2吸附分离.ppt

1、2.1吸附分离功能高分子的发展简史2.2络离子交换树脂和吸附树脂的结构2.3络离子交换树脂和吸附树脂的分类2.4络离子交换树脂的命名2.5络离子交换树脂的制造方法2.6络离子交换树脂和吸附树脂的应用*第二章吸附分离功能高分子材料， 第二章吸附分离功能高分子材料2.1吸附分离功能高分子的发展简单的吸附分离功能高分子主要含有络离子交换树脂(ion exchang resinIER )吸附树脂(adsorbresinAR )。 广义上，吸附分离功能的高分子也应该包含高分子分离膜材料。 但高分子分离膜在材料形式、分离原理和应用领域具有特殊性，在第三章详细介绍。 第二章吸附分离功能高分子材料、络离子交换

2、树脂的应用：电镀废水中含有大量有毒金属氰化物，经Fe(CN)63-、Fe(CN)64-等耐有机污染的聚酰胺类阴离子交换树脂处理后，其金属氰化物的含量可降至10ppm以下。 第二章吸附分离功能高分子材料，络离子交换树脂无需蒸馏即可脱盐，简便节约能源。 具有磺酸化学基和氨基化学基的酚醛树脂很快实现了工业生产，并应用于水的脱盐。 1944年，磺化苯乙烯-二乙烯基苯共多聚体的络离子交换树脂和交联聚亚克力酸树脂诞生，为现代的络离子交换树脂奠定了基础。 第二章功能高分子材料吸附分离后，Dow化学公司(美国)开发了苯乙烯类磺酸型强酸性络离子交换树脂，实现工业化的Rohm Hass公司开发了强盐化学基性苯乙烯

3、类阴离子交换树脂和弱酸性亚克力类阳离子交换树脂。 这些个的络离子交换树脂，除了水的脱盐精制之外，还用于药物提取精制、稀土类元素体的分离精制、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。 第二章吸附分离功能高分子材料、络离子交换树脂发展史上的另一大成就是大孔型树脂的研制。 20世纪50年代末，国内外包括我国南开高等院校化学系在内的许多机构几乎在云同步合成了大孔型络离子交换树脂。 大孔型络离子交换树脂因其机械强度高、交换速度快、抗有机污染的优点而迅速得到广泛应用。 第二章吸附分离功能高分子材料、六十年代后期、络离子交换树脂除在品种和性能等方面有了进一步的发展外，应用也有了迅速的发展。 除了传统的水脱盐软化，还广

4、泛应用于分离纯化脱色催化剂等。 例如，络离子交换树脂在水处理以外的应用，从8.0年代在先中占络离子交换树脂总使用量的不足1.0增加到现在的3.0程度。 水质软化的纳金属钍络离子交换器主要用于中低压锅炉水处理。 络离子交换脱盐设备主要用于纯水和纯水的制造。 络离子交换设备适用于压电石英药物、化工、电子、油漆作、饮料及高压锅炉供水等多种工业部门。 第二章吸附分离功能高分子材料，在络离子交换树脂的基础上，研制出离子交换纤维、鳌合树脂、聚合物负载催化剂、高分子试剂、固定化酶等功能高分子材料。 离子交换纤维的基本特征与络离子交换树脂相同，但外观呈纤维状，以中空纤维、丝、布、非织造布、毡、纸等机织物形式表

5、现。 第二章吸附分离功能高分子材料、吸附树脂是指多孔性且高度交联的高分子共多聚体，也称为高分子吸附剂。 这种高分子材料具有大的比表面积和合适的孔径，可以从气相或溶液中吸附某种物质。 在吸附树脂出现之前，作为用于吸附目的的吸附剂，活性氧化铝、硅藻泥、白土和硅凝胶、分子筛、活性炭等被广泛使用。 吸附树脂是吸附剂中的一大分支，是吸附剂中品种最多、应用最慢的类别。第二章吸附分离功能高分子材料、吸附树脂出现于1980年代，我国于1980年以后开始工业规模的生产和应用。 目前，吸附树脂的应用涉及很多领域，形成了独特的吸附分离技术。 由于结构的多样性，吸附树脂可以根据实际用途进行选择和设计，发展了许多合乎目

6、的的特殊品种。 这个不能和其他吸附剂相比。 因此，吸附树脂发展速度快，新品种、新用途接二连三。 吸附树脂及其吸附分离技术在各个领域的重要性越来越高。 大孔树脂、中国医学科学院药物研究所的植化室利用大孔吸附树脂吸附糖、生物碱、黄烷酮等，在此基础上用于天麻、红匙、灵芝、照山白等药材的提取分离，结果表明，大孔吸附树脂是分离药材水溶性成分的有效方法。 第二章吸附分离功能高分子材料、2.2络离子交换树脂和吸附树脂结构2.2.1络离子交换树脂的结构络离子交换树脂是一种具有可络离子化学基的三次元网状高分子材料，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般酸、碱，也不溶于一般有机溶剂。 常见的络离子交换树脂的粒径为0.

7、2 mm 3.1。 特殊用途的络离子交换树脂的粒径可能大于或小于该范围。 第二章吸附分离功能高分子材料、图2-1聚丙乙烯型阳络离子交换树脂的示意图、第二章吸附分离功能高分子材料，由图可知，树脂吸附在与三度空间结构的网络骨架和骨架结合的可络离子化功能化学基功能化学基上的可交换络离子。 强酸型阳络离子交换树脂的功能化学基为SO3-H，h解离，h可以与周围的外来络离子交换。 功能化学基固定在网络骨架上，不能自由移动。 解离的络离子可以自由移动，与周围其他络离子交换。 这种可自由移动的络离子称为可交换络离子。 第二章吸附分离功能高分子材料通过改变浓度差、亲和力差等，反复进行可交换络离子与其它同种络离子

8、的交换，达到浓缩、分离、纯化、净化等目的。 阳络离子交换树脂解离阳络离子，交换阳络离子的阴络离子交换树脂解离阴络离子，交换阴络离子的无机化学：阳络离子交换树脂“高分子多元酸”阴离子交换树脂除了离子交换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸不同。 第二章吸附分离功能高分子材料，2.2.2吸附树脂结构吸附树脂外观一般为直径0.31.0 mm的小圆球，表面光滑，根据品种或性能的不同分为乳白色、鹅黄色、浓褐色。 吸附树脂粒子的大小对性能影响很大。 粒径越小，越均匀，树脂的吸附性能越好。 但是，粒径过小，使用时对流体的阻力过大，过滤困难，容易流出。 粒径均匀的吸附树脂在生产中不能做到，但一般具有较宽的

9、粒径分布。 第二章吸附分离功能高分子材料，吸附树脂质地坚硬，强度高。 密度比水稍大，有机溶剂具有一定的溶胀性。 但是，干燥后会再次收缩。 此外，膨胀越大，干燥后的收缩越剧烈。 为了在使用中不使吸附树脂过度膨胀，多使用吸附树脂膨胀性小的乙醇、甲醇等置换，转移到水中。 为了防止树脂收缩导致孔径变小，吸附树脂必须在含水的状态下保存。 因此，吸附树脂一般以含水方式销售。 第二章吸附分离功能高分子材料，吸附树脂内部结构复杂。 扫描电子显微镜观察到，树脂内部像葡萄微球块，葡萄珠的大小在约0.060.5m的范围内，葡萄珠之间有很多空隙，这实际上是树脂的孔。 研究表明，葡萄球内部还有许多细孔。葡萄珠之间的粘着

10、在宏观上形成球型树脂。 该多孔结构具有优良的吸附性能，是吸附树脂制备和性能研究的重要技术。第二章吸附分离功能高分子材料、第二章络离子交换树脂和吸附树脂的分类2.3.1络离子交换树脂的分类络离子交换树脂的分类方法有多种，而其他吸附分离材料、吸附分离材料除了络离子交换树脂和吸附树脂以外，还有鳌合树脂高吸水树脂高吸油树脂高分子絮凝剂、第二章吸附分离功能高分子材料，最常用和最重要的分类方法有以下两种。 (1)根据交换化学基的性质，络离子交换树脂可以分为阳络离子交换树脂和阴络离子交换树脂两种。 阳络离子交换树脂进一步可分为强酸型、中酸型、弱酸性型三种。 RSO3H为强酸型，RPO(OH)2为中酸型，RC

11、OOH为弱酸型。 习惯上，中酸型和弱酸型通常统称为弱酸型。 阴络离子交换树脂分为强碱型和弱碱型。 R3NHCl为强碱型，RNH2、RNRH和R NR”2为弱碱型。 第二章吸附分离功能高分子材料，(2)按树脂的物理结构分为分类和络离子交换树脂为凝胶型、大孔型、载体型3种。 图2.2不同物理结构的络离子交换树脂模型，第二章吸附分离功能高分子材料，1 )凝胶型络离子交换树脂将外观透明且具有均匀高分子凝胶结构的络离子交换树脂统称为凝胶型络离子交换树脂。 这种树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。 在水中呈凝胶状膨润，呈大分子链的孔隙。 大分子链间的间隙约为24nm。 一般无机小分子的半径为1nm以下，

12、因此可以自由通过络离子交换树脂内的大分子链的间隙。 无水状态下，凝胶型络离子交换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子不能通过。 因此，这种络离子交换树脂在干燥条件下或油类中失去了络离子交换功能。 第二章吸附分离功能高分子材料，2 )大孔型络离子交换树脂针对凝胶型络离子交换树脂的缺点，研制出了大孔型络离子交换树脂。 大孔型络离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，凝胶结构不均匀。 即使在干燥状态下，由于内部也存在不同尺寸的毛细孔，因此在非水系中发挥络离子交换和吸附作用。 由于大孔型络离子交换树脂孔径一般为数毫微米至数百毫微米，比表面积达每克树脂数百平方米，因此其吸附功能非常显着。 第二章吸附分离功能

13、高分子材料，3 )载体型络离子交换树脂载体型络离子交换树脂是一种特殊用途的树脂，主要用作液质联用的固定相。 一般是在硅橡胶和玻璃珠等表面复盖络离子交换树脂。 能够承受液质联用中流动介质的高压，具有络离子交换功能。 另外，为了满足特殊的需求，开发了很多具有特殊功能的络离子交换树脂。 鳌合树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。 第二章吸附分离功能高分子材料、2.3.2吸附树脂的分类吸附树脂有很多品种，吸附能力和吸附物质的种类也不同。 但是，其共同点是具有多孔性，表面积大。 目前，吸附树脂还没有统一的分类方法，但通常根据其化学结构分为以下几种。 (1)无极性吸附树脂是指树脂中电荷分布均匀，不存在分子水平的

14、正电荷相对集中的极性化学基的树脂。 有代表性的产品是苯乙烯和二乙烯基苯聚合的吸附树脂。 第二章吸附分离功能高分子材料，(2)中极性吸附树脂等树脂的分子结构中存在酯类化合物化学基等极性化学基，树脂具有一定的极性。 (3)极性吸附树脂的分子结构含有酰胺化学基、亚砜化学基、腈化学基等极性化学基，这些个的化学基极性大于酯类化合物基。(4)强极性吸附树脂强极性吸附树脂含有吡啶、氨基化学基等极性强的化学基。 第二章吸附分离功能高分子材料、2.4络离子交换树脂的命名我国石油化学工业部于1977年7月l日正式公布了络离子交换树脂授予标准HG2-884-886-76络离子交换树脂产品的分类、命名及型号。 按照这

15、个标准，络离子交换树脂的完整名称由分类名、骨架(或化学基)名和基本名的排列构成。 第二章吸附分离功能高分子材料、络离子交换树脂的基本名称为络离子交换树脂。 分类中酸性的，在基本名称前面加上“阳”字；分类中碱性的，在基本名称前面加上“阴”字。 另外，为了区别络离子交换树脂制品中的同一种类不同的品种，必须在完整名称前加上型号。 第二章吸附分离功能高分子材料、络离子交换树脂的型号由阿拉伯数字构成。 百位表示产品的分类十位表示骨架结构一个数字是序列号，为了区别络离子交换树脂中的化学基、交联剂、致孔剂等的不同，各厂家自己掌握并制定。 凝胶型络离子交换树脂多在型号之后用阿拉伯数字连接，表示树脂的交联度(质

16、量百分率)，而大孔型树脂在型号之前加“d”字。 xyz%，第二章吸附分离功能高分子材料各种络离子交换树脂的具体编号， 9氧化还原型络离子交，其中强酸型阳络离子交换树脂x=0 100199弱酸性型阳络离子交换树脂x=1 200299强碱型阴络离子交换树脂x=2 300399弱碱性型阴络离子交换树脂x=3 400499螯合型络离子交换树脂x=4 500599两性型络离子交换树脂x=5 60069 交换树脂x=6，第二章吸附分离功能高分子材料，第二章络离子交换树脂骨架分类号，第二章吸附分离功能高分子材料，如d13树脂是水处理应用中使用量较多的树脂。 命名惯例表明，该树脂为大孔型弱酸型亚克力阳络离子交

17、换树脂，而00110树脂为交联度为10%的强酸型苯乙烯阳络离子交换树脂。 我国一些生产工厂在部门制定标准前开始生产络离子交换树脂，其编号尚未改名。 例如，上海树脂工厂的735树脂001树脂； 724树脂110树脂； 717树脂201树脂等。 第二章吸附分离功能高分子材料、2.5络离子交换树脂的制备方法2.5.1凝胶型络离子交换树脂主要包括两大部分：使三次元网状结构的大分子键与络离子交换化学基结合，使网状结构的大分子结合后膨胀，通过化学反应使交换化学基与大分子结合。 也可以用具有交换化学基的单体聚合成网状结构的高分子(使交换化学基与单体结合)。 第二章吸附分离功能高分子材料、(1)强酸型阳络离子交换树脂的制备大多数强酸型CER为聚丙乙烯类骨架，通常采用通过悬浮聚合法合成的树脂，使交换化学基磺化。 用St(styrene苯乙烯) DVB(Divinylbenzene二乙烯基苯)共聚，悬浮聚合的球状共多聚体称为“白球”。 洗涤干燥白球后，进行连接交换化学基的磺化反应。 第二章吸附分离功能高分子材料，干燥的白球用二氯乙烷、四氯乙烷、甲苯等有机溶剂膨润，用浓硫酸*、氯磺酸、发烟硫酸、三氧化硫磺化。 磺化的球状共多聚体统称为“黄球”。 第二章吸附分离功能高分子材料、含有SO3H交换化学基的CER被称为氢型CER