| 单词 | 离子交换树脂及吸附树脂 |
| 释义 | 【离子交换树脂及吸附树脂】 甘斯(R．Gans)于20世纪初叶已应用天然及合成的沸石于软化水提纯蔗糖。1935年美国亚当斯(B．A．Adams)和霍姆斯(E．L．Holmes)又发现磺化酚醛树脂，能去除水里的金属离子。但这类树脂的稳定性不高，交换容量低，不能满足工业上的要求。自从1945年达累利奥(G．F．D′Alelio)发现聚苯乙烯型强酸性树脂后，1949年罗姆－哈斯(Rohm-Haas)公司发现聚苯乙烯型强碱性树脂后，树脂的应用范围才逐渐扩充。原因是这些树脂的化学与物理稳定性好，不易碎，且交换反应速度快，交换容量大，原料易得，价格便宜。1959年，何炳林等用聚苯乙烯及聚乙酸乙烯酯作致孔剂，合成孔径大，强度高和交换速度快的大孔型交链聚苯乙烯离子交换树脂。1962年罗姆－哈斯公司，以对聚合物为不良溶剂的化合物为致孔剂，合成了大孔离子交换树脂。1973年美国杜邦公司又合成一种全氟磺酸树脂，并用以制成离子交换膜用于以食盐水电解制碱工业作电极。 吸附树脂又称高分子吸附剂，是一种网状不溶不熔的高分子化合物，有带功能基的，也有不带功能基的。它的吸附作用，一般依赖氢键或范德华力进行的。60年代末期已有产品出售，美国罗姆－哈斯公司生产的牌号有XAD1－16；日本三棱化成公司生产的有Diaion HP系列吸附剂；南开大学生产的有H－系列树脂、X－5树脂、NKA及NKA－9树脂、AB－8树脂、S－8树脂、球型碳化树脂；天津市化学试剂二厂生产GDX－101和GDX102；上海试剂厂101、201、301、及401等。H系列树脂与碳化树脂有优良的孔结构性能，平均比表面积可高达1000m2／g(最高的甚至超过1300m2／g)，有窄的孔径分布，小的平均孔径，一般在100Å以下，比重大，可达1．15～1．40g／ml，机械强度高，溶胀性能好。如同活性炭一样，可广泛应用于各个领域，而效果则优于活性炭(被吸附物易洗脱)。种类 离子交换树脂根据它的物理性质可分为凝胶和大孔两种；由于树脂母体(或称基块Matrix)的化学结构不同，可分为苯乙烯系列、丙烯酸系列、酚醛系列等。离子交换树脂中活性基团的性质可分为：强酸性(如磺酸聚苯乙烯)、中等酸性(如膦酸聚苯乙烯)、弱酸性(如聚甲基丙烯酸)；强碱性(如聚乙烯卞基三甲基季铵碱)；中等碱性(如含胍基的聚乙烯卡基胍)、弱碱性(如聚乙烯卞基胺)；螯合树脂(如聚乙烯卞基胺二乙酸)；和电子交换树脂(如聚苯乙烯硫醇)。吸附树脂可根据它的组成而分类，如聚苯乙烯系列，丙烯酸酯系列，酚醛系列，碳化树脂系列，其它(非极性与极性单体共聚合)。性质 (1)强酸性树脂：它的酸性接近硫酸，能与盐发生复分解作用，在任何H+浓度的溶液里都能使用。(2)中等酸性树脂：这类树脂的酸性接近磷酸，能与高价金属盐发生不同程度的交换作用。(3)弱酸性树脂：这类树脂的化学性质与乙酸相似。不易与盐起交换作用；但在碱性溶液里，能与多价金属离子发生复分解作用，对二价金属离子如铜、钴、镍、汞等有较强的结合力。在使用时，要考虑它的盐型能起水解作用。它的盐易为强酸再生。(4)强碱性树脂(含季铵碱基)：这类树脂的碱性相当于苛性碱，能除去水液里很弱的酸如硼酸、硅酸、有机酸。碳酸等。这类树脂与羟基及氟原子结合力很弱，故易与金属盐起复分解作用。羟型树脂对热不稳定。中国生产的强碱Ⅰ型树脂使用温度不能超过60℃。强碱性树脂可以在任何H+浓度溶液里与阴离子交换。(5)弱碱性树脂：化学性质与铵相似，呈弱碱性，能中和水里的酸形成盐。吸附树脂分强极性、中等极性及非极性3种。强极性吸附树脂中含有强极性的功能基，如氰基、砜基等；中等极性吸附树脂中含有酯基等；非极性吸附树脂中全是非极性化合物，如不含任何功能基的芳香基或烷基化合物，其吸附作用是依赖表面的温德华作用力或氢键。合成 凝胶型强酸与强碱树脂主要是以苯乙烯与二乙烯苯(作交链用)为原料，因这两种化合易得价廉，且这共聚物易引入多种基团，符合多方面应用，可谓价廉物美。强酸树脂的合成方法，是以过氧化苯甲酰使苯乙烯与二乙烯苯在加热下进行悬浮共聚合，获得苯乙烯－二乙烯苯共聚合珠状体后，用二氯乙烷将其溶胀，再以硫酸加热磺化即得。强碱树脂的制备，可加入氯甲基甲醚和二氯化锌或三氯化铝与上述共聚物反应一定时间后，获得氯甲基化苯乙烯－二乙烯苯共聚物后再以三甲胺(称强碱Ⅰ型)或N，N－二甲基乙醇胺(称强碱Ⅱ型)铵化，即得强碱树脂。弱碱树脂的制备，可用甲胺或二甲胺与氯甲基化苯乙烯－二乙烯苯共聚物反应得到。至于螯合树脂，请参阅陈义镛的编著。电子交换树脂的制备，可通过氯甲基化苯乙烯－二乙烯苯共聚物在二氯化锌的存在下，与对苯二酚反应即得。吸附树脂的合成方法与合成大孔离子交换的母体或基块相似，这里不拟重述。应用 离子交换树脂用量最大的是用于水的处理，其中包括超纯水(仅含6ng／L的离子杂质，电阻率1．8×107Ω／cm)。此纯度相当于用石英容器蒸馏28次才获得的水。湿法冶金方面，可从矿物提取、分离、浓缩、纯化，如铀、黄金、镍、钴、稀土元素。用于药物的回收、分离和提纯，如抗生素，氨基酸，生物碱等。用于分析化学，例如水中离子浓度的分析、稀土分析、生化分析、以及月球上痕量物质的分析等。以阳、阴离子交换树脂代替无机酸、碱进行酯化、水解、酯交换、醇醛缩合、水合反应等。用树脂代替无机酸碱，优点是不腐蚀反应器、不污染环境，反应易控制，同时催化剂可反复应用。近年有用过渡金属(如钯、铑等)与带螯合基团的高分子配位，进行氢化与氢甲酰化，获得良好的结果。用于糖、生物制品、甘油、酒等脱色。去除电镀废液里金属离子，回收电影制片废液里的用物质，变害为利。用于外消旋物的拆分，固相合成，以及作为化学试剂等。吸附树脂在60年代末、70年代初发展，由于它在分离上具特殊的优异性质，发展很快。已广泛用于脱色，多种天然产物的分离、纯化，环境保护。南开大学已研制出多种吸附树脂，用于工业生产、医学和环境保护上，获得很好的结果，例：如用AB－8吸附树脂，提取甜叶菊糖甙，提出液虽存在蛋白质、有机酸、叶绿素、粘液汁、无机盐等，含量超出甜叶菊甙3～7倍，提取结果，可获甜叶菊甙85%左右，只含少量色素。AB－8无论在吸附量、选择性和循环使用的稳定性均较日本的HP－20及美国的XAD－4为优。用H－103提取冬虫夏草、核苷类化合物及芳香氨基酸很有效果。采用X－5吸附树脂提取云芝多糖，使用H－103树脂提取分析山楂中的黄酮类均获得良好效果。此外，吸附树脂用于发酵液中分离芳香糖甙类抗菌素2809(具有抗肿瘤活性的抗菌素)，也获得很好的结果。以H－107吸附树脂进行血液灌流，已在天津救活80多名安眠药中重毒病人，全国救活一百多人。NKA－9已用于人工肝支持装置，去除患有急、慢性肝炎病人难于排出的胆红素53%，且吸附作用很快，明显优于国外的XAD－2、XAD－4等。总之，高分子吸附剂将在生物医学工程上(血液净化)会越来越重要。吸附树脂对农药废水、苯酚及其衍生物、化工废水有机物的去除，效果是很好的。高分子吸附剂在分离、吸附、纯化方面均较活性炭为优。因吸附剂易于再生，选择性高等；活性炭的缺点是难于再生，被吸附物难于回收。【参考文献】：1 何炳林、钱庭宝，离子交换剂的制备及其性能的测定(Ⅳ)，多孔性高强度强碱性聚苯乙烯型阴离子交换树脂(新型强碱201)南开大学学报，自然科学(化学专刊)，1964，5，1032 何炳林，张政朴，钱庭宝，陈洪彬，斐广文．特大孔苯乙烯－二乙烯苯共聚物的制备和孔结构研究，Ⅰ、高分子能迅，1982，2783 Abram，I M．Macroporous Condensate Resins as Adsorbent．Ind and Eng Chem Prod Res and Dev，1975，14，108～1124 陈义镛，编著，功能高分子，1988；上海科学技术出版社5 He B, Sun, J, Li Hi Sang J. Synthesis of Anchored Rh-Co Cluster Catalyst and Their Hydroformylation Properties J Macromol Sci-Chem, 1989;A26,417-4316 He B, Wang L. Hydrogenation of Olefins Catalyzed by Polymer -Bound Pd Complexes of Different Valence States Reative Polymers, Reactive Polymese ,1989,110:73-787 Wang, L, He B. The study of Hydrogenation of Olefins Catalyzed by Polymer - Supported Palladium - Lanthanoid Bimetallifc Calalyst. 1990;12:45-508 刘克良，等．系列新LHRH拮抗剂的合成及其生物活性，中国科学1990，B辑，163～1699 何炳林，手性配体高分子在光学异构体拆分中的应用研究，自然科学进展－国家重点实验室通讯，1991，1，507～51410 Huang, S. , Wang, L He B. Study of Polymer - Bound Mixed Valene Palladium Catalyst 1. Preparation and Char-acteization of Polymer Bound Mixed Valence Palladium Catalyst. Reactive Polymers. 1992,16,93 - 103(南开大学高分子研究所何炳林院士、孙君坦教授撰) |
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