高吸水性高分子材料

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1、高吸水性高分子材料具有选择分离功能的高分子材料*、高吸水性高分子材料、离子 交换树脂*功能高分子材料：指在高分子链上接上带有某种功能的宫 能团使其在物理、化学、生物、医学等方面具有特殊功能的高分子材 料。几种功能高分子材料的应用:（）高吸水性材料亲水性高聚物（分 子链带有许多亲水原子团）旱地种植、改良土壤、改造沙漠、尿不湿 等*强吸水能力的功能高分子材料：如无土栽培、改良土壤、改造沙 漠等。保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。 无毒无害反复吸水、释水“微型水库”。同时它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放增加肥效、药效。 高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑等。*聚丙烯腈水解物将聚丙烯腈

2、用碱性化合物水解再经交联剂交联 即得高吸水性树脂。如将废晴纶丝水解后用氢氧化钠交联的产物即为此类。 由于氰基的水解不易彻底产品中亲水基团含量较低故这类产品的 吸水倍率不太高一般在倍左右。高吸水性树脂*时代周刊评出世纪最伟大的项发明其中“尿不 湿”榜上有名为什么“尿不湿”能评为世纪最伟大的项发明呢最初是 为谁专门设计的呢？*美国在上世纪六十年代初航天事业崛起如何解 决宇航员的排尿问题迫在眉睫华人唐鑫源成为“尿不湿”的发明人后 来他被誉为美国“太空服之父”。美国从起甄选的位宇航员合影太空服之父唐鑫源*“神舟”系列上 天的航天员都使用了“尿不湿”航天员专用“尿不湿”克能吸收约克 水吸水性远强于一般婴

3、儿使用的“尿不湿”*“尿不湿”是航天产品 “下凡”的成功典范！现在不仅是婴幼儿使用还有供特殊成人使用的 更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜达以保护公共卫生。资料显示：年英国一次性尿布销售利润达亿英镑。设想一下我们中国这样一个人口大国利润有多么惊人！*吸水前吸 水后尿不湿吸水前后的变化*你了解“尿不湿”的材料吗？它应该有 什么性能？“尿不湿”起作用的物质是一种功能高分子材料具有很强 的吸水能力。它所用的材料是高吸水性树脂（常用网状结构的聚丙烯酸钠）聚丙 烯酸钠如何合成？ CH=CHCOOHCH=CHCOONa 加交联剂得网状结 构*吸水机理基于高分子电解质的离子网络理论：在高分子电解质的

4、 立体网络构造的分子间存在可移动的离子对由于显示高分子电解质 电荷吸引力强弱的可移动离子浓度在高吸水性树脂的内侧比外侧高 即产生渗透压。渗透压及水和高分子电解质之间的亲和力产生了异常的吸水现 象。*实例：含羧酸钠盐的高吸水性树脂在未接触水时是固态网络与水接触后亲水基与水作用水渗入树脂内部羧酸基解离成羧酸根和Na,羧 酸根不能往水中扩散Na也不能自由渗入水中这样网络内外有渗透压 使水分子渗入网络内。这样高分子链间出现纯溶剂区部分Na,向纯溶剂区扩散导致高分 子链上带净电荷静电斥力使高分子网束扩展大量水分子封存在高分 子网内因为受网络结构束缚水分子运动受到限制阻挡失水。*高吸水性树脂加交联剂的目的

5、是变线型结构为体型结构使其既 有吸水性而又不溶于水耐挤压。吸水前吸水后*吸水性高分子高吸水性树脂的结构特征：a分子中 具有强亲水性基团如羟基、羧基能够与水分子形成氢键 b 树脂具有 交联结构 c 聚合物内部具有较高的离子浓度 d 聚合物具有较高的 分子量。*高吸水性树脂的基本特征、吸水性：吸水量为其重量的倍最大可 达到倍。交联度很重要：未交联的聚合物是水溶性的无吸水性如果交联度 过大网络空间减小会降低吸水能力。、保水性：高吸水性树脂吸收水就溶胀为凝胶状高分子网络被扩 展而具有一定的弹性在加压下也挤不出水来而且吸水性树脂可与环 境水份保持平衡。*、吸水状态的凝胶强度树脂具有一定的交联密度故凝胶强

6、度高不 易破碎。、吸氨性高分子树脂是含羧基的阴离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。*纤维素的结构简式传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水 性？发现其每个链节上都有 OH 它是一种亲水基*上世纪年代发展 起来的亲水隐形眼镜具有特点：吸收相当于自重水才变得柔软、透气 舒适、戴时长制备隐形眼镜所用的原料主要是丙烯酸羟乙酯(CH=CHCOOCHCHOH) *高吸水性树脂的应用开发()农业应用 方面 a 土壤保水剂、改良剂。由于高吸水性树脂具有惊人的吸水性和保水性因而可用作土壤保 水剂。在天旱、水土流失严重的土壤中添加少量此类树脂即能改善土壤 的湿度及透气性现已在阿拉伯沙漠中应

7、用。*b 植物幼苗移植用保水剂。将移植树苗的根部在含高吸水性树脂的凝胶中处理后大大延长 了移植保存期并提高了树苗成活率。它还可用于提高蔬菜等其它农作物幼苗移植成活率如烟草在移栽 过程中使用淀粉吸水树脂可提高成活率左右。目前在国外市场上已有专供植树用的保水剂出售。*c 提高种子发芽率。高吸水性树脂可用于保护蔬菜、大豆、小麦、玉米等种子所需要 的水分提高发芽率增产。如将树脂与草籽拌种会大大提高飞机插种植草的成活率。*d 果、蔬保鲜剂。水果、蔬菜在一般条件下难以保鲜。现用高吸水性树脂开发出一种可调节水分的包装薄膜用于包装水 果、蔬菜可在一定程度上调节局部体系的气氛、湿度从而有效地控制 水果、蔬菜的呼

8、吸代谢保鲜效果很好。*（）工业应用方面 a 涂料添加剂。由于高吸水性树脂具有平衡水分的功能在高湿度下能吸收水分在 低湿度下又能释放水分。为此可制造涂料涂覆于无纺布上用于内墙装饰防止结露。含有这种树脂的涂料用于电子仪表上可作为防潮剂。*b 工业脱水剂。高吸水性树脂对有机物的吸收能力较差因而可脱除苯类、石油类 等与水不相溶的物质中的水分效果很好。*c 建筑工程中的应用。在许多建筑工程和地下工程中高吸水性树脂的应用越来越受到重 视。例如将树脂混在堵塞用的橡胶或混凝土中可作堵水剂与聚氨酯、 聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、各种橡胶等配合可作水密封剂还可用作水 泥养护剂在水泥中加入少量高吸水性树脂可吸收保持大量

9、水分并缓 慢放出保证了水泥内部水化完全、均匀水泥制件强度高。*（）医用材料方面把高吸水性树脂添加于纸或纤维中制作可吸收 液体的卫生纸、垫褥、绷带、外科手术垫等。其制作方法是：把高吸水性树脂粉末撒在薄砂纸上上面放上吸收 纸做成夹层在水汽中润湿后再用压纹法将树脂固定在纸上通过一次 或数次工艺即可制得具有超级吸水能力的产品含 g 吸水树脂的这种 纸制品（总重量g）可吸收g水吸尿能力为g。*高吸水性树脂部分地水作用后可制得一种水凝胶用其医治动物 皮肤创伤、处理褥疮、溃疡病特别有效感染少焦痂少。吸收树脂凝胶还可抑制血浆蛋白质和血小板的粘着因而可作抗血 栓材料。用高吸水性树脂制成人工肾过滤材料可以调节血液

10、中水分含量。 将树脂添加于药物中可改善在人体内的释放速度从而大大提高药 效。*离子交换树脂*物质的分离是化学、化工的一个重要课题。化工单元操作中常见的分离方法有筛分、过滤和蒸馏等然而具有 高层次的分离则难以达到精度。具有选择分离功能的高分子材料的出现则有效地解决了以上的问 题。*离子交换树脂在多年前英国人Thompson和Way就发现了土壤中 的离子交换过程从而引起人们极大的注意。年 Adams 和 Holmes 研究合成了具有离子交换功能的高分子材 料酚醛型离子交换树脂后来各种类型的离子交换树脂相继出现 应用技术不断改善应用范围也日益扩大。现在离子交换树脂已发展成为应用极广泛的化学功能高分子

11、材 料。离子交换树脂是带有官能团（有交换离子的活性基团）、具有网状 结构、不溶性的高分子化合物。是最早工业化的功能高分子材料通常是球形颗粒物。经过各种官能化的树脂（聚苯乙烯）含有H离子结构能交换各种 阳离子的称为阳离子交换树脂含有 OH 离子结构能交换各种阴离子 的称为阴离子交换树脂。它们主要用于水的处理。离子交换膜还可以用于饮用水处理、海水淡化、废水处理、牛奶 和酱油的脱盐、酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。离子交换树脂*离子交换树脂*离子交换树脂的分类离子交换树脂 是一类能显示离子交换功能的高分子材料。在其大分子骨架的主链上带有许多化学基团这些化学基团由两种 带有相反电荷的离子组成一种是

12、以化学键结合在主链上的固定离子 另一种是以离子键与固定离子相结合的反离子。*反离子可以被离解成为能自由移动的离子并在一定条件下可与 周围的其它同类型离子进行交换。离子交换反应一般是可逆的在一定条件下被交换上的离子可以解 吸使离子交换树脂再生因而可反复利用。*目前使用的离子交换树脂绝大多数是以苯乙烯二乙烯苯共聚 体和丙烯酸或其衍生物与二乙烯苯共聚体为基体的二乙烯苯起了交 联剂的作用。树脂的交联结构使其既不溶解又不熔融保证它在受热或介质中正 常工作。离子交换树脂的交联度通常以交联剂在整个单体中的百分含量来 表示。*离子交换树脂品种繁多分类方法也不统一，根据离子交换树脂交 换基团的性质进行划分：阳离

13、子交换树脂：带有酸性基团（即可解离 的反离子是H+或金属阳离子）能与阳离子进行交换反应阴离子交换 树脂：带有碱性基团（即可解离的反离子是OH或其它酸根离子） 能与阴离子进行交换反应。*离子交换树脂实际上是不溶、不熔的高分子酸、碱或盐根据解离 程度的不同它们中又有：强酸性弱酸性强碱性弱碱性*通常可将离子 交换树脂的种类分类于下：*）强酸性阳离子交换树脂这类树脂的大 分子骨架上带有磺酸基（一SOH）如以R代表高分子骨架这种树脂 可用R-SOH来表示它在水溶液中可如下式解离:R-SOH R-SO -+ H+例如典型的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂的结构式为：* 其酸性与硫酸、盐酸相近它在碱性、中性甚至

14、酸性溶液中都能解离。*）弱酸性阳离子交换树脂带有羧酸基（一COOH）、磷酸基（一 POH）、酚基的离子交换树脂是弱酸性阳离子交换树脂其中以含羧酸 基的树脂用途最广。这些功能基酸性弱因而只能在中性或碱性溶液中才能解离而显示 离子交换功能其解离反应用下式表示：R-COOH R-COO-+H + *）强碱性阴离子交换树脂交换基团为季胺基（一NROH）的离子 交换树脂属于强碱性阴离子交换树脂它在水中的解离为R-N+ROH RN+R OH在季胺型强碱性阴离子交换树脂中把带三甲基 胺一N (CH)的称作I型树脂把带二甲基乙醇基胺一(CH)CHOH的 称作II型树脂。其结构式分另U是：*CHCHCHCHCH

15、CHCHCHCHN (CH) Cl I 型树脂 *CHCHCHCHCHCHCHCHCHNC(CH ) ClCHCHOH II 型树 脂这类树脂碱性较强能在酸性、中性甚至碱性溶液中进行离子交换反 应。*)弱碱性阴离子交换树脂这类树脂的交换基团是伯胺(一NH)、 仲胺(一NHR或叔胺(一NR)。它们在水中解离程度较小只能在中性及酸性溶液中进行离子交换 反应。它的解离反应如下式：RNHHO RNHOH* )其它离子交换树脂 a螯合树脂在交联大分子链上带有螯合基团的树脂称作螯合离子交换 树脂。它对特定离子具有特殊的选择能力。目前真正商品化的螯合树脂还不太多其中主要是亚胺羧酸类树 脂。*特点：对铜离子的

16、选择吸附性强。其它如肟类树脂对Ni 等金属离子有特殊的选择性氨基磷酸树脂 则对Ca、Mg选择性很高各种多胺类弱碱性离子交换树脂也可与铜、 锌等许多金属离子络合因此也可作为螯合树脂使用。*b两性树脂将阳离子交换基团和阴离子交换基团连接在同一高分 子骨架上就构成两性树脂。*两性树脂中最有意思的是“蛇笼树脂”（Snakecageresin）。“蛇笼树脂”是在同一树脂颗粒中包含各带有阴、阳两种离子交 换树脂的两种聚合物一种是交联的阴树脂（或阳树脂）为“笼”另一 种是线型的阳树脂（或阴树脂）为“蛇”其分子结构恰似笼中之蛇而 得名。*这种树脂的两种交换基团可以互相接近几乎相互吸引中和。与普通的两性树脂不同

17、“蛇笼树脂”是将两种性质相反的阴、阳 离子交换功能基以共价键连接在同一高分子骨架上。在处理盐溶液时“蛇笼树脂”可以吸附与交换基团相反电荷的离 子使溶液脱盐使用后只需用大量水洗即可恢复交换能力。*c热再生树脂。 具有特殊结构的弱酸性和弱碱性离子交换树脂的复合物。它在室温下能交换、吸附NaCl等盐类交换后用热水而勿需用酸、 碱即可使其再生。*离子交换树脂还可根据物理结构划分为凝胶型、大孔型及载体型 三类树脂。（）凝胶型离子交换树脂。外观透明的均相高分子凝胶结构的离子交换树脂统称为凝胶型树 脂。这类树脂的球粒内设有毛细孔离子交换反应是离子透过被交联的 大分子链间距离扩散到交换基团附近进行的。*由于大

18、分子链间距离决定于交联程度因此离子交换树脂合成时 交联剂的用量对树脂性能影响很大。这种树脂只能在水中的溶胀状态下使用。*（）大孔型离子交换树脂在树脂球粒内部具有毛细孔结构的离子 交换树脂统称大孔型树脂。因为毛细孔道的存在树脂球粒是非均相凝胶结构。这类树脂的毛细孔体积一般为ml （孔）g （树脂）左右也有更大 的比表面积从几到几百mg毛细孔径比分子间距离大得多根据树脂合 成条件不同孔径可为几 nm 到上千 nm。由于这样的孔结构使其适宜于交换吸附分子尺寸较大的物质及在 非水溶液中使用。*（）载体型离子交换树脂将硅胶球或玻璃等非活性材料作为载体 核心在表面覆盖一薄层离子交换树脂构成的。它能承受较高

19、的压力因而能做为液相色谱及离子色谱固定相用树 脂。*离子交换树脂的性能）物理性能 a 外观：离子交换树脂的形状、 颜色随种类、制备方法及用途有很大差别但一般都制成粒径为一mm 的胶状球粒以增大表面积提高强度减少使用中对流体的阻力。*b 稳定性化学稳定性：离子交换树脂一般对酸的稳定性较高耐碱 性稍差。阴离子交换树脂对碱都不很稳定交联度低的树脂长期放在强碱中 容易破裂溶解所以通常都以比较稳定的氯型贮存树脂。阳离子交换树脂也有类似情况。*各种树脂耐氧化性能差别很大其中聚苯乙烯树脂耐氧化性能较 好。一般地说交联度越高耐氧化性越好。 孔结构对离子交换树脂化学稳定性也有影响。 大孔型树脂耐酸、碱及耐氧化性

20、能均比凝胶型树脂强。*c 热稳定性干树脂在空气中受热容易使骨架及功能基降解破坏。 树脂耐热性随离子存在的类型有很大差异通常盐型比酸型和碱型 稳定。钠型磺化聚苯乙烯阳树脂可在C下使用而其氢型只能在。C下使 用阴树脂耐热性能较差氯型树脂只能耐热。C。*热稳定性与其结构有密切关系:普通凝胶型树脂使用上限温度比 大孔型树脂低由于交换基团不同聚苯乙烯强碱性I型树脂就比II型 树脂热稳定性好。*D 力学稳定性：树脂的力学稳定性包括力学强度、耐磨、耐压及 耐渗透压变化等在应用上很重要。树脂力学稳定性随其交联度提高而增强也同合成的原料及工艺条 件有关。*力学强度是决定其使用寿命的主要因素之一：树脂受氧化后力学

21、 强度会下降特别是强酸性阳树脂易于被氧化。强碱性阴树脂则易于吸附有机物而被污染使其力学强度降低。般大孔型树脂的力学性能优于凝胶型树脂。*)化学性能a离子交换反应。离子交换反应是离子交换树脂最基本、最重要的性能。在电解质溶液中离子交换树脂的功能基发生解离可动的反离子与 溶液中扩散到功能基附近的同类离子进行化学交换。主要的离子交换反应有：*中性盐分解反应：RSOH+NaClRSONa+H+ClRNOHNaCl RNClNaOH* 中和反应:RSOH + +NaOH RSONa+HORNOHHCl RNCl+HORCOOHNaOHRCOONa + HORNHOHHCl RNHCl + HO* 复分解

22、反应 RSONaKCl RSOKNaClRNClNaBr RNBrNaClR(COONa)CaCl R(COO)CaNaClRNHClRNHBrNaCl*类树脂的交换基团性质不同因而进行离子交换反应的能力也不同：强酸、强碱性树脂能发生中性 盐分解反应弱酸、弱碱性树脂基本没有这种反应。各种树脂都能进行中和反应但强型树脂的反应能力比弱型树脂 大。*b交换容量交换容量也叫交换量是指一定数量的离子交换树脂所 带的可交换离子的数量。它是表征离子交换树脂质量的重要指标反映了树脂对离子的交换 吸附能力。由于离子交换树脂的交换容量随条件不同而改变为应用方便起见 通常把交换容量分为总交换容量、工作交换容量和再生

23、交换容量。*总交换容量表示单位量(重量或体积)树脂中所具有的可交换离子的总数它反映了离子交换树脂的化学结构特点。工作交换容量是指离子交换树脂在一定的工作条件下表现出的交 换量它是离子交换树脂实际交换能力的量度。树脂的工作交换量不仅同其结构有关而且同溶液组成、流速、温 度、流出液组成及再生条件等因素有关。*在一定的工作条件下交换基团可能未完全电离故工作交换量一 般小于总交换量。一种树脂的工作交换量可在模拟离子交换树脂实际工作条件下测 得。显然在表示树脂工作交换量时有必要指明工作条件和贯流点。离子交换树脂的总交换容量是其质量的主要标志通常在实验研究 中较重要而在实际应用中工作交换容量意义更大。*在

24、被处理的流出液达到贯流点时离子交换树脂就要进行再生。再生的基本原理是利用离子交换的逆反应加入再生剂使交换饱和 的基团复原。在实际应用中出于经济的原因常常不使离子交换树脂的被饱和基 团全部再生恢复而只控制再生一部分。再生剂的用量对树脂的工作交换量影响很大。再生交换量是离子交换树脂在指定再生剂用量条件下的交换容 量。*一般情况下总交换量、工作交换量和再生交换量三者间的关系如 下：再生交换量=总交换量工作交换量=再生交换量工作交换量再生 交换量为离子交换树脂的利用率。交换量可用重量单位（mmolg干树脂）和体积单位（mmolml湿 树脂）表示。因离子交换树脂多数在柱（或塔）上使用后者更为重要。*c

25、离子交换选择性。离子交换树脂对溶液中各种离子有不同的交换能力即对离子有选 择性吸附交换。树脂对溶液中不同离子亲合力大小的差异就是离子交换选择性。 它可用选择系数来表征。若溶液中有A、B两种离子则离子交换树脂的选择系数为：*KAB =RBARAB式中KAB-树脂的选择系数RA达到平衡时结合在树 脂上的A离子浓度RB-达到平衡时结合在树脂上的B离子浓度A- 达到平衡时溶液中的A离子浓度B-达到平衡时溶液中的B离子浓 度。*KAB=RBARAB若KAB表明树脂对B离子的选择性高于A离 子KAB =则选择性相同此时A、B两种离子无法用树脂分离。*离子交换树脂的选择系数受许多因素影响包括 :离子交换树脂

26、功 能基的性质、树脂交联度的大小、溶液浓度、组成及温度等。尽管如此树脂对不同离子的选择性仍有一些经验规律。*、在室温下稀水溶液中强酸型阳离子交换树脂总是优先吸附多价 离子：ThLaCaNa、对同价离子而言原子序数越大选择性越高。BaSrCaMgCsAgRbKNHNaLi、羧酸型弱酸性阳树脂同样对多价金 属离子选择性高但它对氢离子的选择性更强所以用酸进行处理很容易再生。HFeBaCaMgKNa*在常温下用强碱性阴树脂处理稀溶液时各离子 的选择性次序为：SO-CrO-I-NO-Br-Cl-OHF弱碱性阴树 脂则对OH有最大的亲合力。可见树脂对H和OH的选择性随功能基性质不同有很大变化。在高浓度溶液

27、中树脂对不同离子的选择性的差异几乎消失甚至出 现相反的选择顺序尤其是阴离子交换树脂情况更为复杂。*一般树脂对尺寸较大的离子如络阴离子、有机离子的选择性较 高。树脂的骨架结构对离子选择性也有很大影响。 树脂交联度增大选择性增强但交联度超过后选择性反而降低。 树脂的选择性对树脂交换效率有很大影响。不难理解树脂的选择系数越大离子的穿漏越少处理溶液越纯树脂 的实际交换吸附能力也越高。相反选择系数越大再生就越不容易。 因此在实际应用中常采取改变浓度或 pH 的方法使再生的选择系 数降低达到更完全的再生。*d 离子交换树脂在非水溶液中的离子交换行为。离子交换树脂是强极性物质在有机溶剂中体积要收缩结构更紧密

28、 所以在非水溶液中离子交换速度较在水溶液中慢交换容量也比在水 溶液中小。但是溶剂性质对大孔型树脂交换速度及交换容量的影响较小所以 在处理非水溶液时大孔型树脂比凝胶型树脂更适宜。*离子交换树脂的功能和应用）功能：离子交换树脂最重要、最基 本的功能就是进行离子交换。离子交换树脂在溶液内的离子交换过程大致如下：溶液内离子扩 散至树脂表面再由表面扩散到树脂内功能基所带的可交换离子附近 经过离子交换反应后被交换的离子从树脂内部扩散到表面再扩散到 溶液中。*评价离子交换树脂的性能指标除了应有良好的力学强度外还应 有适当的交换容量、交换反应速度和再生速度等。由于树脂用途不同所需交换容量也有差异如用于软化水的

29、树脂交 换容量以高的较好用作有机反应催化剂的树脂则不宜过高。一般说离子交换树脂的力学强度和交换容量是一对矛盾为取得最 优化条件通常是在树脂合成中适当控制交联度并引入较多官能团以 提高其交换容量。*离子交换树脂的再生是使用过程中的一个重要步骤。 再生条件是评价离子交换树脂的重要指标。不同类型的树脂应选择不同再生剂进行再生。*b 催化作用离子交换树脂是固体不溶性多价酸、碱所以它和一般 低分子酸、碱一样对某些有机化学反应起催化作用。阳离子交换树脂可用于催化酯化反应、缩醛化反应、烷基化反应、 酯的水解、醇解、酸解等阴离子交换树脂则对醇醛缩合等反应有催化 作用。*与一般低分子液体酸、碱催化剂比较用离子交

30、换树脂作催化剂有 许多优点：反应后催化剂只需进行过滤容易分离产物纯度高树脂催化 选择性高有利于减少副反应催化剂可反复使用且易实现反应连续化 树脂对设备无腐蚀。其主要缺点是允许使用温度较低。由于离子交换树脂作为催化剂有许多优点有关这方面的研究十分 活跃。可以预期今后会有更多新型离子交换树脂型催化剂出现应用范围 也更广泛。*c 吸附作用离子交换树脂与溶液接触时还有从溶液中吸附非电解 质的功能。这种功能与非离子型吸附剂的吸附行为有些类似同时这种吸附作 用也是可逆的可用适当的溶剂使其解吸。由于树脂结构中的非极性大分子链与醇中烷基的作用力随烷基增 长而增大因此对烷基越大的醇吸附越好。*大孔型离子交换树脂

31、有很强的吸附功能。它不仅可以从极性溶剂中吸附弱极性或非极性物质而且可以从非 极性溶剂中吸附弱极性物质还可作气体吸附剂。*d脱水作用离子交换树脂的交换基团是强极性的有很强的亲水性因此干燥的离子交换树脂有很强的吸水作用。离子交换树脂的吸水性与交联度、化学基团的性质和数量等有关。 交联度增加吸水性下降树脂的化学基团极性越强吸水性越强。*f 脱色作用色素大多数为阴离子物质或弱极性物质可用离子交换 树脂除去它。特别是大孔型树脂具有很强的脱色作用可作为优良的脱色剂。如葡萄糖、蔗糖、甜菜糖等的脱色精制用离子交换树脂效果很好与活性炭比较离子交换树脂脱色剂的优点是：反复使用周期长使 用方便。*)离子交换树脂的应

32、用a)水处理:水处理包括水质的软化、水的 脱盐和高纯水的制备等。发电厂等工厂所用的高压锅炉必须采用软化水即将 CaMg 等离子 去除的水。最方便、最经济的方法就是使用钠型阳离子交换树脂。其反应如下：RSONaCa=(RSO)CaNa*水在软化过程中仅硬度降低而总含盐量不变。当树脂交换饱和后可加入 NaOH 使之再生。再生后的树脂可重复使用。(RSO)CaNaOH=RSONaCa(OH)*纯水包括脱盐水、纯水和高纯水。去除或减少了水中强电解质的水称为脱盐水。脱盐水中剩余盐的含量约为mgL其C水的电阻率为XXQcm。若不仅除去全部强电解质而且将硅酸及 CO 等弱电解质也去除到 一定程度使水中的剩余

33、总盐量在mgL以下电阻率达到XXQcm则 称为纯水。*将几乎所有的电解质全部去除还将不解离的胶体、气体及有机物 去除到更低水平使含盐量达mgL以下电阻率在XQcm以上则称为高 纯水高纯水是当今电子工业不可缺少的原料之一。*连续床以移动床最为多见。移动床是指在整个离子交换过程中不仅被处理的水是流动的而且 树脂也是移动的。饱和的树脂被连续地送到再生柱和淋洗柱中进行再生和淋洗然后 送回交换柱进行交换。*b 冶金工业离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。 在铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过 渡金属的分离、提纯和回收方面离子交换树脂均起着十分重要的作 用。离子交换树脂还可用于选矿。

34、在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆中水的离子组成使浮选剂 更有利于吸附所需要的金属提高浮选剂的选择性和选矿效率。*c原子能工业离子交换树脂在原子能工业上的应用包括核燃料的 分离、提纯、精制和回收等。用离子交换树脂制备高纯水是核动力用循环、冷却、补给水供应 的唯一手段。离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方 法。*d 海洋资源利用利用离子交换树脂可从许多海洋生物（例如海带） 中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行和海岛上用离子交换树脂以海水制取淡水是十分经济 和方便的。*e 化学工业离子交换树脂在化学实验、化工生产上已经和蒸馏、 结晶、萃取和过滤一样成为重要的单元操作普遍用

35、于多种无机、有机 化合物的分离、提纯、浓缩和回收等。离子交换树脂用作化学反应催化剂可大大提高催化效率简化后处 理操作避免设备的腐蚀。*离子交换树脂的功能基连接上作为试剂的基团后可以当作有机 合成的试剂成为高分子试剂用来制备许多新的化合物。特点：控制及分离容易、副产物少、纯度高应用：有机化合物的 酰化、过氧化、溴化二硫化物的还原、大环化合物的合成、肽键的增 长、不对称碳化合物的合成、羟基的氧化等方面都已取得显著的效果。*在涂料中加入少量粉状阳离子交换树脂可使其更抗腐蚀延长使 用寿命。将少量阳离子交换树脂粉末加到表面容易产生静电的塑料中可消 除表面积累的电荷起到抗静电作用。*大孔型离子交换树脂能有

36、效地吸收气体因此可用于气体的净化 如聚乙烯吡啶树脂可以很好地去除空气中的二氧化硫气体。强酸型阳离子交换树脂能强烈地吸水可用作干燥剂吸收有机溶剂 或气体中的水分。*f 食品工业离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调 味品等食品加工中都有广泛的应用。在葡萄糖、蔗糖、甜菜糖的生产中都存在脱色、精制的问题利用 离子交换树脂可较容易地解决这些问题。*水质是酿制美酒的基本条件利用离子交换树脂可以很方便地改 进水质。利用大孔型树脂可进行酒的脱色、去浑、去除酒中的酒石酸、水 杨酸等杂质提高酒的质量。酒类经过离子交换树脂的去铜、锰、铁等离子可以增加贮存稳定 性。还可以利用离子交换树脂功能基的特性调节酒的

37、酸、碱性调节味 与香增加醇厚味道。*将离子交换树脂制成多孔泡沫状可用作香烟的过滤嘴以滤去烟 草中的尼古丁和醛类物质减少有害成分。用离子交换树脂可调节乳品的组成增加乳液的稳定性延长存放时 间。用它来控制调节牛奶中钙的含量可使牛奶成分更接近人乳。此外用离子交换树脂来除去乳品中离子性杂质如锶（Sr）、碘（I） 等污染物均是很成功的。*在味精生产中利用离子交换树脂对谷氨酸的选择性吸附可除去 产品中的杂质和对产品进行脱色。这一方法在国内亦已大规模地使用。*g 医药卫生离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。如在药物生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和 及中草药有效成分的提取等。离子交换树脂本身可作为药剂内服具有解毒、缓泻、去酸等功效 可用于治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射物质等。*对于外敷药剂用离子交换树脂粉末可配制软膏、粉剂及婴儿护肤 用品用以吸除伤口毒物和作为解毒药剂。将各种药物吸附在离子交换树脂上可有效地控制药物释放速率延 长药效减少服药次数。利用离子交换树脂吸水后体积迅速膨胀的特点将其与药剂混合制 成药片服后可迅速胀大崩解更快更好地发挥药物的作用。*