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功能高分子材料-第二章-吸附分离高分子材料

第二章 吸附分离高分子材料 吸附分离高分子的发展简史 吸附分离功能高分子主要包括吸附树脂和离子交换树脂。从广义上讲,吸附分离功能高分子还应该包括高分子分离膜材料。但由于高分子分离膜在材料形式、分离原理和应用领域有其特殊性,因此将在第三章中详细介绍。 离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔型树脂的开发。20世纪50年代末,国内外包括我国的南开大学化学系在内的诸多单位几乎同时合成出大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比,大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点,因此很快得到广泛的应用。 从离子交换树脂出发,还引申发展了一些很重要的功能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在21世纪发挥重要的作用。 离子交换纤维是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同,但外观为纤维状,并还可以不同的织物形式出现,如中空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。 吸附树脂也是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型树脂,是指一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物,又称为高分子吸附剂。这类高分子材料具有较大的比表面积和适当的孔径,可从气相或溶液中吸附某些物质。 在吸附树脂出现之前,用于吸附目的的吸附剂已广泛使用,例如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶、分子筛、活性炭等。而吸附树脂是吸附剂中的一大分支,是吸附剂中品种最多、应用最晚的一个类别。 吸附树脂出现于上一世纪60年代,我国于1980年以后才开始有工业规模的生产和应用。目前吸附树脂的应用已遍及许多领域,形成一种独特的吸附分离技术。由于结构上的多样性,吸附树脂可以根据实际用途进行选择或设计,因此发展了许多有针对性用途的特殊品种。这是其他吸附剂所无法比拟的。也正是由于这种原因,吸附树脂的发展速度很快,新品种,新用途不断出现。吸附树脂及其吸附分离技术在各个领域中的重要性越来越突出。 吸附分离高分子材料是利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或化学作用(化学键、氢键或分子间作用力),使两者之间发生暂时或永久性结合,进而发挥各种功效的材料。 吸附分离材料广泛应用于物质的分离与提纯。 吸附剂:从液体或气体中选择吸附某些或某类分子的材料。 吸附剂不仅包括有机的高分子材料,也包括无机的材料,有人工合成的,也有天然或半天然的材料。 吸附质:被吸附的分子。 2.1 吸附树脂 吸附树脂是一类多孔性的、适度交联的高分子共聚物。 具有较大的比表面积和适当的孔径,可从气相或溶液中吸附某些物质。 吸附树脂与被吸附物质之间的作用主要是物理作用,如范德华力、偶极-偶极作用、氢键等较弱的作用力。 (3)强极性吸附树脂 强极性吸附树脂含有极性很强的基团,如吡啶、氨基、酰胺基、亚砜基、腈基等。亚砜类、聚丙烯酰胺类、氧化氮类、脲醛树脂类。 通过氢键作用和偶极-偶极相互作用进行,也称氢键吸附剂。 二、吸附树脂的制备技术及主要品种 吸附树脂通常是球形的微小颗粒,直径0.1-1.0mm。 要求具有一定的交联度,不易被溶解。 具有多孔性,具有足够的吸附面积。 成球和成孔技术。 (2)含极性基团的取代烯烃单体的悬浮聚合 含极性基团的烯烃单体如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺等可以用悬浮聚合技术合成球形材料。 通常在水相中加入食盐或加入非极性溶剂,增大与水相之间极性的差异,减少单体在水中的溶解度,从而尽量避免单体在水相或在两相界面上的非成球聚合。 交联剂二乙烯苯、甲基丙烯酸甘油酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺等。 丙烯酰胺极性较强的单体,必须采用反相悬浮聚合技术制备聚合物微球。通常以N,N-亚甲基丙烯酰胺为交联剂,以非离子表面活性剂为分散剂,使丙烯酰胺的饱和水溶液的液珠悬浮在有机相中进行聚合,可以得到规整性很好、表面光滑的交联聚丙烯酰胺球粒。 液体石蜡是一种理想的反相悬浮聚合有机相。 (3)水溶性单体的悬浮缩聚反应 利用缩聚反应制备吸附树脂所用的单体多为水溶性的,故反相悬浮缩聚反应进行成球聚合。反应相为水相,介质相为密度较大、粘度较高、化学惰性的有机液体,如氯苯、液体石蜡、变压器油、邻苯二甲酸二乙酯、四氯化碳等。 (4)线性高分子的悬浮交联成球反应 将水溶性高分子化合物和亲水性交联剂一起溶

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