高吸水性高分子材料

高吸水性高分子材料1第一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二具有選擇分離功能的高分子材料

2第二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1、高吸水性高分子材料；2、離子交換樹脂3第三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二功能高分子材料：指在高分子鏈上接上帶有某種功能的宮能團(tuán)，使其在物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面具有特殊功能的高分子材料。幾種功能高分子材料的應(yīng)用:（1）高吸水性材料—親水性高聚物（分子鏈帶有許多親水原子團(tuán)）旱地種植、改良土壤、改造沙漠、尿不濕等4第四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二5第五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二強(qiáng)吸水能力的功能高分子材料：如無(wú)土栽培、改良土壤、改造沙漠等。

保水劑是一種吸水能力特強(qiáng)的功能高分子材料。無(wú)毒無(wú)害，反復(fù)吸水、釋水——“微型水庫(kù)”。同時(shí)，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑等。6第六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二7第七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二聚丙烯腈水解物

將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)，即得高吸水性樹脂。如將廢晴綸絲水解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。由于氰基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團(tuán)含量較低，故這類產(chǎn)品的吸水倍率不太高，一般在500～1000倍左右。高吸水性樹脂8第八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二《時(shí)代周刊》評(píng)出20世紀(jì)最偉大的

100項(xiàng)發(fā)明，其中“尿不濕”榜上有名

為什么“尿不濕”能評(píng)為20世紀(jì)最偉大的100項(xiàng)發(fā)明呢?最初是為誰(shuí)專門設(shè)計(jì)的呢？9第九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

美國(guó)在上世紀(jì)六十年代初，航天事業(yè)崛起，如何解決宇航員的排尿問題迫在眉睫，華人唐鑫源成為“尿不濕”的發(fā)明人，后來他被譽(yù)為美國(guó)“太空服之父”。美國(guó)從1959起甄選的7位宇航員合影太空服之父——唐鑫源10第十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二“神舟”系列上天的航天員都使用了“尿不濕”航天員專用“尿不濕”1克能吸收約1000克水，吸水性遠(yuǎn)強(qiáng)于一般嬰兒使用的“尿不濕”11第十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

“尿不濕”是航天產(chǎn)品“下凡”的成功典范！現(xiàn)在不僅是嬰幼兒使用，還有供特殊成人使用的，更有趣的是有些寵物也系上了“尿不濕”出門溜達(dá)，以保護(hù)公共衛(wèi)生。資料顯示：1987年，英國(guó)一次性尿布銷售利潤(rùn)達(dá)2億英鎊。設(shè)想一下我們中國(guó)這樣一個(gè)人口大國(guó)，利潤(rùn)有多么驚人！

12第十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二吸水前吸水后尿不濕吸水前后的變化13第十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二你了解“尿不濕”的材料嗎？它應(yīng)該有什么性能？“尿不濕”起作用的物質(zhì)是一種功能高分子材料，具有很強(qiáng)的吸水能力。它所用的材料是高吸水性樹脂（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉)聚丙烯酸鈉如何合成？CH2=CHCOOHCH2=CHCOONa加交聯(lián)劑得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)14第十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二吸水機(jī)理基于高分子電解質(zhì)的離子網(wǎng)絡(luò)理論：在高分子電解質(zhì)的立體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的分子間，存在可移動(dòng)的離子對(duì)，由于顯示高分子電解質(zhì)電荷吸引力強(qiáng)弱的可移動(dòng)離子濃度，在高吸水性樹脂的內(nèi)側(cè)比外側(cè)高，即產(chǎn)生滲透壓。滲透壓及水和高分子電解質(zhì)之間的親和力，產(chǎn)生了異常的吸水現(xiàn)象。15第十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二實(shí)例：含羧酸鈉鹽的高吸水性樹脂在未接觸水時(shí)是固態(tài)網(wǎng)絡(luò)，與水接觸后親水基與水作用，水滲入樹脂內(nèi)部，羧酸基解離成羧酸根和Na+,羧酸根不能往水中擴(kuò)散，Na+也不能自由滲入水中，這樣網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外有滲透壓，使水分子滲入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。

這樣高分子鏈間出現(xiàn)純?nèi)軇﹨^(qū)，部分Na+,向純?nèi)軇﹨^(qū)擴(kuò)散，導(dǎo)致高分子鏈上帶凈電荷，靜電斥力使高分子網(wǎng)束擴(kuò)展，大量水分子封存在高分子網(wǎng)內(nèi)，因?yàn)槭芫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)束縛，水分子運(yùn)動(dòng)受到限制，阻擋失水。16第十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。吸水前吸水后17第十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二吸水性高分子高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)特征：

a.分子中具有強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；

b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；

c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；

d.聚合物具有較高的分子量。18第十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二高吸水性樹脂的基本特征1、吸水性：吸水量為其重量的500-1000倍，最大可達(dá)到5300倍。交聯(lián)度很重要：未交聯(lián)的聚合物是水溶性的無(wú)吸水性，如果交聯(lián)度過大，網(wǎng)絡(luò)空間減小，會(huì)降低吸水能力。2、保水性：高吸水性樹脂吸收水就溶脹為凝膠狀，高分子網(wǎng)絡(luò)被擴(kuò)展而具有一定的彈性，在加壓下也擠不出水來，而且吸水性樹脂可與環(huán)境水份保持平衡。19第十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二3、吸水狀態(tài)的凝膠強(qiáng)度樹脂具有一定的交聯(lián)密度，故凝膠強(qiáng)度高，不易破碎。4、吸氨性高分子樹脂是含羧基的陰離子聚合物，由于部分羧基被中和，部分呈酸性，故可吸氨，具有除臭作用。20第二十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二纖維素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式傳統(tǒng)吸水性的材料棉花為何有一定的吸水性？發(fā)現(xiàn)其每個(gè)鏈節(jié)上都有—OH，它是一種親水基21第二十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二22第二十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的親水隱形眼鏡具有特點(diǎn)：吸收相當(dāng)于自重80%水，才變得柔軟、透氣、舒適、戴時(shí)長(zhǎng)

制備隱形眼鏡所用的原料主要是丙烯酸羥乙酯（CH2=CHCOOCH2CH2OH）23第二十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二高吸水性樹脂的應(yīng)用開發(fā)（1）農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面a.土壤保水劑、改良劑。由于高吸水性樹脂具有驚人的吸水性和保水性，因而可用作土壤保水劑。在天旱、水土流失嚴(yán)重的土壤中添加少量此類樹脂，即能改善土壤的濕度及透氣性，現(xiàn)已在阿拉伯沙漠中應(yīng)用。24第二十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.植物幼苗移植用保水劑。將移植樹苗的根部在含1％高吸水性樹脂的凝膠中處理后，大大延長(zhǎng)了移植保存期，并提高了樹苗成活率。它還可用于提高蔬菜等其它農(nóng)作物幼苗移植成活率，如煙草在移栽過程中使用淀粉吸水樹脂可提高成活率30％左右。目前在國(guó)外市場(chǎng)上已有專供植樹用的保水劑出售。25第二十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二c.提高種子發(fā)芽率。高吸水性樹脂可用于保護(hù)蔬菜、大豆、小麥、玉米等種子所需要的水分，提高發(fā)芽率5～10％，增產(chǎn)5～30％。如將樹脂與草籽拌種，會(huì)大大提高飛機(jī)插種植草的成活率。26第二十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二d.果、蔬保鮮劑。水果、蔬菜在一般條件下難以保鮮?，F(xiàn)用高吸水性樹脂開發(fā)出一種可調(diào)節(jié)水分的包裝薄膜，用于包裝水果、蔬菜，可在一定程度上調(diào)節(jié)局部體系的氣氛、濕度，從而有效地控制水果、蔬菜的呼吸代謝，保鮮效果很好。27第二十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）工業(yè)應(yīng)用方面a.涂料添加劑。由于高吸水性樹脂具有平衡水分的功能，在高濕度下能吸收水分，在低濕度下又能釋放水分。為此可制造涂料涂覆于無(wú)紡布上，用于內(nèi)墻裝飾防止結(jié)露。含有這種樹脂的涂料用于電子儀表上可作為防潮劑。28第二十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.工業(yè)脫水劑。高吸水性樹脂對(duì)有機(jī)物的吸收能力較差，因而可脫除苯類、石油類等與水不相溶的物質(zhì)中的水分，效果很好。29第二十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二c.建筑工程中的應(yīng)用。在許多建筑工程和地下工程中，高吸水性樹脂的應(yīng)用越來越受到重視。例如將樹脂混在堵塞用的橡膠或混凝土中可作堵水劑；與聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、各種橡膠等配合可作水密封劑；還可用作水泥養(yǎng)護(hù)劑，在水泥中加入少量高吸水性樹脂，可吸收保持大量水分并緩慢放出，保證了水泥內(nèi)部水化完全、均勻，水泥制件強(qiáng)度高。30第三十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）醫(yī)用材料方面把高吸水性樹脂添加于紙或纖維中，制作可吸收液體的衛(wèi)生紙、墊褥、繃帶、外科手術(shù)墊等。其制作方法是：把高吸水性樹脂粉末撒在薄砂紙上，上面放上吸收紙做成夾層，在水汽中潤(rùn)濕后再用壓紋法將樹脂固定在紙上，通過一次或數(shù)次工藝即可制得具有超級(jí)吸水能力的產(chǎn)品，含0.4g吸水樹脂的這種紙制品（總重量5.5g）可吸收121g水，吸尿能力為40～50g。31第三十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二高吸水性樹脂部分地水作用后可制得一種水凝膠用其醫(yī)治動(dòng)物皮膚創(chuàng)傷、處理褥瘡、潰瘍病特別有效，感染少，焦痂少。吸收樹脂凝膠還可抑制血漿蛋白質(zhì)和血小板的粘著，因而可作抗血栓材料。用高吸水性樹脂制成人工腎過濾材料，可以調(diào)節(jié)血液中水分含量。將樹脂添加于藥物中可改善在人體內(nèi)的釋放速度，從而大大提高藥效。32第三十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂33第三十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二物質(zhì)的分離是化學(xué)、化工的一個(gè)重要課題?；卧僮髦谐Ｒ姷姆蛛x方法有篩分、過濾和蒸餾等，然而具有高層次的分離則難以達(dá)到精度。具有選擇分離功能的高分子材料的出現(xiàn)則有效地解決了以上的問題。34第三十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂在100多年前英國(guó)人Thompson和Way就發(fā)現(xiàn)了土壤中的離子交換過程，從而引起人們極大的注意。1935年Adams和Holmes研究合成了具有離子交換功能的高分子材料――酚醛型離子交換樹脂，后來各種類型的離子交換樹脂相繼出現(xiàn)，應(yīng)用技術(shù)不斷改善，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。現(xiàn)在，離子交換樹脂已發(fā)展成為應(yīng)用極廣泛的化學(xué)功能高分子材料。35第三十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

離子交換樹脂是帶有官能團(tuán)(有交換離子的活性基團(tuán))、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶性的高分子化合物。是最早工業(yè)化的功能高分子材料，通常是球形顆粒物。經(jīng)過各種官能化的樹脂（聚苯乙烯），含有H+離子結(jié)構(gòu)，能交換各種陽(yáng)離子的稱為陽(yáng)離子交換樹脂，含有OH-離子結(jié)構(gòu)能交換各種陰離子的稱為陰離子交換樹脂。它們主要用于水的處理。離子交換膜還可以用于飲用水處理、海水淡化、廢水處理、牛奶和醬油的脫鹽、酸的回收以及作為電解隔膜和電池隔膜。離子交換樹脂36第三十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂37第三十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂的分類離子交換樹脂是一類能顯示離子交換功能的高分子材料。在其大分子骨架的主鏈上帶有許多化學(xué)基團(tuán)，這些化學(xué)基團(tuán)由兩種帶有相反電荷的離子組成，一種是以化學(xué)鍵結(jié)合在主鏈上的固定離子；另一種是以離子鍵與固定離子相結(jié)合的反離子。38第三十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二反離子可以被離解成為能自由移動(dòng)的離子，并在一定條件下可與周圍的其它同類型離子進(jìn)行交換。離子交換反應(yīng)一般是可逆的，在一定條件下被交換上的離子可以解吸，使離子交換樹脂再生，因而可反復(fù)利用。39第三十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二目前使用的離子交換樹脂絕大多數(shù)是以苯乙烯－二乙烯苯共聚體和丙烯酸或其衍生物與二乙烯苯共聚體為基體的，二乙烯苯起了交聯(lián)劑的作用。樹脂的交聯(lián)結(jié)構(gòu)使其既不溶解又不熔融，保證它在受熱或介質(zhì)中正常工作。離子交換樹脂的交聯(lián)度通常以交聯(lián)劑在整個(gè)單體中的百分含量來表示。40第四十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂品種繁多，分類方法也不統(tǒng)一,根據(jù)離子交換樹脂交換基團(tuán)的性質(zhì)進(jìn)行劃分：陽(yáng)離子交換樹脂：帶有酸性基團(tuán)（即可解離的反離子是H＋或金屬陽(yáng)離子）能與陽(yáng)離子進(jìn)行交換反應(yīng)；陰離子交換樹脂：帶有堿性基團(tuán)（即可解離的反離子是OH－或其它酸根離子）能與陰離子進(jìn)行交換反應(yīng)。41第四十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂實(shí)際上是不溶、不熔的高分子酸、堿或鹽，根據(jù)解離程度的不同，它們中又有:強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性弱堿性42第四十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二通?？蓪㈦x子交換樹脂的種類分類于下：

43第四十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1）強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂這類樹脂的大分子骨架上帶有磺酸基（－SO3H），如以R代表高分子骨架，這種樹脂可用R－SO3H來表示，它在水溶液中可如下式解離：R－SO3HR－SO3－＋H＋例如典型的強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)式為：44第四十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二其酸性與硫酸、鹽酸相近，它在堿性、中性甚至酸性溶液中都能解離。45第四十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2）弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂帶有羧酸基（－COOH）、磷酸基（－PO3H2）、酚基的離子交換樹脂是弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂，其中以含羧酸基的樹脂用途最廣。這些功能基酸性弱，因而只能在中性或堿性溶液中才能解離而顯示離子交換功能，其解離反應(yīng)用下式表示：R－COOHR－COO－＋H＋46第四十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二3）強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂交換基團(tuán)為季胺基（－NR3OH）的離子交換樹脂屬于強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，它在水中的解離為R－N＋R’3O-HR－N＋R’3+OH-在季胺型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂中，把帶三甲基胺[－N（CH3）3]的稱作Ⅰ型樹脂，把帶二甲基乙醇基胺[－(CH3)2C2H4OH]的稱作Ⅱ型樹脂。其結(jié)構(gòu)式分別是：47第四十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二---CH2---CH---CH2---CH---C6H4C6H4-CH2-CH-CH2－N（CH3）3ClⅠ型樹脂48第四十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二---CH2---CH---CH2---CH---C6H4C6H4-CH2-CH-CH2－NC(CH3）2ClCH2CH2OHⅡ型樹脂這類樹脂堿性較強(qiáng)，能在酸性、中性甚至堿性溶液中進(jìn)行離子交換反應(yīng)。49第四十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4）弱堿性陰離子交換樹脂這類樹脂的交換基團(tuán)是伯胺（－NH2）、仲胺（－NHR’）或叔胺（－NR’2）。它們?cè)谒薪怆x程度較小，只能在中性及酸性溶液中進(jìn)行離子交換反應(yīng)。它的解離反應(yīng)如下式：RNH2+H2ORN-H3+OH-50第五十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二5）其它離子交換樹脂a.螯合樹脂在交聯(lián)大分子鏈上帶有螯合基團(tuán)的樹脂稱作螯合離子交換樹脂。它對(duì)特定離子具有特殊的選擇能力。目前真正商品化的螯合樹脂還不太多，其中主要是亞胺羧酸類樹脂。51第五十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二特點(diǎn)：對(duì)銅離子的選擇吸附性強(qiáng)。其它如肟類樹脂對(duì)Ni2－等金屬離子有特殊的選擇性；氨基磷酸樹脂則對(duì)Ca2+、Mg2+選擇性很高；各種多胺類弱堿性離子交換樹脂也可與銅、鋅等許多金屬離子絡(luò)合，因此也可作為螯合樹脂使用。52第五十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.兩性樹脂將陽(yáng)離子交換基團(tuán)和陰離子交換基團(tuán)連接在同一高分子骨架上就構(gòu)成兩性樹脂。53第五十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二兩性樹脂中最有意思的是“蛇籠樹脂”（Snake-cageresin）?！吧呋\樹脂”是在同一樹脂顆粒中包含各帶有陰、陽(yáng)兩種離子交換樹脂的兩種聚合物，一種是交聯(lián)的陰樹脂（或陽(yáng)樹脂）為“籠”，另一種是線型的陽(yáng)樹脂（或陰樹脂）為“蛇”，其分子結(jié)構(gòu)恰似籠中之蛇而得名。54第五十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二這種樹脂的兩種交換基團(tuán)可以互相接近，幾乎相互吸引中和。與普通的兩性樹脂不同，“蛇籠樹脂”是將兩種性質(zhì)相反的陰、陽(yáng)離子交換功能基以共價(jià)鍵連接在同一高分子骨架上。在處理鹽溶液時(shí)，“蛇籠樹脂”可以吸附與交換基團(tuán)相反電荷的離子，使溶液脫鹽，使用后只需用大量水洗即可恢復(fù)交換能力。55第五十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二c.熱再生樹脂。具有特殊結(jié)構(gòu)的弱酸性和弱堿性離子交換樹脂的復(fù)合物。它在室溫下能交換、吸附NaCl等鹽類，交換后用熱水而勿需用酸、堿即可使其再生。56第五十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂還可根據(jù)物理結(jié)構(gòu)劃分為凝膠型、大孔型及載體型三類樹脂。（1）凝膠型離子交換樹脂。外觀透明的均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂統(tǒng)稱為凝膠型樹脂。這類樹脂的球粒內(nèi)設(shè)有毛細(xì)孔，離子交換反應(yīng)是離子透過被交聯(lián)的大分子鏈間距離擴(kuò)散到交換基團(tuán)附近進(jìn)行的。57第五十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二由于大分子鏈間距離決定于交聯(lián)程度，因此離子交換樹脂合成時(shí)交聯(lián)劑的用量對(duì)樹脂性能影響很大。這種樹脂只能在水中的溶脹狀態(tài)下使用。58第五十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（2）大孔型離子交換樹脂在樹脂球粒內(nèi)部具有毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂統(tǒng)稱大孔型樹脂。因?yàn)槊?xì)孔道的存在，樹脂球粒是非均相凝膠結(jié)構(gòu)。這類樹脂的毛細(xì)孔體積一般為0.5ml（孔）/g（樹脂）左右，也有更大的，比表面積從幾到幾百m2/g，毛細(xì)孔徑比分子間距離大得多，根據(jù)樹脂合成條件不同，孔徑可為幾nm到上千nm。由于這樣的孔結(jié)構(gòu)，使其適宜于交換吸附分子尺寸較大的物質(zhì)及在非水溶液中使用。59第五十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）載體型離子交換樹脂將硅膠球或玻璃等非活性材料作為載體核心，在表面覆蓋一薄層離子交換樹脂構(gòu)成的。它能承受較高的壓力，因而能做為液相色譜及離子色譜固定相用樹脂。60第六十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.2離子交換樹脂的性能1）物理性能a.外觀：離子交換樹脂的形狀、顏色隨種類、制備方法及用途有很大差別，但一般都制成粒徑為0.4－0.8mm的膠狀球粒，以增大表面積，提高強(qiáng)度，減少使用中對(duì)流體的阻力。61第六十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性：離子交換樹脂一般對(duì)酸的穩(wěn)定性較高，耐堿性稍差。陰離子交換樹脂對(duì)堿都不很穩(wěn)定，交聯(lián)度低的樹脂長(zhǎng)期放在強(qiáng)堿中容易破裂溶解，所以通常都以比較穩(wěn)定的氯型貯存樹脂。陽(yáng)離子交換樹脂也有類似情況。62第六十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二各種樹脂耐氧化性能差別很大，其中聚苯乙烯樹脂耐氧化性能較好。一般地說，交聯(lián)度越高耐氧化性越好?？捉Y(jié)構(gòu)對(duì)離子交換樹脂化學(xué)穩(wěn)定性也有影響。大孔型樹脂耐酸、堿及耐氧化性能均比凝膠型樹脂強(qiáng)。63第六十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二c熱穩(wěn)定性干樹脂在空氣中受熱容易使骨架及功能基降解破壞。樹脂耐熱性隨離子存在的類型有很大差異，通常鹽型比酸型和堿型穩(wěn)定。鈉型磺化聚苯乙烯陽(yáng)樹脂可在150℃下使用，而其氫型只能在100～120℃下使用，陰樹脂耐熱性能較差，氯型樹脂只能耐熱80～100℃。64第六十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二熱穩(wěn)定性與其結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系:普通凝膠型樹脂使用上限溫度比大孔型樹脂低；由于交換基團(tuán)不同，聚苯乙烯強(qiáng)堿性Ⅰ型樹脂就比Ⅱ型樹脂熱穩(wěn)定性好。65第六十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二D力學(xué)穩(wěn)定性：樹脂的力學(xué)穩(wěn)定性包括力學(xué)強(qiáng)度、耐磨、耐壓及耐滲透壓變化等，在應(yīng)用上很重要。樹脂力學(xué)穩(wěn)定性隨其交聯(lián)度提高而增強(qiáng)，也同合成的原料及工藝條件有關(guān)。66第六十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二力學(xué)強(qiáng)度是決定其使用壽命的主要因素之一：樹脂受氧化后力學(xué)強(qiáng)度會(huì)下降，特別是強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂易于被氧化。強(qiáng)堿性陰樹脂則易于吸附有機(jī)物而被污染，使其力學(xué)強(qiáng)度降低。一般大孔型樹脂的力學(xué)性能優(yōu)于凝膠型樹脂。67第六十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2）化學(xué)性能a.離子交換反應(yīng)。離子交換反應(yīng)是離子交換樹脂最基本、最重要的性能。在電解質(zhì)溶液中離子交換樹脂的功能基發(fā)生解離，可動(dòng)的反離子與溶液中擴(kuò)散到功能基附近的同類離子進(jìn)行化學(xué)交換。主要的離子交換反應(yīng)有：68第六十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二中性鹽分解反應(yīng)：R－SO3－H＋＋Na+Cl-

R－SO3Na+＋H＋Cl-RNOH+Na+Cl-

RNCl+NaOH69第六十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二中和反應(yīng):R－SO3－H＋＋Na+OH-

R－SO3Na+＋H2ORNOH+H+Cl-

RNCl＋H2ORCOOH+NaOHRCOONa＋H2ORNH3OH+H+Cl-

RNH3Cl＋H2O70第七十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二復(fù)分解反應(yīng)RSO3Na+KClRSO3K+NaClRNCl+NaBrRNBr+NaClR-(COONa)2+CaCl2R-(COO)2Ca+2NaClR-NH3ClRNH3Br+NaCl71第七十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二類樹脂的交換基團(tuán)性質(zhì)不同，因而進(jìn)行離子交換反應(yīng)的能力也不同：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂能發(fā)生中性鹽分解反應(yīng)，弱酸、弱堿性樹脂基本沒有這種反應(yīng)。各種樹脂都能進(jìn)行中和反應(yīng)，但強(qiáng)型樹脂的反應(yīng)能力比弱型樹脂大。72第七十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.交換容量交換容量也叫交換量，是指一定數(shù)量的離子交換樹脂所帶的可交換離子的數(shù)量。它是表征離子交換樹脂質(zhì)量的重要指標(biāo)，反映了樹脂對(duì)離子的交換吸附能力。由于離子交換樹脂的交換容量隨條件不同而改變，為應(yīng)用方便起見，通常把交換容量分為總交換容量、工作交換容量和再生交換容量。73第七十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二總交換容量表示單位量（重量或體積）樹脂中所具有的可交換離子的總數(shù)，它反映了離子交換樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。工作交換容量是指離子交換樹脂在一定的工作條件下表現(xiàn)出的交換量，它是離子交換樹脂實(shí)際交換能力的量度。樹脂的工作交換量不僅同其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且同溶液組成、流速、溫度、流出液組成及再生條件等因素有關(guān)。74第七十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二在一定的工作條件下，交換基團(tuán)可能未完全電離，故工作交換量一般小于總交換量。一種樹脂的工作交換量可在模擬離子交換樹脂實(shí)際工作條件下測(cè)得。顯然，在表示樹脂工作交換量時(shí)，有必要指明工作條件和貫流點(diǎn)。離子交換樹脂的總交換容量是其質(zhì)量的主要標(biāo)志，通常在實(shí)驗(yàn)研究中較重要，而在實(shí)際應(yīng)用中，工作交換容量意義更大。75第七十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二在被處理的流出液達(dá)到貫流點(diǎn)時(shí)，離子交換樹脂就要進(jìn)行再生。再生的基本原理是利用離子交換的逆反應(yīng)加入再生劑使交換飽和的基團(tuán)復(fù)原。在實(shí)際應(yīng)用中出于經(jīng)濟(jì)的原因，常常不使離子交換樹脂的被飽和基團(tuán)全部再生恢復(fù)，而只控制再生一部分。再生劑的用量對(duì)樹脂的工作交換量影響很大。再生交換量是離子交換樹脂在指定再生劑用量條件下的交換容量。76第七十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二一般情況下，總交換量、工作交換量和再生交換量三者間的關(guān)系如下：再生交換量＝0.5-1.0總交換量工作交換量＝0.3-0.9再生交換量工作交換量/再生交換量為離子交換樹脂的利用率。交換量可用重量單位（mmol/g干樹脂）和體積單位（mmol/ml濕樹脂）表示。因離子交換樹脂多數(shù)在柱（或塔）上使用，后者更為重要。77第七十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二c.離子交換選擇性。離子交換樹脂對(duì)溶液中各種離子有不同的交換能力，即對(duì)離子有選擇性吸附交換。樹脂對(duì)溶液中不同離子親合力大小的差異就是離子交換選擇性。它可用選擇系數(shù)來表征。若溶液中有A、B兩種離子，則離子交換樹脂的選擇系數(shù)為：78第七十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二KAB

＝[RB][A]/[RA][B]式中KAB－樹脂的選擇系數(shù)；[RA]－達(dá)到平衡時(shí)結(jié)合在樹脂上的A離子濃度；[RB]－達(dá)到平衡時(shí)結(jié)合在樹脂上的B離子濃度；[A]－達(dá)到平衡時(shí)溶液中的A離子濃度；[B]－達(dá)到平衡時(shí)溶液中的B離子濃度。79第七十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二KAB

＝[RB][A]/[RA][B]若KAB>1，表明樹脂對(duì)B離子的選擇性高于A離子；KAB＝1，則選擇性相同，此時(shí)A、B兩種離子無(wú)法用樹脂分離。80第八十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂的選擇系數(shù)受許多因素影響，包括:離子交換樹脂功能基的性質(zhì)、樹脂交聯(lián)度的大小、溶液濃度、組成及溫度等。盡管如此，樹脂對(duì)不同離子的選擇性仍有一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。81第八十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1、在室溫下稀水溶液中，強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂總是優(yōu)先吸附多價(jià)離子：

Th4+>La3+>Ca2+>Na1+

2、對(duì)同價(jià)離子而言，原子序數(shù)越大，選擇性越高。

Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+Cs+>Ag+>Rb+>K+>NH4+>Na+>Li+3、羧酸型弱酸性陽(yáng)樹脂同樣對(duì)多價(jià)金屬離子選擇性高，但它對(duì)氫離子的選擇性更強(qiáng)，所以用酸進(jìn)行處理很容易再生。H+>Fe3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+82第八十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二在常溫下用強(qiáng)堿性陰樹脂處理稀溶液時(shí)，各離子的選擇性次序?yàn)椋篠O42－>CrO42－>I－>NO3－>Br－>Cl－>OH－>F－弱堿性陰樹脂則對(duì)OH－有最大的親合力?？梢?，樹脂對(duì)H+和OH－的選擇性隨功能基性質(zhì)不同有很大變化。在高濃度溶液中，樹脂對(duì)不同離子的選擇性的差異幾乎消失，甚至出現(xiàn)相反的選擇順序，尤其是陰離子交換樹脂，情況更為復(fù)雜。83第八十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二一般樹脂對(duì)尺寸較大的離子，如絡(luò)陰離子、有機(jī)離子的選擇性較高。樹脂的骨架結(jié)構(gòu)對(duì)離子選擇性也有很大影響。樹脂交聯(lián)度增大，選擇性增強(qiáng)，但交聯(lián)度超過15％后選擇性反而降低。樹脂的選擇性對(duì)樹脂交換效率有很大影響。不難理解，樹脂的選擇系數(shù)越大，離子的穿漏越少，處理溶液越純，樹脂的實(shí)際交換吸附能力也越高。相反，選擇系數(shù)越大，再生就越不容易。因此，在實(shí)際應(yīng)用中常采取改變濃度或pH的方法，使再生的選擇系數(shù)降低，達(dá)到更完全的再生。84第八十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二d.離子交換樹脂在非水溶液中的離子交換行為。離子交換樹脂是強(qiáng)極性物質(zhì)，在有機(jī)溶劑中，體積要收縮，結(jié)構(gòu)更緊密，所以，在非水溶液中離子交換速度較在水溶液中慢，交換容量也比在水溶液中小。但是，溶劑性質(zhì)對(duì)大孔型樹脂交換速度及交換容量的影響較小，所以，在處理非水溶液時(shí)，大孔型樹脂比凝膠型樹脂更適宜。85第八十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.3離子交換樹脂的功能和應(yīng)用1）功能：離子交換樹脂最重要、最基本的功能就是進(jìn)行離子交換。離子交換樹脂在溶液內(nèi)的離子交換過程大致如下：溶液內(nèi)離子擴(kuò)散至樹脂表面，再由表面擴(kuò)散到樹脂內(nèi)功能基所帶的可交換離子附近，經(jīng)過離子交換反應(yīng)后，被交換的離子從樹脂內(nèi)部擴(kuò)散到表面，再擴(kuò)散到溶液中。86第八十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二評(píng)價(jià)離子交換樹脂的性能指標(biāo)除了應(yīng)有良好的力學(xué)強(qiáng)度外還應(yīng)有適當(dāng)?shù)慕粨Q容量、交換反應(yīng)速度和再生速度等。由于樹脂用途不同，所需交換容量也有差異，如用于軟化水的樹脂交換容量以高的較好，用作有機(jī)反應(yīng)催化劑的樹脂則不宜過高。一般說，離子交換樹脂的力學(xué)強(qiáng)度和交換容量是一對(duì)矛盾，為取得最優(yōu)化條件，通常是在樹脂合成中適當(dāng)控制交聯(lián)度，并引入較多官能團(tuán)以提高其交換容量。87第八十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二離子交換樹脂的再生是使用過程中的一個(gè)重要步驟。再生條件是評(píng)價(jià)離子交換樹脂的重要指標(biāo)。不同類型的樹脂應(yīng)選擇不同再生劑進(jìn)行再生。88第八十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.催化作用離子交換樹脂是固體不溶性多價(jià)酸、堿，所以，它和一般低分子酸、堿一樣對(duì)某些有機(jī)化學(xué)反應(yīng)起催化作用。陽(yáng)離子交換樹脂可用于催化酯化反應(yīng)、縮醛化反應(yīng)、烷基化反應(yīng)、酯的水解、醇解、酸解等；陰離子交換樹脂則對(duì)醇醛縮合等反應(yīng)有催化作用。89第八十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二與一般低分子液體酸、堿催化劑比較，用離子交換樹脂作催化劑有許多優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)后催化劑只需進(jìn)行過濾，容易分離，產(chǎn)物純度高；樹脂催化選擇性高，有利于減少副反應(yīng)；催化劑可反復(fù)使用，且易實(shí)現(xiàn)反應(yīng)連續(xù)化；樹脂對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕。其主要缺點(diǎn)是允許使用溫度較低。由于離子交換樹脂作為催化劑有許多優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)這方面的研究十分活躍?？梢灶A(yù)期，今后會(huì)有更多新型離子交換樹脂型催化劑出現(xiàn)，應(yīng)用范圍也更廣泛。90第九十頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二c.吸附作用離子交換樹脂與溶液接觸時(shí)，還有從溶液中吸附非電解質(zhì)的功能。這種功能與非離子型吸附劑的吸附行為有些類似，同時(shí)這種吸附作用也是可逆的，可用適當(dāng)?shù)娜軇┦蛊浣馕Ｓ捎跇渲Y(jié)構(gòu)中的非極性大分子鏈與醇中烷基的作用力隨烷基增長(zhǎng)而增大，因此對(duì)烷基越大的醇吸附越好。91第九十一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二大孔型離子交換樹脂有很強(qiáng)的吸附功能。它不僅可以從極性溶劑中吸附弱極性或非極性物質(zhì)，而且可以從非極性溶劑中吸附弱極性物質(zhì)，還可作氣體吸附劑。92第九十二頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二d.脫水作用離子交換樹脂的交換基團(tuán)是強(qiáng)極性的，有很強(qiáng)的親水性，因此，干燥的離子交換樹脂有很強(qiáng)的吸水作用。離子交換樹脂的吸水性與交聯(lián)度、化學(xué)基團(tuán)的性質(zhì)和數(shù)量等有關(guān)。交聯(lián)度增加，吸水性下降；樹脂的化學(xué)基團(tuán)極性越強(qiáng)，吸水性越強(qiáng)。93第九十三頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二f.脫色作用色素大多數(shù)為陰離子物質(zhì)或弱極性物質(zhì)，可用離子交換樹脂除去它。特別是大孔型樹脂具有很強(qiáng)的脫色作用，可作為優(yōu)良的脫色劑。如葡萄糖、蔗糖、甜菜糖等的脫色精制用離子交換樹脂效果很好。與活性炭比較，離子交換樹脂脫色劑的優(yōu)點(diǎn)是：反復(fù)使用周期長(zhǎng)，使用方便。94第九十四頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二2）離子交換樹脂的應(yīng)用a)水處理:水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。發(fā)電廠等工廠所用的高壓鍋爐必須采用軟化水，即將Ca2+，Mg2+等離子去除的水。最方便、最經(jīng)濟(jì)的方法就是使用鈉型陽(yáng)離子交換樹脂。其反應(yīng)如下：2R-SO3Na+Ca2+=(R-SO3)2Ca+2Na+95第九十五頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二水在軟化過程中僅硬度降低，而總含鹽量不變。當(dāng)樹脂交換飽和后，可加入NaOH使之再生。再生后的樹脂可重復(fù)使用。(R-SO3)2Ca+2NaOH=2R-SO3Na+Ca(OH)296第九十六頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二純水包括脫鹽水、純水和高純水。去除或減少了水中強(qiáng)電解質(zhì)的水稱為脫鹽水。脫鹽水中剩余鹽的含量約為1～5mg/L，其25℃水的電阻率為0.1×106～1.0×106Ωcm。若不僅除去全部強(qiáng)電解質(zhì)，而且將硅酸及CO2等弱電解質(zhì)也去除到一定程度，使水中的剩余總鹽量在0.1mg/L以下，電阻率達(dá)到1.0×106～10×106Ωcm，則稱為純水。97第九十七頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二將幾乎所有的電解質(zhì)全部去除，還將不解離的膠體、氣體及有機(jī)物去除到更低水平，使含鹽量達(dá)0.1mg/L以下，電阻率在10×106Ωcm以上，則稱為高純水高純水是當(dāng)今電子工業(yè)不可缺少的原料之一。98第九十八頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二連續(xù)床以移動(dòng)床最為多見。移動(dòng)床是指在整個(gè)離子交換過程中，不僅被處理的水是流動(dòng)的，而且樹脂也是移動(dòng)的。飽和的樹脂被連續(xù)地送到再生柱和淋洗柱中進(jìn)行再生和淋洗，然后送回交換柱進(jìn)行交換。99第九十九頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.冶金工業(yè)離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面，離子交換樹脂均起著十分重要的作用。離子交換樹脂還可用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦效率。100第一百頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二c.原子能工業(yè)離子交換樹脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括核燃料的分離、提純、精制和回收等。用離子交換樹脂制備高純水，是核動(dòng)力用循環(huán)、冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一手段。離子交換樹脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理的主要方法。101第一百零一頁(yè)，共一百一十二頁(yè)，編輯于