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1、吸附分离功能高分子 吸附分离功能高分子是指与被吸附物质之间有物理或化学作用而发生 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。主要包 括离子交换树脂和吸附树脂，还包括高分子分离膜材料。 概述 离子交换树脂 吸附树脂 高分子分离膜 带有可离子化基团的三维网状高分子材料， 一般为颗粒状，不溶于水和一般酸碱 一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物， 具有较大的比表面积和适当的孔径 能以特定形式限制和传递流体物质的分隔 两相或两部分的界面 发展简史 1935年英 国Adams 和Holmes ，酚醛树 脂和苯胺 甲醛树脂 的离子交 换性能的 工作报告 1944年 DAlelio 合成了磺 化苯
2、乙烯- 二乙烯苯 共聚物离 子交换树 脂及交联 聚丙烯酸 树脂 Rohm & Hass公司 ，强碱性 苯乙烯系 阴离子交 换树脂和 弱酸性丙 烯酸系阳 离子交换 树脂 随着离子 交换树脂 的不断发 展，吸附 树脂应运 而生 离子交换树脂 定义和分类 离子交换作用 合成方法 应用 离子交换树脂是一种可以与接触的介质进行离子交换的高分 子，它本身不溶解于介质中，只有相关的离子与介质交换。 定义和分类 粒径0.31.2mm 乳白、淡黄、棕褐 色等不透明或半明 球状颗粒 球形珠状颗粒，颗粒 直径0.3-1.2mm 树脂的网络骨架 弱酸性 ： 不同孔结构离子交换树脂的模型 透明、均相， 表面光滑，球 粒
3、内部没有大 的毛细孔。在 水中会溶胀成 凝胶状，在干 燥条件下或油 类中将丧失离 子交换功能。 外观不透明， 表面粗糙，为 非均相凝胶结 构，内部存在 大量的毛细孔 ，可在非水体 系中起离子交 换和吸附作用 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。 按可交换离子的种类，离子交换树脂分为阳离子型 和阴离子型。 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 苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂 苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离 子交换树脂，其结构式可简单表示为RSO3H，式中R 代表树脂母体，其交换原
4、理为 ： 2R-SO3HCa2+ (R-SO3)2Ca2H+ 硬水软化 的原理 用于：硬水软化、脱盐水、 纯水制备、稀有元素分离、 分离和提取氨基酸制糖、制 药可作为催化剂和脱水剂 弱酸性酚醛系阳离子交换树脂 用于：链霉素、 土霉素、四环素 等抗生素的脱色 ，氨基酸和糖类 的脱色及提纯， 维生素B12蛋白酶 的回收 D201大孔强碱性 阴离子 大孔弱碱性丙烯酸 系阴离子 弱碱性环氧系阴离 子树脂 用于纯水及高纯水制备 、糖液脱色、生化制品 ，放射性元素的提炼 主要用于药物提取， 苦咸水净化处理，糖 液除酸脱色，金属提 取等 主要用于水处理中除 去Cl-、SO4-等离子， 柠檬酸等精制中除去 无
5、机酸，并可回收铜 、银离子 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图 固定阴离子 交换基SO3- 二乙烯苯交联桥 水合水 交换离子 Na+ 聚苯乙烯链 离子交换树脂的合成 （1）强酸型阳离子交换树脂的制备 强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系骨架。 磺化过程 可离子交换 功能基团 例：苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚，可得到交联聚苯乙烯 将交联聚苯乙烯制成微孔状小球 ，再在苯环上引入磺酸基、羧基 、氨基等，可得到各种阳离子交 换树脂： 阳离子交换树脂能够交换阳离子。例如： （2）弱酸型阳离子交换树脂的制备 弱酸型阳离子交换树脂大多为聚丙烯酸系骨架，可用带有功能基的 单体直接聚合而成。 可离子交换 功能基
6、团 可离子交换 功能基团 （3）强碱型阴离子交换树脂的制备 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、将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用氯甲基的活泼氯， 定量地与各种胺进行胺基化反应。 第一步：氯甲基化 第二步：胺基化 （4）弱碱型阴离子交换树脂的制备 利用羧酸类基团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。 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130150 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。 离子交换树脂的应用 （1）水处理 u 水的软化 去除 Ca2+、M
7、g2+、Al3+ 聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂 u 水的脱盐 去除 SO42-、Cl-、NO3- 弱碱性阴离子交换树脂 Ca2+、Mg2+、Na+ 强酸性阳离子交换树脂 u 废水处理 去除重金属离子、有机酸或碱、 某些无机阴离子 （2）食品工业 制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛 的应用。改进水质、进行酒的脱色，去铜、锰、铁等离子。 （3）制药业 在药物生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和及 中草药有效成分的提取等。 （4）海洋资源利用 可从许多海洋生物（例如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料。 （5）催化剂 离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，可以代替无极强
8、酸、强 碱作为催化剂使用。如对酯的水解、醇解、酸解等。 吸附树脂 定义和分类 影响因素 合成方法 应用 吸附树脂（adsorption resin）又称树脂吸附剂，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。 概述 各种型号的大孔吸附树脂 树脂内部像一堆葡萄微球，葡萄 珠的大小约在0.060.5m范围 内，葡萄珠之间存在许多空隙， 这实际上就是树脂的孔。 依靠它和被吸附的分子（吸附质） 之间的范德华力和氢键作用 按树脂极性不同，吸附树脂可分为： 非极性 树脂 中极性 树脂 极性 树脂 强极性 树脂 烃类有 机物， 如聚苯 乙烯等 带
9、酯基 的聚合 物，如 聚丙烯 酸酯 带有酰 胺基等 的聚合 物，如 聚丙烯 酰胺等 含有氧 化氮、 吡啶基 等的聚 合物 影响吸附性能的因素 吸附树脂的物理结构和化学结构对吸附性能的影响表 现在以下几个方面： 孔径比表面积 孔容 孔径分布 形成氢键或 电子转移络合物 极性相近原则 影响因素 例：悬浮交联共聚制备聚苯乙烯-二乙烯苯 （PS- DVB）交联树脂 苯乙烯 二乙烯苯 过氧化苯甲酰（引发剂） 液体石蜡，甲苯（致孔剂 ） 去离子水 聚乙烯醇 氯化钠 （单体 ） （分散剂 ） （降低表面张力 ） 搅拌使油 相形成液 滴悬浮于 水相 硬化，过滤 ，石油醚提 取，甲醇浸 泡，过滤， 洗涤 交联
10、树脂 大孔型 凝胶型 （未加 致孔剂 ） 例：Mannich法制备大孔树脂 吸附树脂的应用 （1）在环境保护中的应用废水处理 （2）在生物物质的分离纯化中的应用 （3）在食品工业中的应用 糖的脱色，香料的提取，酒精的精制 （4）在化学工业中的应用 有机物的聚集，聚合物固定相 （5）在医药领域中的应用药物的分离提取，人体血液净化 提纯分离 高分子分离膜材料 Polymeric Separation Membrane 概述概述 机理 机械过滤作用（尺寸） 溶解-扩散作用 物质交换作用 天然分类分类 按材料分：天然高分子类，合成高分子类 按分离原理和推动力：微孔（滤）膜（0.1-10mm)、超（ 过
11、）滤膜(1-100nm)、反渗透膜（超细滤膜, 0.1-10nm)、 纳滤膜(0.1-1nm)、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等 分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔 两相或两部分的界面，可以是固态，也可以是液态。 多孔膜分离原理 1.努森扩散 努森数1尤其当10 气体分子平均自由程远 于膜孔径，呈努森扩散 孔内分子流动受分子与孔壁 间的碰撞作用支配 2.黏性流扩散 努森数0.01 孔径远大于操作条件气体 分子的平均运动自由程， 孔内分子流动受分子之间 碰撞作用支配 1.努森扩散 努森数1尤其当10 气体分子平均自由程远 于膜孔径，呈努森扩散 孔内分子流动受分子与孔壁 间的碰撞作用支配
12、 3.表面扩散 气体分子吸附在膜孔壁上，在浓度差的 作用下，分子沿膜孔表面移动，产生表 面扩散流 4.分子筛分 膜孔介于不同气体分子直径之间，直径 小的分子就能通过膜孔，而大分子就被 挡住，达到分离效果 5.毛细管凝聚 操作温度较低，当气体通过微孔介质时 ，易冷凝组分达到毛细管冷凝压力时， 孔道被冷凝组分堵塞，阻止非冷凝组分 渗透，从而出现毛细管冷凝分离。 分离膜制备工艺类型 相转化制膜工艺（L-S法 ）聚合物溶剂添加剂 均质制膜液 流涎法制成平板型、圆管型； 纺丝法制成中 空纤维 蒸出部分溶剂 凝固液浸渍 水洗 非对称膜 多孔支持膜 涂覆 交联 加热 形成超薄膜 亲水性高分子 溶液的涂覆 复
13、合膜 形成超薄 膜的溶液 交联剂 复合制模工艺 例：一种壳聚糖 膜的制备 壳聚糖溶于2%的醋酸溶液 于玻璃板上刮膜 自然晾干 2%氢氧化钠溶液浸泡 洗涤 自然晾干 减压脱泡 a和b为无孔膜和多孔膜样品样品的表面形貌图 a和b为无孔膜和多孔膜样品的断面形貌图 （1）微粒和细菌的过滤、检测 （2）气体、溶液和水的净化 （3）离子交换膜 （4）燃料电池质子交换膜 应用发展趋势 （1）仿生高分子分离膜 （2）对膜的表面进行改性 （3）高分子合金膜 （4）加强“超薄”和“活化” 制膜工艺 参考文献 1 N. Unlu, M. Ersoz, Adsorption characteristics of he
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