離子交換樹脂

1、Polymer Design組長：黃玲玲組員：李文濤 陳放 范翔云 劉容賓 陳斌 王貴恒 許強 高聚物分子設計目錄一、離子交換樹脂簡介二、離子交換樹脂設計思路三、離子交換樹脂的設計、合成四、離子交換樹脂的應用五、離子交換樹脂的發(fā)展前景離子交換樹脂設計與合成一、離子交換樹脂簡介 離子交換樹脂是指具有離子交換基團的高分子化合物。它具有一般聚合物所沒有的新功能離子交換功能，本質上屬于反應性聚合物。一、離子交換樹脂簡介 離子交換樹脂由三部分組成：三維空間結構的網絡骨架；骨架上連接的可離子化的功能基團；功能基團上吸附的可交換的離子。離子交換樹脂的設計、合成主要是與這三部分有關一、離子交換樹脂簡介 按其物

2、理結構的不同，可將離子交換樹脂分為凝膠型、大孔型和載體型三類。 按交換基團性質的不同，可將離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩大類。陰、陽離子交換樹脂可進一步分為強酸型、中酸型和弱酸型三種。 按基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂等。離子交換樹脂的分類二、離子交換樹脂設計思路離子交換樹脂設計分為兩個方面：一、離子交換樹脂的基體 離子交換樹脂多種不同的基體，根據不同的性能要求選擇不同的基體。如果要求耐熱性需要引入一些剛性基團；如果要求有較強的沖擊性能，需要改進樹脂的基體的交聯(lián)結構。二、離子交換樹脂的活性基團 離子交換樹脂的功能性主要體現(xiàn)在活性基團上，與離子交換樹脂運用密切相關。所

3、以引入不同的活性基團對功能化有重要作用。三、離子交換樹脂的設計、合成1.聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂設計思路：引入磺酸基，可解離出H+，H+可與周圍的外來離子互相交換磺化合成治療高血鉀癥的輔助性藥物，但是如果用苯磺酸會使人體內環(huán)境變?yōu)樗嵝?，所以引入人體內大量存在的Na+。根據以上分析，合成聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂具有實用意義。磺化堿處理三、離子交換樹脂的設計、合成1.聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂三、離子交換樹脂的設計、合成1.聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂1.交聯(lián)聚苯乙烯大分子微球的合成 以苯乙烯、二乙烯苯為單體, 在引發(fā)劑作用下利用懸浮聚合法在含有分散劑的純水中通過自由基聚合反應而得到共聚

4、珠體。共聚珠體：三、離子交換樹脂的設計、合成1.聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂具體合成步驟：150m L 純水+溶解完全的分散劑聚乙烯醇溶液 攪拌靜止 加入苯乙烯和二乙烯苯單體混合物 升溫 維持反應4h 過濾并用甲醇洗滌2次 干燥 共聚珠體 上述合成步驟的材料設計思想： 苯乙烯聚合加入二乙烯苯，形成交聯(lián)結構，否則苯乙烯鏈結構會產生滑移而不具有相應的功能。 由于聚合反應不能把單體完全反應，聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂用于人體內服用，所以必須把沒有反應完全的單體除去，用甲醇洗滌數次。三、離子交換樹脂的設計、合成1.聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂共聚微體+二氯乙烷 溶脹 加入濃硫酸 磺化 升溫 冷卻加水

5、稀釋 加入NaOH 過濾干燥得到產品 2. 聚苯乙烯成酸鈉離子交換樹脂的制備結果：成功制備了粒徑范圍在60-200m的聚苯乙烯磺酸鈉離子交換樹脂。三、離子交換樹脂的設計、合成1.聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂2. 聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂的應用 聚苯乙烯磺酸鈉型離子交換樹脂是一種治療高血鉀癥的輔助性藥物，它的作用機理是通過樹脂中的鈉和人體內的鉀交換，即吸附人體內的鉀離子，釋放樹脂中的鈉離子，樹脂攜帶體內部份的鉀一起排出體外，從而降低血液中鉀的含量。 對于需要進行血透析治療的高血鉀癥患者，借助于聚苯乙烯磺酸鈣進行輔助治療，可以延長透析周期、減少透析次數。三、離子交換樹脂的設計、合成2.酚醛型離

6、子交換/螯合樹脂設計思路： 酚醛型離子交換/螯合樹脂的合成通常是在苯酚所提供的母核上進行的，合成過程中酚羥基一般不參與化學反應, 因此在該類樹脂的高分子骨架上含有大量的酚羥基，這會使酚醛樹脂的耐熱性、耐化學腐蝕性顯著降低。為了克服上述缺點，將苯酚中的酚羥基用醇加以醚化，再使其與甲醛發(fā)生縮合反應，得到了不含酚羥基的酚醛型離子交換/螯合樹脂。 苯酚或苯酚衍生物與含有螯合功能基的單體及甲醛直接縮合聚合制備，制得的樹脂具有螯合容量大、螯合功能基在高分子鏈上分布均勻。三、離子交換樹脂的設計、合成2.酚醛型離子交換/螯合樹脂1. 醚化酚醛型離子交換/螯合樹脂的合成 以甲酸為反應介質，以硫酸為催化劑，通過苯

7、氧乙醇與甲醛的縮合反應，合成含伯羥基的酚醛樹脂基體, 然后再通過苯磺酸酯化等反應，合成在酚醛樹脂基體上連接二乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺的酚醛型離子交換/螯合樹脂，通過上述樹脂中所含有的氨基與馬來酸酐反應，將酒石酸引入到上述螯合樹脂中，使其具有氨基和羧酸兩種螯合功能基。 將苯酚中的酚羥基醚化不僅可以克服其易被氧化的缺點, 而且可以增強鏈段的柔順性，使樹脂中螯合功能基的柔軟性得到提高，有利于與金屬離子的螯合。若醚化試劑的端基是羥基、羧基等基團，還易于進一步地化學改性。三、離子交換樹脂的設計、合成3.聚苯乙烯二乙醇胺樹脂交聯(lián)聚苯乙烯(PS)型樹脂如XAD-2 和 D101 等可與皂甙的甙

8、元部分產生疏水性吸附，能從水提取液中吸附分離藍皂甙，但這些樹脂是非極性的，樹脂相與水相之間的界面能較大，皂甙從水相向樹脂轉移困難，吸附速率慢，吸附量小。在樹脂結構上引入二乙醇胺極性基團，增大樹脂的親水性，改善樹脂的吸附性能。設計思路：三、離子交換樹脂的設計、合成3.聚苯乙烯二乙醇胺樹脂1.PS-Ace-Cl 樹脂的制備三、離子交換樹脂的設計、合成3.聚苯乙烯二乙醇胺樹脂2.PS-Ace-Cl 樹脂固載二乙醇胺三、離子交換樹脂的設計、合成3.聚苯乙烯二乙醇胺樹脂3.PS-Ace-DEA樹脂的應用 氯乙?；郾揭蚁┹d體在固相合成、生物化學、固定化催化劑、固定化酶等方面有較多的應用。PS-Ace-D

9、EA樹脂對金屬離子如Cu2+、Pb2+、Ni2+、Cr6+等離子有較好的吸附性，可應用于實際工業(yè)廢水的處理中。-CD與PEG成功固載到羧基化聚苯乙烯載體上，制備得到具有特殊功能的高分子載體，可應用于手性拆分和酶的固定化等應用領域中。四、離子交換樹脂的應用1.水處理水處理領域離子交換樹脂的需求量很大，用于水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂用在原子能、半導體、電子工業(yè)等。2.食品工業(yè)離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。3.制藥行業(yè)制藥工業(yè)離子交換樹脂對發(fā)展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。四、離子交換樹脂的應用4.合成化學和石油化學工業(yè)在有機合成中常用酸和堿作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。如樹脂可反復使用，產品容易分離，反應器不會被腐蝕，不污染環(huán)境，反應容易控制等。5.環(huán)境保護許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質，這些可用樹脂進行回收使用。6.濕法冶金及其他離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。五、離子交換樹脂的發(fā)展前景 離子交換樹脂市場規(guī)模越來越大。離子