一定义和分类二离子交换作用三合成方法四应用课件.ppt

第二章、离子交换树脂 一、定义和分类 二、离子交换作用 三、合成方法 四、应用 思考题： 1.什么是离子交换树脂？ 2.离子交换树脂的类型？ 3.写出聚苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂的合成路线。 4.说明离子交换树脂的离子交换机理。 5. 说明离子交换树脂的用途。 一、定义和分类 离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能离解的基团两个基本组分所构成的不溶性、多孔的、固体高分子电解质。 功能：它能在液相中与带相同电荷的离子进行交换反应，此交换反应是可逆的，即可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复原有状态，可供再次利用（再生）。 离子交换树脂已广泛应用工业、农业、医药、试剂和有机反应的催化剂和元素的提纯富集等各个领域中。 有多种分类方法： （一）根据离解的基团的性质，可分为 ： 1、阳离子交换树脂 〈1〉强酸性（聚苯乙烯系）， 交换基：磺酸 －SO3H 〈2〉中酸性（聚苯乙烯系） 交换基：—P=O(OH)2 〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系） 交换基：羧基—COOH或酚基—OH 2、阴离子交换树脂 〈1〉 强碱性（聚苯乙烯系） 交换基： 季胺 叔胺 〈2〉 弱碱性（聚苯乙烯系） 交换基：氨基—NH2 （二）根据高分子基体（即骨架）分： 苯乙烯体系树脂 丙烯酸—甲基丙烯酸酯体系树脂 苯酚—间苯二胺体系树脂 环氧氯丙烷体系树脂 （三）特殊的离子交换树脂 按性能分: 1、螯合树脂 2、两性离子交换树脂 3、耐热性离子交换树脂 4、氧化还原树脂 二、离子交换作用 1. 离子交换的机理 2．离子交换树脂评价指标： 机械强度----好 交换容量----适当 交换速度----快 再生速率----快 （1） 机械强度： 应有良好的机械强度，以免在装柱使用过程中，树脂颗粒破碎，结构破坏。 其机械强度是由高分子骨架的化学结构和交联度、骨架空间结构、颗粒粒度和形状决定的 一般说：加大交联度、减小粒度，机械强度提高 （2）??交换容量： 交换容量是表示树脂交换能力大小的量， 常以每克干树脂能交换的离子毫克当量数表示。 用途不同，对交换容量要求也不同。 如：用于软化水的树脂，交换容量则以高为好； 而用作催化剂的树脂，交换容量则不宜过高。 一般说：加大交联度提高了机械强度，同时降低了交换容量，甚至可失去交换能力。 大孔树脂比小孔树脂容量大。 树脂组成中，引入较多的官能团，以提高其交换容量。 （3）?再生： 再生是使用过程中的一个重要步骤，是评价离子交换树脂的一个重要指标。 再生容易好，再生速率快好。 离子交换树脂的交换过程和再生过程是可逆反应。 阳离子交换树脂： b.用酸再生： RSO3Na + HCl RSO3H + NaCl 即 H+ Na+ 阴离子交换树脂： R－N+（CH3）3OH－ RN（CH3）3+ + OH－ R－N（CH3）3OH + NaCl R－N（CH3）3Cl + NaOH 再生：R－N（CH3）3Cl + NaOH R－N（CH3）3OH + NaCl 即： OH－ Cl－ 三．离子交换树脂的合成 （一） 强酸性阳离子交换树脂 以-SO3H基作离子交换基因的离子交换树脂 目前所有制品都是苯乙烯体系的树脂。 苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂 实例： 将1克过氧化二苯甲酰（BPO）在冷时溶解于80克苯乙烯，20克对二乙烯苯(DVB)中，在搅拌下加至含有悬浮剂（用聚乙烯醇等时的浓度为0.01-0.5%；用碳酸钙、硅酸镁等无机悬浮剂时的浓度为0.1-2.0%）的500ml去离子水中，使之分散为所要的粒度，这时一旦分散成小粒子再也不会变大，因此搅拌时，要注意，将在80℃下搅拌加热5-10小时，所得球状聚合物过滤，水洗后，在100-125℃下干燥。 问：此反应为何种聚合? PVA，碳酸钙有何作用? 产品是什么结构，水洗有什么作用？ 将100克干燥球状聚合物放于能溶解苯乙烯聚合物的四氯乙烷或甲苯、四氯呋喃等溶剂中溶胀，与500克98%硫酸，一起在95-100℃下加热磺化5-10小时，反应完成后冷却，过剩的硫酸用水慢慢稀释，或用逐次降低浓度的硫酸