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特种离子交换树脂的合成

特种离子交换树脂的合成

  • 2022-11-02

该类树脂是指在某些场合有其特殊的用途,但目前在生产和应用上规模还不够大,技术上还在发展或尚在研究,待完善的一些离子交换树脂。因其合成方法与普通离子交换树脂有许多相似之处,故在本节只做简单介绍。

一、氧化还原树脂

氧化还原树脂是指能与周围活性物质进行电子交换,发生氧化还原反应的一类树脂,也称为电子交换树脂。最常见的是氢醌类、巯基类、吡啶类和二茂铁类等。氢醌类可由缩聚或乙烯基氢醌聚合来制备。但氢醌的活泼氢使其有可能参加缩聚或加聚反应,因而常设去加以保护。此类方法的缺点是单体制备比较麻烦,后一反应水解也比较困难。由氯甲基聚苯乙烯与氢醌反应也可制备多种氧化还原树脂。

吡啶类氧化还原树脂的例子是:含烟酰胺的交聚苯乙烯。此类树脂已有实际应用,对其合成方法也进行了多方面的研究。除上面方法外,先合成乙烯基苄基烟酰胺,再经聚合可得到同样结构的树脂。

离子交换树脂吸附法是制备氧化还原树脂的一种简单、方便的方法。许多有机或无机氧化还原剂都可用此法负载到适当的离子交换树脂上制成氧化还原树脂,如Cu2+Fe2+Sn2+Co2+ Ce3+Ni2+Mn2+等。如果这些离子以络合物的形式结合到树脂上,则其稳定性更好。

有机氧化还原剂,如多种酸性或碱性染料、氢醌、蒽醌、四氯氢醌、靛蓝二硫酸等亦可吸附到阴或阳离子交换树脂上,制成氧化还原树脂。

氧化还原树脂可用于制备过氧化氢,作为氧化剂用于脱氢反应,去除高压锅炉用水中的氧和用作抗氧剂等,还可用于环保分析等许多方面。

二、两性树脂

两性树脂是一类在同一树脂颗粒内存在着阳、阴两种基团的离子交换树脂。这类树脂中的两种基团彼此接近,可以互相结合遇到溶液中的离子又可同时与阳、阴两种离子进行离子交换。饱和之后只需大量水洗,便可使树脂得到再生,恢复其原有的交换能力。两性树脂的两种基团必须是强酸-弱碱型,弱酸-强碱型或弱酸-弱碱型。强酸-强碱型树脂不能表现出两性树脂的特点。

两性树脂的合成方法有以下几种:

1.功能化单体共聚

如乙烯基磺酸与乙烯吡啶或丙烯酰胺等。

2.丙烯酸甲酯与功能化单体(如烯丙胺)共聚共聚后再经水解,制成弱酸-弱碱型两性树脂。

3.单体共聚再功能基化

如苯乙烯与丁烯二酸酐共聚、氯甲基化、胺化、水解;苯乙烯与氯乙烯共聚、胺化、磺化;苯乙烯与丙烯腈或丙烯酸甲酯共聚、氯甲基化、磺化、水解;苯乙烯与二乙烯苯共聚体经氯甲基化、胺化、磺化等。

4.以阳(或阴)离子交换树脂吸收适当单体后聚合,再功能化所用离子交换树脂是交联的,可视为笼,由所吸收的单体聚合成高分子链是线型的,可视为蛇,交联链和线型链绞缠在一起,相邻的阳、阴交换基团又互相结合,使线型链不会跑出。因而被称为蛇笼树脂。热再生的概念即来源于这类树脂的特殊性质:在热水中对盐的吸附量小于在冷水中的吸附量,或者说此类树脂(含弱酸、弱碱基团)的离子交换平衡会受温度的影响。

5.复合树脂

是将阴、阳两种树脂的细粉用亲水性好的聚合物(如聚乙烯醇)包结成球。用作热再生树脂效果很好[70]

热再生树脂是具有弱酸、弱碱基团的两性树脂。用于苦咸水及废水脱盐,用热水再生。热水的离解度比常温水高几十倍,此时的解离,从而使树脂再生。

丙烯酸系弱酸树脂的滴定曲线也不够平缓。如IRC-50 用于热再生时基团的利用率仅有10%(用于1760mg/LNaCl溶液)。但从滴定曲线判断,具有羧酸基团和二甲胺基团的两性树脂,在用于29300mg/LNaCl溶液脱盐时,可有30%以上的基团利用率。

两性树脂的另一个重要用途是以离子阻滞法去除极性有机物中的盐类。如将含盐的蔗糖溶液通入两性树脂柱,则溶液中的强电解质被树脂截留(离子交换),而蔗糖则随流出液排出。然后用水冲洗,树脂上的弱酸或弱碱盐水解,交换到树脂上的无机盐也被洗出,使蔗糖与无机盐分开。与普通离子交换树脂脱盐法的区别是不需用酸、碱再生。

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