离子，用于制备去离子水、废水处理等。(II)离离子子交交换换:利利用用其其离离子子交交换换的的可可逆逆性性，用用于于离离子子交交换换反反应应，最最成成功功的的应应用用是是离离子子交交换换色色谱谱，可可以以用用来来分分离离由由多多种种离离子子组组成成的的混合物。混合物。(III)酸、碱催化反应酸、碱催化反应:如质子型的阳离子交换树脂可作为非常如质子型的阳离子交换树脂可作为非常有效的高分子酸催化剂，氢氧根型阴离子交换树脂则是一种性能有效的高分子酸催化剂，氢氧根型阴离子交换树脂则是一种性能良好的高分子碱性催化剂。良好的高分子碱性催化剂。（1

26、）水处理）水处理 水处理包括水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。水处理等。水处理是离子交换树脂最基本的用途之一。是离子交换树脂最基本的用途之一。具体而言具体而言（2）冶金工业）冶金工业 离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀元铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、的分离、提纯和回收方面，离子交换树脂均起着十分重要的作用。提纯和回收方面，离子交换树脂均起着十分重要的作用。（3）海洋资源利用海洋资源利用 利用离子交换树脂，可

27、利用离子交换树脂，可从许多海洋生物（例如海带）中从许多海洋生物（例如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，。在海洋航行和海岛上，用用离子交换树脂以海水制取淡水离子交换树脂以海水制取淡水是十分经济和方便的。是十分经济和方便的。（4）化学工业）化学工业 离子交换树脂在化学实验、化工生产上已经和离子交换树脂在化学实验、化工生产上已经和蒸馏、结晶、萃取和过滤蒸馏、结晶、萃取和过滤一样，成为重要的单元操作，普遍一样，成为重要的单元操作，普遍用于多种无机、有机化合物的分离、用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收提纯，浓缩和回收等。等。离子交换树脂用

28、作化学反应催化剂，可大大提高催化效率，简化后处理离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提高催化效率，简化后处理操作，避免设备的腐蚀操作，避免设备的腐蚀（5）食品工业）食品工业 离子交换树脂在离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。特别在酒类生产中，利用离等食品加工中都有广泛的应用。特别在酒类生产中，利用离子交换树脂改进水质、进行酒的脱色、去浑、去除酒中的酒子交换树脂改进水质、进行酒的脱色、去浑、去除酒中的酒石酸、水杨酸等杂质，提高酒的质量。酒类经过离子交换树石酸、水杨酸等杂质，提高酒的质量。酒类经过离子交换树脂的去铜、锰

29、、铁等离子，可以增加贮存稳定性。经处理后脂的去铜、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，稳定性可靠，是各种酒类生产中的酒，香味纯，透明度好，稳定性可靠，是各种酒类生产中不可缺少的一项工艺步骤。不可缺少的一项工艺步骤。（6）医药卫生）医药卫生 离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。如在药物生产离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。如在药物生产中用于中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和及中草药有药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和及中草药有效成分的提取效成分的提取等。等。离子交换树脂本身可作为离子交换树脂本身可作为药剂内服药剂内服，具有解毒、缓泻、去酸，具

30、有解毒、缓泻、去酸等功效，可用于治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射物质等。等功效，可用于治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射物质等。对于对于外敷药剂外敷药剂，用离子交换树脂粉末可配制软膏、粉剂及，用离子交换树脂粉末可配制软膏、粉剂及婴儿护肤用品，用以吸除伤口毒物和作为解毒药剂。婴儿护肤用品，用以吸除伤口毒物和作为解毒药剂。（7）环境保护）环境保护 离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用，已普遍用于测上都有重要应用，已普遍用于电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水，影片洗印废

31、水、工业废气污水，影片洗印废水、工业废气等的治理。例如影片洗印废水中的银是等的治理。例如影片洗印废水中的银是以以Ag(SO3)23-等阴离子形式存在的，使用等阴离子形式存在的，使用型强碱性离子交换树脂处理后，型强碱性离子交换树脂处理后，银的回收率可达银的回收率可达90以上，既节约了大量的资金，又使废水达到了排放以上，既节约了大量的资金，又使废水达到了排放标准。标准。三、高分子分离功能膜三、高分子分离功能膜 当膜处在某两相之间时，由于膜两侧存在的压力差、浓度差以及电位差当膜处在某两相之间时，由于膜两侧存在的压力差、浓度差以及电位差等，驱使液态或气态的分子或离子等可从膜的一侧渗透到另一侧。等，驱使

32、液态或气态的分子或离子等可从膜的一侧渗透到另一侧。在渗透过程中，由于渗透物的大小、形状、化学性质、电荷在渗透过程中，由于渗透物的大小、形状、化学性质、电荷等不同，其渗透速率也不同，即膜对渗透物具有选择性，因此等不同，其渗透速率也不同，即膜对渗透物具有选择性，因此可利用膜的这种渗透选择性来分离不同的化合物，具有这种分可利用膜的这种渗透选择性来分离不同的化合物，具有这种分离功能的高分子膜称离功能的高分子膜称高分子分离功能膜高分子分离功能膜。膜的渗透性膜的渗透性：渗透物在膜中的渗透速率。：渗透物在膜中的渗透速率。高分子分离功能膜分类高分子分离功能膜分类 按被分离物质的不同按被分离物质的不同：（a）气

33、体分离膜）气体分离膜 （b）液体分离膜）液体分离膜 （c）固体分离膜）固体分离膜 （d）离子分离膜）离子分离膜 （e）微生物分离膜）微生物分离膜 按膜的孔径或被分离物的体积大小按膜的孔径或被分离物的体积大小：（a）5000nm以上，微粒过滤膜。以上，微粒过滤膜。（b）1005000nm，微滤膜，可分离血细胞、乳胶等。，微滤膜，可分离血细胞、乳胶等。（c）2100nm，超滤膜，可用于分离蛋白质等。，超滤膜，可用于分离蛋白质等。（d）10，纳滤膜，可用于分离游离酸和糖等。，纳滤膜，可用于分离游离酸和糖等。（e），反渗透膜（超细滤膜），可分离，反渗透膜（超细滤膜），可分离 NaCl等。等。按膜的结构

34、主要分为按膜的结构主要分为：（a）致密膜）致密膜 ：紧密无孔的膜，可由聚合物熔融挤出成膜或由聚合物溶紧密无孔的膜，可由聚合物熔融挤出成膜或由聚合物溶 液浇铸成膜。液浇铸成膜。（b）多孔膜）多孔膜：有无规分布且相互连接的多孔结构。有无规分布且相互连接的多孔结构。可由烧结法可由烧结法、拉伸、拉伸 法法、径迹蚀刻、径迹蚀刻 等方法获得。等方法获得。v高分子分离膜的分离机理高分子分离膜的分离机理v（1）筛分效应分离机理）筛分效应分离机理v 多孔膜的分离机理是筛分机理，即在膜多孔膜的分离机理是筛分机理，即在膜渗透过程中，只有体积小于膜孔的分子能够渗透过程中，只有体积小于膜孔的分子能够由膜孔通过，并且体积

35、较小的渗透物比体积由膜孔通过，并且体积较小的渗透物比体积较大的渗透物渗透速率更快。较大的渗透物渗透速率更快。（2）溶解扩散效应分离机理）溶解扩散效应分离机理 致密膜的一个重要性能是如果被分离物在膜中的溶解性差别显致密膜的一个重要性能是如果被分离物在膜中的溶解性差别显著时，即使其分子大小相近也能有效地分离。著时，即使其分子大小相近也能有效地分离。其分离机理是溶解其分离机理是溶解-扩散机理：首先，渗透分子溶解在膜的表面，扩散机理：首先，渗透分子溶解在膜的表面，然后扩散穿过分离膜，出现在膜的另一面。然后扩散穿过分离膜，出现在膜的另一面。其中溶解性取决于膜与渗透物的亲和性；而扩散性则取决于膜其中溶解性

36、取决于膜与渗透物的亲和性；而扩散性则取决于膜聚合物的化学结构及其分子链运动。聚合物的化学结构及其分子链运动。（3）电化学效应分离机理）电化学效应分离机理 在微孔分离膜上接枝离子基团便可得到离子交换分离膜。在微孔分离膜上接枝离子基团便可得到离子交换分离膜。离子交换分离膜的分离机理除筛分效应外，主要是离子交换分离膜的分离机理除筛分效应外，主要是电化学效电化学效应分离机理应分离机理:吸附分离膜上固定离子基团的反离子，而排斥固定离子基团吸附分离膜上固定离子基团的反离子，而排斥固定离子基团的同离子。的同离子。膜分离技术膜分离技术 （1）透析）透析 其原理是溶质在浓度差的驱动下从浓度高的一侧通过分离膜渗其

37、原理是溶质在浓度差的驱动下从浓度高的一侧通过分离膜渗透到浓度低的另一侧，通过下游侧的溶液流动完成分离过程。透到浓度低的另一侧，通过下游侧的溶液流动完成分离过程。（2）电渗析）电渗析 在电场的作用下，离子通过离子选择性分离膜分别向与之对应在电场的作用下，离子通过离子选择性分离膜分别向与之对应的电极迁移，使不同离子相互分离的过程。的电极迁移，使不同离子相互分离的过程。（3）全蒸发）全蒸发 原理是将待分离的混合物放于膜的一侧，其中高挥发性的有机原理是将待分离的混合物放于膜的一侧，其中高挥发性的有机溶剂以蒸汽的形式渗透分离膜，在膜的另一侧收集。其驱动力是溶剂以蒸汽的形式渗透分离膜，在膜的另一侧收集。其

38、驱动力是渗透物蒸发所引起的蒸汽压差。渗透物蒸发所引起的蒸汽压差。（4）微滤、超滤、纳滤和超细滤）微滤、超滤、纳滤和超细滤 都是以压力差为驱动力，促使被分离物从压力高的一侧向压力都是以压力差为驱动力，促使被分离物从压力高的一侧向压力低的一侧移动，利用筛分原理进行的连续膜分离过程。低的一侧移动，利用筛分原理进行的连续膜分离过程。(a)微滤微滤:清除溶液中的微生物以及悬浮微粒清除溶液中的微生物以及悬浮微粒(0.1-10um)。应用应用:除菌除菌(饮用水处理等）、果汁澄清、溶液澄清等。饮用水处理等）、果汁澄清、溶液澄清等。(b)超滤超滤:清除液体中的胶体级微粒以及大分子溶质清除液体中的胶体级微粒以及大分子溶质(2100nm)。应用应用：合成和生物来源的大分子溶液中溶质的分离、分子：合成和生物来源的大分子溶液中溶质的分离、分子 量分量分布较宽的大分子溶液进行分级处理、从食品工业废弃的乳清中回收布较宽的大分子溶液进行分级处理、从食品工业废弃的乳清中回收蛋白质等。蛋白质等。