離子交換樹(shù)脂

特種離子交換樹(shù)脂的合成

2022-11-02

該類樹(shù)脂是指在某些場(chǎng)合有其特殊的用途，但目前在生產(chǎn)和應(yīng)用上規(guī)模還不夠大，技術(shù)上還在發(fā)展或尚在研究，待完善的一些離子交換樹(shù)脂。因其合成方法與普通離子交換樹(shù)脂有許多相似之處，故在本節(jié)只做簡(jiǎn)單介紹。

一、氧化還原樹(shù)脂

氧化還原樹(shù)脂是指能與周圍活性物質(zhì)進(jìn)行電子交換，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的一類樹(shù)脂，也稱為電子交換樹(shù)脂。最常見(jiàn)的是氫醌類、巰基類、吡啶類和二茂鐵類等。氫醌類可由縮聚或乙烯基氫醌聚合來(lái)制備。但氫醌的活潑氫使其有可能參加縮聚或加聚反應(yīng)，因而常設(shè)去加以保護(hù)。此類方法的缺點(diǎn)是單體制備比較麻煩,后一反應(yīng)水解也比較困難。由氯甲基聚苯乙烯與氫醌反應(yīng)也可制備多種氧化還原樹(shù)脂。

吡啶類氧化還原樹(shù)脂的例子是:含煙酰胺的交聚苯乙烯。此類樹(shù)脂已有實(shí)際應(yīng)用，對(duì)其合成方法也進(jìn)行了多方面的研究。除上面方法外，先合成乙烯基芐基煙酰胺，再經(jīng)聚合可得到同樣結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂。

離子交換樹(shù)脂吸附法是制備氧化還原樹(shù)脂的一種簡(jiǎn)單、方便的方法。許多有機(jī)或無(wú)機(jī)氧化還原劑都可用此法負(fù)載到適當(dāng)?shù)碾x子交換樹(shù)脂上制成氧化還原樹(shù)脂，如Cu2+、Fe2+、Sn2+、Co2+ Ce3+、Ni2+、Mn2+等。如果這些離子以絡(luò)合物的形式結(jié)合到樹(shù)脂上，則其穩(wěn)定性更好。

有機(jī)氧化還原劑，如多種酸性或堿性染料、氫醌、蒽醌、四氯氫醌、靛藍(lán)二硫酸等亦可吸附到陰或陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上，制成氧化還原樹(shù)脂。

氧化還原樹(shù)脂可用于制備過(guò)氧化氫，作為氧化劑用于脫氫反應(yīng)，去除高壓鍋爐用水中的氧和用作抗氧劑等，還可用于環(huán)保分析等許多方面。

二、兩性樹(shù)脂

兩性樹(shù)脂是一類在同一樹(shù)脂顆粒內(nèi)存在著陽(yáng)、陰兩種基團(tuán)的離子交換樹(shù)脂。這類樹(shù)脂中的兩種基團(tuán)彼此接近，可以互相結(jié)合遇到溶液中的離子又可同時(shí)與陽(yáng)、陰兩種離子進(jìn)行離子交換。飽和之后只需大量水洗，便可使樹(shù)脂得到再生，恢復(fù)其原有的交換能力。兩性樹(shù)脂的兩種基團(tuán)必須是強(qiáng)酸-弱堿型，弱酸-強(qiáng)堿型或弱酸-弱堿型。強(qiáng)酸-強(qiáng)堿型樹(shù)脂不能表現(xiàn)出兩性樹(shù)脂的特點(diǎn)。

兩性樹(shù)脂的合成方法有以下幾種:

1.功能化單體共聚

如乙烯基磺酸與乙烯吡啶或丙烯酰胺等。

2.丙烯酸甲酯與功能化單體(如烯丙胺)共聚共聚后再經(jīng)水解，制成弱酸-弱堿型兩性樹(shù)脂。

3.單體共聚再功能基化

如苯乙烯與丁烯二酸酐共聚、氯甲基化、胺化、水解;苯乙烯與氯乙烯共聚、胺化、磺化;苯乙烯與丙烯腈或丙烯酸甲酯共聚、氯甲基化、磺化、水解;苯乙烯與二乙烯苯共聚體經(jīng)氯甲基化、胺化、磺化等。

4.以陽(yáng)(或陰)離子交換樹(shù)脂吸收適當(dāng)單體后聚合,再功能化所用離子交換樹(shù)脂是交聯(lián)的，可視為籠，由所吸收的單體聚合成高分子鏈?zhǔn)蔷€型的，可視為蛇，交聯(lián)鏈和線型鏈絞纏在一起，相鄰的陽(yáng)、陰交換基團(tuán)又互相結(jié)合，使線型鏈不會(huì)跑出。因而被稱為蛇籠樹(shù)脂。熱再生的概念即來(lái)源于這類樹(shù)脂的特殊性質(zhì):在熱水中對(duì)鹽的吸附量小于在冷水中的吸附量，或者說(shuō)此類樹(shù)脂(含弱酸、弱堿基團(tuán))的離子交換平衡會(huì)受溫度的影響。

5.復(fù)合樹(shù)脂

是將陰、陽(yáng)兩種樹(shù)脂的細(xì)粉用親水性好的聚合物(如聚乙烯醇)包結(jié)成球。用作熱再生樹(shù)脂效果很好[70]。

熱再生樹(shù)脂是具有弱酸、弱堿基團(tuán)的兩性樹(shù)脂。用于苦咸水及廢水脫鹽，用熱水再生。熱水的離解度比常溫水高幾十倍，此時(shí)的解離，從而使樹(shù)脂再生。

丙烯酸系弱酸樹(shù)脂的滴定曲線也不夠平緩。如IRC-50 用于熱再生時(shí)基團(tuán)的利用率僅有10%(用于1760mg/LNaCl溶液)。但從滴定曲線判斷，具有羧酸基團(tuán)和二甲胺基團(tuán)的兩性樹(shù)脂，在用于29300mg/L的NaCl溶液脫鹽時(shí)，可有30%以上的基團(tuán)利用率。

兩性樹(shù)脂的另一個(gè)重要用途是以離子阻滯法去除極性有機(jī)物中的鹽類。如將含鹽的蔗糖溶液通入兩性樹(shù)脂柱，則溶液中的強(qiáng)電解質(zhì)被樹(shù)脂截留(離子交換)，而蔗糖則隨流出液排出。然后用水沖洗，樹(shù)脂上的弱酸或弱堿鹽水解，交換到樹(shù)脂上的無(wú)機(jī)鹽也被洗出，使蔗糖與無(wú)機(jī)鹽分開(kāi)。與普通離子交換樹(shù)脂脫鹽法的區(qū)別是不需用酸、堿再生。