第二章吸附功能高分子-

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1、第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料2.1 2.1 概述概述2.1.1 2.1.1 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主要包括吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂离子交换树脂和和吸附树脂吸附树脂。从广义上讲，吸附分离功能高分子还应该。从广义上讲，吸附分离功能高分子还应该包括高分子分离膜材料。但高分子分离膜在材料形式、包括高分子分离膜材料。但高分子分离膜在材料形式、分离原理和应用领域有其特殊性。分离原理和应用领域有其特殊性。第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料 离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化离子交换树脂是指具有离

2、子交换基团的高分子化合物。合物。它具有一般聚合物所没有的新功能它具有一般聚合物所没有的新功能离子交离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。换功能，本质上属于反应性聚合物。吸附树脂是指吸附树脂是指具有特殊吸附功能的一类树脂。具有特殊吸附功能的一类树脂。 离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其历史可追溯到上一世纪其历史可追溯到上一世纪3030年代。年代。19351935年英国的年英国的AdamsAdams和和HolmesHolmes发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂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，开创了离子交换树脂的离子交换性能的工

3、作报告，开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域。领域，同时也开创了功能高分子领域。第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料 离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔大孔型树脂型树脂的开发。的开发。2020世纪世纪5050年代末，国内外包括我国的年代末，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。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换树脂具有型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机械强度高、

4、交换速度快和抗有机污染机污染的优点，因此很快得到广泛的应用。的优点，因此很快得到广泛的应用。第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料 从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重要的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。树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在2121世世纪发挥重要的作用。纪发挥重要的作用。 离子交换纤维离子交换纤维是在离子交换

5、树脂基础上发展起来的是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同，但一类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同，但外观为纤维状，并还可以不同的织物形式出现，如中外观为纤维状，并还可以不同的织物形式出现，如中空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料 吸附树脂吸附树脂也是在离子交换树脂基础上发展起来的也是在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。这类高分子材料具子共聚物

6、，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。吸附某些物质。 在吸附树脂出现之前，用于吸附目的的吸附剂已广在吸附树脂出现之前，用于吸附目的的吸附剂已广泛使用，例如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶、分泛使用，例如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶、分子筛、活性炭等。而吸附树脂是吸附剂中的一大分支，子筛、活性炭等。而吸附树脂是吸附剂中的一大分支，是吸附剂中品种最多、应用最晚的一个类别。是吸附剂中品种最多、应用最晚的一个类别。 第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料2.2 2.2 离子交

7、换树脂和吸附树脂的结构离子交换树脂和吸附树脂的结构2.2.1 2.2.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 离子交换树脂是离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料高分子材料，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般，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，如乙醇、丙酮的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为0.3-1.2mm0.3-1.2mm。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大于或小于一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。

8、这一范围。 第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料图图31 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图 第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料 从图中可见，树脂由三部分组成：三维空间结构从图中可见，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。能基团上吸附的可交换的离子。 强酸型阳离子交换树脂的功能基团是强酸型阳离子交换树脂的功能基团是SOSO3 3- -H H+ +，它可解离出它可解离出H H+ +，而，而H H+ +可与周

9、围的外来离子互相交换。功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。由它能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子互解离出的离子却能自由移动，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。相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料 通过改变浓度差、利用亲和力差别等，使可交换通过改变浓度差、利用亲和力差别等，使可交换离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、分离、提纯、净化等目的。分离、提纯、

10、净化等目的。 通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂行交换的树脂称作阳离子交换树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴；而将能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子阴离子交换树脂交换树脂。第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料2.2.2 2.2.2 吸附树脂的结构吸附树脂的结构 吸附树脂的外观一般为直径为吸附树脂的外观一般为直径为0.3-1.0 mm0.3-1.0 mm的的小圆球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白小圆球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳

11、白色、浅黄色或深褐色。吸附树脂的颗粒的大小对性能色、浅黄色或深褐色。吸附树脂的颗粒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。影响很大。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，但是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以并且容易流失。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。做到，故目前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。第二章第二章 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子 材料材料 吸附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度略大于吸附树脂手感坚硬，有较高的强度