吸附分离功能高分子

吸附分离功能高分子

吸附分离功能高分子是指与被吸附物质之间有物理或化学作用而发生暂时或永久性结合，实现物质选择性分离的一类高分子材料。主要包括离子交换树脂和吸附树脂，还包括高分子分离膜材料。概述离子交换树脂吸附树脂高分子分离膜带有可离子化基团的三维网状高分子材料，一般为颗粒状，不溶于水和一般酸碱一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物，具有较大的比表面积和适当的孔径能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面

发展简史1935年英国Adams和Holmes，酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告1944年D’Alelio合成了磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树脂Rohm&Hass公司，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随着离子交换树脂的不断发展，吸附树脂应运而生

离子交换树脂定义和分类离子交换作用合成方法应用

离子交换树脂是一种可以与接触的介质进行离子交换的高分子，它本身不溶解于介质中，只有相关的离子与介质交换。定义和分类粒径0.3～1.2mm

乳白、淡黄、棕褐色等不透明或半明球状颗粒球形珠状颗粒，颗粒直径0.3-1.2mm树脂的网络骨架

弱酸性：

不同孔结构离子交换树脂的模型

透明、均相，表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构，内部存在大量的毛细孔，可在非水体系中起离子交换和吸附作用特殊用途树脂，主要用作液相色谱的固定相，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。

按可交换离子的种类，离子交换树脂分为阳离子型和阴离子型。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

苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为：2R-SO3H＋Ca2+

(R-SO3)2Ca＋2H+硬水软化的原理用于：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弱酸性酚醛系阳离子交换树脂

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

D201大孔强碱性阴离子

大孔弱碱性丙烯酸系阴离子

弱碱性环氧系阴离

子树脂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，金属提取等主要用于水处理中除去Cl-、SO4-等离子，柠檬酸等精制中除去无机酸，并可回收铜、银离子

聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图固定阴离子交换基SO3-二乙烯苯交联桥水合水交换离子Na+聚苯乙烯链

离子交换树脂的合成（1）强酸型阳离子交换树脂的制备

强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系骨架。磺化过程可离子交换功能基团

例：苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚，可得到交联聚苯乙烯将交联聚苯乙烯制成微孔状小球，再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等，可得到各种阳离子交换树脂：阳离子交换树脂能够交换阳离子。例如：

（2）弱酸型阳离子交换树脂的制备

弱酸型阳离子交换树脂大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。可离子交换功能基团可离子交换功能基团

（3）强碱型阴离子交换树脂的制备强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基作为离子交换基团，以聚苯乙烯作骨架、将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。第一步：氯甲基化第二步：胺基化

（4）弱碱型阴离子交换树脂的制备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。将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，然后在130～150℃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。

离子交换树脂的应用（1）水处理

水的软化

去除Ca2+、Mg2+、Al3+聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂

水的脱盐

去除SO42-、Cl-、NO3-弱碱性阴离子交换树脂

Ca2+、Mg2+、Na+强酸性阳离子交换树脂

废水处理去除重金属离子、有机酸或碱、某些无机阴离子

（2）食品工业

制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。改进水质、进行酒的脱色，去铜、锰、铁等离子。（3）制药业在药物生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和及中草药有效成分的提取等。

（4）海洋资源利用可从许多海洋生物（例如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料。（5）催化剂离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，可以代替无极强酸、强碱作为催化剂使用。如对酯的水解、醇解、酸解等。

吸附树脂定义和分类影响因素合成方法应用

吸附树脂（adsorptionresin）又称树脂吸附剂，是一种不含离子交换基团的高交联度体型高分子珠粒，其内部拥有许多分子水平的孔道，提供扩散通道和吸附场所。

概述各种型号的大孔吸附树脂树脂内部像一堆葡萄微球，葡萄珠的大小约在0.06～0.5μm范围内，葡萄珠之间存在许多空隙，这实际上就是树脂的孔。

依靠它和被吸附的分子（吸附质）之间的范德华力和氢键作用

按树脂极性不同，吸附树脂可分为：非极性树脂中极性树脂极性树脂强极性树脂烃类有机物，如聚苯乙烯等带酯基的聚合物，如聚丙烯酸酯带有酰胺基等的聚合物，如聚丙烯酰胺等含有氧化氮、吡啶基等的聚合物

影响吸附性能的因素吸附树脂的物理结构和化学结构对吸附性能的影响表现在以下几个方面：孔径比表面积孔容孔径分布形成氢键或电子转移络合物极性相近原则影响因素

例：悬浮交联共聚制备聚苯乙烯-二乙烯苯（PS-DVB）交联树脂苯乙烯二乙烯苯过氧化苯甲酰（引发剂）液体石蜡，甲苯（致孔剂）去离子水聚乙烯醇氯化钠（单体）（分散剂）（降低表面张力）搅拌使油相形成液滴悬浮于水相硬化，过滤，石油醚提取，甲醇浸泡，过滤，洗涤交联树脂大孔型凝胶型（未加致孔剂）

例：Mannich法制备大孔树脂

吸附树脂的应用（1）在环境保护中的应用—废水处理（2）在生物物质的分离纯化中的应用（3）在食品工业中的应用—糖的脱色，香料的提取，酒精的精制（4）在化学工业中的应用—有机物的聚集，聚合物固定相（5）在医药领域中的应用—药物的分离提取，人体血液净化—提纯分离

高分子分离膜材料PolymericSeparationMembrane概述机理机械过滤作用（尺寸）溶解-扩散作用物质交换作用天然分类按材料分：天然高分子类，合成高分子类按分离原理和推动力：微孔（滤）膜（0.1-10mm)、超（过）滤膜(1-100nm)、反渗透膜（超细滤膜,0.1-10nm)、纳滤膜(0.1-1nm)、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面，可以是固态，也可以是液态。

多孔膜分离原理

1.努森扩散努森数>>1尤其当≥10气体分子平均自由程远于膜孔径，呈努森扩散孔内分子流动受分子与孔壁间的碰撞作用支配2.黏性流扩散努森数≤0.01孔径远大于操作条件气体分子的平均运动自由程，孔内分子流动受分子之间碰撞作用支配1.努森扩散努森数>>1尤其当≥10气体分子平均自由程远于膜孔径，呈努森扩散孔内分子流动受分子与孔壁间的碰撞作用支配

3.表面扩散气体分子吸附在膜孔壁上，在浓度差的作用下，分子沿膜孔表面移动，产生表面扩散流4.分子筛分膜孔介于不同气体分子直径之间，直径小的分子就能通过膜孔，而大分子就被挡住，达到分离效果5.毛细管凝聚操作温度较低，当气体通过微孔介质时，易冷凝组分达到毛细管冷凝压力时，孔道被冷凝组分堵塞，阻止非冷凝组分渗透，从而出现毛细管冷凝分离。

分离膜制备工艺类型

相转化制膜工艺（L-S法）聚合物溶剂添加剂均质制膜液流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维蒸出部分溶剂凝固液浸渍水洗非对称膜多孔支持膜涂覆交联加热形成超薄膜亲水性高分子溶液的涂覆复合膜形成超薄膜的溶液交联剂复合制模工艺例：一种壳聚糖膜的制备壳聚糖溶于2%的醋酸溶液于玻璃板上刮膜自然晾干2%氢氧化钠溶液浸泡洗涤自然晾干减压脱泡

a和b为无孔膜和多孔膜样品样品的表面形貌图a'和b'为无孔膜和多孔膜样品的断面形貌图

（1）微粒和细菌的过滤、检测（2）气体、溶液和水的净化（3）离子交换膜（4）燃料电池质子交换膜应用发展趋势（1）仿生高分子分离膜（2）对膜的表面进行改性（3）高分子合金膜（4）加强“超薄”和“活化”

制膜工艺

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