精品课程《功能材料》ppt课件第十讲具有分离功能的高分子材料

功能材料,第十讲具有分离功能的高分子材料,1）概述离子交换树脂是一类能显示离子交换功能的高分子材料。在其大分子骨架的主链上带有许多基团，这些基因由两种带有相反电荷的离子组成：一种是以化学键结合在主链上的固定离子；另一种是以离子键与固定离子相结合的反离子。反离子可以被离解成为能自由移动的离子，并在一定条件下可与周围的其他同类型离子进行交换。,10.1离子交换树脂,离子交换反应一般是可逆的在一定条件下被交换上的离子可以解吸，使离子交换树脂再生，因而可反复利用。,离子交换树脂的种类很多，分类方法也多种多样。常用的分类方法如下：,（1）根据禹分子基体的制备原料(或聚合反应类型)，离子交换树脂可大致分为四类(或两种体系)：,（2）根据物理结构的不同，将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型及载体型三类。,(3)按功能基特性来分,2）离子交换树脂的合成方法,离子交换树脂的合成方法主要有两种，一是先合成网状结构的大分子、然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上；例如：,二是先将官能团引入到原料单体上，再聚合或缩聚成聚合物，例如：,A离子交换离子交换树脂在溶液内的离子交换过程大致如下：溶液内离子扩散至树脂表面，再由表面扩散到树脂内功能基所带的可交换离子附近，进行离子交换，之后被交换的离子从树脂内部扩散到表面，再扩散到溶液中。,3）离子交换树脂的功能,B吸附功能,无论是凝胶型或大孔型离子交换树脂，还是吸附树脂，均具有很大的比表面积，具有吸附能力。吸附量的大小和吸附的选择性，取决于诸多因素共同作用的结果，其中最主要决定于表面的极性和被吸附物质的极性。吸附是分子间作用力，因此是可逆的，可用适当的溶剂或适当的温度使之解吸。,C催化作用,离子交换树脂具有很多强极性的交换基团，有很强的亲水性，干燥的离子交换树脂有很强的吸水作用，可做为脱水剂用。离子交换树脂的吸水性与交联度、化学基团的性质及数量等有关。交联度增加，吸水性下降，树脂的化学基团极性愈强，吸水性愈强。除了上述几个功能外，离子交换树胎和大孔型吸附树脂还具有脱色、作载体等功能。,离子交换树脂相当于多元酸和多元碱。也可对许多次学反应起催化作用，如酯的水解、醇解、酸解等。与低分子酸碱相比，离子交换树脂催化剂具有易于分离、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处理简单等优点。,D脱水功能,4）离子交换树脂的应用,离子交换树脂在工业上，可用于物质的净化、浓缩、分离、物质离子组成转变、物质脱色以及催化剂等方面，成为许多工业部门和科技领域不可缺少的重要材料之一。下表给出了离子交换树脂的主要用途。,*,10.2高分子分离膜材料,高分子分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，如分子、离子和电子等。高分子分离膜在对难分离物质的精细分离过程中，由于节能、无公害、投资设备小，在工业及生命工程中具有重要的应用价值。功能膜有多种分类方法：按膜材料划分，可分为纤维素酯类和非纤维素酯类（包括无机膜及合成高分子膜）等；按膜的分离原理及适用范围分类，又可分为微孔膜、超滤膜、反渗透膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等；按膜断面的物理形态，又可将其分为对称膜、不对称膜、复合模、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。,*,反渗透、超滤、微滤过程都是在压力差推动下的膜分离过程。所谓反渗透是指在高分子膜两侧分别放置浓溶液及稀溶液，当在浓溶液侧施加一个足够高的压力(超过渗透压)，则溶剂就会从浓溶液侧透过膜进入稀溶液侧，由于与溶剂的自然渗透方向相反、故称为反渗透。超滤、微滤与反渗透的差别主要在于分离物质尺寸稍大。压力差及气体分离膜的分离机制相同。都是首先在高压侧被分离物质吸附在膜面上，在膜内扩散到低压侧，并在低压侧解吸形成游离态物质。例如美国通用电气公司采用碳酸酯和有机硅氧烷的嵌段共聚物膜P-11，制成了富氧分离膜装置，空气经一级膜分离可获得40%的富氧空气。,*,离子交换膜的分离作用是在电场力（电位差）驱动下，离子在膜内扩散并分离的过程。膜的制作方法较多。其中最实用的是相转化法（流涎、纺丝）和复合膜化法。目前，高分子分离膜的发展主要有两个方向，一