吸附高分子材料發(fā)展

1、吸附功能高分子材料性質(zhì)與應(yīng)用姓名：?jiǎn)舔E 學(xué)號(hào)：2013250140摘要：介紹了吸附性高分子材料的種類、特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)與吸附性能的關(guān)系，綜述了高分子吸附 劑在水處理、醫(yī)藥、機(jī)械加工等不同領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況。關(guān)鍵詞：高分子吸附劑；結(jié)構(gòu)；性能；應(yīng)用刖吞隨著科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，吸附性高分了材料正迅速進(jìn)人人們的生產(chǎn)和生活 領(lǐng)域屮，1=1前已經(jīng)成為重要的侑機(jī)功能材料之一。吸附性高分子材料主要是指那些對(duì)某些特 定離子或分子有選擇性親和作用的高分子材料。1種類和特點(diǎn)1按性質(zhì)和用途分類根據(jù)吸附性高分了材料的性質(zhì)和用途，可將其分為以下兒類。（1）非離了型高分子吸附 樹脂：對(duì)該材料非極性和弱極性有機(jī)物具有特殊

2、的吸附作用，主要應(yīng)用于分析化學(xué)和環(huán)境保 護(hù)領(lǐng)域中，用于吸附和分離處在氣相和液相（主要是水相）中的有機(jī)分子。（2）親水性高分子吸 水劑：具有親水性分子結(jié)構(gòu)，可以被水以較人倍數(shù)溶脹，廣泛用于土壤保濕和空理衛(wèi)牛用品 等方而。（3）金屬陽離子配位型吸附劑：這種高分子材料的骨架上帶有配位原子或配位基團(tuán), 能與特定金屬離子進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)，綸成配位鍵而結(jié)合。這種材料也稱為髙分子螯合劑，多用 于吸附和分離水相中的各種金屬離了。（4）離了型高分了吸附樹脂：當(dāng)高分子骨架中含冇某 些酸性或堿性基團(tuán)吋，在溶液小解離后具有與一些陽離子或陰離子相互以靜電引力生成鹽的 趨勢(shì)，因而產(chǎn)生吸附作用。最常見的冇各種離了交換樹脂，它們

3、被廣泛地用來富集和分離各 種陰離了和陽離了。1.2按使用條件和外觀形態(tài)分類根據(jù)使用條件和外觀形態(tài)，吸附性高分子材料主要分為以卜 4類。微孔型吸附樹脂: 外觀呈顆粒狀，在干燥狀態(tài)卜樹脂內(nèi)的微孔很小，當(dāng)作為吸附劑使用時(shí)，必須用一定溶劑進(jìn) 行溶脹，溶脹后樹脂的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被擴(kuò)展，內(nèi)部空間被溶劑填充形成凝膠，因此也稱為凝 膠型樹脂。（2）大孔型吸附樹脂口:特點(diǎn)是在干燥狀態(tài)下樹脂內(nèi)部就冇較高的孔隙率、大量 的孔洞和較人的孔徑。這種樹脂不僅可以在溶脹狀態(tài)卜使用，也可在非溶脹狀態(tài)卜-使用。因 這種樹脂具有足夠的比表而積，其孔洞是永久性的。（3）米花狀吸附樹脂：外觀為白色透明 顆粒，具冇多孔性、不溶解性和較低

4、的體積密度。由于這種樹脂在大多數(shù)溶劑中不溶解不溶 脹，因此，只能在非溶脹的條件卜使用，樹脂屮存在的微孔可允許小分子通過。（4）交聯(lián)網(wǎng) 狀吸附樹脂：外觀呈顆粒狀，是三維交聯(lián)的網(wǎng)狀聚合物。由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其機(jī)械穩(wěn)定性鮫 差，使川受到一定限制。交聯(lián)網(wǎng)狀吸附樹脂是通過制備線性聚合物，引入所需啲功能棊團(tuán)， 然后加人交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)制得。2結(jié)構(gòu)與吸附性能之間的關(guān)系物質(zhì)化學(xué)性能和物理結(jié)構(gòu)不同，其吸附作川也不同。吸附樹脂表現(xiàn)出的吸附能力與其結(jié) 構(gòu)具有特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2化學(xué)組成與功能基團(tuán)在高分子吸附劑中，聚侖物的化學(xué)組成與功能基團(tuán)是最基木，也是最重要的結(jié)構(gòu)因素。 元素組成的影響：當(dāng)聚合物分子小含有o, n, s

5、及p等配位原子時(shí)，聚合物具有潛在的 絡(luò)合能力，可作為高分子螯合劑。（2）功能基團(tuán)的影響：聚合物中功能基團(tuán)的性質(zhì)決定了吸 附樹脂的選擇性。當(dāng)聚合物鏈上連接強(qiáng)酸性基團(tuán)時(shí)，解離后的高分子酸根能夠與陽離子結(jié)合 成鹽，具有對(duì)陽離子交換和吸附能力；當(dāng)連接季基團(tuán)時(shí)，可以與陰離子結(jié)合，具有陰離子交 換和吸附能力。由于不同離子型基團(tuán)與各種離子的結(jié)合能力及穩(wěn)定性不同，各種離子型樹脂 呈現(xiàn)出選擇性離子交換能力。（3）分子極性的影響：當(dāng)吸附樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)中不含極性基團(tuán) 時(shí)，其適合于從極性溶劑如水小吸附非極性有機(jī)物。當(dāng)引入極性基團(tuán)時(shí)，如引入鼠基，將會(huì) 使其轉(zhuǎn)化成屮等極性或強(qiáng)極性吸附樹脂，適合于從非極性有機(jī)溶劑中吸附不同

6、極性的物質(zhì)。2.2聚合物的鏈結(jié)構(gòu)聚合物的鏈結(jié)構(gòu)包括主鏈結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)（分支的數(shù)目、長(zhǎng)度及化學(xué)結(jié)構(gòu)）及交聯(lián)度等。 聚合物帶有支鏈與否及支鏈所占比例、聚合物的交聯(lián)與否及交聯(lián)的程度，直接影響聚合物的 溶解度和溶脹度。而溶脹度和溶脹后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑人小是影響樹脂吸附暈及吸附選擇 性的重要因素。2.3吸附樹脂的宏觀結(jié)構(gòu)吸附樹脂的宏觀結(jié)構(gòu)主要對(duì)吸附劑的吸附最、機(jī)械強(qiáng)度及吸附度等性能侑影響。吸附樹 脂的宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)吸附過程產(chǎn)生的影響主要有兩方面:一方面是樹脂的有效吸附面積和表面性 質(zhì)，主要是熱力學(xué)影響，影響吸附樹脂的吸附量、選擇性及穩(wěn)定性；另一方面是孔徑大小、 孑l的長(zhǎng)度、孔徑分布及樹脂的外觀形狀等，主要

7、是動(dòng)力學(xué)影響，影響被吸附物的擴(kuò)散過 程和吸附速度，孔徑大小決定被吸附物的范圍和吸附速度，孔徑分布直接影響選擇性高低。3溫度因索吸附劑的吸附雖和吸附能力與溫度成反比，溫度越高，越不利于吸附。在低溫下吸附劑 的吸附能力增強(qiáng)，吸附量增人。因此，在低溫或常溫下進(jìn)行吸附，吸附劑可最人限度地發(fā)揮 作用。當(dāng)溫度升高時(shí)，吸附作用下降，會(huì)發(fā)牛不完全吸附和解吸。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，達(dá)到一 定溫度時(shí)，吸附劑兒乎不具備吸附能力。利用吸附劑的這一特性可將吸附物脫除，使高分子 吸附劑再生。3.2樹脂周圍介質(zhì)的影響介質(zhì)是指除了被吸附的物質(zhì)z外，存在于吸附劑周圍的其他不應(yīng)被吸附的物質(zhì)。被吸附 物、介質(zhì)與吸附劑之間存在竟?fàn)幬?，?dāng)

8、介質(zhì)與吸附劑作丿ij時(shí)，將導(dǎo)致被吸附物的脫吸附。 某些強(qiáng)作用介質(zhì)常被用來作為洗脫劑，洗脫被吸附的物質(zhì)。3.3其他影響因索流動(dòng)相的流速、溶液粘度和農(nóng)血張力、被吸附物的擴(kuò)散系數(shù)等外在動(dòng)力學(xué)因素対吸附過 程也會(huì)產(chǎn)生影響。如果流速過快，就不能完成吸附過程，吸附劑不能很好地發(fā)揮作用。溶液 的粘度主要影響被吸附物的擴(kuò)散速度，表面張力主要影響吸附劑的潤(rùn)濕性。4高分子吸附劑的應(yīng)用4水處理方面隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，近岸海域的污染日趨嚴(yán)重，重金屬離子濃度比深海水域高數(shù)i倍至 數(shù)百倍。因此，除去水中污染物及重金屬離子是高分了吸附劑的重要任務(wù)。袁冇憲。等人用 高分了吸附劑從動(dòng)態(tài)和半靜態(tài)的海水屮吸附除去cu, pb, zn

9、及cr3,為消除重金屬離了對(duì) 海洋牛物幼休的危害，提供了一種有效的方法。等人用売聚糖與過渡金屬離子cu或ni。形 成的配合物，在弱堿性條件下與壞氧氯丙烷進(jìn)行交聯(lián)，合成出一系列具有不同交聯(lián)度的売聚 糖樹脂，并研究了該系列樹脂對(duì)cu, ni的靜態(tài)吸附性能。結(jié)果表明，該系列樹脂對(duì)cu, nio均具有良好的吸附能力，最佳吸附量分別達(dá)2.62 mol / kg和2.49 mol/kg。以棉花為原 料，經(jīng)過堿化和磺化等處理制得球形纖維素，在引發(fā)劑的作用下將丙烯席接枝到交聯(lián)后的球 形纖維素骨架上，合成了球形竣基纖維素吸附劑，并對(duì)cr什的吸附和解吸進(jìn)行了研究。結(jié) 果表明，吸附過程是絡(luò)合吸附與離子交換吸附共同作

10、用的結(jié)果，并以絡(luò)合吸附為主。在吸附 溫度為25°c , ph為5.()的條件下，靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附的吸附率均達(dá)90%左右。采用濃 度為1.2 mol / l的hc1溶液作解吸液，cr什的解吸率達(dá)85%以上。由此可見，高分了吸附 劑不但可以用來去除廢水中的重金屬離子，而且可以用來回收海水中的金屬，應(yīng)川前景十分 廣闊。4.2醫(yī)藥衛(wèi)生方面高分子吸附劑被廣泛用在吸附血紅細(xì)胞屮的膽紅素、去除腎衰竭患者血液屮積累的毒性 成分肌阡、生物制藥的分離純化、作緩禪藥物的基體、藥片藥丸的崩解劑及藥物微膠囊的皮 膜等方面。張躍華等人以天然甲殼素為原料合成出珠狀高分子吸附劑，并研究了對(duì)非結(jié)合 型膽紅素的吸附性

11、能，指出交聯(lián)甲殼糖吸附劑対非結(jié)合型膽紅素有良好的吸附作用。魏斌等 人合成出含氨基和輕基的高分子吸附劑，并研究了對(duì)膽紅素的吸附性能，指出含氨基和疑基 的吸附劑對(duì)膽紅素的吸附率可達(dá)80%以上。何炳林等人分別研究了高分子吸附劑在血液凈 化及在生物制藥分離等方面的作用，指出高分子吸附劑在微生物制藥及在微生物發(fā)酵液屮分 離、提取、濃縮和純化等方面發(fā)揮著重要的作用。此外，高分子吸附劑還可以應(yīng)用于人工腎 臟的過濾材料、人造皮膚、消炎止疼膏的凝化劑、隱形眼鏡的木體材料等方面。4.3機(jī)械加工方面高分子吸附劑在機(jī)械加工領(lǐng)域中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)油中微量水的吸附。當(dāng)機(jī)器在運(yùn)行 時(shí)，汽輪機(jī)油會(huì)被水污染，它會(huì)降低汽輪機(jī)油

12、的性能及造成設(shè)備故障，所以除去油中微量的 水就成為必須的環(huán)節(jié)。tanaka等人采用丙烯睛或其他聚合物纖維制成管狀脫水過濾器，利 用纖維材料將油中細(xì)小、穩(wěn)定的水變成大的水滴，達(dá)到除水的冃的。該法對(duì)去除油中微量的 水效果較好。張秀玲等人介成了除去汽輪機(jī)油中微量水的高分了吸附劑，這種吸附劑可使汽 輪機(jī)油中的水分降至0.03以下。它不但凈化效果好，成本低，而且不會(huì)改變汽輪機(jī)油的原 有晶質(zhì)。此外，利用髙分子吸附劑去除氣體中有害成分的研究也有了一定進(jìn)展。曹愛麗等人 研制出一種新型高分子吸附劑，以丙烯睛、苯乙烯為共聚單體，二乙烯基苯為交聯(lián)劑，進(jìn)行 致孔懸浮交聯(lián)共聚，制成多孔網(wǎng)絡(luò)狀樹脂，經(jīng)性能檢測(cè)能很好地吸附二氧化硫氣體，在常溫卜的吸附量為0.30.4 g / go5結(jié)束語隨著科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出大量具冇高吸附量、高選擇性的吸附性高 分子材料。各種離子交換樹脂被廣泛應(yīng)用于離子色譜分離、酸堿催化反應(yīng)等方面：帶有各種 配位基團(tuán)的高分子螯合劑在環(huán)境保護(hù)、物質(zhì)分離、化學(xué)分析中有著廣泛的應(yīng)用；各種親脂性 高分了吸附樹脂被大量用于含冇各種功能團(tuán)的冇機(jī)化合物、乳化劑、表面活性劑、潤(rùn)滑劑、 氨基酸的分離及用于抗牛素藥物、天然植物藥物的分離提純；吸水性高的高分子樹脂可以吸 收超過自身重