聚苯乙烯型离子交换树脂的研究

1、 聚苯乙烯型离子聚苯乙烯型离子交换树脂的研究进展交换树脂的研究进展制作人：陶鹏制作人：陶鹏学学号：号：B10011017时时间间：2013/06/01聚苯乙烯树聚苯乙烯树定义与研究意义定义与研究意义聚苯乙烯树脂以聚苯乙烯为骨架，与小分子的功能基以化学键的形式结合，因此既保留了原有低分子的各种优良性能，又由于高分子效应可增添新的功能，这使得离子交换树脂的性能大幅度提高，品种成倍地增加，应用范围迅速扩大，大大促进了化工企业、制药工业、环保等行业的发展，对世界经济、政治、军事的发展产生了巨大的影响。因此，在高分子材料达到分子设计水平的今天，了解离子交换树脂的合成原理，研究离子交换树脂的结构和性能很有

2、意义。1聚苯乙烯型离子交换树脂的制备方法1.1共聚球粒的合成共聚球粒的合成将苯乙烯，二乙烯苯进行悬浮共聚，加入分散稳定剂，在搅将苯乙烯，二乙烯苯进行悬浮共聚，加入分散稳定剂，在搅拌的条件下可以得到粒度合适，大小均匀的球状共聚体（拌的条件下可以得到粒度合适，大小均匀的球状共聚体（PS）。）。稳定剂的性质、搅拌条件、温度等因素对悬浮聚合的影响很大。稳定剂的性质、搅拌条件、温度等因素对悬浮聚合的影响很大。用难溶性无机物微粉末作悬浮稳定剂时，得到的聚合球粒大小用难溶性无机物微粉末作悬浮稳定剂时，得到的聚合球粒大小比较均匀，并且在微粉末稳定剂用量相同时，粉末越细，得到比较均匀，并且在微粉末稳定剂用量相同

3、时，粉末越细，得到的球粒越小。的球粒越小。在苯乙烯，二乙烯苯悬浮共聚时加入沉淀剂、良在苯乙烯，二乙烯苯悬浮共聚时加入沉淀剂、良溶剂或线型高聚物等做致孔剂，聚合结束后将致孔剂提取出来，溶剂或线型高聚物等做致孔剂，聚合结束后将致孔剂提取出来，得到多孔性的共聚物（得到多孔性的共聚物（Pst型，称为大孔树脂）。把这种共聚型，称为大孔树脂）。把这种共聚物进一步制成离子交换树脂，发现其离子交换速度加快，机械强物进一步制成离子交换树脂，发现其离子交换速度加快，机械强度增大，稳定性增强。由于这类树脂其具有与活性炭类似的吸附度增大，稳定性增强。由于这类树脂其具有与活性炭类似的吸附能力，可以回收吸附质，所以被广泛

4、用于有机物的分离纯能力，可以回收吸附质，所以被广泛用于有机物的分离纯化、工化、工业有机废水的处理、生化产品等。值得注意的是，在合成大孔共业有机废水的处理、生化产品等。值得注意的是，在合成大孔共聚物时，为保证孔结构的稳定，交联剂用量比合成凝胶型时要多。聚物时，为保证孔结构的稳定，交联剂用量比合成凝胶型时要多。1.21.2功能基团的引入功能基团的引入通常是采用产率较高、效果较好的有机化学功能基反通常是采用产率较高、效果较好的有机化学功能基反应，如磺化反应、氯甲基化反应等。但是高分子由于应，如磺化反应、氯甲基化反应等。但是高分子由于空间位阻效应，在反应速度及产率上不如低分子，因空间位阻效应，在反应速

5、度及产率上不如低分子，因此选用良溶剂、强化反应条件、接入高性能基团一直此选用良溶剂、强化反应条件、接入高性能基团一直是研究的热点。是研究的热点。1.2.1氯甲基化反应 采用胶束催化的方法，高效率地实现了PS的氯甲基化：将PS溶于四氯化碳中，此油相增溶于离子表面活性剂的胶束中，与水介质中的甲醛及盐酸较快速进行反应，实现了PS氯甲基化反应。2聚苯乙烯型离子交换树脂的结构和性能2.1机械强度离子交换树脂的机械强度是衡量离子交换树脂质量的最重要离子交换树脂的机械强度是衡量离子交换树脂质量的最重要的性能指标。随着树脂技术应用的推广，要求有高强度的树的性能指标。随着树脂技术应用的推广，要求有高强度的树脂可

6、以用于条件较为苛刻的环境中，如高流速装置、流动床、脂可以用于条件较为苛刻的环境中，如高流速装置、流动床、移动床等等。树脂的机械强度与交联密切相关，交联结构越均移动床等等。树脂的机械强度与交联密切相关，交联结构越均匀，所制得的树脂越稳定。匀，所制得的树脂越稳定。造成离子交换树脂结构均匀性差的原因是多方面的。对造成离子交换树脂结构均匀性差的原因是多方面的。对PSt-DVB的的共聚反应动力学进行了系统研究，结果发现，存在于工业共聚反应动力学进行了系统研究，结果发现，存在于工业DVB中的中的各种异构体之间的聚合反应活性差异是造成共聚物珠粒内部结构不各种异构体之间的聚合反应活性差异是造成共聚物珠粒内部结

7、构不均匀，从而产生内应力和受力不均的主要原因。一般情况下，大孔均匀，从而产生内应力和受力不均的主要原因。一般情况下，大孔树脂比同类凝胶树脂的机械强度要高，大孔树脂是由许多凝胶微粒树脂比同类凝胶树脂的机械强度要高，大孔树脂是由许多凝胶微粒集合而成的聚集体，整体结构比较均匀，同时内部的孔隙为凝胶微集合而成的聚集体，整体结构比较均匀，同时内部的孔隙为凝胶微粒的自由膨胀收缩创造了一个极好的环境，因此球体的内应力小，粒的自由膨胀收缩创造了一个极好的环境，因此球体的内应力小，结构稳定，机械强度高。结构稳定，机械强度高。从引发剂种类、链转移反应、辅助交联剂和聚合反应气氛等四从引发剂种类、链转移反应、辅助交联

8、剂和聚合反应气氛等四个方面研究其对个方面研究其对PSt-DVB共聚反应、共聚物珠粒的结构均匀性以及共聚反应、共聚物珠粒的结构均匀性以及树脂强度的影响。树脂强度的影响。探讨了树脂强度的诸多影响因素，并着重对胺基探讨了树脂强度的诸多影响因素，并着重对胺基交联形成的强碱季铵基团进行了研究，提出了用磷酸交联形成的强碱季铵基团进行了研究，提出了用磷酸-渗磨圆球率法渗磨圆球率法测定强度，其强度数据更为可靠测定强度，其强度数据更为可靠。2.2耐热性耐热性离子交换树脂的耐热性与它的结构有关，普通凝胶型强酸离子交换树脂的耐热性与它的结构有关，普通凝胶型强酸性树脂的比大孔型的耐热性差。交联度高的树脂比交联度低性树

9、脂的比大孔型的耐热性差。交联度高的树脂比交联度低的树脂耐热性差，这是因为交联度越低，大分子链活动性大，的树脂耐热性差，这是因为交联度越低，大分子链活动性大，能吸附更多的热量。对磺酸基脱落机理的研究结果表明，影响能吸附更多的热量。对磺酸基脱落机理的研究结果表明，影响PSPS等阳离子交换树脂热稳定性的主要因素是磺酸基团和芳环之等阳离子交换树脂热稳定性的主要因素是磺酸基团和芳环之间键的断裂，要提高树脂的热稳定性，首先要考虑提高此键的间键的断裂，要提高树脂的热稳定性，首先要考虑提高此键的热稳定性。在提高树脂的耐温性能方面进行的研究上，主要是热稳定性。在提高树脂的耐温性能方面进行的研究上，主要是通过在苯

10、环上引入一些吸电子的基团通过在苯环上引入一些吸电子的基团21-2221-22，如卤素、硝基、，如卤素、硝基、乙酰基等，这样苯环上磺酸基就不易脱落，苯环上基团的吸电乙酰基等，这样苯环上磺酸基就不易脱落，苯环上基团的吸电子性作用越强，磺酸基越不易脱落。子性作用越强，磺酸基越不易脱落。 用邻氯苯乙烯、间氯苯乙烯、对氯苯乙烯与二乙烯基苯合用邻氯苯乙烯、间氯苯乙烯、对氯苯乙烯与二乙烯基苯合成三种氯代苯乙烯强酸性阳离子交换树脂，考察了它们的热稳成三种氯代苯乙烯强酸性阳离子交换树脂，考察了它们的热稳定性。结果表明，三种氯代苯乙烯树脂的热稳定性次序为：邻氯定性。结果表明，三种氯代苯乙烯树脂的热稳定性次序为：邻

11、氯苯乙烯树脂对氯苯乙烯树脂间氯苯乙烯树脂。他们认为，处苯乙烯树脂对氯苯乙烯树脂间氯苯乙烯树脂。他们认为，处于一定位置的氯原子和聚苯乙烯基主链的定位效应与主链的空间于一定位置的氯原子和聚苯乙烯基主链的定位效应与主链的空间位阻协同作用，导致了磺化后磺酸基的不同取代定位，造成稳定位阻协同作用，导致了磺化后磺酸基的不同取代定位，造成稳定性的差异。邻氯苯乙烯树脂结构中的磺酸基在吸电子基团氯的对性的差异。邻氯苯乙烯树脂结构中的磺酸基在吸电子基团氯的对位、供电子聚苯乙烯基主链的间位，使得邻氯苯乙烯树脂热稳定位、供电子聚苯乙烯基主链的间位，使得邻氯苯乙烯树脂热稳定性得到了明显提高。性得到了明显提高。3离子交换

12、树脂的应用3.1水处理水处理领域离子交换树脂的需求很大约占离子交换树脂产量的90%，用于水中各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。3.23.2食品工业食品工业离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业的消耗量仅次于水处理。3.33.3制药行业制药行业制药工业离子交换树脂的对新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。今年还在中药

13、提成等方面有所研究。3.43.4合成化学和石油化学工业合成化学和石油化学工业 在有机合成中常用酸和碱催化剂进行酯化、水解、酯在有机合成中常用酸和碱催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应。且优点更多。如树脂可反复使用。同样可进行上述反应。且优点更多。如树脂可反复使用。产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。甲级叔丁基醚的制备，就是用大孔型离子容易控制等。甲级叔丁基醚的制备，就是用大孔型离子交换树脂做催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，

14、代替了交换树脂做催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。3.53.5环境保护环境保护 离子交换树脂已应用在许多费城受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液货非水溶液中含有有毒离子或者非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。3.6湿法冶金及其他 离子交换树脂可=可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。4 4聚苯乙烯型离子交换树脂的发展展望聚苯乙烯型离子交换树脂的发展展望聚苯乙烯型离子交换树脂自问世以来，就由于它稳定聚苯乙烯型离子交换树脂自问世以来，就由于它稳定的物理化学性质、吸附选择独特、再生容易、操作简便、的物理化学性质、吸附选择独特、再生容易、操作简便、使用周期长等而一直得到人们的关注。随着离子交换树使用周期长等而一直得到人们的关注。随着离子交换树脂应用技术的不断提高，