离子交换树脂和吸附树脂课件.ppt

第二章吸附分离功能的高分子材料,第一节 离子交换和吸附树脂概述,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,第四节 其它类型的离子交换树脂,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,第六节 离子交换树脂的几个重要指标,第七节 离子交换树脂的应用,第八节 吸附树脂的应用,1,第二章吸附分离功能的高分子材料第一节 离子交换和吸附树脂概,吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。从广义上讲，吸附分离功能高分子还应该包括高分子分离膜材料。,离子交换树脂是指具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-离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。吸附树脂是指具有特殊吸附功能的一类树脂。,1. 基本概念,第一节 离子交换和吸附树脂概述,2,吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。从广义上讲,2. 离子交换和吸附树脂发展简史,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报告，开创了离子交换树脂领域。,1944年 DAlelio 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 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工业化；Rohm & Hass公司进一步研制强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。,(1) 离子交换树脂的发展,第一节 离子交换和吸附树脂概述,3,2. 离子交换和吸附树脂发展简史1935年英国的Adams和,20世纪50年代末合成出大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，因此很快得到广泛的应用。,60年代后期，离交换树脂除了在品种和性能等方面得到发展，更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。例如，离子交换树脂在水处理以外的应用由80年代以前占离子交换树脂总用量的不足10增加到目前的30左右。,第一节 离子交换和吸附树脂概述,4,20世纪50年代末合成出大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换,吸附树脂出现于上一世纪60年代，是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型树脂。在吸附树脂出现之前，用于吸附目的的吸附剂已广泛使用，例如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶等。我国于1980年以后才开始有工业规模的生产和应用。目前吸附树脂的应用已遍及许多领域，形成独特的吸附分离技术。吸附树脂的发展速度很快，新品种，新用途不断出现。吸附树脂及其吸附分离技术在各个领域中的重要性越来越突出。,(2) 吸附树脂的发展,第一节 离子交换和吸附树脂概述,5,吸附树脂出现于上一世纪60年代，是在离子交换树脂基础上发展起,3. 离子交换与吸附树脂的组成和结构,(1)离子交换树脂的组成和结构,离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料，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、丙酮和烃类。粒径一般为0.31.2mm。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。,网状结构的高分子骨架,连接在骨架上的功能基团,与功能基带相反电荷的可交换离子,离子交换树脂组成,水份,第一节 离子交换和吸附树脂概述,6,3. 离子交换与吸附树脂的组成和结构(1)离子交换树脂的组,离子交换树脂外观,第一节 离子交换和吸附树脂概述,7,离子交换树脂外观第一节 离子交换和吸附树脂概述7,苯乙烯系阳离子交换树脂,大孔型离子交换树脂,第一节 离子交换和吸附树脂概述,8,苯乙烯系阳离子交换树脂大孔型离子交换树脂第一节 离子交换和,聚苯乙烯型阳离子交换树脂示意图,第一节 离子交换和吸附树脂概述,9,聚苯乙烯型阳离子交换树脂示意图第一节 离子交换和吸附树脂,与离子交换树脂相比，吸附树脂的组成中不存在功能基及功能基的反离子，它类似于不含功能基及功能基反离子的大孔树脂。,(2)吸附树脂的组成和结构,吸附树脂手感坚硬强度较高。外观为直径为0.31.0 mm小圆球，表面光滑，根据品种和性能不同可为乳白色、浅黄色或深褐色。,吸附树脂内部结构很复杂。从SEM可观察到树脂内部像一堆葡萄微球(大小约0.060.5m范围)，葡萄珠之间存在许多空隙，即是树脂的孔。研究表明葡萄球内部还有许多微孔。正是这种多孔结构赋予树脂优良的吸附性能。,第一节 离子交换和吸附树脂概述,10,与离子交换树脂相比，吸附树脂的组成中不存在功能基及功能基的反,将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂称作阳离子交换树脂。相当与高分子多元酸。将能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子交换树脂。相当与高分子多元碱。,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,(1) 按功能基团的性质分类,阳离子交换树脂,阴离子交换树脂,强酸型R-SO3H,中酸型R-PO(OH2),弱酸型R-COOH,强碱型R3-NCl,弱碱型R-NH2、R-NRH、R-NR2,1. 离子交换树脂的分类,11,将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂称作阳离子交,两性树脂：带有阳阴两性基的树脂。,螯合树脂：带有螯合基的树脂。,氧化还原树脂：带有氧化还原基的树脂。,热再生树脂：弱酸弱碱的两性树脂可用热水再生。,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,12,两性树脂：带有阳阴两性基的树脂。螯合树脂：带有螯合基的树脂。,离子交换树脂的种类,13,离子交换树脂的种类13,(2) 按树脂的物理结构分类,外观透明、表面光滑，具有均相高分子凝胶结构的离子交换树脂。球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀形成凝胶状。在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩。干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。,a. 凝胶型离子交换树脂,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,14,(2) 按树脂的物理结构分类外观透明、表面光滑，具有均相高分,b. 大孔型离子交换树脂,外观不透明，表面粗糙，非均相凝胶结构。毛细孔直径几 nm到几千 nm。即使在干燥状态，也存在不同尺寸的毛细孔，可在非水体系中起离子交换和吸附作用。有很大的比表面积，20nm孔径的比表面积达几千m2/g吸附功能显著。,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,15,b. 大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，非均相凝胶结构,c. 载体型离子交换树脂,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。主要用作液相色谱的固定相，可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,16,c. 载体型离子交换树脂一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃,一般大孔树脂(交联度通常为8),(3) 按交联度不同分类,凝胶型,低交联度(交联度8),高交联度(交联度8),标推交联度(交联度=8),大孔树脂,高大孔树脂(交联度远远大于8),第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,17,一般大孔树脂(交联度通常为8)(3) 按交联度不同分类凝胶型,2. 吸附树脂的分类,用途：这类吸附树脂的孔表面的疏水性很强，最适于从极性溶剂(如水)中吸附非极性的有机物。,(1) 非极性吸附树脂：偶极矩很小的单体聚合得到并不带任何功能基的吸附树脂。,例如，苯乙烯-二乙烯苯体系。,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,18,2. 吸附树脂的分类用途：这类吸附树脂的孔表面的疏水性很强，,例如，丙烯酸甲酯（或甲基丙烯酸甲酯）与双甲基丙烯酸乙二醇酯等交联剂共聚体系。,(2) 中极性吸附树脂：含酯基的吸附树脂，树脂具有一定的极性。,用途：可用于极性溶剂中吸附非极性物质，也用于非极性溶剂中吸附极性物质。,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,19,例如，丙烯酸甲酯（或甲基丙烯酸甲酯）与双甲基丙烯酸乙二醇酯等,用途：适用于非极性溶剂中吸附极性物质。,(3) 强极性(或称极性)吸附树脂：极性吸附树脂是指含酰氨基、氰基、酚羟基等极性功能基的树脂。强极性吸附树脂含有极性很强的基团，如吡啶、氨基等。,此外，含氮、氧、硫等配体的离子交换树脂也用作强极性吸附树脂，两者没有严格的界限。,第二节 离子交换树脂和吸附树脂的分类,20,用途：适用于非极性溶剂中吸附极性物质。(3) 强极性(或称极,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,吸附树脂的制备方法与大孔型离子交换树指的母体相似。,离子交换树脂合成,母体,引入相应离子交换基团,加人致孔剂,不加致孔剂,大孔型,凝胶型,21,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理吸附树脂的制备方法与大,1. 树脂母体的合成,悬浮聚合,产物为具有一定粒度分布的珠体,分散剂的种类和用量,珠体粒径,搅拌的速度,分散介质与单体的比例,0.2-1.2 mm,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,22,1. 树脂母体的合成悬浮聚合产物为具有一定粒度分布的珠体分,(1) 凝胶型树脂母体的制备,BPO, AIBN,a. 聚苯乙烯型树脂母体制备：一般采用二乙烯苯作交联剂，苯乙烯单体通过悬浮共聚反应得到。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,23,(1) 凝胶型树脂母体的制备BPO, AIBNa. 聚苯乙烯,b. 聚丙烯酸型树脂母体的制备,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,24,b. 聚丙烯酸型树脂母体的制备第三节 离子交换与吸附树脂的,(2) 大孔型树脂母体的制备,单体+致孔剂,共聚珠体,大孔树脂,悬浮聚合,提出致孔剂,聚合过程中致孔剂分布在单体及已聚合的共聚物中。聚合反应完成后，用水蒸气蒸馏或溶剂提取方法除去致孔剂，留下孔穴，形成有大孔结构的球状树脂母体。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,25,(2) 大孔型树脂母体的制备单体+致孔剂共聚珠体大孔树脂悬浮,致孔剂,良溶剂致孔（甲苯、二甲苯、二乙苯等）,不良溶剂致孔（庚烷、异辛烷、汽油等）,混合溶剂致孔（良溶剂和不良溶剂组成）,致孔剂通常是一类不参与聚合，能与单体混溶，使交联共聚物溶胀或沉淀的有机溶剂。,线型聚合物致孔（线型聚苯乙烯等）,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,26,致孔剂良溶剂致孔（甲苯、二甲苯、二乙苯等）不良溶剂致孔（庚烷,(3) 吸附树脂母体的制备：类似大孔型离子交换树脂。,a. 加入致孔剂的方法。,b. 后交联的方法。,线型聚苯乙烯或低交联的苯乙烯-二乙烯苯共聚物,溶剂有氯苯、邻二氯苯、硝基苯等,交联剂有氯甲醚、4,4-双氯甲基联苯等,得到交联桥均匀分布的大网均孔结构树脂,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,27,(3) 吸附树脂母体的制备：类似大孔型离子交换树脂。a. 加,2. 离子交换功能基团的导入,(1) 强酸型阳离子交换树脂,绝大多数以交联聚苯乙烯系为母体，通常采用悬浮聚合法，反应获得的球状共聚物称“白球”。干燥的白球用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等有机溶剂溶胀，然后用浓硫酸或氯磺酸等磺化得“黄球” 。,常用磺化剂：浓硫酸、氯磺酸、发烟硫酸等。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,28,2. 离子交换功能基团的导入(1) 强酸型阳离子交换树脂绝大,氢型阳离子交换树脂：含有SO3H交换基团的离子交换树脂，其中H+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。,Na型阳离子交换树脂：常将氢型阳离子交换树脂与NaOH反应而转化为Na型离子交换树脂，有较好的贮存稳定性。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,29,氢型阳离子交换树脂：含有SO3H交换基团的离子交换树脂，其,将1 g BPO溶于80 g苯乙烯与20 g二乙烯基苯（纯度50）的混合单体中。搅拌下加入含有5 g明胶的500 mL去离子水中，分散至所预计的粒度。从70逐步升温至95，反应810 h，得球状共聚物。过滤、水洗后于100120下烘干。即成“白球”。将100 g干燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。加入500 g浓硫酸（98），于95100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洗去。然后用氢氧化钠处理，使之转换成Na型树脂，即得成品。这种树脂的交换容量约为5 mmol/g。,强酸型阳离子交换树脂的制备实例：,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,30,将1 g BPO溶于80 g苯乙烯与20 g二乙烯基苯（纯度,(2) 弱酸型阳离子交换树脂,以羧酸基(-COOH)、磷酸基(-PO3H2)、砷酸基(-AsO3H2)等作为离子交换基团，其中大多为聚丙烯酸系骨架，因此可用带有功能基的单体直接聚合而成。,其中，COOH即为交换基团,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,31,(2) 弱酸型阳离子交换树脂以羧酸基(-COOH)、磷酸基(,丙烯酸的水溶性较大，聚合不易进行，故常采用其酯类单体进行聚合后再进行水解的方法来制备。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,32,丙烯酸的水溶性较大，聚合不易进行，故常采用其酯类单体进行聚合,将1 g BPO 溶于90 g 丙烯酸甲酯和10 g 二乙烯基苯的混合物中。搅拌下加入含有0.050.1聚乙烯醇的500 mL去离子水中，分散成所需的粒度。于60下保温反应510 h。反应结束后冷却至室温，过滤、水洗，于100下干燥。将经干燥的树脂置于2 L浓度为 l mol/L 的氢氧化钠乙醇溶液中，加热回流约10 h，然后冷却过滤，用水和稀盐酸洗涤，再用水洗涤数次，最后在100下干燥，即得成品。,弱酸型阳离子交换树脂的制备实例：,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,33,将1 g BPO 溶于90 g 丙烯酸甲酯和10 g 二乙烯,(3) 强碱型阴离子交换树脂,强碱型阴离子树脂以交联聚苯乙烯为母体，季铵盐基N+X-为交换基团。首先将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应 。,苯环可在路易氏酸如ZnCl2，AlCl3，SnCl4等催化下，与氯甲醚氯甲基化，所得中间产品常称为“氯球”。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,34,(3) 强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子树脂以交联聚苯乙烯为,“氯球”可十分容易进行胺基化,与三甲胺反应导人-N+(CH3)3基团，得到的树脂称强碱I型。与二甲基乙醇胺反应导人-N+(CH3)2CH2CH2OH基团，得到树脂称强碱II型。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,35,“氯球”可十分容易进行胺基化与三甲胺反应导人-N+(CH3,型与型季胺类强碱树脂的性质略有不同。型的碱性很强，对OH离子的亲合力小。当NaOH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。,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。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,36,型与型季胺类强碱树脂的性质略有不同。由于氯甲基化毒性很大,(4) 弱碱型阴离子交换树脂,在交联聚苯乙烯母体上导人弱碱基团的方法与导人强碱基团的方法相似。用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反应，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。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,37,(4) 弱碱型阴离子交换树脂在交联聚苯乙烯母体上导人弱碱基团,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。,例如将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯中溶胀，然后在130150下与多乙烯多胺反应，形成多胺树脂。再用甲醛或甲酸进行甲基化反应，可获得性能良好的叔胺树脂。,第三节 离子交换与吸附树脂的制备原理,38,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,1. 螯合树脂,螯合树脂就是对分离重金属、贵金属应运而生的树脂。将一些能分离重金属、贵金属络合物以功能基团的形式连接到高分子链上，就得到螯合树脂。,第四节 其它类型的离子交换树脂,从结构上分类，螯合树脂可分为侧链型和主链型两类。从原料来分类，则可分为天然的（如纤维素、海藻酸盐、甲壳素、蚕丝、羊毛、蛋白质等）和人工合成的两类。,39,1. 螯合树脂螯合树脂就是对分离重金属、贵金属应运而生的树脂,ch为功能基团，对某些金属离子有特定的络合能力。,第四节 其它类型的离子交换树脂,40,ch为功能基团，对某些金属离子有特定的络合能力。第四节 其它,么么么么方面,Sds绝对是假的,么么么么方面Sds绝对是假的,(1) 胺基羧酸类(乙二胺四乙酸EDTA类),在pH5时，对Cu2+的最高吸附容量为0.62 mmol/g，pH1.3时，对Hg2+的最高吸附容量为1.48 mmol/g。,第四节 其它类型的离子交换树脂,42,(1) 胺基羧酸类(乙二胺四乙酸EDTA类)在pH5时，对,(2)肟类,肟类化合物能与金属镍（Ni）形成络合物。在树脂骨架中引入二肟基团形成肟类螫合树脂，对Ni等金属有特殊的吸附性。,第四节 其它类型的离子交换树脂,43,(2)肟类肟类化合物能与金属镍（Ni）形成络合物。在树脂骨架,(3) 8-羟基喹啉类,树脂对Hf4+，Zr4+，Co2+等贵金属有特殊的选择吸附作用。,树脂对Cr2+，Ni2+，Zn2+等贵金属有特殊的选择吸附作用。,第四节 其它类型的离子交换树脂,44,(3) 8-羟基喹啉类树脂对Hf4+，Zr4+，Co2+等贵,(4) 吡咯烷酮类：对铀等金属离子有很好的选择分离效果。,(5) 聚乙烯基吡啶类：对Cu2+、Zr2+、Ni2+等金属离子有特殊的络合功能。,第四节 其它类型的离子交换树脂,45,(4) 吡咯烷酮类：对铀等金属离子有很好的选择分离效果。(5,2. 氧化还原树脂,氧化还原树脂也称电子交换树脂，指带有能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应的一类树脂。,在交换过程中，树脂失去电子，由原来的还原形式转变为氧化形式，而周围的物质被还原。,第四节 其它类型的离子交换树脂,46,2. 氧化还原树脂氧化还原树脂也称电子交换树脂，指带有能与周,(1) 氢醌类,重要的氧化还原树脂包括氢醌类、巯基类、吡啶类、二茂铁类、吩噻嗪类等多种类型。,氢醌、萘醌、葸醌等都可通过本身带酚基的乙烯基化合物聚合得到氧化还原树脂。,第四节 其它类型的离子交换树脂,47,(1) 氢醌类重要的氧化还原树脂包括氢醌类、巯基类、吡啶类、,氢醌、萘醌、葸醌等都可通过与醛类化合物进行聚合而得到氧化还原树脂。,第四节 其它类型的离子交换树脂,48,氢醌、萘醌、葸醌等都可通过与醛类化合物进行聚合而得到氧化还原,(2) 巯基类,巯基类氧化还原树脂一般是以苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为骨架，通过化学反应引入巯基得到的。,第四节 其它类型的离子交换树脂,49,(2) 巯基类巯基类氧化还原树脂一般是以苯乙烯-二乙烯基苯共,(3)二茂铁类,二茂铁类化合物是良好的氧化还原剂。在乙烯基单体中引入二茂铁，再通过自由基聚合可得到氧化还原树脂。,第四节 其它类型的离子交换树脂,50,(3)二茂铁类二茂铁类化合物是良好的氧化还原剂。在乙烯基单体,(1)制备H2O2：氢醌甲醛缩聚树脂能将氧气饱和的水转化为过氧化氢溶液，转化率可达80-100，两次循环后浓度可达2mol/L，使用后的树脂可用硫代硫酸钠还原再生。,氧化还原树脂的应用,(2)用作氧化剂、去氧剂（去除水中的氧）、抗氧化剂、医疗药物（去除人体累积的二甲基汞）、氧化还原指示剂等。,第四节 其它类型的离子交换树脂,51,(1)制备H2O2：氢醌甲醛缩聚树脂能将氧气饱和的水转化为过,3. 两性树脂,两性树脂是指将阴、阳离子交换基团连接在同一树脂骨架上。,特点：树脂中的两种功能基以共价键连接在骨架上，互相靠得较近，呈中和状态。遇到溶液中的离子时却能起交换作用。使用后点需大量的水淋洗即可再生。,在离子交换树脂应用中，将阴、阳两种树脂配合，但在再生时，也需要将两种树脂分别用酸、碱处理，过程复杂。,用途：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。,第四节 其它类型的离子交换树脂,52,3. 两性树脂两性树脂是指将阴、阳离子交换基团连接在同一树脂,4. 热再生树脂,普通两性树脂再生时需用大量的水淋洗，仍不够方便。,热再生树脂也是一种两性树脂。这种树脂在室温下能够吸附盐类物质，而在70-80oC下可以把盐类重新脱附下来而再生。,因此发明了能用热水简单再生的热再生树脂。,离子交换树脂的最大不足是需要用酸碱再生。,第四节 其它类型的离子交换树脂,53,4. 热再生树脂普通两性树脂再生时需用大量的水淋洗，仍不够方,5. 大孔型离子交换树脂,大孔型离子交换树脂特点是在树脂内部存在大量的毛细孔。无论树脂处于干态或湿态、收缩或溶胀时，这种毛细孔都不会消失。,大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同，仍以苯乙烯类为主。制备中最大的不同之处：一是二乙烯基苯含量大大增加，一般达85以上；二是在制备中加入致孔剂。,通过对致孔剂的选择和配合，可以获得各种规格的大孔型树脂。如果在上述树脂中连接上各种交换基团，就得到各种规格的大孔型离子交换树脂。例如。将100己烷作致孔剂，产物的比表面积为90m2/g，孔径为43nm。而改为15甲苯和85己烷混合物作致孔剂，孔径降至13.5nm，而产物的比表面积提高到171m2/g 。,第四节 其它类型的离子交换树脂,54,5. 大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂特点是在树脂内部存,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,离子交换树脂最主要的功能是离子交换，此外，它还具有吸附、催化、脱水等功能。吸附树脂则以其巨大的表面积而具有优异的吸附功能为其主要功能。,1. 离子交换的功能,离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，它们可发生不同类型的离子交换反应。,55,第五节 离子交换与吸附树脂的功能离子交换树脂最主要的功能是离,强酸性阳离子交换树脂,弱酸性阳离子交换树脂,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,56,强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂第五节 离子交换与吸,强碱性阴离子交换树脂,螯合树脂,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,57,强碱性阴离子交换树脂螯合树脂第五节 离子交换与吸附树脂的功能,离子交换反应的界面过程,2. 离子交换平衡：上述反应均是平衡可逆反应，这正是离子交换树脂可再生的本质。,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,58,离子交换反应的界面过程2. 离子交换平衡：上述反应均是平衡可,3. 吸附功能,凝胶型离子交换树脂,大孔型离子交换树脂,吸附树脂,有很大的比表面积,具有吸附能力,离子交换树脂的吸附功能随树脂比表面积的增大而增大。,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,59,3. 吸附功能凝胶型离子交换树脂大孔型离子交换树脂吸附树脂有,4. 脱水功能,强酸型阳离子树脂中的-SO3H基是强极性基，相当于H2SO4，有很强吸水性，干燥的强酸型阳离子树脂可用作有机溶剂的脱水剂。,离子交换树脂对不同溶剂的脱水作用,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,60,4. 脱水功能强酸型阳离子树脂中的-SO3H基是强极性基，相,5. 催化功能,离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，可对许多化学反应起催化作用。与低分子酸碱相比，具有易于分离、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处理简单等优点。例如用强酸型阳离于交换树脂可作为酯化反应的催化剂。,除了上述几个功能外，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。,6. 其它功能,第五节 离子交换与吸附树脂的功能,61,5. 催化功能离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，可对许多化学,第六节 离子交换树脂的几个重要指标,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数量和能力。单位mmol/g或mmol/mL,1. 交换容量,注意：树脂的交换容量与其实际所含的离子基团的数量并不一定一致，因为树脂上的离子基团并不一定会全部进行离子交换。,2. 强度,交换树脂的强度用磨后圆球率来考核。树脂验收标准规定磨后圆球率大于等于90为合格的指标。,62,第六节 离子交换树脂的几个重要指标离子交换树脂的交换容量是,3. 溶出物,溶出物是指树脂中的低聚物以及残留反应物，通常是一些可溶性的有机物。在使用中，这些有机物会逐步溶出，影响水质并污染树脂。,4. 树脂的含水量,离子交换树脂必须有良好的吸水性。但贮存过程的含水量不能太大，否则会降低其机械强度和体积交换容量。离子交换树脂的含水量一般为3080，随树脂的种类和用途而变。,第六节 离子交换树脂的几个重要指标,63,3. 溶出物溶出物是指树脂中的低聚物以及残留反应物，通常是一,6. 比表面积、孔容、孔度、孔径和孔径分布,比表面积主要指大孔树脂的内表面积。大孔树脂的比表面积常在11000m2/g之间。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。孔径是将树脂内孔穴近似看作圆柱形时的直径。,5. 粒径,离子交换树脂的颗粒大小可用粒径表示。我国通用工业离子交换树脂的粒径范围为0.3151.2 mm。,第六节 离子交换树脂的几个重要指标,64,6. 比表面积、孔容、孔度、孔径和孔径分布比表面积主要指大孔,第七节 离子交换树脂的应用,1. 在水处理中的应用,水处理是离子交换树脂最基本的用途之一。水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。,65,第七节 离子交换树脂的应用1. 在水处理中的应用水处理是离,(1) 水处理的水质要求：分为软化水、初级纯水、纯水和超纯水。,(2) 水的软化：除去Ca2+、 Mg2+。,Na型阳离子交换树脂,第七节 离子交换树脂的应用,66,(1) 水处理的水质要求：分为软化水、初级纯水、纯水和超纯水,(3) 脱盐水的制备,将原水中所有溶解性盐类、游离的酸、碱离子去除。,H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂,离子交换是可逆反应,复床,混床,第七节 离子交换树脂的应用,67,(3) 脱盐水的制备将原水中所有溶解性盐类、游离的酸、碱离子,复床制取纯水装置的示意图,第七节 离子交换树脂的应用,68,复床制取纯水装置的示意图第七节 离子交换树脂的应用68,罗门哈斯公司推出的SDI纯水制造系统,第七节 离子交换树脂的应用,69,罗门哈斯公司推出的SDI纯水制造系统第七节 离子交换树脂,(4) 超纯水的制备,半导体器件和大规模集成电路的生产对水质要求更高,预处理、离子交换脱盐和精制处理、后处理,离子交换流程：阳床脱气阴床混床,第七节 离子交换树脂的应用,70,(4) 超纯水的制备半导体器件和大规模集成电路的生产对水质要,2. 冶金工业,离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收方面，离子交换树脂均起着十分重要的作用。离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。,3. 离子交换树脂在环境保护中的应用,例如：铜铵废浓中回收铜，照相底片漂洗废液中回收银。处理水量大、浓度低的工业废水的最佳途径之一。,第七节 离子交换树脂的应用,71,2. 冶金工业离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍,4. 原子能工业,核燃料的分离、提纯、精制、回收等。去除放射性污染处理工业废水的主要方法。,5. 海洋资源利用,海洋生物中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，制取淡水。,第七节 离子交换树脂的应用,72,4. 原子能工业核燃料的分离、提纯、精制、回收等。5. 海洋,6. 化学工业,7. 食品工业,在化学实验、化工生产上普通用于多种无机、有机化合物的分离、提纯、浓缩和回收等。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。强酸型阳离子交换树脂能强烈吸水，可用作干燥剂，吸收有机溶剂或气体中的水分。,酒类去铜、锰、铁等离子，可以增加贮存稳定性。酒的脱色、去浑、去杂质，提高酒的质量。除去乳品中离子性杂质，如锶、碘等污染物。,第七节 离子交换树脂的应用,73,6. 化学工业7. 食品工业在化学实验、化工生产上普通用于多,色谱柱 、层析柱、吸附柱,第七节 离子交换树脂的应用,74,色谱柱 、层析柱、吸附柱 第七节 离子交换树脂的应用74,8. 医药卫生,在药物的生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和等。中草药有效成分的提取、纯化。本身可作为药剂内服，具有解毒、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。将药物吸附在离子交换树脂上，可有效控制药物释放。,第七节 离子交换树脂的应用,75,8. 医药卫生在药物的生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、,第八节 吸附树脂的应用,1. 在环境保护中的应用,(1) 含酚废水的处理,(2) 农药废水的处理,(3) 染料工业废水的处理,(4) 含有机酸、酰胺及芳香胺废水的处理,(5)含表面活剂废水的处理,76,第八节 吸附树脂的应用1. 在环境保护中的应用(1) 含酚,2. 在生物物质的分离纯化中的应用,(1) 抗生素的分离纯化,(2) 维生素的分离纯化,(3) 蛋白质的分离,(4) 酶的分离纯化,(5) 生物碱、植物激素的分离,第八节 吸附树脂的应用,77,2. 在生物物质的分离纯化中的应用(1) 抗生素的分离纯化(,3. 在食品工业中的应用,(1) 糖的脱色和提纯,(3) 酒类的精制,(3) 咖啡的分离提取,(4) 食用香料的提取,4. 在化学工业中的应用,(1) 有机物质的富集,(2) 聚合物固定相,树脂吸附前后变化,第八节 吸附树脂的应用,78,3. 在食品工业中的应用(1) 糖的脱色和提纯(3) 酒类的,血液灌流术吸附树脂,5. 在医药领域中的应用,(1) 药物、中草药的分离提取,(2) 人体血液净化,第八节 吸附树脂的应用,79,血液灌流术吸附树脂5. 在医药领域中的应用(1) 药物、,离子交换树脂和吸附树脂的研究进展,云霞，徐江兴，于水利，等，钯/离子交换树脂催化加氢除氧技术的实验研究，哈尔滨工业大学学报，2005，137(12)，249-251。,1. 电子工业用水要求氧 10g/L，除氧方法包括热力除氧、真空除氧、解吸除氧等，但均存在一定的局限性。,2. 以阳离子交换树脂为载体，用离子交换法制备钯催化树脂，氯化钯( PdCl2 )溶液中的Pd2+通过离子交换吸附到树脂上，并将其应用于蒸馏水的除氧实验中。,3. 结果表明在室温下，接触时间不小于2.9 min时，该法能够有效地去除水中的溶解氧，除氧效率可达99.9%。,80,离子交换树脂和吸附树脂的研究进展云霞，徐江兴，于水利，等，钯,陶钧，国产新一代核级离子交换树脂在秦山核电站的试应用，热力发电，2004 ，12，59-61。,1. 秦山核电站是我国自行设计和建造的第一座核电站，其反应堆采取的是压水堆型，装机容量为300MW。,2. 应用于核电站回路水处理系统的核级树脂，必须具备很高的再生转化率，很低的杂质含量，良好的抗辐照分解能力，要求树脂能够在较高流速和较高温度下工作。,3. 2002 年杭州争光树脂有限公司采用西安热工研究院有限公司提供的技术，成功地生产出了新一代核级树脂，其性能完全满足秦山核电站对核级树脂的新要求。,81,陶钧，国产新一代核级离子交换树脂在秦山核电站的试应用，热力发,梁平，赖凤英，金鑫，利用大孔吸附树脂提取食用仙人掌黄酮，生物活性物质的分离与提纯 ， 2005，31(3 )，133-135。,1. 食用仙人掌是一种集食用、保健、药用于一体的植物，它的活性成分黄酮类物质具有显著的药理活性和生理作用。,2. 用大孔吸附树脂提取分离黄酮类化合物简单易行，成本低、效率高、稳定性好及容易再生等优点。,3. AB28树脂由于具有较大的孔径和高比表面积，对食用仙人掌中黄酮类化合物具有良好的吸附性能。仙人掌浸出液在pH4左右，吸附温度为50，吸附时间为8-10h，达到最大吸附效果。,82,梁平，赖凤英，金鑫，利用大孔吸附树脂提取食用仙人掌黄酮，生物,