第三章 吸附分离功能高分子材料.ppt

第三章吸附分离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，其
历史可追溯到上一世纪30年代。1935年英国的Adams
和Holmes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，开创了离子交换树脂领域，同
时也开创了功能高分子领域。
1944年D’Alelio合成了具有优良物理和化学性能
的磺化苯乙烯-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
此后，Dow化学公司的Bauman等人开发了苯乙
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。20世纪50年代末，国内外包括我国的
南开大学化学系在内的诸多单位几乎同时合成出大孔
型离子交换树脂。
60年代后期，离子交换树脂除了在品种和性能等
方面得到了进一步的发展，更为突出的是应用得到迅
速的发展。除了传统的水的脱盐、软化外，在分离、
纯化、脱色、催化等方面得到广泛的应用。从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重要的功能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、定化酶等。
吸附树脂出现于上世纪60年代，我国于1980年以后才开始有工业规模的生产和应用，吸附树脂也是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型树脂，是指一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物，又称为高分子吸附剂。这类高分子材料具有较大的比表面积和适当的孔径，可从气相或溶液中吸附某些物质。3.1.2吸附分离功能高分子的分类3.2离子交换树脂和吸附树脂的结构
3.2.1离子交换树脂的结构

从图中可见，树脂由三部分组成：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—SO3-H+，它可解离出H+，而H+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可交换离子。3.2.2吸附树脂的结构
吸附树脂的外观一般为直径为0.3～1.0mm的小圆球，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，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。
吸附树脂内部结构很复杂。从扫描电子显微镜下可观察到，树脂内部像一堆葡萄微球，葡萄珠的大小约在0.06～0.5μm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能，因此是吸附树脂制备和性能研究中的关键技术。3.2.3吸附分离功能高分子的制备2.成孔技术良好的耐溶剂性
良好的化学稳定性
良好的机械性能
具有一定的交换容量
对某些离子具有高的选择性
有较大的比表面积、孔径和孔隙率3.3.2离子交换树脂的分类与制备
（1）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阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和两性树脂。
阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和弱酸型三种。习惯上，一般将中酸型和弱酸型统称为弱酸型。
强酸性阳离子交换树脂：
a聚苯乙烯树脂弱酸性阳离子交换树脂
a羧酸型树脂强碱性阴离子交换树脂
a季铵型阴离子树脂
b季磷型树脂弱碱性阴离子交换树脂两性树脂
将阴、阳两种离子交换树脂配合，可以除去溶液中的阴、阳离子，达到去盐的目的。但在再生时，也需要将两种树脂分别用酸、碱处理，手续较繁琐。为了克服这些缺点，研制了将阴、阳交换基团连接在同一树脂骨架上的两性树脂。

两性树脂中的两种功能基团是以共价键连接在树脂骨架上的，互相靠得较近，呈中和状态。但遇到溶液中的离子时，却能起交换作用。树脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，恢复到树脂原来的形式。两性树脂不仅可用于分离溶液中的盐类和有机物，还可作为缓冲剂，调节溶液的酸碱性。

两性树脂通常是通过将分别带有阴、阳离子交换基团的两种单体共聚而制得的，而蛇笼树脂则是先将一种单体进行体型聚合，然后将此体型聚合物在某种溶剂中溶胀，再将另一种单体在此溶胀聚合物中进行聚合制得的，相当于一种半互穿网络体系。现在，人们还开发了一种所谓“蛇笼树脂”。在这类树脂中，分别含有两种聚合物，一种带有阳离子交换基团，一种带有阴离子交换基团。其中一种聚合物是交联的，而另一种是线型的，恰似蛇被关在笼网中，不能漏出，故形象地称为“蛇笼树脂”。在蛇笼树脂中，可以是交联的阴离子树脂为笼，线型的阳离子树脂为蛇，也可以是交联的阳离子树脂为笼，线型的阴离子树脂为蛇。
蛇笼树脂的特性