吸附分离高分子材料幻灯片.ppt

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1、吸附分离高分子材料第1页，共142页，编辑于2022年，星期五2 2、高分子吸附剂的概念、高分子吸附剂的概念是一种具有物质传递功能的高分子材料是一种具有物质传递功能的高分子材料利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或者化学作用，使两利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或者化学作用，使两者发生暂时或者永久性结合，进而发生各种功效者发生暂时或者永久性结合，进而发生各种功效物理或者化学作用包括物理吸附，范德华力，静电力，配位物理或者化学作用包括物理吸附，范德华力，静电力，配位键及离子键的形成键及离子键的形成吸附分离功能高分子主要包括吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂离子交换树脂和和吸附树脂吸附树脂

2、。从广义上讲，。从广义上讲，吸附分离功能高分子还应该包括吸附分离功能高分子还应该包括高分子分离膜材料高分子分离膜材料。但由于高分子。但由于高分子分离膜在材料形式、分离原理和应用领域有其特殊性，因此将在后分离膜在材料形式、分离原理和应用领域有其特殊性，因此将在后面的章中详细介绍。面的章中详细介绍。第2页，共142页，编辑于2022年，星期五 3 3、吸附分离功能高分子分类、吸附分离功能高分子分类 （1 1）按其吸附机理可分为）按其吸附机理可分为化学吸附化学吸附、物理吸附和亲和吸附物理吸附和亲和吸附高分高分子三大类；子三大类；（2 2）按其形态可分为）按其形态可分为无定形无定形、珠状珠状、纤维状纤

3、维状；按其孔结构的不同，可分为按其孔结构的不同，可分为微孔型微孔型（凝胶型）、（凝胶型）、中孔型中孔型、大孔型大孔型、特大特大孔型孔型等。等。第3页，共142页，编辑于2022年，星期五（3 3）按来源分类）按来源分类 天然来源的吸附分离性能高分子天然来源的吸附分离性能高分子改性淀粉，纤维素，壳聚糖（Modified starch，cellulose,chitosan）合成的吸附性高分子合成的吸附性高分子离子交换树脂（聚苯乙烯骨架）ion exchange resin高分子螯合剂（骨架含O，N，P，S，可与金属形成配位键）polymeric chelator高吸水树脂（骨架上含亲水基团，如-O

4、H，-COOH，COOM，-NH2等）Super water-absorbent resin（4 4）按组成分）按组成分无机无机分子筛、硅胶、活性炭有机有机比较而言，有机高分子吸附剂有什么优势？第4页，共142页，编辑于2022年，星期五（5 5）按性质分类）按性质分类第5页，共142页，编辑于2022年，星期五1、基本元素组成的影响、基本元素组成的影响2.1.2 2.1.2 影响吸附分离功能的因素影响吸附分离功能的因素1 1、内因内因2、官能团结构的影响、官能团结构的影响3、高分子链结构和超分子结构、高分子链结构和超分子结构4、吸附高分子的宏观结构、吸附高分子的宏观结构溶解、溶胀影响吸附溶解

5、、溶胀影响吸附量和选择性量和选择性孔径分布、孔隙率、比表面积孔径分布、孔隙率、比表面积第6页，共142页，编辑于2022年，星期五1、温度、温度2 2、影响吸附分离功能的外部因素影响吸附分离功能的外部因素2、周围介质、周围介质竞争吸附作用竞争吸附作用3、pH 稀释分散作用和盐析作用稀释分散作用和盐析作用3 3、其他影响因素（动力学因素）其他影响因素（动力学因素）粘度、流动速度和扩散系数等粘度、流动速度和扩散系数等第7页，共142页，编辑于2022年，星期五2.1.3 2.1.3 吸附分离功能高分子的合成吸附分离功能高分子的合成 为为了了保保证证吸吸附附树树脂脂在在使使用用时时不不被被溶溶解解，

6、其其骨骨架架结结构构通通常常需需有有一一定定程程度度的的交交联联，常常常常是是由由单单乙乙烯烯基基单单体体和和多多乙乙烯烯基基交交联联单单体体共共聚聚而而成成的的交交联联结结构构，可可以以有有无无定定形形、珠状和纤维状三种基本形态，其中珠状材料应用最为广泛。珠状和纤维状三种基本形态，其中珠状材料应用最为广泛。成珠技术成珠技术:悬浮聚合悬浮聚合 50501500m 1500m 沉淀聚合沉淀聚合 微米级微米级 乳液聚合乳液聚合 0.050.050.7m 0.7m 其中以悬浮聚合的应用最为广泛。其中以悬浮聚合的应用最为广泛。悬悬浮浮聚聚合合所所得得的的交交联联聚聚合合物物小小球球为为凝凝胶胶型型，凝

7、凝胶胶型型交交联联小小球球在在干干态态时时孔孔隙隙非非常常小小，只只有有在在添添加加良良溶溶剂剂后后才才会会重重构构一一定定的的孔孔隙隙。因因此此，凝凝胶胶型型交交联联小小球球常常常常必必须须在在良良溶溶剂剂中中使使用用。如如果果在在聚聚合合反反应应过过程程中中加加入入致致孔孔剂剂，则则可可得得到到大大孔孔型型交交联联小小球球，其其多多孔孔结结构构是是永永久久的的，在在气气相相和和不不良良溶溶剂剂中中也也可可使使用用，并并且且大大孔孔型型交交联联小小球球比比凝凝胶胶型型交交联联小小球球吸吸附能力更强，在进行化学改性时，更容易获得高的功能基引入率。附能力更强，在进行化学改性时，更容易获得高的功能

8、基引入率。1 1、骨架结构的合成（成球和致孔）、骨架结构的合成（成球和致孔）第8页，共142页，编辑于2022年，星期五引入不同官能团调节极性Polarity调整交联度(Cross-linking degree)改善溶胀性(swelling capacity)调节制备工艺以制备多规格多孔材料(Pore size and density)第9页，共142页，编辑于2022年，星期五2、致孔技术致孔技术 （1 1）惰性稀释剂致孔惰性稀释剂致孔 （2 2）线形高分子致孔）线形高分子致孔 （3 3）后交联成孔）后交联成孔 （4 4）无机纳米微粒成孔）无机纳米微粒成孔第10页，共142页，编辑于2022

9、年，星期五2.2.1 2.2.1 吸附树脂的结构与特点吸附树脂的结构与特点特点：特点：特点：特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。影响。2.2 2.2 非离子型吸附树脂（吸附树脂）非离子型吸附树脂（吸附树脂）第11页，共142页，编辑于2022年，星期五吸附树脂的外观一般为直径为吸附树脂的外观一般为直径为0.31.0 mm的小圆的小

10、圆球球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白色、，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白色、浅黄色或深褐色。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响浅黄色或深褐色。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响很大。粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但很大。粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以并且容易流失。粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以做到，故目前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。做到，故目前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。第12页，共142页，编辑于2022年，星期五 吸

11、附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度略大于吸附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度略大于水，在有机溶剂中有一定溶胀性。但干燥后重新收水，在有机溶剂中有一定溶胀性。但干燥后重新收缩。而且往往溶胀越大时，干燥后收缩越厉害。使用缩。而且往往溶胀越大时，干燥后收缩越厉害。使用中为了避免吸附树脂过度溶胀，常采用对吸附树脂溶中为了避免吸附树脂过度溶胀，常采用对吸附树脂溶胀性较小的乙醇、甲醇等进行置换，再过渡到水。吸胀性较小的乙醇、甲醇等进行置换，再过渡到水。吸附树脂必须在含水的条件下保存，以免树脂收缩而使附树脂必须在含水的条件下保存，以免树脂收缩而使孔径变小。因此孔径变小。因此吸附树脂一般都是含水出售的吸附树脂

12、一般都是含水出售的。第13页，共142页，编辑于2022年，星期五 吸附树脂内部结构很复杂。从扫描电子显微镜下吸附树脂内部结构很复杂。从扫描电子显微镜下可观察到，可观察到，树脂内部像一堆葡萄微球树脂内部像一堆葡萄微球，葡萄珠的大小，葡萄珠的大小约在约在0.060.5m范围内，葡萄珠之间存在许多空范围内，葡萄珠之间存在许多空隙，这实际上就是树脂的孔。研究表明葡萄球内部还隙，这实际上就是树脂的孔。研究表明葡萄球内部还有许多微孔。葡萄珠之间的相互粘连则形成宏观上球有许多微孔。葡萄珠之间的相互粘连则形成宏观上球型的树脂。正是这种多孔结构赋予树脂优良的吸附性型的树脂。正是这种多孔结构赋予树脂优良的吸附性

13、能，因此是吸附树脂制备和性能研究中的关键技术。能，因此是吸附树脂制备和性能研究中的关键技术。第14页，共142页，编辑于2022年，星期五2.2.2 吸附树脂的分类吸附树脂的分类 吸附树脂有许多品种，吸附能力和所吸附物质的吸附树脂有许多品种，吸附能力和所吸附物质的种类也有区别。但其共同之处是具有多孔性，并具有种类也有区别。但其共同之处是具有多孔性，并具有较大的表面积。吸附树脂目前尚无统一的分类方法，较大的表面积。吸附树脂目前尚无统一的分类方法，通常按其化学结构分为以下几类。通常按其化学结构分为以下几类。（1）非极性吸附树脂）非极性吸附树脂 指树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正指树脂中电荷

14、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的树脂。代表性产品为由负电荷相对集中的极性基团的树脂。代表性产品为由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。第15页，共142页，编辑于2022年，星期五（2）中极性吸附树脂）中极性吸附树脂 这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团，树这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团，树脂具有一定的极性。甲基丙烯酸酯

15、交联而成，交联剂亦为甲基丙脂具有一定的极性。甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。（3）极性吸附树脂）极性吸附树脂 分子结构中含有酰胺基、亚砜基、腈基等极性基分子结构中含有酰胺基、亚砜基、腈基等极性基团，这些基团的极性大于酯基。通常含有硫氧、酰胺、氮氧等团，这些基团的极性大于酯基。通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。基团。（4）强极性吸附树脂）强极性吸附树脂 强极性吸附树脂含有极性很强的基团，如吡啶、强极性吸附树脂含有极性很强的基团，如吡啶、氨基等。氨基等。第16页，共142页，编辑于2022年，星期五2.2.3 2.2.3 吸附树脂的制备合

16、成吸附树脂的制备合成第17页，共142页，编辑于2022年，星期五第18页，共142页，编辑于2022年，星期五第19页，共142页，编辑于2022年，星期五次甲基丁二酸次甲基丁二酸第20页，共142页，编辑于2022年，星期五2.2.4 大孔吸附树脂的吸附机理与解吸 非离子型共聚物，借助于非离子型共聚物，借助于范德华力范德华力从溶液中吸附各种有从溶液中吸附各种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律：溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律：非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质；非极性吸附剂可从

17、极性溶剂中吸附非极性溶质；极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质；极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质；中等极性吸附剂兼有以上两种能力中等极性吸附剂兼有以上两种能力(1)吸附树脂的吸附机理第21页，共142页，编辑于2022年，星期五(2)常用的解吸方法 低级醇、酮或水溶液解吸低级醇、酮或水溶液解吸 原理：使大孔树脂溶胀，减弱溶质与吸附剂间原理：使大孔树脂溶胀，减弱溶质与吸附剂间 的相互作用力的相互作用力 碱解吸附碱解吸附 原理：成盐，主要针对弱酸性溶质原理：成盐，主要针对弱酸性溶质 酸解吸附酸解吸附原理同上原理同上 水解吸附水解吸附 原理：降低体系中的离子强度，降低溶质的吸附量原理：降低体

18、系中的离子强度，降低溶质的吸附量第22页，共142页，编辑于2022年，星期五2.2.5 吸附树脂的应用吸附树脂的应用 （1）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，含酚废水中酚的提取，有机溶液的脱色等等。酚废水中酚的提取，有机溶液的脱色等等。（2）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。究正在开展，已有抢

19、救安眠药中毒病人的成功例子。第23页，共142页，编辑于2022年，星期五 （3）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红霉索、丝裂霉素、头孢菌素等抗菌素的提取取中，已采用吸附树脂提取法。由于吸附树脂不受溶中，已采用吸附树脂提取法。由于吸附树脂不受溶液液pH值的影响，不必调整抗菌素发酵液的值的影响，不必调整抗菌素发酵液的pH值，因值，因此不会造成酸、碱对发酵液活性的破坏。此不会造成酸、碱对发酵液活性的破坏。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研究工作正在开展，在正在开展，在人参皂甙、绞股兰、甜叶菊等的提取人参皂甙、绞股

20、兰、甜叶菊等的提取中中已取得卓著的成绩。已取得卓著的成绩。第24页，共142页，编辑于2022年，星期五（4）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，因，因此当制备低度白酒时，需向高度酒中加水稀释。随着此当制备低度白酒时，需向高度酒中加水稀释。随着高级脂肪酸脂类溶解度的降低，容易析出而呈浑浊现高级脂肪酸脂类溶解度的降低，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，较小或极性软弱的分子不子较大或极性较强的物质，较小或极性软弱的分子

21、不被吸附而存留。如被吸附而存留。如棕榈酸乙酯、油酸乙酯和亚油酸乙棕榈酸乙酯、油酸乙酯和亚油酸乙酯酯等分子较大的物质被吸附，等分子较大的物质被吸附，而已酸乙酯、乙酸乙而已酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯酯、乳酸乙酯等相对分子质量较小的香味物质不被吸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。附而存留，达到分离、纯化的目的。第25页，共142页，编辑于2022年，星期五2.3 2.3 离子交换树脂和吸附树脂的结构离子交换树脂和吸附树脂的结构2.3.1 2.3.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维

22、网状高分子材料状高分子材料，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一，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，如乙醇、丙般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为0.31.2mm。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。于或小于这一范围。第26页，共142页，编辑于2022年，星期五图图21 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 第27页，共142页，编辑于2022年，星期五 从图中可见，树脂由三部分组成：从

23、图中可见，树脂由三部分组成：三维空间结构三维空间结构的网络骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功的网络骨架；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离子能基团上吸附的可交换的离子。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+，它可解离出它可解离出H+，而，而H+可与周围的外来离子互相交换。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。由它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子它解离出的离子却能自由移动，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互相交换。这种

24、能自由移动的离子称为可交换离子可交换离子。第28页，共142页，编辑于2022年，星期五 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。通常，将通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂称作阳离子交换树脂行交换的树脂称作阳离子交换树脂；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阴离子离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子交换树脂交换树脂。

25、从无机化学的角度看，可以认为阳离子交。从无机化学的角度看，可以认为阳离子交换树脂相当于高分子多元酸，阴离子交换树脂相当于换树脂相当于高分子多元酸，阴离子交换树脂相当于高分子多元碱。应当指出，离子交换树脂除了离子交高分子多元碱。应当指出，离子交换树脂除了离子交换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是截然不同的。截然不同的。第29页，共142页，编辑于2022年，星期五2.3.2 2.3.2 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类 离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最重要的分类方法有以下两种。重要的分

26、类方法有以下两种。（1）按交换基团的性质分类）按交换基团的性质分类 按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。两大类。第30页，共142页，编辑于2022年，星期五 阳离子交换树脂可进一步分为阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和强酸型、中酸型和弱酸型弱酸型三种。如三种。如RSO3H为强酸型，为强酸型，RPO(OH)2为为中酸型，中酸型，RCOOH为弱酸型。习惯上，一般将中酸为弱酸型。习惯上，一般将中酸型和弱酸型统称为弱酸型。型和弱酸型统称为弱酸型。阴离子交换树脂又可分为阴离子交换

27、树脂又可分为强碱型和弱碱型强碱型和弱碱型两种。两种。如如R3NCl为强碱型，为强碱型，RNH2、RNRH和，和，RNR”2为弱碱型。为弱碱型。第31页，共142页，编辑于2022年，星期五（2）按树脂的物理结构分类）按树脂的物理结构分类 按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝凝胶型、大孔型和载体型胶型、大孔型和载体型三类。图三类。图32是这些树脂结构是这些树脂结构的示意图。的示意图。图图32 不同物理结构离子交换树脂的模型不同物理结构离子交换树脂的模型第32页，共142页，编辑于2022年，星期五1）凝胶型离子交换树脂）凝胶型离子交换树脂 凡凡外观透

28、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的离子交的离子交换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶滑，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。大分子链之间的间隙状，并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙约为约为24nm。一般无机小分子的半径在。一般无机小分子的半径在1nm以下，因以下，因此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体无水状态下，凝胶型离子交换

29、树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。所以，积缩小，无机小分子无法通过。所以，这类离子交换这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。第33页，共142页，编辑于2022年，星期五2）大孔型离子交换树脂）大孔型离子交换树脂 针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型离子交换树脂。离子交换树脂。大孔型离子交换树脂外观不透明，表大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构面粗糙，为非均相凝胶结构。即使在干燥状态，内部。即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此也存在不同尺寸的

30、毛细孔，因此可在非水体系中起离可在非水体系中起离子交换和吸附作用子交换和吸附作用。大孔型离子交换树脂的孔径一般。大孔型离子交换树脂的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为几纳米至几百纳米，比表面积可达每克树脂几百平方米，因此其吸附功能十分显著。方米，因此其吸附功能十分显著。第34页，共142页，编辑于2022年，星期五3）载体型离子交换树脂）载体型离子交换树脂 载体型离子交换树脂是一种特殊用途树脂，主要载体型离子交换树脂是一种特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定相用作液相色谱的固定相。一般是将离子交换树脂包覆。一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上制成。它可经受液相色

31、谱中在硅胶或玻璃珠等表面上制成。它可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。流动介质的高压，又具有离子交换功能。此外，为了特殊的需要，已研制成多种具有特殊此外，为了特殊的需要，已研制成多种具有特殊功能的离子交换树脂。如功能的离子交换树脂。如螯合树脂、氧化还原树脂、螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂两性树脂等。等。第35页，共142页，编辑于2022年，星期五2.3.3 2.3.3 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名 我国前石油化学工业部于我国前石油化学工业部于1977年年7月月l日正式颁布日正式颁布了离子交换树脂的部颁标准了离子交换树脂的部颁标准HG2-884-886-76离子交离子

32、交换树脂产品分类、命名及型号换树脂产品分类、命名及型号。这套标准中规定，离子交换树脂的全名由这套标准中规定，离子交换树脂的全名由分类名分类名称、骨架（或基团）名称和基本名称称、骨架（或基团）名称和基本名称排列组成。排列组成。第36页，共142页，编辑于2022年，星期五 离子交换树脂的离子交换树脂的基本名称为离子交换树脂基本名称为离子交换树脂。凡分。凡分类中类中属酸性的，在基本名称前加属酸性的，在基本名称前加“阳阳”字字；凡分类中；凡分类中属属碱性的，在基本名称前加碱性的，在基本名称前加“阴阴”字字。此外，为了区别离。此外，为了区别离子交换树脂产品中同一类中的不同品种，在子交换树脂产品中同一类

33、中的不同品种，在全名前必全名前必须加型号须加型号。第37页，共142页，编辑于2022年，星期五 离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第。第一位数字代表一位数字代表产品分类产品分类；第二位数字代表；第二位数字代表骨架结构骨架结构；第三位数字为第三位数字为顺序号顺序号，用于区别离子交换树脂树脂中，用于区别离子交换树脂树脂中基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各生产厂自行掌基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各生产厂自行掌握和制定。对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面握和制定。对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面用用“”和一个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交联度和一

34、个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交联度（质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以（质量百分数），而对大孔型树脂，则在型号前冠以字母字母“D”。第38页，共142页，编辑于2022年，星期五各类离子交换树脂的具体编号为：各类离子交换树脂的具体编号为：001099 强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂 100199 弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂 200299 强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 300399 弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂 400499 螯合型离子交换树脂螯合型离子交换树脂 500599 两性型离子交换树脂两性型离子交换树脂 600699 氧化还原

35、型离子交换树脂氧化还原型离子交换树脂第39页，共142页，编辑于2022年，星期五表表33 离子交换树脂骨架分类编号离子交换树脂骨架分类编号 编编号号骨架分骨架分类类0聚苯乙聚苯乙烯烯系系1聚丙聚丙烯烯酸系酸系2酚酚醛树醛树脂系脂系3环环氧氧树树脂系脂系4聚乙聚乙烯烯吡吡啶啶系系5脲醛树脲醛树脂系脂系6聚聚氯氯乙稀系乙稀系第40页，共142页，编辑于2022年，星期五 例如，例如，D113树脂是水处理应用中用量很大的一种树脂是水处理应用中用量很大的一种树脂。从命名规定可知，这是树脂。从命名规定可知，这是种大孔型弱酸型丙烯种大孔型弱酸型丙烯酸系阳离子交换树脂；而酸系阳离子交换树脂；而00110树

36、脂则是指交联度树脂则是指交联度为为10%的强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。的强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。我国有些生产厂在部颁标准制定前已开始生产离我国有些生产厂在部颁标准制定前已开始生产离子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们所熟子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们所熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树脂厂的悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树脂厂的735树脂，相当于命名规定中的树脂，相当于命名规定中的001树脂；树脂；724树脂相树脂相当于命名规定中的当于命名规定中的110树脂；树脂；717树脂相当于命名规定树脂相当于命名规定中的中的201树脂等等。树脂等等。第41页，共

37、142页，编辑于2022年，星期五2.3.4 2.3.4 离子交换树脂的制备方法离子交换树脂的制备方法2.3.4.1 凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂 凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部分：分：合成一种三维网状结构的大分子和连接上离子交合成一种三维网状结构的大分子和连接上离子交换基团换基团。具体方法，可先合成网状结构大分子，然后使之具体方法，可先合成网状结构大分子，然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也可先将交换基团连接到单体上，或直接采用带有交换可先将交换基团连接到单体上，或直

38、接采用带有交换基团的单体聚合成网状结构大分子的方法。基团的单体聚合成网状结构大分子的方法。第42页，共142页，编辑于2022年，星期五（1）强酸型阳离子交换树脂的制备）强酸型阳离子交换树脂的制备 强酸型阳离子交换树脂绝大多数为强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系骨聚苯乙烯系骨架架，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。换基团。由上述反应获得的球状共聚物称为由上述反应获得的球状共聚物称为“白球白球”。将白。将白球洗净干燥后，即可进行连接交换基团的磺化反应。球洗净干燥后，即可进行连接交换基团的磺化反应。第43页，共142页，编辑于202

39、2年，星期五 将干燥的白球用将干燥的白球用二氯乙烷二氯乙烷或或四氯乙烷四氯乙烷、甲苯甲苯等有等有机溶剂溶胀，然后用机溶剂溶胀，然后用浓硫酸浓硫酸或或氯磺酸氯磺酸等磺化。通常称等磺化。通常称磺化后的球状共聚物为磺化后的球状共聚物为“黄球黄球”。第44页，共142页，编辑于2022年，星期五 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阳氢型阳离子交换树脂离子交换树脂，其中，其中H+为可自由活动的离子。由于它为可自由活动的离子。由于它们的贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，因此常将们的贮存稳定性不好，且有较强的腐蚀性，因此常将它们与它们与NaOH反应而转化为反应而转化为N

40、a型离子交换树脂型离子交换树脂。Na型型树脂有较好的贮存稳定性。树脂有较好的贮存稳定性。第45页，共142页，编辑于2022年，星期五强酸型阳离子交换树脂的制备实例强酸型阳离子交换树脂的制备实例：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（纯度度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明胶的明胶的500 mL去离子水中，分散至所预计的粒度。从去离子水中，分散至所预计的粒度。从70逐逐步升温至步升温至95，反应，反应810 h，得球状共聚物。过滤、，得球状共聚物。过滤、水洗后于水洗后于100120下烘干。即成下烘干。即成“白球

41、白球”。第46页，共142页，编辑于2022年，星期五 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。加中溶胀。加入入500 g浓硫酸浓硫酸（98），于），于95100下加热磺化下加热磺化510 h。反应结束后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水慢慢。反应结束后，蒸去溶剂，过剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氢氧化钠处理，使之转换成洗去。然后用氢氧化钠处理，使之转换成Na型树脂，型树脂，即得成品。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。第47页，共142页，编辑于2022年，星期五 （2）弱酸型阳离子交换树脂的制备）弱酸型阳离子交换树脂的制备 弱酸型

42、阳离子交换树脂大多为弱酸型阳离子交换树脂大多为聚丙烯酸系骨架聚丙烯酸系骨架，因此可用带有功能基的单体直接聚合而成。因此可用带有功能基的单体直接聚合而成。其中，其中，COOH即为交换基团。即为交换基团。第48页，共142页，编辑于2022年，星期五 丙烯酸丙烯酸的水溶性较大，聚合不易进行，故常采用的水溶性较大，聚合不易进行，故常采用其其酯类单体酯类单体进行聚合后再进行水解的方法来制备。进行聚合后再进行水解的方法来制备。第49页，共142页，编辑于2022年，星期五弱酸型阳离子交换树脂的制备实例：弱酸型阳离子交换树脂的制备实例：将将1 g BPO 溶于溶于90 g 丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯和和10 g

43、 二乙烯基二乙烯基苯苯的混合物中。搅拌下加入含有的混合物中。搅拌下加入含有0.050.1聚乙烯聚乙烯醇醇的的500 mL去离子水中，分散成所需的粒度。于去离子水中，分散成所需的粒度。于60下保温反应下保温反应510 h。反应结束后冷却至室温，过滤、。反应结束后冷却至室温，过滤、水洗，于水洗，于100下干燥。下干燥。将经干燥的树脂置于将经干燥的树脂置于2 L浓度为浓度为 l mol/L 的的氢氧化氢氧化钠乙醇溶液钠乙醇溶液中，加热回流约中，加热回流约10 h，然后冷却过滤，用，然后冷却过滤，用水和稀盐酸水和稀盐酸洗涤，再用水洗涤数次，最后在洗涤，再用水洗涤数次，最后在100下下干燥，即得成品。干

44、燥，即得成品。第50页，共142页，编辑于2022年，星期五 （3）强碱型阴离子交换树脂的制备）强碱型阴离子交换树脂的制备 强碱型阴离子交换树脂主要以强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基季胺基作为离子交作为离子交换基团，以换基团，以聚苯乙烯作骨架聚苯乙烯作骨架。制备方法是：将聚苯乙。制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行烯系白球进行氯甲基化氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。苯环可在苯环可在路易氏酸如路易氏酸如ZnCl2，AlCl3，SnCl4等催化等催化下，与氯甲醚氯甲基化。下，与氯甲醚氯甲基化

45、。第51页，共142页，编辑于2022年，星期五 所得的中间产品通常称为所得的中间产品通常称为“氯球氯球”。用氯球可十分。用氯球可十分容易地进行胺基化反应。容易地进行胺基化反应。第52页，共142页，编辑于2022年，星期五32第53页，共142页，编辑于2022年，星期五 型与型与型季胺类强碱树脂型季胺类强碱树脂的性质略有不同。的性质略有不同。型的碱性很强，对型的碱性很强，对OH离子的亲合力小。当用离子的亲合力小。当用NaOH再生时，效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。再生时，效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子的特型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子

46、的特性，降低了胺基的碱性，再生效率提高。但其耐氧化性，降低了胺基的碱性，再生效率提高。但其耐氧化性和热稳定性相对较差。性和热稳定性相对较差。由于氯甲基化毒性很大，故树脂的生产过程中的由于氯甲基化毒性很大，故树脂的生产过程中的劳动保护是一重大问题。劳动保护是一重大问题。第54页，共142页，编辑于2022年，星期五强碱型阴离子交换树脂制备实例：强碱型阴离子交换树脂制备实例：将将1 g BPO 溶于溶于85 g 苯乙烯苯乙烯与与15 g 二乙烯基苯二乙烯基苯的的混合单体中，在搅拌下加入含有混合单体中，在搅拌下加入含有0.050.1聚乙烯聚乙烯醇醇的的500 mL去离子水中，分散成所需的粒度。在去离

47、子水中，分散成所需的粒度。在80下搅拌反应下搅拌反应510 h，得球粒聚合物。过滤洗涤后，于，得球粒聚合物。过滤洗涤后，于100125下干燥。下干燥。将所得聚合物在将所得聚合物在100 g二氯乙烷二氯乙烷中加热溶胀，冷却中加热溶胀，冷却后加入后加入200 g 氯甲醚氯甲醚，50 g 无水无水ZnCl2，5055 下加下加热热5 h。冷却后投入水中，分解过剩的氯甲醚，然后过。冷却后投入水中，分解过剩的氯甲醚，然后过滤、水洗，并于滤、水洗，并于100下干燥。下干燥。第55页，共142页，编辑于2022年，星期五 取上述取上述氯甲基化树脂氯甲基化树脂100 g，加入，加入500 mL 20二二甲基乙

48、醇胺甲基乙醇胺水溶液中，在水溶液中，在60下胺化下胺化4h。冷却后，过。冷却后，过滤水洗数次，用滤水洗数次，用稀盐酸稀盐酸洗涤一次，再用水洗涤数次，洗涤一次，再用水洗涤数次，干燥后即得干燥后即得型强碱型阴离子交换树脂。型强碱型阴离子交换树脂。若以若以三甲胺水溶液三甲胺水溶液代替二甲基乙醇胺水溶液进行代替二甲基乙醇胺水溶液进行胺化，则可得胺化，则可得型强碱型阴离子交换树脂。型强碱型阴离子交换树脂。第56页，共142页，编辑于2022年，星期五 （4）弱碱型阴离子交换树脂的制备）弱碱型阴离子交换树脂的制备 用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反应，可得

49、弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的应，可得弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程的毒性较大，现在生产中已较少采用这种方法。毒性较大，现在生产中已较少采用这种方法。利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。例如将例如将交联的交联的聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯在在二乙烯基苯或苯乙酮二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，中溶胀，然后在然后在130150下与下与多乙烯多胺多乙烯多胺反应，形成多胺树反应，形成多胺树脂。再用脂。再用甲醛或甲酸甲醛或甲酸进行甲基化反应，可获得性能良进行甲基化反应，可获

50、得性能良好的叔胺树脂。好的叔胺树脂。第57页，共142页，编辑于2022年，星期五第58页，共142页，编辑于2022年，星期五弱碱型阴离子交换树脂制备实例：弱碱型阴离子交换树脂制备实例：将将1 g BPO 溶于溶于88 g 丙烯酸乙酯丙烯酸乙酯和和12 g 二乙烯基二乙烯基苯苯（纯度（纯度55）的混合单体中，在搅拌下加入含有）的混合单体中，在搅拌下加入含有0.1聚乙烯醇聚乙烯醇的的240 g去离子水中，分散成所需的粒度。去离子水中，分散成所需的粒度。加热至加热至7580，搅拌聚合，搅拌聚合4 h，产物用水洗涤后，在，产物用水洗涤后，在110下干燥下干燥16 h。将上述将上述l00 g球状树脂