螯合树脂

功能团的一类呈树脂状的高聚物。 轻度交联，呈纤维、 薄膜以及各种织物状的 聚合物骨架 高聚物。
螯 合 树 脂
具有未成键孤对电子的 O、 N、S、 P、 As、 Se等原子，这些原子能以一对孤对电子与金
螯合功能基
属离子形成配位键。
• 螯合树脂吸附金属离子的机理：树脂上的功能原子与金
属离子发生配位反应，形成类似小分子螯合物的稳定结构。
结构
形态结构 螯合树脂一般为 球状、粉末状或 无定形状,也有 螯合纤维、织物 状和螯合膜等。 高分子链结构 一定程度的交联可 以保证树脂具有较 强的机械强度和耐 酸碱性,但交联度 过大则可能影响吸 附容量和吸附速度。 孔结构 保证一定的孔结 构有利于提高树 脂的比表面积， 也有利于特定金 属离子在树脂中 的扩散。 配体结构 根据软硬酸碱理论, 贵金属离子属于软 酸,易与含S、N原子 的软碱配体形成稳 定螯合物。
螯合树脂及絮凝剂
螯合树脂 简介
概念、结 构机理
分类、性 能、制备 方法
应用及发 展
概念回顾
螯合物： 是配合物的一种，在螯合物的结构中，一定
有一个或多个多齿配体提供多对孤对电子与中心体形成 配位键。 螯合效应：螯合剂与某些金属离子形成稳定的络合物 的效应
螯合树脂：是指含有能与金属离子形成螯合物（吸附金属离子）的分离
结构特征及用途
1.高分子骨架上连接有螯合基团（螯合基团连接在高分子的侧基上或高分子 骨架的主链上），对多种金属离子具有选择性螯合作用，因此可以对多种金 属离子有浓缩和富集作用 2.当螯合树脂与特定金属离子螯合后，还会出现许多特殊的物理化学性质， 被广泛作为催化剂、光敏材料和抗静电剂。
制备方法
螯合树脂的制备主要有两种合成路线：
特点：能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的
絮状团粒或团块。
类别： 1.无机絮凝剂
1） 无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两大类；铝盐以硫酸铝、 氯化铝为主，铁盐以硫酸铁、氯化铁为主。 2）改性的单阳离子无机絮凝剂，除常用的聚铝、聚铁外， 还有聚活性硅胶及其改性品，如聚硅铝(铁)、聚磷铝(铁）。
影响絮凝剂絮凝效果的因素
(1)水的pH值。水中的H和OH一参与絮凝剂的水解反应，pH值强烈影响 絮凝剂的水解速度、水解产物的存在形态和性能。絮凝剂,水处理药剂,阻 垢剂 (2)水温:水温影响絮凝剂的水解速度和矾花形成的速度及结构。混凝 的水解多是吸热反应，水温较低时，水解速度慢且不完全。但低温对高分 子絮凝剂的影响较小。使用有机高分子絮凝剂时，水温不能过高，高温容 易使有机高分子絮凝剂老化甚至分解生成不溶性物质，降低混凝效果。 (3)水中杂质成分。水中杂质颗粒大小参差不齐对混凝有利，细小而 均匀会导致混凝效果很差。杂质颗粒浓度过低往往对混凝不利，此时回流 沉淀物或投加助凝剂可提高混凝效果。水中杂质颗粒含有大量有机物时， 混凝效果会变差，需要增加投药量或投加氧化剂等起助凝作用的药剂。水 中的钙镁离子、硫化物、磷化物一般对混凝有利，而某些阴离子、表面活 性物质对混凝有不利影响
改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟 基、磷酸根等以增加配位络合能力，从而改变絮凝效果。其可能的 原因是：某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构及分布， 或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用。 3）改性的多阳离子无机絮凝剂，聚合硫酸氯化铁铝(PAFCS)在饮用水 及污水处理中，有着比明矾更好的效果；在含油废水及印染废水中 PAFCS比PAC的效果均优，且脱色能力也优；絮凝物比重大，絮 凝速度快，易过滤，出水率高；其原料均来源于工业废渣，成本较 低，适合工业水处理。铝铁共聚复合絮凝剂也属这类产品，它的生 产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统无机絮凝剂，来源广，生产 工艺简单，有利于开发应用。铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的 混合物，它是一种更有效地综合了PAC和FeCl3的优点，增强了去 浊效果的絮凝剂。
工作原理
絮凝沉淀法是选用无机絮凝剂（如硫酸铝）和有机阴离子型絮凝剂聚丙烯 酰铵（PAM）配制成水溶液加入废水中，便会产生压缩双电层，使废水中 的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花。 絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除废水中 的大量悬浮物，从而达到水处理的效果。为提高分离效果，可适时、适量 加入助凝剂。处理后的污水在色度、含铬、悬浮物含量等方面基本上可达 到排放标准，可以外排或用作人工注水采油的回注水。
4.4 医药卫生
（1）分离、提纯各种抗生素。 (2) 中草药有效成分的分离、提纯。 (3) 其它药物的提取。
发展方向：
新型螯合树脂的设计与合成、吸附理论研究的不断深入、应用研究推动 螯合树脂在实践中的应用等。
絮凝剂
概念：主要是带有正（负）电性的基团中和一些水中带有负（正）电性难 于分离的一些颗粒，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合 性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来。一般为达 到这种目的而使用的药剂，称之为絮凝剂。
高分子絮凝剂的作用
1.带电的絮凝剂可以与带相反电荷的微粒作用使电荷中和降低微粒的双电 层厚度，促进微粒间的相互碰撞。 2.一个分散微粒可以同时吸附两个以上的高分子链，在高分子链间起吸附 架桥的作用，由于高分子链包覆使微粒变大而加速沉降。 3.一个高分子链也可以同时吸附两个以上的微粒，高分子可以在多处与微 粒结合一同下降。
(4)絮凝剂种类。絮凝剂的选择主要取决于水中胶体和悬浮物的性质及浓 度。如果水中污染物主要呈胶体状态，则应首选无机絮凝剂使其脱稳凝聚， 如果絮体细小，则需要投加高分子絮凝剂或配合使用活化硅胶等助凝剂。 很多情况下，将无机絮凝剂与高分子絮凝剂联合使用，可明显提高混凝效 果，扩大应用范围。对于高分子而言，链状分子上所带电荷量越大，电荷 密度越高，链越能充分伸展，吸附架桥的作用范围也就越大，混凝效果会 越好。 (5)絮凝剂投加量。使用混凝法处理废水，其最佳絮凝剂和最佳投药量通 常要通过试验确定。一般普通铁盐、铝盐的投加范围是10～100mg/L，聚 合盐为普通盐投加量的1/2～1/3，有机高分子絮凝剂的投加范围是1～ 5mg/L。絮凝剂,水处理药剂,阻垢剂 (6)絮凝剂投加顺序。当使用多种絮凝剂时，需要通过试验确定最佳投加 顺序。一般来说，当无机絮凝剂与有机絮凝剂并用时，应先投加无机絮凝 剂，再投加有机絮凝剂。而处理杂质颗粒尺寸在50μm以上时，常先投加 有机絮凝剂吸附架桥，再投加无机絮凝剂压缩双电层使胶体脱稳。 (7)水力条件。在混合阶段，要求絮凝剂与水迅速均匀地混合，而到了反 应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长 机会，又要防止已生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐步减小，反应 时间要足够长
分类
一：根据配位原子分类 1.按配位原子的种类将螯合树脂分为含氧型、含氮型、含硫型、含磷型、含 砷型以及混合型螯合树脂。 2.按官能团可分为羧酸型(一COOH)、聚酯型(一COOR)、聚醚型 (一ROR’ 一)、聚胺型(一NH一)、胍基型 [一N(C—N)NH：]、席夫碱型(一C—N一)、 酰胺型(一CONH：)、氨基羧酸型[一NCH (COOH)：]、硫醇型(一SH)、聚硫 醚型(一RSR’一)、二硫羧酸型 (一CSSH)、硫脲型[一N(C—S)NH：]等。
3.微生物絮凝剂
微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，利用微生 物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所 获得的絮凝剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤 维素、DNA等高分子化合物，相对分子质量在105以上。 微生物絮凝剂絮凝范围广、絮凝活性高，而且作用条件粗放，大多不 受离子强度、pH值及温度的影响，因此可以广泛应用于污水和工业废水处 理中。微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点，在医药、食品加工、 生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。
二：根据组成螫合树脂的母体分类 根据组成螯合树脂的母体可将螯合树脂分为人工合成母体类和天然高分 子 材料类。人工合成母体类螯合树脂常见的有聚苯乙烯类、聚丙烯酸类、 聚乙烯醇类等；以天然高分子材料为母体的螯合树脂常见的有纤维素类、壳 聚糖类以及淀粉类等。
三：根据螫合基团在高分子链中的位置分类 根据螯合基团的位置在高分子主链中还是悬挂在高分子侧链上可以将螫合 树脂分为主链型、侧链型以及功能基同时存在于主链和侧链的螯合树脂。
4.2 环境保 护 螯合树脂在废水处理方面正起着越来越大的作用。如用大孔膦酸树脂
吸附Cd2+,研究发现动态吸附容量达162. 7mg/ g 树脂。 王耐冬等用巯基树脂处理味精厂废水时,发现在大量Zn2+ 存在下能有效 地分离了Cd2+ 。此外硫脲树脂在除Hg2+,4 - 氨基三氮唑树脂除Cr6+ 等方面 也具有很好的效果。
1.首先制备含有螯合基团的单体，再通过均聚、共聚、缩聚等聚合方法制 备。 2.利用接枝反应等高分子化方法将螯合基团引入天然或者合成高分子骨架。
应用及发展前景
优点：选择性好，不溶于酸碱溶剂、分离十分方便、合成简便、价格低廉、
吸附容量大、易洗脱、干扰少和稳定性好等。
缺点：受pH波动影响大、需要洗脱、对离子的选择性不理想以及成本过
M++ ch ch ch ch ch
M
ch
ch
M
ch
侧链型 ch M++
ch
ch
ch
ch
M
ch
ch
M
ch
主链型
式中，ch为功能基团，对某些金属离子有特定的络合能力，因此能将这 些金属离子与其他金属离子分离开来。
特点：
1. 相对小分子螯合剂而言，螯合树脂具有合成简便、 价格低 廉、 吸附容量大、 易洗脱、 干扰少、机械性能好和对于酸碱 及各种溶剂极为稳定等优点。 2. 相对离子交换树脂而言，螯合树脂与金属离子的结合能力 更强 ，选择性也更高。 3. 使用螯合树脂处理络合重金属离子有一定局限性：由于螯 合树脂不能通过有机物浸出络合的重金属离子，会对环境造 成二次污染
2.有机高分子絮凝剂
有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。有机高分子絮凝 剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团，具有链状、环 状等多种结构。因其活性基团多，分子量高，具有用量少，浮渣产量少， 絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好等特点，在处理炼油 废水，其它工业废水，高悬浮物废水及固液分离中阳离子型絮凝剂有着广 泛的用途。特别是丙烯酰胺系列有机高分子絮凝剂以其分子量高，絮凝架 桥能力强而显示出在水处理中的优越性。
高等。
4.1 制备Fra Baidu bibliotek纯水
螯合树脂在制备超纯水方面的应用占了很大的比例（微电子工业、半 导体工业以至原子能工业都需要超纯水）。 1988 年张政朴等把氨基膦酸树脂与Al3+ 、Fe3+ 的配合物用于饮用水 除氟的试验,发现F- 的平均去除率为72 %～78 % ,因此对高氟水地区人民 的身体健康带来了福音。
4.3 湿法冶金
对于有些金属离子昂贵、稀有, 如Ag+ 、Pt2+ 、Re2+ 、Au3+ 等， 有些金属离子有毒, 如Hg2+ 、Cu2+ 、Cd2+ 等 。 王耐冬等用共振二胺树脂对含铂废催化剂进行回收试验,已获初步成 功,回收率在95 %以上。 此外用不同性能的螯合树脂分别对金、铀、稀土及锌等金属进行吸附 , 均取得良好的结果。