界面化学作业规范.doc

界面化学与运用研究发展 课程报告 周贵寅 1 前言 随着金属化学在生态系统、农业和人类的安全卫生中变得日益重要，重金属的污染问题也受到了广泛的关注。因为它们进入环境后，不仅不能像有机物那样被生物所降解，而且往往参与食物链循环，并最终在生物体内积累，破坏生物体正常的生理代谢活动，危害人体的健康。所以从废水、废物中分离浓缩提取这些金属离子，无论是对经济还是对人类健康都有十分重要的意义。因此开发出一种成本低且性能良好的回收利用废水中金属离子的方法和材料也就成为当务之急。 去除重金属离子的方法有沉淀法、离子交换法、吸附法等，通常在考虑了污水中重金属离子浓度和处理系统成本的基础上再来选择污水处理的方法。其中，离子交换树脂在化学分析中的应用已经超过50 年，现在去除重金属离子主要是通过离子交换而达到的。而螯合交换已成为从水溶液中去除重金属离子的最普遍的方法之一。螯合树脂是一类能与金属离子形成多配位络合物的交联功能高分子材料。在其功能基中存在着具有未成键孤对电子的O、N、S、P、As 等原子，这些原子能与金属离子形成配位键，构成与小分子螯合物相似的稳定结构。螯合树脂是在离子交换树脂基础上发展起来的专门能与金属离子形成螯合物的树脂，适用于从多种金属离子共存体系中对特定离子进行选择吸附。在过去的10 年中，合成了许多新的螯合树脂，通常引入胺和硫基等使其具有不同功能。 2 螯合树脂 螯合树脂也称为高分子螯合剂，是一类重要的功能高分子。其特征为高分子骨架上连接有能够对金属离子进行配位的螯合功能基团，一般含有2种或2种以上的功能团，而组成功能团的原子存在孤电子对，能够与金属离子尤其是过渡金属离子空的d轨道形成配位共价键，形成多元环状配合物，而在适当的条件下又能将螯合的金属离子释放出来的一类功能高分子，因而对金属离子具有良好的吸附性能，可用于脱除废水中的金属离子。 螯合树脂是以交联聚合物为骨架连接有特殊的功能基，能从含有金属离子的水溶液中有选择地螯合特定的金属离子，通过离子键和共价键形成多元环状络合物 而在适当的条件下又能将络合的金属离子释放出来的一类功能高分子。由于高分子内存在着静电作用、立体效应、协同作用、功能基的稀释和浓缩等高分子效应，因而螯合树脂在螯合金属离子时的选择性比小分子的有机螯合试剂更为优越。由于螯合树脂的骨架均为体形结构，不溶于酸、碱、水和其他有机溶剂，因此分离十分方便，被广泛应用于富集，分离分析，回收金属离子，脱除工业污水中金属离子等方面。目前，对于螯合树脂的研究主要集中在分析化学、海洋化学 环境保护学、地球化学、放射化学、催化化学、医学、药学、毒理学、湿法冶金等领域，特别是近几年来重金属离子对水质的污染。化学工业污水的净化处理等问题日益严重，地球化学、环境保护学等领域等对螯合树脂的需求越来越高，利用螯合树脂处理含重金属离子的工业废水不仅改善了人类的生活环境 同时又可以从工业废物中分离回收有用的物质，充分利用资源，提高经济效益。 2.1螯合树脂的制备 具有螯合功能的高分子螯合剂需要满足两个方面的要求：首先，要含有配位基团，其次，配位基团在高分子骨架上排布合理，以保证螯合过程对空间构型的要求。 螯合树脂的合成方法大致可分为两类： （1）使具有配位基的低分子化合物聚合，例如具有配位基的烯烃类单体的聚合，或采用具有配位基的双功能单体进行缩聚的方法； （2）通过高分子反应将配位基引入聚合物（即树脂)。螯合树脂的合成设计一般是从螯合树脂的功能基着手，一方面是螯合树脂功能基的物理环境，即对给定金属离子而言，它与树脂上的配位原子形成什么样的构型有利于配位，树脂就应在物理结构上做相应的应答；另一方面是螯合树脂功能基的化学环境，即螯合树脂中配位原子的种类个数相互间的关系对树脂的选择性有何影响。 2.2 螯合树脂的种类 对众多螯合树脂的分类问题，目前还无固定的分类方法。一种是按照使用的高分子螯合剂可分成两类：一类是合成型高分子螯合树脂，另一类是天然高分子螯合剂。后者包括纤维素、海藻酸、甲壳素衍生物等。从结构来分，合成型螯合树脂也可以分为两大类：一类是螯合基团作为侧基连接于高分子骨架上，另一类是螯合基团处在高分子骨架的主链上。而根据配位原子的种类对螯合树脂进行分类是最常见的分类方法，因为从配位原子的种类很容易预测树脂对金属离子的选择性，并指导螯合树脂的设计合成。根据配位原子的不同可将螯合树脂大体分为含氧型、含氮型、含硫型、含磷型、含砷型及混合型等。 螯合基团多含有孤对电子，可与金属离子的空轨道进行配位，常用的配位原子是具有给电子性质的第VA族到第珊A族元素原子，主要为O、N、S、P、AS、Se等。含有上述配位原子的常见功能基团见表1.1。 表1.1主要的配位原子及相应的配位功能基 根据配位原子的不同