第二章吸附分离功能高分子

Chapter2

吸附分离功能高分子

吸附是指液体或气体中的离子或分子以离子键、配位键、氢键或分子间作用力结合在功能材料表面上。

固体材料对液体或气体中的不同组分的吸附性有差别，即具有吸附选择性。利用吸附选择性可以分离复杂物质和进行产品提纯，这种利用吸附现象实现分离某些物质的方法称为吸附性分离。§2.1概述一、基本概念吸附过程分离：被吸附的物质或分子（吸附质）从原先所在的一相中被分离出来→富集：在另一相（即吸附相，吸附剂的表面）堆积或富集。吸收：进入第二相形成“溶液”化学吸附，是指形成了化学键的吸附。可以是离子键、共价键和配位键。物理吸附，通过范德华力、偶极-偶极相互作用、氢键等较弱的作用力吸附物质。亲和吸附，是指一些生物分子对某些物质的吸附呈现专一性或高选择性，如抗原-抗体、配体-受体、酶-底物、互补DNA链等的特异性相互作用。依据吸附机理：吸附质和吸附剂之间的吸附分为

化学吸附剂、物理吸附剂、亲和吸附剂2.按吸附机理

无定形、球形、纤维状3.按树脂形态

微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等4.按孔结构1.按组成

无机、有机吸附剂的分类高分子吸附剂的优势吸附剂的本体性能与表面性能均十分优异；多孔性，使吸附剂有效吸附面积大大增加；具有一定交联度，为吸附的动力学过程提供便利条件强度高，耐氧化，耐辐射，耐热，易再生和回收

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工作报告。二、吸附分离功能高分子的发展简史

1944年D’Alelio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。

1947年美国原子能委员会的Bauman用离子交换树脂并通过配合剂的洗脱分离稀土及其他金属。

Dow化学公司的

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了工业化。

RohmHass公司的

Kunin等人开发了苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系羧酸树脂。

离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔型树脂的开发。

20世纪50年代末，国内外包括我国的南开大学化学系在内的诸多单位几乎同时合成出大孔型离子交换树脂。我国“离子交换树脂之父”何炳林广东省番禹县人，高分子化学家和化学教育家，中国科学院院士。1942年毕业于西南联合大学。1952年获美国印第安纳大学博士学位。1956年回国，任南开大学教授，兼任青岛大学校长。1958年合成出大孔型离子交换树脂，用于原子弹的研制1970年在华药用于链霉素生产至今1980年开始用于血液灌流去除安眠药用于从肝损伤患者腹水中去除胆红素去除血液中的抗DNA救治红斑狼疮病固定某些酶，将氨基酸进行光学拆分20世纪60年代后期，离子交换树脂除了在品种和性能等方面得到了进一步的发展，更为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。

从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重要的功能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。

吸附树脂出现于上世纪60年代，我国于1980年以后才开始有工业规模的生产和应用。吸附树脂也是离子交换树脂基础上发展起来的一类新型树脂，是指一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物，又称为高分子吸附剂。这类高分子材料具有较大的比表面积和适当的孔径，可从气相或溶液中吸附某些物质。固相多肽合成——Merrifiled，1984年诺贝尔奖，组合化学三、吸附分离功能高分子及分类吸附分离功能高分子离子交换树脂吸附树脂高分子分离膜材料吸附分离高分子材料又称为高分子吸附剂或高分子树脂，是利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或化学作用，使其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。聚合物的化学组成：①基本元素的影响

②官能团的影响聚合物链结构和超分子结构：分子间作用力、结晶度和取向度吸附树脂的宏观结构：表面性能（孔结构）1.内因四、影响吸附分离的因素温度：温度高，不利于吸附周围介质：①介质与吸附剂作用强烈(脱附剂)

②介质与吸附剂的作用力和被吸附物质与吸附剂的作用力处在同一数量级(选择性)③介质与吸附剂作用很小(分散剂)pH值：两性物质在等电点吸附量最大，有机酸在酸性条件，胺类在碱性条件下易被非极性吸附剂所吸附2.外因流动相的流速溶液黏度（扩散速率）被吸附物质的扩散系数等动力学因素3.其他因素★①疏水性单体的悬浮聚合★②含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合★③水溶性单体的反相悬浮聚合★④线形高分子的悬浮交联成球反应五、吸附分类功能高分子的合成1.成球技术★①惰性溶剂致孔★②线形高分子致孔（大孔）★③后交联成孔（大网均孔）★④无机纳米微粒致孔2.致孔技术后交联成孔一、

离子交换树脂的结构

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。§2.2离子交换树脂

离子交换树脂由三部分组成三维空间结构的网络骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功能基团上吸附的可交换的离子。含水状态下的离子交换树脂内部存在细孔，离子就在其间扩散并进行离子交换。固定阴离子交换基，如SO3-对立阳离子，如H+苯乙烯基体二乙烯苯架桥水Na+聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图

强酸型阳离子交换树脂的功能基团是SO3-H+它可解离出H+，且可与周围的外来离子互相交换。功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由功能基解离出的离子能自由移动，并与周围的其他离子互相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。

离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最重要的分类方法有两种。二、离子交换树脂分类阳离子交换树脂；

阴离子交换树脂。1.按交换基团的性质分类

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；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。

阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和弱酸型三种。

R—SO3H为强酸型；

R—PO(OH)2为中酸型；

R—COOH为弱酸型。习惯上，将中酸型和弱酸型统称为弱酸型！

阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱碱型两种。

R3—NOH、R3N+为强碱型；

R—NH2、RR'NH和RR'2N为弱碱型。

按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为三类。凝胶型；大孔型；载体型。（2）

按树脂的物理结构分类

凡外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，大分子链之间呈现约为2~4nm的间隙。A.凝胶型离子交换树脂

一般的无机小分子的半径在1nm以下。所以可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。所以，这类离子交换树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。凝胶型离子交换树脂优缺点优点：体积交换容量大、生产工艺简单、成本低缺点:耐渗透强度差、抗有机污染差。

针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型离子交换树脂。大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。B.大孔型离子交换树脂

即使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起离子交换和吸附作用。大孔型离子交换树脂的孔径一般为几纳米至几百纳米，比表面积可达每克树脂几百平方米，因此其吸附功能十分显著。

凝胶型离子交换树脂除了有在干态和非水系统中不能使用的缺点外，还存在一个严重的缺点，即使用中会产生“中毒”现象。

所谓中毒是指其在使用了一段时间后，会失去离子交换功能现象。研究表明，这是由于苯乙烯与二乙烯基苯的共聚特性造成的。大孔型离子交换树脂的独特优势

在共聚过程中，二乙烯基苯的自聚速率大于与苯乙烯共聚，在聚合初期，进入共聚物的二乙烯基苯单元比例较高，而聚合后期，二乙烯基苯单体已基本消耗完，反应主要为苯乙烯的自聚。结果，球状树脂内部的交联密度不同，外疏内密。

在离子交换树脂使用中，体积较大的离子扩散进入树脂内部。而在再生时，由于外疏内密的结构，较大离子会卡在分子间隙中，不易与可移动离子发生交换，最终失去交换功能，造成树脂“中毒”现象。

大孔型离子交换树脂不存在外疏内密的结构，可以克服中毒现象。大孔型离子交换树脂优缺点优点：耐渗透强度高、抗有机污染好、可交换分子量较大的离子；防止中毒缺点：体积交换容量小、生产工艺复杂、成本高、再生费用高。

载体型离子交换树脂是一种特殊用途树脂，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。C.载体型离子交换树脂

它可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。另外，为了特殊的需要，已研制成多种具有特殊功能的离子交换树脂。如螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。

我国于1977年7月l日正式颁布了离子交换树脂的部颁标准HG2-884-886-76《离子交换树脂产品分类、命名及型号》。这套标准中规定，离子交换树脂的全名由分类名称、骨架（或基团）名称和基本名称排列组成。三、

离子交换树脂的命名

离子交换树脂的基本名称为离子交换树脂

属酸性的，在基本名称前加“阳”字属碱性的，在基本名称前加“阴”字另外，为了区别离子交换树脂产品中同一类中的不同品种，在全名前必须加型号。

第一位数字代表产品分类；第二位数字代表骨架结构；第三位数字为顺序号，用于区别离子交换树脂中基团、交联剂、致孔剂等的不同，由各生产厂自行掌握和制定。

离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成

对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面用“×”和一个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交联度（质量百分数w%）；而对大孔型树脂，则在型号前冠以字母“D”。

001—099，强酸型阳离子交换树脂；

100—199，弱酸型阳离子交换树脂；

200—299，强碱型阴离子交换树脂；

300—399，弱碱型阴离子交换树脂；

400—499，螯合型离子交换树脂；

500—599，两性型离子交换树脂；

600—699，氧化还原型离子交换树脂。各类离子交换树脂的具体编号为：离子交换树脂骨架分类编号编号(第二位）骨架类型0123456聚苯乙烯系聚丙烯酸系酚醛树脂系环氧树脂系聚乙烯吡啶系脲醛树脂系聚氯乙烯系

D113树脂，是水处理应用中用量很大的一种树脂。例如：从命名规定可知，这是—种大孔型弱酸型丙烯酸系阳离子交换树脂；

001×10树脂则是指交联度为10%的强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂。

我国有些生产厂在部颁标准制定前已开始生产离子交换树脂，它们自己有一套编号，已经为人们所熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如上海树脂厂735树脂，相当于命名规定中的001树脂；724树脂相当于命名规定中的110树脂；717树脂相当于命名规定中的201树脂等。

凝胶型离子交换树脂的制备过程主要包括两大部分：合成一种三维网状结构的大分子;

连接上离子交换基团。四、

离子交换树脂的制备方法(1)凝胶型离子交换树脂

具体方法包括：先合成网状结构大分子，然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。或将交换基团连接到单体上，或直接采用带有交换基团的单体聚合成网状结构大分子的方法。

强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系骨架，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。悬浮法获得的球状聚合物称为“白球”。将白球洗净干燥后，可进行连接交换基团的磺化反应。A.强酸型阳离子交换树脂的制备

将白球进行干燥，用二氯乙烷、四氯乙烷、甲苯等有机溶剂溶胀，最后用浓硫酸或氯磺酸等磺化。磺化后的球状共聚物通常为“黄球”。

含有－SO3H交换基团的离子交换树脂称为氢型阳离子交换树脂，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，因此常将它们与NaOH反应转化为Na型离子交换树脂。Na型离子树脂有较好的贮存稳定性。强酸型阳离子交换树脂的制备实例Step1：交联聚苯乙烯的合成(白球)的制备

苯乙烯、二乙烯苯、引发剂和分散剂→加热升温，悬浮聚合反应→反应结束后用水清洗→脱水→干燥→珠状产品（白球）常用引发剂：过氧化二苯甲酰（BPO）和偶氮二异丁腈（AIBN）。常用分散剂（2）亲水性的合成高分子，例如聚乙烯醇和含羧基聚合物等；（3）粉末无机物，例如碳酸钙、磷酸钙、滑石粉、硅藻土、硼润土等。（1）天然高分子及其衍生物，例如明胶、淀粉、甲基纤维素和羟丙基纤维素等；白球合成的主要反应式将100g干燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。加入500g浓硫酸（98％），于95～100℃下加热磺化5～10h。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。Step2：“黄球”的制备

弱酸型阳离子交换树脂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制备。B.弱酸型阳离子交换树脂的制备

丙烯酸的水溶性大，不易进行聚合，常采用其酯类单体进行聚合后再进行水解的方法来制备。将1gBPO

溶于90g丙烯酸甲酯和10g二乙烯基苯的混合物中。搅拌下加入含有0.05％～0.1％聚乙烯醇的500mL去离子水中，分散成所需的粒度。于60℃下保温反应5～10h。反应结束后冷却至室温，过滤、水洗，于100℃下干燥。弱酸型阳离子交换树脂的制备实例Step1：聚合将经干燥的合成树脂置于2L浓度为lmol/L的氢氧化钠乙醇溶液中，加热回流约10h，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，得成品。Step2：水解

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。制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化后，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Lewis酸如ZnCl2，AlCl3，SnCl4等催化下，用氯甲醚氯进行甲基化。C.强碱型阴离子交换树脂的制备所得的中间产品通常称为“氯球”。用氯球可十分容易地进行胺基化反应。强碱I型强碱II型Ⅰ型与Ⅱ型季胺类强碱树脂的性质略有不同。

Ⅰ型的碱性很强，对SiO32－、HCO3

－等弱酸亲和力强，对

OH－离子的亲合力小。当用NaOH再生效率很低，但其耐氧化性和热稳定性较好。

Ⅱ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。将1gBPO溶于85g苯乙烯与15g二乙烯基苯的混合单体中，在搅拌下加入含有0.05％～0.1％聚乙烯醇的500mL去离子水中，分散成所需的粒度。在80℃下搅拌反应5~10h，得球粒聚合物。过滤洗涤后，于100～125℃下干燥。强碱型阴离子交换树脂制备实例Step1:聚合将所得聚合物在100g二氯乙烷中加热溶胀，冷却后加入200g氯甲醚，50g无水ZnCl2，50～55℃下加热5h。冷却后倒入水中，分解过剩的氯甲醚，然后过滤、水洗，并于100℃下干燥。Step2:氯甲基化将氯甲基化树脂100g，加入500mL20％二甲基乙醇胺水溶液中，在60℃下胺化4h。冷却后，过滤水洗数次，用稀盐酸洗涤一次，再用水洗涤数次，干燥后即得Ⅱ型强碱型阴离子交换树脂。Step3:氨化三甲胺水溶液代替二甲基乙醇胺水溶液，得到Ⅰ型强碱型离子交换树脂。

用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反应，得到弱碱离子交换树脂。但由于制备氯球过程毒性较大，现在生产中已较少采用这种方法。利用羧酸衍生物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。(4)弱碱型阴离子交换树脂的制备

例如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。将1gBPO溶于88g丙烯酸乙酯和12g二乙烯基苯（纯度55％）的混合单体中，在搅拌下加入含有0.1％聚乙烯醇的240g去离子水中，分散成所需的粒度。加热至75～80℃，搅拌聚合4h，产物用水洗涤后，在110℃下干燥16h。得到球状树脂。弱碱型阴离子交换树脂制备实例将l00g球状树脂与300g二乙撑三胺混合，在157～182℃下反应5h。冷却后用水充分洗涤、过滤、干燥，得到交换容量为6.4mmol/g的弱碱型阴离子交换树脂。(2)大孔型离子交换树脂

大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同。大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。但与离子交换树脂相比，制备中有两个最大的不同之处：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。

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。五、离子交换树脂的功能1.离子交换功能

离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，它们可发生三种类型的离子交换反应。（1）中和反应（2）复分解反应（3）中性盐反应

所有的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进行中和反应和复分解反应。仅仅交换功能基团的性质和交换能力有所不同。

中性盐反应仅在强酸型阳离子交换树脂和强碱型离子交换树脂的反应中发生。小结

所有交换反应均是平衡可逆反应，这正是离子交换树脂可以再生的本质。只要控制溶液的pH值、离子浓度和温度等因素，就可使反应向逆向进行，达到再生的目的。

凝胶型、大孔型离子交换树脂，相对来说，均具有很大的比表面积。根据表面化学的原理，表面具有吸附能力。原则上讲，任何物质均可被表面所吸附，只是随表面性质、表面力场的不同，吸附具有一定的选择性。2.吸附功能

吸附功能与离子交换功能不同，吸附量的大小和吸附的选择性，决定于诸多因素，其中最主要决定于表面的极性和被吸附物质的极性。吸附是范德华作用力，因此是可逆的，可用适当的溶剂或适当的温度使之解吸。离子交换树脂对醇的吸附能力

氢型强酸型阳离子交换树脂从水——醇混合溶液中吸附不同种类醇的能力：烷基越大的醇，吸附性越好。因为树脂表面的非极性大分子与醇中烷基的亲和力不同。规律性

离子交换树脂的吸附功能随树脂比表面积的增大而增大。因此，大孔型树脂的吸附能力远远大于凝胶型树脂。大孔型树脂不仅可以从极性溶剂中吸附弱极性或非极性的物质，而且可以从非极性溶剂中吸附弱极性的物质，也可对气体进行选择性吸附。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。干燥的强酸型阳离子交换树脂可用作有机溶剂的脱水剂。离子交换树脂对不同溶剂中水的吸附能力

离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，与小分子酸和碱一样可催化有机化学反应和聚合反应的催化剂。离子交换树脂催化剂易分离、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处理简单等优点。4.催化功能

大孔型树脂将易分解失效的催化剂AlC13等吸附在微孔中。在反应过程中则逐步释放出来且提高催化剂的效率。这也归属于树脂的催化功能。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、载体等功能。六、

离子交换树脂的应用1.在水处理中的应用2.在食品工业中的应用4.在化学工业中的应用3.在医药卫生领域中的应用5.在冶金工业中的应用6.在原子能工业中的应用7.在海洋资源利用中的应用1.在水处理中的应用（1）纯水的制备（2）水的软化（3）废水处理制备方法蒸馏法（物理法）离子交换法（化学法）膜分离法（物理法）1.在水处理中的应用强酸性阳离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂采用的离子交换树脂（1）纯水的制备去离子水的制备装置。

阳离子交换树脂塔和阴离子交换树脂塔串联，普通水依次流过两塔制备工艺主要反应式（1）纯水的制备阳离子交换树脂的再生（1）纯水的制备阴离子交换树脂的再生（1）纯水的制备天然水中含有Ca2+、Mg2+等

在锅炉壁上生成碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁和氢氧化镁等水垢降低传热系数，增加能耗可能引起锅炉爆炸，造成人员伤亡（2）水的纯化Na型阳离子交换树脂软水法常用方法强酸性H-Na型阳离子交换树脂软化法弱酸性H-Na型阳离子交换树脂软化法（2）水的纯化Na型阳离子交换树脂软水法Na型离子交换树脂软水法的主要化学反应

单级软化系统

双级软化系统Na型阳离子交换树脂软水法▲单级软化系统的出水残余硬度小于0.03mmol/L，适用于低压锅炉用水；▲双级软化系统的出水残余硬度小于5.0µmol/L，适用于中压锅炉用水。Na型阳离子交换树脂软水法

设备简单，操作简单，树脂再生容易适用对象

低硬度（＜5mmol/L）、低碱度（＜2mmol/L）的原水软化优点Na型阳离子交换树脂软水法一般采用8%-10%的工业食盐水树脂再生Na型阳离子交换树脂软水法缺点1.含盐量高2.碱度高原因1.体系中存在多种盐，例如2.存在下列反应Na型阳离子交换树脂软水法1.采用Na型离子交换和脱碱的联合处理系统改进措施2.采用H-Na型阳离子交换树脂法Na型阳离子交换树脂软水法强酸性H-Na型离子交换树脂脱碱软化法原水经过H型强酸性阳离子交换树脂时发生如下交换反应进入水中的H+与碳酸氢根离子发生中和反应：脱碳器除去二氧化碳强酸性H-Na型离子交换树脂脱碱软化法H型弱酸性阳离子交换树脂的离子交换法由H型弱酸性阳离子交换树脂柱和Na型阳离子交换树脂柱串联组成。原水经过H型弱酸性阳离子交换树脂柱时，发生如下交换反应：树脂上吸附的钠离子又被钙、镁离子置换到水中H型弱酸性阳离子交换树脂的离子交换法优点

容量大，再生容易，设备比较简单缺点H型弱酸性阳离子交换树脂价格较高，一次性投资较大。H型弱酸性阳离子交换树脂的离子交换法（3）废水的处理

离子交换树脂能够除去废水中的重金属离子、有机酸碱和某些无机阴离子等有害物质，使废水回收利用。强酸性阳离子交换树脂对高价金属离子的选择性比对低价金属离子及H+的高，因此能从含有金属离子的中性或酸性溶液中有选择性地吸附重金属离子。2.离子交换树脂在食品工业中的应用甜叶菊糖苷、味精、蔗糖、酶法生产葡萄糖等的脱色味精、柠檬酸、酒石酸和赖氨酸等的分离纯化应用于果汁提高果汁色值、透光率、降低浊度增加果汁稳定性提高果汁品质有效去除果汁内的棒曲霉素，减少农残2.离子交换树脂在食品工业中的应用用于蜂蜜处理脱除蜂蜜中的抗生素提高蜂蜜色值、透光率等提高蜂蜜贮存稳定性

2.离子交换树脂在食品工业中的应用3.离子交换树脂在医药卫生领域中的应用离子交换树脂本身可作为药剂内服功效解毒、缓泻、去酸用途治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射性物质等离子交换树脂可作外敷药剂离子交换树脂粉末配制软膏、粉剂及婴儿护肤用品吸除伤口毒物和作为解毒药剂性状用途作用3.离子交换树脂在医药卫生领域中的应用4.离子交换树脂在化学工业中的应用（1）用于无机化合物、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收（2）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（3）作为高分子试剂，用来制备许多新的化合物（4）强酸型阳离子交换树脂能强烈吸，可用作干燥剂，吸收有机溶剂或气体中的水分4.离子交换树脂在化学工业中的应用5.离子交换树脂在冶金工业中的应用离子交换树脂用于铀、钍等元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收第一离子交换树脂用于选矿。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。第二5.离子交换树脂在冶金工业中的应用6.离子交换树脂在原子能工业中的应用分离、提纯、精制、回收核燃料第一第二制备高纯水，唯一用于核动力的循环、冷却以及补给供应水的手段第三去除原子能工业废水放射性污染7.离子交换树脂在海洋资源利用中的应用从许多海洋生物（例如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料第一第二用离子交换树脂由海水制取淡水

吸附树脂又称树脂吸附剂，是在离子交换树脂的基础上发展起来的。吸附树脂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。它是以苯乙烯和丙烯酸酯为单体，加入二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯为致孔剂，它们相互交联聚合形成了多孔骨架结构。§2.3吸附树脂

吸附树脂的外观一般为直径为0.3～1.0mm的小圆球，表面光滑。根据品种和性能的不同可为乳白色、浅黄色或深褐色等。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响很大。一、吸附树脂的结构1.吸附树脂宏观的结构

粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，且容易流失。粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以做到，故目前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。显微镜下观察到

吸附树脂内部结构很复杂。在扫描电子显微镜（SEM）下可观察到，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，即是树脂的孔。2.吸附树脂微观的结构

研究表明葡萄球内部具有许多微孔。葡萄珠之间的相互粘连则形成宏观上球型的树脂。

多孔结构赋予树脂优良的吸附性能，因此是吸附树脂制备和性能研究中的关键技术。

吸附树脂有许多品种，吸附能力和所吸附物质的种类也有区别。但其共同之处是具有多孔性，并具有较大的表面积。吸附树脂目前尚无统一的分类方法，通常按其化学结构分为以下几类。二、吸附树脂的分类

指树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性基团的树脂。代表性产品为由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。1.非极性吸附树脂2.中极性吸附树脂

这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团，树脂具有一定的极性。

强极性吸附树脂含有极性很强的基团，如吡啶、氨基等。3.极性吸附树脂

分子结构中含有酰胺基、亚砜基、腈基等极性基团，这些基团的极性大于酯基。4.强极性吸附树脂1.中极性吸附树脂的合成中极性单体聚合得到由交联聚苯乙烯通过功能化，可以合成多种类型的吸附分离功能高分子材料三、吸附树脂的合成采用中极性单体与苯乙烯、二乙烯苯悬浮共聚含氰基的吸附树脂可由悬浮聚合法合成。含砜基的吸附树脂用低交联度聚苯乙烯，以二氯亚砜为后交联剂，在无水三氯化铝催化下于80℃下反应15h，即得。含酰胺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聚苯乙烯用乙酸酐酰化，都可得到。含氨基的强极性吸附树脂将大孔吸附树脂与氯甲醚反应，引入氯甲基，再用不同的胺进行胺化，即得2.强极性吸附树脂的合成四、吸附树脂的分离原理2.2.3.1吸附平衡：吸附气体时多分子层吸附，采用BET公式从溶液中吸附物质时，单分子层吸附，采用Langmuir公式具体内容请参见物理化学吸附选择性普遍原则①水溶性不大的有机化合物易被吸附，且在水中溶解性越差越易被吸附；②吸附树脂难于吸附溶于有机溶剂中的有机物；③当化合物的极性基团增加时，树脂对其吸附能力也随之增加；④在同一树脂中，树脂对体积较大的化合物的吸附作用较强。

由于吸附树脂具有巨大的比表面，不同的吸附树脂有不同的极性，所以可用来分离有机物。例如，含酚废水中酚的提取，有机溶液的脱色等。五、吸附树脂的应用1.有机物的分离

吸附树脂可作为血液的清洗剂。这方面的应用研究正在开展，已有抢救安眠药中毒病人的成功例子。2.在医疗卫生中的应用

红霉索、丝裂霉素、头孢菌素等抗菌素的提取中，已采用吸附树脂提取法。由于吸附树脂不受溶液pH值的影响，不必调整抗菌素发酵液的pH值，因此不会造成酸、碱对发酵液活性的破坏。吸附树脂对中草药中有效成分的提取3.药物的分离提取

酒中的高级脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水，因此当制备低度白酒时，需向高度酒中加水稀释。随着高级脂肪酸脂类溶解度的降低，容易析出而呈浑浊现象，影响酒的外观。4.在制酒工业中的应用

吸附树脂可选择性地吸附酒中分子较大或极性较强的物质，较小或极性软弱的分子不被吸附而存留。如棕榈酸乙酯、油酸乙酯和亚油酸乙酯等大分子易物质被吸附；已酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯等小分子的香味物质不被吸附，达到分离、纯化的目的。

为适应各行各业的特殊需要，发展了各种具有特殊功能基团的离子交换树脂，螯合树脂就是对分离重金属、贵金属应运而生的树脂。§2.4螯合树脂

在分析化学中，常利用络合物既有离子键又有配价键的特点，来鉴定特定的金属离子。将这些络合物以基团的形式连接到高分子链上，就得到螯合树脂。

按结构分类：螯合树脂可分为侧链型和主链型两类。

按原料分类：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。一、螯合树脂的分类二、螯合树脂分离金属离子的原理

侧链型工作原理：

主链型工作原理：

FG为功能基团，对某些金属离子有特定的络合能力，能将这些金属离子与其他金属离子分离开来。

螯合树脂具有特殊的选择分离功能，很有发展前途。已研究成功的有30多种类型的产品，但目前真正实现了工业化的产品并不多。

乙二胺四乙酸（EDTA）是分析化学中最常用的分析试剂。它能在不同条件下与不同的金属离子络合，具有很好的选择性。仿照其结构合成出来的螯合树脂也具有良好的选择性。三、最常用的螯合树脂①胺基羧酸类（EDTA类）例2例1EDTA类螯合树脂的制备方法(1)(2)(3)

EDTA类螫合树脂在pH=5时，对Cu2+的最高吸附容量为0.62mmol/g，可用HClO4溶液解吸。在pH=1.3时，对Hg2+的最高吸附容量为1.48mmol/g。EDTA类树脂对贵金属有很好的选择分离性。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。

肟类螫合树脂的制备方法

肟基近旁带有酮基、胺基、羟基时，可提高肟基的络合能力。因此，肟类螫合树脂常以酮肟、酚肟、胺肟等形式出现，吸附性能优于单纯的肟类树脂。酮肟酚肟胺肟肟类螯合树脂与Ni的络合反应

8-羟基喹啉是有机合成和分析化学中常用的络合物。将其引入高分子骨架中，就形成具有特殊络合能力的8-羟基喹啉螫合树脂。

8-羟基喹啉螫合树脂能选择吸附Cr2+，Ni2+，Zn2+等多种贵金属离子，吸附容量可高达2.39~2.99mmol/g。③8-羟基喹啉类

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络合功能。若在氮原子附近带有羧基时，其络合作用更好。④聚乙烯基吡啶类20世纪60年代末，美国首先开发成功高吸水性树脂。吸水性树脂含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料。吸水性树脂不溶于水和有机溶剂，吸水能力可达自身重量的500～2000倍，最高可达5000倍。§2.5高吸水性树脂

吸水后立即溶胀为水凝胶，有优良的保水性，即使受压也不易挤出。吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可恢复。

高吸水性树脂与海绵、沙布、脱脂棉等物理吸水性吸水材料不同，是通过化学作用吸水，一旦吸水成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水即使挤压也很难脱水。

根据原料来源、亲水基团引入方法、交联方法、产品形状等的不同，高吸水性树脂可有多种分类方法。其中以原料来源这一分类方法最为常用。一、

高吸水性树脂的类型和制备方法1.高吸水性树脂的类型分类方法类别原料来源

淀粉类；纤维素类；合成聚合物类：聚丙烯酸盐系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等。亲水基团引入方式

亲水单体直接聚合；疏水性单体羧甲基化；疏水性聚合物用亲水单体接枝；腈基、酯基水解高吸水性树脂的分类方法分类方法类别按交联方法

用交联剂网状化反应；自身交联网状化反应；辐射交联；在水溶性聚合物中引入疏水基团或结晶结构。按产品形状

粉末状；颗粒状；薄片状；纤维状高吸水性树脂的分类方法（续）

淀粉类高吸水性树脂主要有两种：

淀粉与丙烯腈接枝反应后，碱性下水解引入亲水性基团，由美国农业部北方研究中心开发成功；

淀粉与亲水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交联剂交联的产，由日本三洋化成公司首开发。①淀粉类

国内长春应用化学研究所用Co60—γ射线辐照玉米淀粉和土豆淀粉产生自由基，然后在水溶液中引发接枝丙烯酰胺，得到了吸水率达2000倍的高吸水性淀粉树脂。

制备高吸水性树脂的淀粉主要是玉米淀粉和小麦淀粉。土豆、红薯和大米的淀粉也可作为原料。

淀粉改性的高吸水性树脂的优点是原料来源丰富，产品吸水倍率较高，通常都在千倍以上。

缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。

纤维素改性高吸水性树脂有两种：

纤维素引入羧甲基后用交联剂交联制备的产物纤维素与亲水性单体接枝共聚产物。②纤维素类

纤维素类高吸水性树脂的制备方法是1978年由德国赫尔斯特（Holst）公司首先报道的。

纤维素分子中含有可反应的活性羟基，在碱性介质中，以多官能团单体作为交联剂，卤代脂肪酸（如一氯醋酸）或其他醚化剂（如环氧乙烷）进行醚化反应和交联反应，可得不同吸水率的高吸水性树脂。

纤维素可与丙烯腈、丙烯酸及其盐、丙烯酰胺等反应，交联剂采用双丙烯酰胺基化合物，如N,N-亚甲基二丙烯酰胺等制备高吸水性树脂引发体系则可采用亚盐——过氧化氢、四价铈盐、黄原酸酯等，也可用γ射线辐射引发。

与淀粉类高吸水性树脂相比，纤维素类的吸水能力比较低，一般为自身重量的几百倍，但是作为纤维素形态的吸水性树脂在一些特殊形式的用途方面，淀粉类往往无法取代。例如，与合成纤维混纺制作高吸水性织物，以改善合成纤维的吸水性能。这方面的应用显然非纤维素类莫属

聚丙烯酸盐类是目前生产最多的合成高吸水性树脂，由丙烯酸或其盐类与具有二官能度的单体共聚而成。制备方法有溶液聚合后干燥粉碎和悬浮聚合两种。这类产品吸水倍率较高，一般均在千倍以上。③合成聚合物类

聚丙烯腈水解物将聚丙烯腈用碱性化合物水解，再经交联剂交联，即得高吸水性树脂。如将废晴纶丝水解后用氢氧化钠交联的产物即为此类。由于氰基的水解不易彻底，产品中亲水基团含量较低，这类产品的吸水倍率不太高，一般在500～1000倍左右

醋酸乙烯酯共聚物将醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯进行共聚，然后将产物用碱水解后得到乙烯醇与丙烯酸盐的共聚物，不加交联剂即可成为不溶于水的高吸水性树酯。这类树脂在吸水后有较高的机械强度，适用范围较广。

改性聚乙烯醇类聚乙烯醇与环状酸酐反应，不需外加交联剂即可成为不溶于水的产物。这类树脂