离子交换树脂

一、定义和分类二、离子交换作用三、合成方法四、应用第二章、离子交换树脂 思考题：v1.什么是离子交换树脂？v2.举例说明离子交换树脂的类型。v3.写出聚苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂的合成路线。v4.说明离子交换树脂的离子交换机理。v5.评价离子交换树脂的性能指标有哪些？v6. 说明离子交换树脂的用途。v 一、 定义和分类离子交换树脂是 由 交联结构的高分子骨架 与 能离解的基团 两个基本组分所构成的不溶性、多孔的、固体高分子电解质 。v 功能：它 能在液相中与带相同电荷的离子进行交换反应，此交换反应是可逆的 ，即可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复原有状态，可供再次利用（再生）。v 离子交换树脂已广泛应用工业、农业、医药、试剂和有机反应的催化剂和元素的提纯富集等各个领域中。v 有多种分类方法：（一）根据离解的基团的性质，可分为 ：v1、 阳离子交换树脂v 1 强酸性 （聚苯乙烯系），v 交换基：磺酸 SO3Hv 2 中酸性 （聚苯乙烯系）交换基： P=O(OH)2v 3 弱酸性 （甲基丙烯酸系）v 交换基：羧基 COOH或酚基 OH0017苯乙烯系强酸性离子交换树脂指 标 名称 指 标含水量 % 45-53全交 换 容量(mmol/g干 ) 4.5湿 视 密度 (g/ml) 0.77-0.87湿真密度 (g/ml) 1.25-1.29粒度 (0.315-1.25mm) 95出厂形式：钠型用于：硬水软化、脱盐水、纯水制备、稀有元素分离、分离和提取氨基酸制糖、制药可作为催化剂和脱水剂v2、 阴离子交换树脂v 1 强碱性 （聚苯乙烯系）交换基： 季胺叔胺v 2 弱碱性 （聚苯乙烯系）交换基：氨基 NH2D201大孔强碱性阴离子出厂形式：氯型 .主要性能指标：指 标 名称 指 标含水量 % 54-62全交 换 容量(mmol/g干 ) 4.0湿 视 密度 (g/ml) 0.66-0.73湿真密度 (g/ml) 1.04-1.08粒度 (0.315-1.25mm) 95主要用于纯水及高纯水制备、糖液脱色、生化制品，放射性元素的提炼。大孔弱碱性丙烯酸系阴离子 指 标 名称 指 标含水量 % 60-65全交 换 容量(mmol/g干 ) 7.0湿 视 密度 (g/ml) 0.65-0.75湿真密度 (g/ml) 1.06-1.10粒度 (0.315-1.25mm) 95出厂形式：钠型主要用于药物提取，苦咸水净化处理，糖液除酸脱色 ,金属提取等 （二）根据 高分子基体 （即骨架） 分 ：v 苯乙烯 体系树脂v 丙烯酸 甲基丙烯酸酯 体系树脂v 苯酚 间苯二胺 体系树脂v 环氧氯丙烷 体系树脂（三） 特殊的离子交换树脂 按性能分 :v 1、 螯合 树脂v 2、 两性 离子交换树脂v 3、 耐热性 离子交换树脂v 4、 氧化还原 树脂弱酸性酚醛系阳离子交换树脂 出厂形式：氢型指 标 名称 指 标交 换 当量 mmol/g 4.0水份 % 60-80膨 胀 率 % 55.2湿 视 密度 g/ml 1.05-1.15粒度 %(0.315-1.25)mm 95机械 强 度 % 95主要用于链霉素、土霉素、四环素等抗生素的脱色，氨基酸和糖类的脱色及提纯，维生素 B12蛋白酶的回收 弱碱性环氧系阴离子树脂 出厂形式：游离胺型指 标 名称 指 标含水量 % 60-70 全交 换 容量(mmol/g干 ) 9.0湿 视 密度 (g/ml) 0.65-0.80湿真密度 (g/ml) 1.03-1.12粒度 (0.315-1.25mm) 95主要用于水处理中除去 Cl-、SO4-等离子，柠檬酸、链霉素、苹果酸、氨基酸等精制中除去无机酸，提取有机酸和脱色，并可回收铜、银离子。 v 二、 离子交换作用v 1. 离子交换的机理 与液固相反应的历程类似， 溶液内离子扩散至树脂表面， 由表面扩散到树脂内部， 离子交换， 被交换的离子从树脂内部扩散至表面， 被交换的离子 再扩散至溶液中，控制步骤为 内扩散 。 机理 ：化学吸附历程 ：v2 离子交换树脂评价指标 ：v 机械强度 -好v 交换容量 -适当v 交换速度 -快v 再生速率 -快v （ 1） 机械强度：v 应有良好的机械强度，以免在装柱使用过程中，树脂颗粒破碎，结构破坏。v 其机械强度是 由高分子骨架的化学结构和交联度、骨架空间结构、颗粒粒度和形状 决定的v 一般说： 加大交联度、减小粒度，机械强度提高（ 2） 交换容量：v 交换容量 是表示树脂交换能力大小的量，常 以每克干树脂能交换的离子毫克当量数表示 。v 用途不同，对交换容量要求也不同。如：用于软化水的树脂，交换容量则以高为好； 而用作催化剂的树脂，交换容量则不宜过高。v 一般说： 加大交联度提高了机械强度，同时降低了交换容量，甚至可失去交换能力。v 大孔树脂比小孔树脂容量大。v 树脂组成中，引入较多的官能团，以提高其交换容量 。（ 3） 再生：v 再生是使用过程中的一个重要步骤，是评价离子交换树脂的一个重要指标。v 再生容易好，再生速率快好 。v 离子交换树脂的交换过程和再生过程是可逆反应。v 阳离子交换树脂： 或 R SO3 + Na+ RSO3Naa.用盐再生：v b.用酸再生：v RSO3Na + HCl RSO3H + NaClv 即 H+ Na+ v v 阴离子交换树脂：v R N+（ CH3） 3OH RN（ CH3） 3+ + OHv R N（ CH3） 3OH + NaCl R N（ CH3） 3Cl + NaOH v 再生： R N（ CH3） 3Cl + NaOH RN（ CH3） 3OH + NaClv 即： OH Cl离子交换设备三离子交换树脂的合成（一） 强酸性阳离子交换树脂v 以 -SO3H基作离子交换基因的离子交换树脂v 目前所有制品都是 苯乙烯 体系的树脂。v 苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂v 实例： 将 1克过氧化二苯甲酰（ BPO） 在冷时溶解于 80克苯乙烯， 20克对二乙烯苯 (DVB)中，在搅拌下加至含有悬浮剂（用聚乙烯醇等时的浓度为 0.01-0.5%；用碳酸钙、硅酸镁等无机悬浮剂时的浓度为 0.1-2.0%）的 500ml去离子水中，使之分散为所要的粒度，这时一旦分散成小粒子再也不会变大，因此搅拌时，要注意，将在 80 下搅拌加热 5-10小时，所得球状聚合物过滤，水洗后，在 100-125 下干燥。问：此反应为何种聚合 ?PVA， 碳酸钙有何作用 ?产品是什么结构，水洗有什么作用？ v 将 100克干燥球状聚合物放于能溶解苯乙烯聚合物的四氯乙烷或甲苯、四氯呋喃等溶剂中溶胀，与 500克98%硫酸，一起在 95-100 下加热磺化 5-10小时，反应完成后冷却，过剩的硫酸用水慢慢稀释，或用逐次降低浓度的硫酸洗涤，最后再用水洗涤除去硫酸，用NaOH处理使成 Na型，当有溶胀试剂的气味时可以水蒸