吸附分离功能高分子ppt课件

第第3章章 吸附分别功能高分子吸附分别功能高分子目录目录 3.1 概述 3.2 离子交换树脂和吸附树脂的制备方法 3.3 离子交换树脂及吸附树脂的功能 3.4 离子交换树脂和吸附树脂的运用3.1 概述概述3.1.1 吸附分别功能高分子的开展简史吸附分别功能高分子吸附分别功能高分子离子交换树脂离子交换树脂吸附树脂吸附树脂高分子分别膜资料高分子分别膜资料3.1.2 离子交换树脂和吸附树脂的构造1.离子交换树脂的构造 带有可离子化基团的三维网状高分子资料，普通为颗粒状，溶解性较差。性能：高机械强度高交换容量足够的亲水性有足够大的凝胶孔或大孔构造高的耐热稳定性和化学稳定性高的浸透稳定性。2.吸附树脂的构造 普通是直径为0.31.0mm的小圆球，外表光滑，有乳白色、浅黄色或深褐色。有较高的强度，有一定溶胀性，枯燥收缩。吸附树脂内部构造很复杂。内部像一堆葡萄微球，葡萄珠之间有许多空隙。3.1.3 离子交换树脂和吸附树脂的分类 1.离子交换树脂和吸附树脂的分类 1离子交换树脂离子交换树脂按交换基团的性质分类按树脂的物理构造分类阳离子交换树脂R-SO3H、R-PO(OH)2、R-COOH阴离子交换树脂R3-N+Cl-、R-NH2、R-NR和R-NR2凝胶型凝胶型大孔型大孔型载体型载体型分类称号功能基团类型强酸型磺酸基-SO3H弱酸型羧酸基-COOH磷酸基-PO4H2强碱型季氨基-N+(CH3)3、HOH2CH2C-N+-(CH3)2弱碱型伯、仲、叔氨基-NH2、-NHR、-NR2等分类称号功能基团类型螯合型胺酸基-N+(CH2COOH)2等两性型强碱-弱酸-N+(CH3)3、-COOH等弱碱-弱酸-NH2、-COOH等氧化复原型硫醇基-CH2SH、对苯二酚基HO-OH等(2)吸附树脂的分类 按其化学构造分非极性吸附树脂 树脂中电荷分布均匀，不存在极性基团。代表性产品为苯乙烯和二乙烯苯聚合树脂。中极性吸附树脂 分子构造中存在酯基一类的极性基团极性吸附树脂 有酰胺基、亚砜基、腈基等极性基团强极性吸附树脂 含有极性很强的基团，如吡啶基、氨基等。按吸附树脂的孔径大小和外观外形还有按吸附树脂的孔径大小和外观外形还有微孔型凝胶型、大孔型、米花型和大微孔型凝胶型、大孔型、米花型和大网状型之分。以大孔型的运用最为普遍。网状型之分。以大孔型的运用最为普遍。3.1.4 离子交换树脂的命名 各类离子交换树脂的详细编号为：001099 强酸型阳离子交换树脂 100199 弱酸型阳离子交换树脂 200299 强碱型阴离子交换树脂 300399 弱碱型阴离子交换树脂 400499 螯合型离子交换树脂 500599 两性型离子交换树脂 600699 氧化复原型离子交换树脂编号编号骨架分类骨架分类0聚苯乙烯系聚苯乙烯系1聚丙烯酸系聚丙烯酸系2酚醛树脂系酚醛树脂系3环氧树脂系环氧树脂系4聚乙烯吡啶系聚乙烯吡啶系5脲醛树脂系脲醛树脂系6聚氯乙烯系聚氯乙烯系3.2 离子交换树脂和吸附树脂的制备方法 3.2.1 凝胶型离子交换树脂 制备过程：首先合成一种维网状构造的大分子，然后在大分子上衔接离子交换基团。1强酸型阳离子交换树脂的制备 绝大多数为聚苯乙烯系骨架，采用自在基悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。聚苯乙烯系骨架的合成如下聚苯乙烯系骨架的合成如下:CHH2C+CHHCH2CCH2BPO分 散 剂CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2SO3H+NaOH(稀)CH2CHCHCH2CH2CH2SO3Na(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 骨架多为聚丙烯酸系骨架，可用带有功能基骨架多为聚丙烯酸系骨架，可用带有功能基的单体直接聚合而成。的单体直接聚合而成。H2CCHCOOH+CHH2CCHH2CCH2CH-CH2-CH-CH2CHHOOC(3)强碱型阴离子交换树脂的制备 主要以季氨基作为离子交换基团，以聚苯乙烯作骨架。制备方法：将聚苯乙烯系白球进展氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进展氨基化反响。CH2CH-CH2-CH-CH2CHZnCl2CH3OCH2ClCH2CH-CH2-CH-CH2CHCH2Cl+CH3OH(4)弱碱型阴离子交换树脂的制备 制备：用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进展胺化反响。利用羧酸类基团与胺类化合物进展酰胺化反响，可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。方程式中方程式中n可为可为1、2、3CH2CHCHCH2CHCH2COOCH3|NH2(C2H4NH)nH二 乙 苯CH2CHCHCH2CHCH2CONH(C2H4NH)nH|CH2OCH2CHCHCH2CHCH2CONH(C2H4N)n-CH3|CH3|3.2.2 大孔型离子交换树脂 其在凝胶型离子交换树脂的根底上制备其在凝胶型离子交换树脂的根底上制备的，特点是在树脂内部存在大量不会消逝的的，特点是在树脂内部存在大量不会消逝的毛细孔。毛细孔。缺陷：缺陷：在干态和非水系统中不能运用的缺陷外，还在干态和非水系统中不能运用的缺陷外，还会产生会产生“中毒景象。中毒景象。“中毒景象是由于苯乙烯与二乙烯基苯的中毒景象是由于苯乙烯与二乙烯基苯的共聚特性呵斥的。前期主要耗费二乙烯苯，共聚特性呵斥的。前期主要耗费二乙烯苯，而后期主要是苯乙烯的自聚。构成的球状而后期主要是苯乙烯的自聚。构成的球状树脂为外疏内密的构造。树脂为外疏内密的构造。大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂根本一样。但有两个最大的不同之处：树脂根本一样。但有两个最大的不同之处：一是二乙烯苯含量添加到一是二乙烯苯含量添加到85%以上；二是以上；二是在制备中参与致孔剂。在制备中参与致孔剂。致孔剂可分为两大类：一类为聚合物的良致孔剂可分为两大类：一类为聚合物的良溶剂，以称为溶胀剂；另一类为聚合物的溶剂，以称为溶胀剂；另一类为聚合物的不良溶剂，即单体的溶剂，聚合物的沉淀不良溶剂，即单体的溶剂，聚合物的沉淀剂。剂。假设在树脂上衔接上各种交换基团，就得假设在树脂上衔接上各种交换基团，就得到各种规格的大孔型离子交换树脂。到各种规格的大孔型离子交换树脂。3.2.3 其他类型的离子交换树脂 1.螯合树脂 利用螯合树脂既有离子键又有共价键的特点来分别重金属、贵金属。从构造上分类，螯合树脂有侧链型和主链型两类。从原料来分类，那么可分为天然的和人工合成的两类。螯合树脂最常用的种类1氨基羧酸类EDTA类 乙二胺四乙酸EDTA能在不同条件下与不同的金属离子配合，且有很好的选择性。CH2CHCH2NCH2COOHCH2COOH2肟类 肟类化合物能与金属镍构成配合物。在树脂骨架中引入二肟基团构成肟类螯合树脂，对镍等金属有特殊的吸附性。CH2CCNNHOOHCH2CHCCCH3NNOHOHCH2CHCCCH3NNOHOH38-羟基喹啉类 将 8-羟基喹啉引入高分子骨架中，就构成具有特殊配合才干的8-羟基喹啉螯合树脂。由含8-羟基喹啉的烯类单体聚合获得 能选择吸附的贵金属离子有Cr2+、Ni2+、Zn2+等，且吸附量高达2.39-2.99mmol/g。利用聚苯乙烯的高分子反响获得 对Hf4+、Zr4+、Co2+等贵金属离子有特殊的选择吸附作用。4吡咯烷酮类 在聚合物骨架中引入吡咯烷酮基团，对铀U等金属离子有很好的选择分别效果。CH2CHCHHNCH=OCH2CH25聚乙烯基吡啶类 高分子骨架中带有吡啶基团时，对Cu2+、Ni2+、Zn2+等金属离子有特殊的配合功能。假设在氮原子附近带有羧基时，其作用更为明显。CH2CHNCH2CHNHOOCCH2CHNCH22.氧化复原树脂氧化复原树脂 氧化复原树脂也称电子交换树脂，指氧化复原树脂也称电子交换树脂，指带有能与周围活性物质进展电子交换，带有能与周围活性物质进展电子交换，发生氧化复原反响的一类树脂。发生氧化复原反响的一类树脂。氧化复原树脂的制备：将带有氧化复原氧化复原树脂的制备：将带有氧化复原基团的单体经过连锁聚合或逐渐聚合基团的单体经过连锁聚合或逐渐聚合制得，也可将一些单体先制成高分子制得，也可将一些单体先制成高分子骨架，然后经过高分子的基团反响，骨架，然后经过高分子的基团反响，引入氧化复原基团来制取。也可经过引入氧化复原基团来制取。也可经过天然高分子改性获得。天然高分子改性获得。重要的氧化复原树脂有氢醌类、巯基类、重要的氧化复原树脂有氢醌类、巯基类、吡啶类、二茂铁类、吩噻嗪类等。吡啶类、二茂铁类、吩噻嗪类等。1氢醌类氢醌类 氢醌、萘醌、葸醌等都可经过与醛类化氢醌、萘醌、葸醌等都可经过与醛类化合物进展聚合而得到氧化复原树脂，也可经合物进展聚合而得到氧化复原树脂，也可经过本身带酚基的乙烯基化合物聚合得到。过本身带酚基的乙烯基化合物聚合得到。CH2CHnOHHO2巯基类 普通是以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为骨架，经过化学反响引入巯基得到。CH2CHCH2SH3吡啶类 其经过氯甲基化聚苯乙烯与烟酰胺反响制得。CH2CHCH2NH HCONH24二茂铁类 将乙烯基引入二茂铁，再经过自在基聚合，即可得到氧化复原树脂。CH2CHnFe5吩噻嗪类 将乙烯基引到吩噻嗪类化合物上，再经聚合即可得到氧化复原树脂。CH2CHnSHNN(CH3)23.两性树脂 两性树脂中的两种功能基团是以共价键衔接在树脂骨架上的，相互靠得较近，呈中和形状。但遇到溶液中的离子时，却能起交换作用。优点是再生时只需大量的水淋洗即可恢复到树脂原来的方式。如今已开发出了“蛇笼树脂。4.热再生树脂 其本质上也是一种两性树脂，在同一树脂骨架中带有弱酸性和弱碱性离子交换基团。在室温下能吸附NaCl等盐类，而在70-80下可以把盐类重新脱离下来。R-COOH+RNR+NaCl2025C7080CR-COONa+RNR2HCl3.2.4 吸附树脂的制备非极性吸附树脂的制备 主要是采用二乙烯基苯经自在基悬浮聚合制备。选择适当的致孔剂能使树脂内部得到估计大小和数量的微孔。2.极性吸附树脂的制备 极性吸附树脂主要含有氰基、砜基、氨基和酰氨基等。1含氰基的吸附树脂 含氰基的吸附树脂能够过二乙烯基苯与丙烯腈的自在基悬浮聚合得到。致孔剂常用甲苯与汽油的混合物。2含砜基的吸附树脂 含砜基的吸附树脂的制备：先合成低交联度聚苯乙烯交联度5%，然后以二氯亚砜为后交联剂，在无水三氯化铝催化、80下反响15h，即制得含砜基的吸附树脂，比外表积在m2/g以上。3含酰氨基的吸附树脂 将含氰基的吸附树脂用乙二胺胺解或将含仲氨基的交联大孔型聚苯乙烯用乙酸酐酰化，都可得么含酰按基的吸附树脂。4含氨基的强极性吸附树脂 含氨基的强极性吸附树脂的制备：先制备大孔性聚苯乙烯交联树脂，然后将其与氯甲醚反响，在树脂中引入氯甲基，再用不同的胺进展胺化，即可得到含不同氨基的吸附树脂。3.3 离子交换树脂及吸附树脂的功能离子交换树脂及吸附树脂的功能3.3.1 离子交换树脂及吸附树脂的功能 离子交换树脂最主要的功能是离子交换，并具有吸附、催化、脱水等功能。吸附树脂的主要功能那么是其宏大的的比外表而具有优良的吸附性。1.离子交换功能 其相当于多元酸和多元碱，能发生的离子交换反响有中和反响、复分解反响、中性盐反响。RSO3H+NaOH RSO3Na+H2ORSO3H+NaCl RSO3Na+HClRNCl +NaBr RNBr+NaCl 中性盐反响那么仅在强酸型阳离子交换树脂和强碱型离子交换树脂的反响中发生。上述反响均是平衡可逆反响，是离子交换树脂再生的本质。2.吸附功能 吸附量的大小和吸附的选择性最主要决议于外表的极性和被吸附物质的极性。离子交换树脂的吸附功能随树脂比外表积的增大而增大。因此，大孔型树脂的吸附才干远远大于凝胶型树脂。3.脱水功能 强酸型阳离子交换树脂中的-SO3H基团是强极性基团，相当于浓硫酸，有很强的吸水性。枯燥的强酸型阳离子交换树脂可用作有机溶剂的脱水剂。4.催化功能 与低分子酸碱相比，离子交换树脂催化剂具有易于分别、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处置简单等优点。也可以配价键、离子键或共价键的方式与过渡元素结合，构成配合催化剂起催化作用。离子交换树脂和大孔型吸附树脂还具有脱色、作载体等功能。3.3.2 离子交换树脂的质量控制离子交换树脂的质量目的离子交换树脂的质量目的1交换容量交换容量 离子交换树脂的交换容量是指单位离子交换树脂的交换容量是指单位质量或单位体积树脂可交换的离子基团的质量或单位体积树脂可交换的离子基团的数量。根据测定方法不同，有湿基全交换数量。根据测定方法不同，有湿基全交换容量、全交换容量、任务交换容量等。容量、全交换容量、任务交换容量等。2强度强度 凝胶型离子交换树脂的强度用磨后凝胶型离子交换树脂的强度用磨后贺球率来考核，强度贺球率来考核，强度90%为合格的目的。为合格的目的。3溶出物 溶出物是指树脂中的低聚物以及残留反响物，通常是一些可溶性的有机物。在运用中，这些有机物会逐渐溶出，影响水质并污染树脂。4粒径 常用的离子交换树脂根本都是珠状颗粒型。颗粒的大小可用颗粒的直径表示，或用规范筛“目数表示。5树脂的含水量 离子交换树脂的运用绝大部分是在水溶液中进展的。水分子一方面可使树脂上的离子化基团和欲交换的化合物分子离子化，以便进展交换；另一方面水使树脂溶胀，使凝胶树脂或大孔树脂的凝胶部分产生凝胶孔，以便离子能以适当的速度在其中分散。6比外表积、孔容、孔度、孔径和孔径分布 离子交换树脂的比外表积主要指大孔树脂的内外表积。其孔容是指单位质量树脂的孔体积。孔度为树脂的孔容占树脂总体积的百分比。孔径那么是将树脂内的孔穴近似看作圆柱形时的直径。各参数之间的互换关系：孔容 ml/g 孔度 比外表积 m2/g TaVp11TapVaP1dpVS41042.离子交换树脂报废原那么1平安性 当离子交换树脂性能逐渐劣化到其根本构造即将出理明显解体，所制水中能够溶入解体产物，理化性能出现突跃式的劣化，影响制水的平安性时，树脂就必需报废。2经济性 离子交换树脂性能劣化到一定程度时，根本构造尚无解体的迹象，但系统产水的数量和质量有所下降，此时经过一些措施仍能使消费正常进展。但此措施运转的费用过高时，就从经济性上思索报废。3.4 离子交换树脂和吸附树脂的运用3.4.1 离子交换树脂的运用水处置 水处置包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。当树脂交换饱各后，可参与NaOH使之再生。.冶金工业 离子交换树脂在铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分别、提纯和回收方面有重要作用。3原子能工业 其运用包括核燃料的分别、提纯、精制、回收等。用离子交换树脂制备高纯水，是核动力用循环、冷却、补给水供应的独一手段。也能除去废水中的放射性污染物。4海洋资源利用 离子交换树脂能从许多海洋生物中提取碘、溴、镁等重要化工原料，以海水制取淡水等。5化学工业 在化学实验中普遍用于多种无机、有机化合物的分别、提纯、浓缩和回收等；用作化学反响催化剂；利用其功能基制备高分子试剂等。6食品工业 在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调料品等食品加工中运用广泛。7医药卫生 离子交换树脂在药物消费中用于药剂的脱盐、吸附分别、提纯、脱色、中和及中草药有效成分的提取等；其本身可作为药剂内服，具有解毒、缓泻、去酸等效果；其粉末可配制软膏、粉剂及婴儿护肤用品等外敷药剂；在树脂上吸附各种药物，可制成药物控释片；还可用用医疗诊断、药物分析检定等。8环境维护 在废水、废气的浓缩、处置、分别、回收及分析检测上运用于电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水、影片洗印废水、工业废气等治理。3.4.2 吸附树脂的运用有机物的分别 吸附树脂具有宏大的比外表积，极性的差别可用于分别有机物。2.药物的分别提取 红霉素、丝裂霉素、头孢菌素等抗生素的提取。3.在医疗卫生中的运用 吸附树脂可作为血液的清洗剂。4.在制酒工业中的运用 白酒由高度化向低度化开展。3.4.3 氧化复原树的运用1制备过氧化氢 氢醌甲醛缩聚树脂能将经氧气饱和的水转化为过氧化氢溶液，转化率可达80%-100%。OHCH2OHCH2OOO2Na2S2O3+H2O22用作氧化剂 氧化型树脂是良好的氧化剂，能将四氢萘氧化为萘、二苯肼氧化为偶氮苯、半胱氨酸氧化为胱氨酸、维生素C转化为去氢维生素C等。OHCH2OHCH2OO+3用作去氧剂 氧化复原树脂可以除去溶解在水中的氧气而不引入杂质，可用于处置高压锅炉供水。4用作抗氧化剂 氧化复原树脂可以用作抗氧化剂，以遏止或阻止橡胶、不饱和油、肥皂、醛类的氧化，也可以用于织物涂料、黏合剂、油漆的防氧化。5用作医疗药物 缩聚得到的氢醌甲醛树脂可和于治疗胃溃疡。6用作生化试剂 氧化复原树脂配合生化合成可制备许多生化流行性物质。如合成维生素C、B2、B12、人工合成胰岛素的制备过程等。7用作彩色胶卷药剂 氢醌类氧化复原树脂可以有作彩色胶卷乳液的非分散性复原剂。8用作指示剂 将氧化复原树脂参与纸张中，可以制成氧化复原试纸，用于化学分析鉴定。