功能高分子材料-离子交换树脂

《功能高分子材料-离子交换树脂》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、功能高分子材料——离子交换树脂离子交换树脂的种类离子交换树脂的制备离子交换树脂的基本理论离子交换树脂的应用功能高分子材料功能高分子系指带有特殊功能基团的高分子材料，按照21世纪科技发展的形势和高分子科学所面临的任务来概括，功能高分子可定义为：对物质、能量和信息具有传递、转换和储存功能的特殊高分子材料。按照材料的功能或用途所属的学科领域，可以将功能高分子材料分为化学、物理和生命功能高分子材料三大类。化学功能高分子的基本特征是具有某种特殊化学功能和用途。这是一类最经典、用途最广的功能高分子材料。物理功能高分子包括光活性高分子和导电高分子等。生物功能高分子有高分子

2、药物和医用高分子材料等。离子交换树脂离子交换树脂是一类带有三维网状结构的、以高分子为基体、不溶于水和有机溶剂，具有可进行离子交换的官能团的物质。离子交换树脂由三部分组成，即不溶性的三维空间物质骨架、连接在骨架上的功能基团、功能基团所带的相反电荷的可交换离子。在离子交换树脂中，功能基在具有三维空间立体结构的网格骨架上不能移动，但功能基所带的可以离解的离子却可以自由移动，在使用或再生时，不同外界条件下，与基团同电荷的其他离子相互交换，所以称为可交换离子。利用这种性质可以进行浓缩、分离和纯化工作。1.离子交换树脂的基本类型1）强酸型阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸

3、性基团，如磺酸基—SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3-，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。离子在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反的方向进行，使树脂的官能基团回复原来的状态，以供再次使用。2）弱酸型阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团，如羧基—COOH，能在水中离解出H+而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R—COO—（R为碳氢基团），能与溶液中的其他阳离子吸附结合

4、，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性,中性或微酸性溶液中(如pH=5-14)起作用.这类树脂也是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。3）强碱型阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团，如季胺基—NR3OH,能在水中离解出OH-而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱（如NaOH）进行再生。4）弱碱型阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基—NH2,仲胺基—NHR或叔胺基—NR2，它们在水中能离解出OH-而

5、呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件（如Ph=1-9)下工作它可用Na2CO3,NH4OH进行再生。2.离子交换树脂的制备（1）强酸型阳离子交换树脂苯乙烯体系的阳离子交换树脂的制备是用苯乙烯和二乙烯基苯（DVB）悬浮于水中，搅拌聚合得到球状共聚物，然后用硫酸-氯磺酸等磺化剂进行磺化而制得；（2）弱酸型阳离子交换树脂具有—COOH基的弱酸性离子交换树脂几乎都是水解丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯与DVB的共聚物得到的；（3）强碱型阴离子交换树脂利用苯乙烯

6、与而乙烯基苯共聚物小球引入强碱性有机胺基团即可制得；（4）弱碱型阴离子交换树脂如上述强碱型离子交换树脂的合成方法，引入一些弱碱性基团即可制得弱碱型阴离子交换树脂。3.离子交换树脂的基本理论离子交换的基本理论主要包括：a.离子交换反应在一定条件下的反应方向和反应限度，即离子交换热力学；b.离子交换反应的历程和达到平衡的时间，即离子交换动力学。（1）离子交换平衡离子交换反应是可逆反应，其反应是在固态的树脂和水溶液接触的界面间发生的。阳离子交换反应可表述为其反应平衡关系式为式中和—溶液中离子和的活度；和—树脂中离子和的活度；—选择性系数，其值越大，离子交换树脂对A

7、离子的交换能力就越大，就越易吸附A离子。影响选择性的因素a.离子价数离子价数越高，其与树脂功能基的静电吸引力越大，亲和力越大，如Ca2+、Mg2+易与树脂上Na+、H+的交换。b.离子半径在水中离子会水化而使树脂膨胀，对同价离子，当原子序数增加，其水合离子的半径减小，其选择性增大，如Ca2+的选择性大于Mg2+。c.树脂交联度交联度越高，对树脂的选择性影响越大。这是由于交联网络形成的筛网作用造成。(2)离子交换动力学离子交换的效果取决于离子交换速度，而离子交换速度主要受离子从溶液进入到树脂表面和树脂内部的扩散过程的影响。以Na型树脂与溶液中Ca2+进行交换反

8、应为例，实际离子交换过程是由如下的相对速率组成：Ca