37380-43-1 / 離子交換樹酯的種類、特點和應(yīng)用

背景及概述^[1]

離子交換樹酯是分子中含有活性基團(tuán)而能與其他物質(zhì)進(jìn)行離子交換的樹脂。通?？煞譃殛栯x子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。前者具有酸性功能團(tuán)(如磺酸基)而能與溶液中陽離子進(jìn)行交換;后者具有堿性功能團(tuán)(如氨基)而能與溶液中陰離子進(jìn)行交換。

制造過程一般可分兩階段(以苯乙烯型離子交換樹脂的合成為例)：(1)合成交聯(lián)高聚物母體。將苯乙烯和二乙烯苯經(jīng)懸浮共聚而制得交聯(lián)結(jié)構(gòu)的顆粒狀的苯乙烯-二乙烯苯共聚物，樹脂顆粒直徑為0.1～2.0毫米。單體中二乙烯苯的重量百分?jǐn)?shù)習(xí)慣上稱做“交聯(lián)度”。一般在4～12%。(2)引入具有離子交換能力的功能團(tuán)。顆粒狀樹脂用濃硫酸磺化，在高分子鏈的苯環(huán)上引入磺酸基，便成強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂;當(dāng)苯環(huán)上引入季銨鹽基時，便成為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂;引入螯合基團(tuán)如—N(CH₂COOH)₂則制得螯合離子交換樹脂。

表征離子交換樹脂交換能力的指標(biāo)有：(1)重量交換容量，即每克干樹脂所能交換離子的毫克當(dāng)量數(shù)[meq/g(干];(2)體積交換容量，即每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)(meq/ml)。

離子交換樹酯廣泛用于水、糖溶液、甘油等的凈化，金屬的回收，離子的分離和測定，以及用作有機(jī)合成的催化劑等。

種類^[2]

目前常用的離子交換樹脂根據(jù)基體的不同，主要分為兩大類，即苯乙烯樹脂和丙烯酸樹脂。上產(chǎn)品包括美國Rohm&Haas公司的Amberlite系列樹脂、美國Dow化學(xué)公司的Dowex系列樹脂、印度Thermax公司的Tulsion系列樹脂和英國Hallite公司的Purolite系列樹脂等。苯乙烯系樹脂是以苯乙烯為原料，與交聯(lián)劑二乙烯苯發(fā)生聚合反應(yīng)獲得的。它包括酸性離子交換樹脂，如Dowex50WX2、Dowex50WX4、AmberliteIRP69、Indion254、Indion284。堿性離子交換樹脂，如DuoliteAP143、Dowex1、Dowex2、AmberliteIR400、Indion454等。丙烯酸樹脂是以丙烯酸(酯)為原料，與交聯(lián)劑二乙烯苯發(fā)生聚合反應(yīng)獲得的。它主要為弱酸性離子交換樹脂，包括如AmberliteIRP64、AmberliteIRP88、Indion204、Indion214、Indion294、TulsionT-335等。

特點^[2]

離子交換樹脂在1935年被發(fā)現(xiàn)，是一類帶有功能基團(tuán)的多孔性高分子聚合物，發(fā)揮主要作用的功能基團(tuán)是以離子鍵與活性基團(tuán)結(jié)合的平衡離子，該平衡離子通過與離子型藥物交換，使藥物進(jìn)入離子交換樹脂骨架中而顯現(xiàn)各類優(yōu)點。離子交換樹脂的各種性能，如滲透能力、溶脹潛力、交換選擇性和動力學(xué)性質(zhì)也受其自身性質(zhì)多方面的影響，這些影響因素包括交聯(lián)度、交換容量、粒徑和孔隙度等。而交聯(lián)度作為評價離子交換樹脂大分子主鏈惰性骨架立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)性能的指標(biāo)對其自身性質(zhì)影響最大。文獻(xiàn)報道，交聯(lián)度越高，則樹脂的結(jié)構(gòu)越緊密，功能基反應(yīng)越難進(jìn)行，離子擴(kuò)散速率越慢，交換量降低，但樹脂對離子的選擇性會相應(yīng)增加。離子交換樹脂因具有上述特點，在藥劑學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究日趨廣泛。尤其自1956年Raghunathan提出可將離子交換樹脂作為藥物緩釋載體后，離子交換樹脂在藥物傳遞系統(tǒng)(DDS)中的應(yīng)用發(fā)展十分迅速，主要應(yīng)用在口服液體緩控釋給藥系統(tǒng)中，在經(jīng)皮、黏膜、鼻腔等給藥系統(tǒng)方面的應(yīng)用也有報道。國內(nèi)外大公司相繼運(yùn)用此項技術(shù)，制備了各類制劑。

應(yīng)用^[3]

1、離子交換樹脂在電鍍廢水處理中的應(yīng)用

據(jù)不完全統(tǒng)計，全國的電鍍生產(chǎn)每年排放4億t含重金屬廢水。目前，我國大部分電鍍廠都存在一定的污染情況。許多電鍍廠在生產(chǎn)電鍍以后，廢水處理不達(dá)標(biāo)就排放，甚至有的電鍍廠廢水處理系統(tǒng)癱瘓，這樣給環(huán)境的壓力就增大了許多，嚴(yán)重超過了環(huán)境的自主拯救系統(tǒng)?？梢?，處理好電鍍方面給環(huán)境施加的壓力，將大大改善我國的環(huán)境衛(wèi)生?，F(xiàn)在許多電鍍廠采用的還是一般的化學(xué)降解，這樣處理的結(jié)果不但費用高，而且還污染環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，在電鍍污水處理系統(tǒng)中引入離子交換樹脂是比較合適的，國外特別是歐盟90%以上的電鍍生產(chǎn)線(車間)采用的都是離子交換樹脂方法。其優(yōu)點是相當(dāng)可觀的:(1)根據(jù)離子交換樹脂的本身可以重復(fù)使用的特性，可以回收再生利用;(2)離子交換樹脂處理所需費用低;(3)離子交換樹脂制作簡單，比較省材料，因此工廠在制作時可以減少投資;(4)離子交換樹脂處理電鍍廢水機(jī)組也可用于電鍍后工件漂洗水中貴重金屬離子的回收。

2、離子交換樹脂在污酸凈化中的應(yīng)用

重金屬離子廢水經(jīng)過自身的反應(yīng)會使其產(chǎn)生酸性，這個環(huán)境帶來了極大的污染。在冶煉煙氣制酸工藝流程中，對冶煉煙氣降溫除塵至關(guān)重要。其主要工藝過程是:將煙氣中含有的固態(tài)或者液態(tài)懸浮顆粒和部分易溶于水的氣體通過與水逆向接觸從煙氣中分離出去。凈化除塵產(chǎn)生的廢水經(jīng)過固液分離之后產(chǎn)生上清液，工業(yè)上稱其為污酸。此時處理可用陽離子交換樹脂，這樣可以把其中的H+與樹脂的骨架結(jié)合，從而降低了污水中的酸性，另外樹脂可以再生，大大減少了成本。這樣可以減少生活中的酸污染，減少酸污染可以使我國減少霧霾，酸雨等現(xiàn)象。

3、離子交換樹脂在環(huán)境保護(hù)中的作用

離子交換樹脂的技術(shù)在我國已經(jīng)發(fā)展到了一定的地步，基于它的作用以及現(xiàn)在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，把國家建設(shè)成綠色環(huán)保，21世界的綠色世界，我們把它投入環(huán)境保護(hù)行列。處理污水，處理污酸，減少酸霧，減少霧霾，這樣就可以是我國環(huán)境得到進(jìn)一步的改善。水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。這些都是在環(huán)境上的應(yīng)用，大大改善了我們現(xiàn)在的環(huán)境，基于這些，離子交換樹脂將會越來越廣泛的被應(yīng)用。

4、用于去離子水的制備

現(xiàn)在我們生活中飲用的大部分是自來水，，而自來水中常含有一些雜質(zhì)，主要是無機(jī)鹽，如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^－和NO₃^－等。為了除去這些離子制備去離子水，可以先將強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂處理成氫型，將強(qiáng)堿性陰離子樹脂處理成氫氧型，先讓待純化的水通過陽離子交換樹脂柱，這樣就除去水中的各種陽離子，然后再讓除去陽離子的水通過陰離子交換樹脂柱，以交換除去水中的各種陰離子。另外此樹脂可以再生，當(dāng)樹脂上的活性基團(tuán)被水中交換上的離子飽和后，可以用強(qiáng)酸強(qiáng)堿分別洗脫陽柱和陰柱上的這些離子，是樹脂恢復(fù)交換能力。這樣使我們的應(yīng)用水軟化的方法不僅節(jié)約了費用，更對我們的生活質(zhì)量有所提高。

參考文獻(xiàn)

[1]化學(xué)詞典

[2]孫艷冬,張然然,趙源,陸偉根.離子交換樹脂作為藥物載體的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2016,47(06):802-806.

[3]韓春雨,李雅靜,吳俊鵬.離子交換樹脂最新發(fā)展趨勢及應(yīng)用[J].山東化工,2014,43(07):64+66.