新型功能材料----分离材料
功能高分子材料-第三章-高分子分离膜..
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膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选 择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新 型分离技术。
◆ 第四道：RO逆渗透系统 美国高科技的RO逆渗透膜，去 除重金属离子杂质，有效去除过滤性病毒及细菌等有害物 质：
◆ 第五道：后置活性炭系统 高密度活性炭（T33）提高和增 加活净水口感，使水质更加甘甜可口，补充人体所需微量 元素和矿物质。
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开发膜组件的几个基本要求：
◆ 适当均匀的流动，无静水区； ◆ 具有良好的机械稳定性、化学稳定性和热稳
分离的类型包括同种物质按不同大小尺寸的 分离；异种物质的分离；不同物质状态的分离等。
在化工单元操作中，常见的分离方法有筛分、 过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。 然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、 生物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难 以实现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能 源而无实用价值。
纤维素酯类材料易受微生物侵蚀，pH值适应 范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。 因此发展了非纤维素酯类（合成高分子类）膜。
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二、聚砜类
O
聚砜结构中的特征基团为 S
O
聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲 酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲 基亚砜等。
聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解 稳定性，强度也很高，pH值适应范围为1～13， 最高使用温度达120℃，抗氧化性和抗氯性都十 分优良。因此已成为重要的膜材料之一。
高分子定义及简介
功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。
近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％。
按照功能来分类1化学功能离子交换树脂、螯合树脂、感光性树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、高分子增感剂、分解性高分子等.2.物理功能导电性高分子（包括电子型导电高分子、高分子固态离子导体、高分子半导体）、高介电性高分子（包括高分子驻极体、高分子压电体）、高分子光电导体、高分子光生伏打材料、高分子显示材料、高分子光致变色材料等.3.复合功能高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等.4.生物、医用功能抗血栓、控制药物释放和生物活性等 .按照功能特性通常可分成以下几类（1）分离材料和化学功能材料（2）电磁功能高分子材料（3）光功能高分子材料（4）生物医用高分子材料编辑本段离子交换树脂它是最早工业化的功能高分子材料。
经过各种官能化的聚苯乙烯树脂，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一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、海水炎化、废水处理、甘露醇、柠檬酸糖液的钝化、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。
编辑本段高分子催化剂和高分子试剂催化生物体内多种化学反应的生物酶属于高分子催化剂。
它具有魔法般的催化性能，反应在常温、常压下进行，催化活性极高，几乎不产生副产物。
目前，人们试图用人工合成的方法模拟酶，将金属化合物结合在高分子配体上，开发高活性、高选择性的高效催化剂，这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂。
共价有机框架化合物
共价有机框架化合物共价有机框架化合物是近年来备受研究关注的一类新型功能材料。
其独特的分子结构和丰富的性质使其在催化、分离、能源等领域具有广泛的应用前景。
本文将对共价有机框架化合物的定义、研究现状以及应用进行探讨。
一、定义共价有机框架化合物简称COFs，是一类由有机分子通过共价键形成的二维或三维网络结构。
其分子结构中含有多个功能基团，可形成具有孔道和表面活性中心的材料。
与传统的无机材料和有机分子材料相比，COFs具有独特的结构和性质，包括高度可控性、多孔性、可重复性等。
二、研究现状当前，COFs的研究主要集中在以下几个方面：1.合成方法COFs的合成方法包括基于聚合物的方法、基于配位反应的方法、基于无机模板的方法等。
其中，基于聚合物的方法是目前最常用的一种方式，通过有机分子自身的聚合来构建COFs。
2.结构调控COFs的结构调控是实现其物理和化学性质调控的关键。
研究人员通过引入具有不同性质的有机分子或功能基团，调节COFs的孔径大小、孔径结构、表面性质等，以满足不同领域的应用需求。
3.应用前景COFs在催化、分离、能源等领域具有广泛的应用前景。
例如，COFs作为催化剂可用于制备高附加值化合物；COFs作为分离材料可用于分离有机分子、气体分子等；COFs作为电极材料可用于锂离子电池、超级电容器等。
三、应用举例1. COFs在催化领域的应用Tanaka等人制备了一种铜-酞菁COFs，在催化芳基硫醚化反应中，表现出优异的反应活性和高度选择性。
此外，由于其结构可控性，研究人员还可以通过结构设计优化催化剂的催化性能。
2. COFs在分离领域的应用Chen等人制备了一种二咯-脲COFs，使用其作为载体固定铜离子，成功实现了对氨基酸的分离。
由于COFs具有可控的孔道结构和表面性质，有望成为一种新型的分离材料。
3. COFs在能源领域的应用Liu等人利用COFs作为锂离子电池的电极材料，制备出高性能的锂离子电池。
基于贻贝仿生化学的分离功能材料
基于贻贝仿生化学的分离功能材料张培斌;唐安琪;路景驭;朱宝库;朱利平【摘要】In the past decade,mussel-bioinspired surface chemistry has been an interdisciplinary research hotspot in material science,chemistry and biomedicine etc.Dopamine behaves like mussel foot proteins and is able to develop into polydopamine (PDA) nanocoating and nanoparticles with various functions by complicated oxidation,self-polymerization and further self-assembly.PDA nanomaterials have found a variety of applications in separation,adsorption,biomedical and bioadhesives etc.In recent years,we have made many efforts on the preparation and structure control of mussel-bioinspired separation materials.In our works,for the firsttime,mussel-inspired PDA deposition was introduced to surface construction and functionalization of polymeric porous membranes.A simple model on dopamine evolution and deposition on solid-liquid interface was proposed.Furthermore,a novel thin-film composite nanofiltration(NF) membrane with PDA coating as the active separation layer was developed.These works pioneered a new and simple way of membrane surface functionalization and NF membrane preparation.The aim of this article is to review and highlight the progress of mussel-bioinspired separation materials,especially polymeric separation membranes.%贻贝仿生的表面化学是近年来材料学、化学、生物医学等领域的交叉研究热点.多巴胺可以作为贻贝足丝蛋白(Mfp)超强黏附特性的模型分子,通过复杂的氧化-自聚和组装,形成多种功能的聚多巴胺(PDA)纳米涂层和纳米粒子,在分离膜、吸附材料、生物医用材料、生物黏结剂等领域有着广阔的应用前景.本研究小组近年来持续开展了基于贻贝仿生化学的分离功能材料制备与结构调控的研究工作,率先将多巴胺表面沉积方法应用于多孔分离膜表面的构建与功能化,提出了多巴胺的自聚-沉积过程模型,进而验证了PDA沉积层的纳滤分离特性,建立了一条简单方便的膜表面功能化与纳滤膜制备新途径.本文主要对基于贻贝仿生化学的分离功能材料,特别是分离膜的研究进展进行综述,并对将来的发展趋势进行展望.【期刊名称】《功能高分子学报》【年(卷),期】2017(030)001【总页数】14页(P1-14)【关键词】贻贝仿生化学;多巴胺;分离膜;表面沉积【作者】张培斌;唐安琪;路景驭;朱宝库;朱利平【作者单位】浙江大学高分子科学与工程学系,高分子合成与功能构造教育部重点实验室,杭州310027;浙江大学高分子科学与工程学系,高分子合成与功能构造教育部重点实验室,杭州310027;浙江大学高分子科学与工程学系,高分子合成与功能构造教育部重点实验室,杭州310027;浙江大学高分子科学与工程学系,高分子合成与功能构造教育部重点实验室,杭州310027;浙江大学高分子科学与工程学系,高分子合成与功能构造教育部重点实验室,杭州310027【正文语种】中文【中图分类】O631.2近年来,受贻贝足丝蛋白(Mfp)超强黏附特性启发的表面化学受到众多学者的关注,成为仿生学、化学、材料学、生物医学等领域的交叉研究热点。
1.功能材料概论
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一般认为，新材料有晶须材料、非晶材料、 一般认为，新材料有晶须材料、非晶材料、超 材料 材料 塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材 塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材 材料 陶瓷 材料、 材料等。 超导材料 碳纤维、能量转换材料等 料、超导材料、碳纤维、能量转换材料等。 新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料 新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 已经从结构材料转向功能材料。
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2、电学功能材料 例：防静电材料 磁带、 3、磁学功能材料 例：磁带、磁盘 音响设备、 4、声学功能材料 例：音响设备、仪器 高结晶材料、 5、力学功能材料 例：高结晶材料、超高强材料 显示、 6、热学功能材料 例：显示、测量 7、化学功能材料 分离功能材料 分离膜、 ①分离功能材料 例：分离膜、离子交换树脂 反应功能材料 高分子试剂、 ②反应功能材料 例：高分子试剂、高分子催化剂 生物功能材料 固定化酶、 ③生物功能材料 例：固定化酶、生物反应器 人工肾、 8、生物医学功能材料 例：人工肾、人工心肺 9、核功能材料
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1.1.3 功能材料的分类
目前主要是根据材料的物质性、或功能性、 目前主要是根据材料的物质性、或功能性、应用性 材料的物质性 进行分类。 进行分类。 （一）根据材料的物质性进行分类 1、金属功能材料 、 2、无机非金属功能材料 、 3、有机功能材料 、 4、复合功能材料 、
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（二）根据材料的功能性进行分类 按照材料的物理化学功能进行分类： 按照材料的物理化学功能进行分类： 1.光学功能材料 按在具体应用中所发挥的效能和作用） 光学功能材料（ 1.光学功能材料（按在具体应用中所发挥的效能和作用） 磷酸二氢钾、硫化锌、 ①非线性光学材料 例：磷酸二氢钾、硫化锌、碘酸钾 ②发光材料 例：高效稀土发光材料 尖晶石、 ③红外光学材料 例：尖晶石、蓝宝石 卤化银、 ④感光材料 例：卤化银、CdS等 等 红宝石、 ⑤激光材料 例：红宝石、氟化物晶体 半导体、磁性体、 ⑥光电功能材料 例：半导体、磁性体、电介质材料 ⑦声光功能材料 例：PbMoO4、TeO2、用于制造调制器等 、 、 ⑧磁光材料 例：尖晶石铁氧体 碲合金、 ⑨光记录材料 例：碲、碲合金、稀土类合金
功能材料概论10(功能高分子材料)
其次，酶的固化在一定程度上提高了酶的稳定性，适应反应条件 的能力提高。
另外，酶的固化还使均相反应转变成多相反应。简化了反应步骤， 使酶促反应可以实现连续化、自动化 。
9.3定化方法有化学法和物理法两大类。
化学方法有：利用酶分子上的-SH、-OH、NH2、咪唑基等， 将酶通过化学键连接到合成的或天然的高分子载体上的共价键 结合法；作为载体的高分子必须含有能与上述基团反应的功能 基，如-F、-COCl、-SO2Cl、-NCO、-NCS、-CHO等。 用交联剂通过化学键将酶分子交联起来成为不溶性物质的交联 法。 物理方法有包埋法和吸附法。
1. 在有机合成中的应用 （1）光学纯氨基酸的合成 合成L—蛋氨酸，采用常规方法合成仅能获得外消旋体产物，而 采用从Aspergillus aryzae菌中提取的酰化氨基酸水解酶作为催化 剂，将此酶用物理吸附的方法固化在N，N-二乙基胺乙基葡聚糖 树脂上，再将这种固化有酶催化剂的树脂装入反应柱中，使N乙 酰基-D，L-蛋氨酸外消旋体通过反应柱进行脱乙酰基反应，在柱 的出口处将得到光学纯的L蛋氨酸。而且该反应柱可以连续反复 使用。
（3）复合功能 高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子染料、高 分子稳定剂、高分子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等。 （4）生物、医用功能 抗血栓、控制药物释放和生物活性等 。
2. 从制造和结构的角度考虑：
结构型功能高分子 复合型功能高分子
3. 按照功能特性通常可分成以下几类：
9.3 固定化酶
9.3.1 固定化酶的优点
酶是一种分子量适中的蛋白质，由各种氨基酸连接而成，存在于 所有活细胞中，是生命过程中化学反应中的天然催化剂，在生物 体内进行的化学反应，几乎全部是由酶催化的。
新型功能材料
二、功能梯度材料
功能梯度材料（Functionally Graded Materials，简称 FGM）是指构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向 由一侧向另一侧呈连续梯度变化，从而使材料性质和 功能也呈梯度变化的一种新型材料。这种材料的概念 是由日本学者平井敏雄等人于1986年首先提出的，该 材料的应用目标主要是航天飞机的防热系统和发动机。 与宏观均质复合材料相比，功能梯度材料的成分和结 构在每一处都是有控制地连续改变的。其特点是构成 材料的组成、显微结构（陶瓷、金属、显微气孔等） 不仅是连续分布、适应环境，而且是可以控制的。
所谓梯度功能材料（functional gradient materials ）是指材料的组成和结构从材 料的某一方位一维二 维或者三维）向另一 方位连续地变化，使材料的性能和功能也 呈现梯度变化的一种新型的功能性材料 。 它是指一类组成结构和性能在材料厚度或 长度方向连续或准连续变化的非均质复合 材料。
李益民等人分别采用无压SHS 法及爆炸固 结+SHS两种方法制备了完整的Al2O3系梯 度材料。结果表明，用无压SHS法制备的 FGM致密度比较低，只有82％，而且材料 各个方向收缩率不同，轴向收缩较多，径 向收缩不均匀；而采用爆炸固结＋SHS 法 制备的FMG的致密度达到９４％，制品完 整无裂纹。
鉴于FGM具有组成和显微结构连续变 化、适应环境和可设计性的特点，其应用 领域已从航空航天拓展到核能、生物医学、 机械、石油化工、信息、民用及建筑等其 他诸多领域。
FGM的研究主要包括材料设计、材料制备和 材料特性评价等三个部分，三者相辅相成。
FGM的设计：首先根据材料的实际使用要 求，进行材料内部组成和结构的梯度分布 设计。在设计时，以知识库为基础选择可 供合成的材料组成和制备技术，然后选择 表示梯度变化的分布函数，并以材料基本 物性数据库为依据进行功能（温度、热应 力等）的解析计算，最后将最优设计方案 提交材料合成部门。
第七章新型功能材料
第七章新型功能材料
(3) 用于军事目的
① 防红外伪装涂层 红外伪装的最基本原理是降低和消除目标和背景的辐射差
别，以降低目标被发现和识别的可能性。 ② 红外诱铒器
红外诱铒器作为对付红外制导导弹的一种对抗手段，正受 到重视。选择不同辐射频率的材料做成的红外诱铒器可以模 拟各种武器装备的红外辐射特征，更好地发挥红外诱铒假目 标的作用。
第七章新型功能材料
激光具有下列特点：
(1)相干性好，所有发射的光具有相同的相位。 (2)单色性好：因为光学共振腔被调谐到某一特定频率后， 其它频率的光受到相消干涉。 (3)方向性好：光腔中不调制的偏离轴向的辐射经过几次反 射后被逸散掉。 (4)亮度高：激光脉冲有巨大的亮度，激光焦点处的辐射亮 度比普通光强108 ～1010倍。
第七章 新型功能材料
第一节 光学功能材料 第二节 电功能材料 第三节 功能转换材料
第七章新型功能材料
7.1 光学功能材料
7.1.1 激光材料
自第一台激光器诞生后，激光技术便成为一门新兴科学 发展起来，并且激光的出现又大大促进了光学材料的发展。 1、激光的产生及特点
当激光工作物质的粒子(原子或分子)吸收了外来的能量 后，就要从基态跃迁到不稳定的高能态，很快无辐射跃迁 到一个亚稳态能级。当亚稳态粒子数大于基态粒子数时， 即实现粒子数反转分布，粒子就要跌落到基态并放出新的 光子。这样便起到了放大作用。如果光的放大在一个光谐 腔内反复作用，便构成光振荡，并发出强大的激光。
第七章新型功能材料
7.1.2 红外材料
红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关 的一些材料。
战略新兴产业新材料部分
二、新材料1、特种金属功能材料1.1稀土功能材料高磁能积新型稀土永磁材料，高矫顽力、耐高温钕铁硼磁体及钐钴磁体，各向同性钐铁氮粘结磁粉及磁体，显示、照明等行业应用的稀土三基色荧光粉，白光LED用荧光粉，陶瓷金卤灯发光材料，高档稀土抛光粉、石油裂化催化材料、汽车尾气净化催化材料，动力电池用稀土储氢合金、低自放电型稀土储氢合金、高容量型稀土储氢合金、稀土磁致冷材料。
1.2稀有金属材料硬质合金涂层材料，功能梯度硬质合金和高性能钨钼材料，原子能级锆管、银铟镉控制棒材。
2、高端金属结构材料2.1高品质特殊钢及高温合金超超临界火电机组用特殊钢，高速列车和风电机组等重大装备用轴承钢，变压器和电机用超低铁损高硅电工钢，新一代核电装备用特殊钢，高性能耐磨钢与高速工具钢，晶界强化技术，氧化物弥散强化技术，新一代钛基、铁基、镍基、钴基高温合金。
2.2新型轻合金材料高洁净、高均匀性合金冶炼和凝固技术，大型材等温挤压、拉伸与校正技术，高性能铝合金、镁合金和钛合金材料，大型钛板、带材和焊管材料。
3、先进高分子材料3.1工程塑料新型工程塑料与塑料合金、新型特种工程塑料、阻燃改性塑料、通用塑料改性材料、汽车轻量化热塑性复合材料、新型聚氨酯材料，新型聚烯烃树脂，聚苯醚类树脂。
3.2高性能膜材料生物功能和仿生分离膜材料，质子膜材料，离子交换膜，功能高分子膜材料，均相系列荷垫膜，聚烯烃类微滤膜，液体脱气膜，汽液相分离膜，膜内转印用膜，氯碱用膜材料，海水、苦咸水及中水处理用反渗透膜材料及组件，渗透气化和蒸汽渗透分离膜材料，其他功能膜材料。
3.3其它功能性高分子材料烷氧基硅烷、液体硅橡胶、空间级硅橡胶、硅油、彩色喷墨打印涂料、氟硅粘结剂等功能性有机硅材料，高档聚四氟乙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯、氟橡胶等功能性有机氟材料，电子级环氧树脂、电子用聚酰亚胺树脂。
4、高性能复合材料4.1高性能纤维及复合材料高性能碳纤维及其复合材料，高强玻璃纤维、连续玄武岩纤维、陶瓷纤维等无机非金属高性能纤维及其复合材料，芳纶、超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料；芳砜纶纤维，聚苯硫醚纤维，聚四氟乙烯纤维，聚酰亚胺纤维、酚醛纤维等具有耐腐蚀、耐高温、高强高模、抗燃、传导等功能的新型纤维。
新型功能(光电磁声热力)材料
(f)材料的体因素对发射率的影响 材料的体因素包括材料的厚度、填料的粒径和含量等等。对 某些材料，如红外线透明材料或半透明的材料，其发射率值还与 其体因素有关。原因是红外线能量在传播过程中材料的吸收所致。 (g) 材料的发射率随工作时间而变化 在工作条件下，由于与环境介质发生相互作用或其他物理化 学变化，从而引起成分及结构的变化，将使材料的发射率改变。
一般说金属导电体的值较小，电介质材料的值较高。存在这 种差异的原因与构成金属和电介质材料的带电粒子及其运动性直 接有关。带电粒子的特性不同，材料的电性和发射红外辐射的性 能就不一样，而这往往与材料的晶体结构有关。 例如：氧化铝、氧化硅等电介质材料属于离子型晶体，它主 要靠正、负离子的静电力结合在一起；碳化硅、硼化锆、氮化锆 等材料属于共价晶体，它们是靠两个原子各自贡献自旋相反的电 子，共同参与两个原子的束缚作用；铝等金属晶体的结构可以看 作是正离子晶格内自由电子把它们约束在一起。显然，在晶格中 存在杂质、缺陷时，都会影响晶体的结构参数，使材料的发射率 发生变化。
激光的特点
1. 相干性好，所有发射的光具有相同的相位； 2. 单色性纯，因为光学共振腔被调谐到某一特定频率后，其他频 率的光受到相消干涉； 3. 方向性好，光腔中不调制的偏离轴向的辐射经过几次反射后被 逸散掉； 4. 亮度高，激光脉冲有巨大的亮度，激光焦点处的辐射亮度比普 通光高108~1010倍。
这种发出的辐射在短波段主要与其电子的跃迁有关，在长波 段则与其晶格振动特性有关。红外加热技术中的多数辐射材料， 发出辐射的机制是由于分子转动或振动而伴随着电偶矩的变化而 产生的辐射。因此，组成材料的元素、化学键形式、晶体结构以 及晶体中存在缺陷等因素都将对材料的发射率发生影响。
(a) 材料本身结构对其发射率的影响
新型功能材料概论
1
“863”计划：把新型材料定为我国高新技术规划的 7个主要研究领域之一
“973计划”：进一步把功能材料技术作为重点的研 究项目。
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2
本章介绍目前国内外迅速发展的各种新型功能材 料的组成、结构、性能、制备和应用，着重论述反映当 代功能材料科学发展的主要前沿领域。如：智能材料、 形状记忆材料、梯度功能材料、储氢材料、功能陶瓷材 料、超导材料、磁性材料、信息材料、光学功能材料、 功能复合材料、生物医用材料等。
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一.大力发展新材料 1.加快发展电子信息材料 2.注重发展高性能的结构材料 3.努力发展新能源材料和节能材料 二.加强科技创新能力 三.加速新材料研究成果向现实生产力的转化 四.加强国际交流和合作
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化石能源的有限性与人类需求的无 限性－石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至 数百年内枯竭！！！
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（4）功能材料是利用现代化的技术，多学科交叉 的知识密集型产物。
（5）功能材料的制备技术不同于结构材料的传统 技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如 急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微 型化、密集化、智能化以及精细控制和检测技术。
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发展
20世纪60年代：微电子工业促进了半导体材料的 迅速发展。
光导纤维手术头灯
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内窥镜
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用途
复合结构材料
以其力学性能如强度、刚度、 形变等特性为工程所应用，主要 用于结构承力或维持结构外形。
复合功能材料
新型高分子材料有哪些
新型高分子材料有哪些摘要：材料是现代文明和技术进步的基石。
今年来，高分子科学技术迅速发展。
特别是具有优异功能的合成高分子材料在很多领域发挥着重要作用。
随着信息时代的到来，高分子材料的要求会越来越高，不再是仅仅满足当前材料实用性要求。
于是，新型高分子材料的开发更加急迫。
关键词：新型高分子材料1、新型高分子材料的分类 1.1高分子分离膜高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择透过性功能的半透性薄膜。
与以温度梯度、压力差、电位差或浓度梯度为动力,使液体混合物、气体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有高效、省能和洁净的特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。
膜的形式有多种,一般用的是空中纤维和平膜。
应用高分子分离膜的推广可以获得巨大的经济效益和社会效益。
1.2高分子磁性材料高分磁性材料是人类在开拓磁与高分子聚合物新应用领域的同时,赋予磁与高分子传统应用以新的涵义和内容的材料之一。
早期的磁性材料源于天然磁石,后来才利用磁铁矿烧结或铸造成为磁性体。
现在工业常用的磁性材料有稀土类磁铁、铁氧体磁铁和铝镍钻合金磁铁等三种。
它们的缺点是硬且脆加工性差。
为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于橡胶或塑料中制成的高分子磁性材料。
这样制成的复合型高分子磁性材料,不仅比重轻，容易加工成复杂形状、尺寸精度高的制品,还能与其它的元件一体成型。
因而这样的材料越来越受到人们的关注。
高分子磁性材料主要可分为结构型和复合型两大类。
目前具有实用价值的主要是复合型。
1.3光功能高分子材料所谓光功能高分子材料指的是能够对光进行吸收、透射、转换、储存的一类高分子材料。
这类材料主要包括光记录材料、光导材料、光加工材料、光转换系统材料、光学用塑料、光导电用材料、光合作用材料、光显示用材料等。
光功能高分子材料可以制成品种繁多的线性光学材料,像普通的安全玻璃、各种棱镜、透镜等。
利用高分子材料曲线传播的特性,又以开发出非线性的光学元件,如塑料光导纤维等。
分离性功能高分子材料
冶金
分离性功能高分子材料可用于金 属离子的提取、分离、精制等处 理。例如，萃取树脂可以用于铜、 锌等金属离子的提取和分离；高 分子膜可以用于盐水的浓缩和分
离
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谢谢欣赏
主讲：xxx
12
10
用于水处理、食品加工、医药等领域。例如，
用于水处理的离子交换树脂可以去除水中的硬
度离子(如钙、镁等)，使水质软化
萃取树脂
*
高分子膜
高分子膜是一种具有选择透过性的薄膜，可用
项 目4 10
项 目2 10
于分离、浓缩和纯化气体和液体。例如，反渗
透膜可以用于海水淡化，超滤膜可以用于食品
工业中的浓缩和分离
3 应用领域
医药
分离性功能高分子材料可用于药 物的分离、纯化、提取等处理。 例如，色谱分离树脂可以用于蛋 白质、抗生素等物质的分离和纯 化；吸附树脂可以用于药物的有
效成分的提取和分离
环保
分离性功能高分子材料可用于废 水的处理、有害物质的吸附等环 境保护领域。例如，吸附树脂可 以用于废水中的有害物质的吸附 和处理；高分子膜可以用于废水
分离性功能 高分子材料
2
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目录
CONTENTS
1
种类
2
制备方法
3
应用领域
0 分离性功能高分子材料
1
分离性功能高分子材料是一种具有特殊分离性 能的高分子材料
2
这些材料在食品、医药、环保等领域中具有广
泛的应用
3
下面将对分离性功能高分子材料的种类、制备 方法、应用领域等方面进行详细介绍
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1 种类
1 种类
分离性功能高分子材料 可以根据其功能和应用
mofs材料
mofs材料MIL 系列MOFs 材料的应⽤研究进展[摘要]⾦属有机⾻架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料是⼀种新型功能材料。
MIL 系列材料作为MOFs 材料的典型代表之⼀，有着⼴泛的应⽤前景。
⽂章讨论了MIL 系列材料在⽓体的储存和分离、多相催化、药物的存储和缓释以及光电磁等⽅⾯的应⽤，并对MIL 系列新型多功能材料研究的发展趋势进⾏了展望。
[关键词]MIL 系列材料；⽓体存储分离；储氢；催化剂；药物存储和缓释⾦属有机⾻架（Ｍｅｔａｌ－ＯｒｇａｎｉｃＦｒａｍｅｗｏｒｋｓ，ＭＯＦｓ）材料是由含有氧／氮元素有机配体和过渡⾦属离⼦连接成的多维⽹状⾻架材料，属于微孔或中孔材料［１］。
它是以⾦属有机化学和超分⼦配位化学为理论，在⾦属磷化物和沸⽯的基础上快速发展起来的材料。
由于其⾻架结构、化学和物理性质独特，并具有⼴阔的潜在应⽤前景，⽽成为近２０年来多国研究⼈员的研究开发的热点之⼀。
⾄今为⽌，研究⼈员已合成许多种ＭＯＦｓ材料，由于制备ＭＯＦｓ材料的有机配体与⾦属离⼦可按照材料官能团、孔道⼤⼩及形状等性能来选择，且有机连接配体通过离⼦键与四价⾦属离⼦在内的⼤多过渡⾦属元素相结合［２－３］，这使合成新的ＭＯＦｓ材料有⽆限种可能。
通过调变⾦属离⼦与不同有机配体可络合成不同孔径、不同结构的ＭＯＦｓ材料，因⽽ＭＯＦｓ材料具有⾼孔隙率、结构有序、孔尺⼨可控、强的化学稳定性和热稳定性等性能，使得它在⽓体吸附与分离、有机催化、传感器与驱动器、药物缓释、光学材料等⽅⾯都展⽰出了诱⼈的⽤前景。
其中，MIL 系列材料是由法国凡尔赛⼤学Férey 教授课题组最先合成的，MIL 系列材料可分为两类，⼀类是镧系和过渡⾦属元素与戊⼆酸、琥珀酸等⼆元羧酸合成的；另⼀类是由三价的铬、铁、铝或钒等⾦属与对苯⼆甲酸或者均苯三甲酸等羧酸合成的。
MIL 系列材料有着巨⼤的⽐表⾯积和稳定的结构特征，近年来受到了科研⼯作者的⼴泛关注。
功能材料
一功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。
从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下几类:1． 力学性能：主要是指强化功能材料和弹性功能材料。
如高结晶材料，超高强材料等等。
2． 物理化学功能(1)电学功能材料：如超导体，导电高分子等等。
(2)光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等。
(3)能量转换材料：如压电材料、光电材料。
3． 化学功能(1)分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物。
(2)反应功能材料：如高分子试剂、高分子催化剂等等。
(3)生物功能材料：如固定化酶，生物反应器等等。
4． 生物化学功能(1)医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨丁、骨板等等。
(2)功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等等。
(3)生物降解材料功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。
功能设计，就是赋予材料以一次功能或二次功能特性的科学方法。
以高分子材料为例，其主要途径是：（1）通过分子设计合成新功能。
包括高分子结构设计和官能团设计，是使高分子材料获得具有化学结构本征性功能特征的主要方法，因而又称为化学方法。
（2）通过特殊加工赋予材料以功能特性，又称为物理方法。
（3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料进行复合获得新功能。
（4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。
官能团的性质对材料性质的影响1) 骨架起主要作用2) 官能团起主要作用3) 骨架与官能团互相结合而发挥作用4) 官能团起辅助作用功能材料的制备方法（论述题）功能材料的制备一般是通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。
总体上讲功能材料的制备主要有三种基本类型：1．功能性小分子固定在骨架材料上2．大分子材料的功能化3．已有的功能材料的功能扩展聚合物包埋小分子另一类制备方法是在单体中引入小分子化合物，通过聚合过程将小分子包埋在聚合物中。
弱阳离子交换磁珠-概述说明以及解释
弱阳离子交换磁珠-概述说明以及解释1.引言1.1 概述弱阳离子交换磁珠是一种新型的功能材料，可以广泛应用于生物、化学等领域。
它是通过将弱阳离子交换剂固定在磁性珠子表面，形成的一种功能性颗粒。
弱阳离子交换磁珠具有良好的吸附能力和分离效果，可以用于分离、富集和纯化目标物质。
弱阳离子交换磁珠的原理是利用弱阳离子交换剂与目标物质间的相互作用力，实现目标物质的选择性吸附。
在吸附过程中，磁珠可以通过外加磁场进行快速固液分离，使目标物质能够高效地被收集和提取。
这种原理使得弱阳离子交换磁珠在样品处理和分析中具有广泛的应用前景。
弱阳离子交换磁珠在生物学领域中被广泛应用于蛋白质纯化、富集和鉴定。
它可以通过与目标蛋白质的特定结构相互作用，实现对蛋白质的高效分离和纯化。
此外，弱阳离子交换磁珠还可以用于细胞分离、基因组学研究和药物筛选等方面，为生物科学研究提供了重要的工具和方法。
在化学领域中，弱阳离子交换磁珠可以用于有机物的分离和提取。
它可以与目标有机物之间发生离子交换反应，实现有机物的选择性吸附和分离。
这种方法不仅可以提高有机物的分离纯度，还可以减少分离过程的时间和操作步骤。
总之，弱阳离子交换磁珠作为一种新兴的功能材料，在生物、化学等领域具有广泛的应用价值。
它的独特原理和优越性能为科研和工业生产带来了便利，有望成为未来领域中的重要工具和技术。
随着对该材料的深入研究和开发，我们相信它将在更多领域发挥出巨大的潜力。
1.2 文章结构文章结构是指文章的整体框架和逻辑组织方式，它对于读者理解文章内容、归纳总结文章主要观点非常重要。
本文的结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分是文章的开端，它主要包括概述、文章结构和目的三个部分。
概述是对弱阳离子交换磁珠进行简要介绍，让读者对该内容有一个初步了解。
文章结构部分则承上启下，它用来介绍文章的整体组织方式，为读者提供一个大纲，让读者能够预知文章的内容安排和逻辑脉络。
目的部分则明确指出本文撰写的目的，让读者了解文章的写作动机和目标。
mof材料在分子化学工程的应用
mof材料在分子化学工程的应用随着科学技术的不断发展，新材料在各个领域的应用也日益广泛。
MOF材料（金属有机框架材料）作为一种新型功能材料，在分子化学工程领域展示了广阔的应用前景。
MOF材料是由金属离子或金属簇与有机配体相互作用形成的一种多孔结构材料。
其具有高度可调控性、超大的比表面积、丰富的孔隙结构和多样的功能性质。
这些特点使得MOF材料在各个领域具备广泛的应用潜力。
在气体存储和分离方面，MOF材料展现出了出色的性能。
由于其高度可调控的孔隙结构，MOF材料可以通过控制孔隙大小和形状来吸附不同类型的气体分子。
这使得MOF材料在天然气储存、氢气储存以及二氧化碳捕获等方面具有潜在的应用价值。
例如，MOF-5材料在液化石油气分离和气体吸附方面表现出了优异的性能。
在催化反应领域，MOF材料也发挥着重要作用。
MOF材料具有高度可调控的孔隙结构和丰富的活性位点，可以作为催化剂的载体或直接参与催化反应。
MOF材料可以提供更高的催化活性和选择性，同时还可以通过调控孔隙结构来提高反应速率。
例如，将贵金属纳米颗粒负载在MOF材料上，可以提高催化剂的稳定性和催化活性。
MOF材料还在气体传感、药物释放、环境污染治理等领域展现出了潜在的应用价值。
MOF材料的多孔结构可以用于吸附和检测气体分子，因此被广泛应用于气体传感领域。
同时，由于其可调控的孔隙结构，MOF材料可以作为药物的载体，实现药物的控释，提高治疗效果。
另外，MOF材料还可以用于环境污染物的吸附和催化降解，对环境污染治理具有重要意义。
然而，MOF材料在应用过程中也存在一些挑战。
首先，MOF材料的合成过程通常较为复杂，需要精确控制反应条件和配体的选择，这对于大规模制备来说是一个挑战。
其次，MOF材料的稳定性也是一个问题，一些MOF材料在高温或湿度条件下容易失去结构。
此外，MOF 材料的成本也较高，限制了其大规模应用。
MOF材料作为一种新型功能材料，在分子化学工程领域具有广泛的应用前景。
现代功能材料及其应用
现代功能材料及其应用摘要：近年来，人们在研究结构材料取得重大成就的同时，特别注重新型功能材料的研究。
功能材料作为能源、计算机、通讯、电子、激光等现代科学的基础，近10年来，已成为材料科学和工程领域中最为活跃的部分。
关键词：功能材料新型现代应用高分子功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。
在国外，常将这类材料称为功能材料、特种材料或精细材料。
功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能，磁功能，分离功能，形状记忆功能等等。
这类材料相对于通常的结构材料而言，一般除了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。
一、功能材料的分类随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方法。
从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下几类。
（1）力学功能主要是指强化功能材料和弹性功能材料（2）化学功能①分离功能材料：如分离膜，例子交换树脂、高分子络合物。
②反应功能材料：如高分子试剂、高分子催化剂等等。
③生物功能材料：如固定化酶，生物反应器等等。
（3）物理化学功能①电学功能材料：如超导体，导电高分子等等。
②光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等。
③能量功能材料：如压电材料、光电材料。
（4）生物化学功能①医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等等。
②功能性药物：如释放性高分子，药物活性高分子，高分子农药等等。
③生物降解材料二、功能材料的特点功能材料是目前材料领域发展最快的新领域。
功能材料产品产量小，利润高，制备过程复杂，其主要原因是基于其特有的“功能性”。
功能材料的结构与性能之间存在着密切的联系，材料的骨架、功能基团以及分子组成直接影响着材料的宏观结构与材料的功能。
研究功能材料的结构与功能之间的关系，可以指导开发更为先进、新颖的功能材料。
三、现代功能材料（1）导电高分子材料按照材料的结构与组成，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
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分子筛
• 适用范围：大中型 空分装置原料气的 净化（同时去除水 和二氧化碳及部分 碳氢化合物）及工 业上用于一般气体 或液体的干燥。
13X APG 分子筛
分子筛
磷酸锆类离子交换剂可用于从裂变产物中分 离Cs，从铀裂变产物中分离Pu，及锕系元 素的分离。
三、无机离子交换材料的应用
层状磷酸锆类 无机离子交换材料的主要应用
2、水处理剂 利用磷酸锆类的良好离子交换性能，可以从海水中回收 钾、钠等金属元素，将卤水中的盐在高温脱去，除去水 中Ca2-、Mg2+离子使水软化；
+
COOH
CH CH2
交换基团
CH2 CH CH2 CH COOH CH2 CH
强碱型阴离子交换树脂的制备
强碱型阴离子交换树脂以季胺基作为离子交换基团， 以聚苯乙烯作骨架。
具体方法
将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯 甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。 苯环可在 路易氏酸如ZnCl2,AlCl3,SnCl4催化下与氯甲醚氯甲基化。
1. 离子交换
当于多元酸和多元碱，可发生三种类型离子交换反应
中和反应
R SO3H + NaOH R COOH + NaOH RN(CH3)3OH + HCl R NHOH + HCl
R SO3Na + H2O R COONa + H2O RN(CH3)3Cl + H2O R NHCl + H2O
二、离子交换树脂的功能
分子筛材料的电子显微镜图像
磷酸铝分子筛的主要应用
１.催化剂
由于磷酸铝系分子筛具有新型的骨架结 构和独特的性能，可作为催化剂、催化 剂载体和吸附分离剂等
２. 吸附分离剂
磷酸铝系分子筛在二氯甲苯异构体混合 物中，可选择性吸附2,6-二氯甲苯，从 而与其他异构体分离。
凝胶树脂系分子筛结构和性质
葡聚糖凝胶
凝胶型离子交换树脂
凝胶型离子交换树脂是外观透明、具有均相高 分子凝胶结构的离子交换树脂
• 表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶 胀成凝胶状，呈现大分子链的间隙孔；
• 大分子链之间的间隙约为2～4nm。无机小分子的半 径在1nm以下，可自由地通过；
• 在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩， 体积缩小，无机小分子无法通过。
• 骨架结构中不含硅氧四面体，具新颖的晶 体结构和独特的骨架表面选择性，在吸附 分离和催化性能方面有新的应用前景。
磷酸铝系列分子筛的结构和组成
•AlPO4-n结晶组成 可用氧化物的摩尔比表示
xR•Al2O3•1.0±0.2P2O5•yH2O
有机胺或季铵盐 在骨架形成时起模板作用
x和y表示填充于骨架内的R和H2O的物质的量
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH3OCH2Cl ZnCl2
CH2 CH CH2 CH
+ CH3OH
CH2 CH
CH2Cl
强碱型阴离子交换树脂的制备
Ⅰ型的碱性很强对OH-离子的亲合力小， 再生效率低，但耐氧化性和热稳定性较好
N(CH3)
CH2Cl
N(CH3)C2H4OH
Ⅰ型强碱型阴离子交换树脂 CH2N+(CH3)3Cl-
离子交换树脂交换基团分类
(1) 按交换基团的性质分类
阳离子交换树脂
阴离子交换树脂
强酸型 中酸型
弱酸型
R-SO3H R-PO(OH)2 R-COOH
强碱型 R3-NCl
弱碱型 R-NH2
强酸型阳离子交换树脂的制备
强酸型阳离子交换树脂为聚苯乙烯系骨架，采用 悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。
二、离子交换树脂的功能
2.吸附功能
凝胶型或大孔型离子交换树脂，均有很大的比表面 积。根据表面化学的原理，表面具有吸附能力。
吸附是范德华力作用，因此是可逆的，吸附量 主要决定于表面的极性和被吸附物质极性。
大孔型树脂的吸附能力远远大于凝胶型树脂
二、离子交换树脂的功能
2.吸附功能
烷基越大的醇，吸附性越好。是由于树 脂表面的非极性大分子与醇中烷基亲和 力不同引起的。
R SO3Na + HCl R NHCl + NaOH
二、离子交换树脂的功能
阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进行中 和反应和复分解反应。仅由于交换功能基团的 性质不同，交换能力有所不同。
中性盐反应则仅在强酸型阳离子交换树脂和强 碱型离子交换树脂的反应中发生。
上述反应均是平衡可逆反应，这正是离子交换 树脂可以再生的本质。只要控制溶液的pH值、 离子浓度和温度等因素，就可使反应向逆向进 行，达到再生的目的。
复分解反应 中性盐反应
R SO3Na + KCl
R SO3K + NaCl
2R COONa + CaCl2
(RCOO)2CaNa + 2NaCl
R NCl + NaBr
R NBr + NaCl
2R NH3Cl + Na2SO4
(RNH3)2SO4 + 2NaCl
R SO3H + NaCl R NHOH + NaCl
SAPO-n在600 ℃用 20％水蒸气处理、骨
架结构仍保持不变
2. 吸附性
磷酸铝系分子筛可以用于气体的吸附和分离
磷酸铝分子筛的性质
3. 酸性
AlPO4-n分子筛呈中性 SAPO4-n分子筛合成过程中若不引入碱性阳离子，即 表现出酸性；若引入碱金属阳离子，可通过离子交换 使其转化为H型。
4.催化活性
葡聚糖凝胶是最早的分子筛，也是凝胶分子筛层 析中最为常用的材料
结构
交联葡聚糖是以苷键连结 的线性聚葡萄糖链，经3氯-1,2环氧乙烷交联而成的 具三维网状结构的高分子 化合物。
交联葡聚糖的化学结构
Ⅱ型强碱型阴离子交换树脂
CH2N+(CH3)2(C2H4OH)Cl-
Ⅱ型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子 的特性，降低了胺基的碱性，再生效率提高
弱碱型阴离子交换树脂的制备
利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可 制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂
例如将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，然后 在130～150℃下与多乙烯多胺反应，形成多胺树脂。再用甲醛 或甲酸进行甲基化反应，可获得性能良好的叔胺树脂。
沸石分子筛
天然沸石分子筛
分 无机分子筛 多孔玻璃
合成沸石分子筛
子 筛
特制活性炭
天然改性凝胶
菊聚糖类凝胶 琼脂糖类凝胶
凝胶树脂型分子 筛
聚丙烯酰胺凝胶 人工合成凝胶 聚苯乙烯凝胶
在天然成分及生物工程产物提取分离、 精制和色谱分析方面有着重要意义
聚甲基丙烯酸酯凝胶
磷酸铝分子筛（沸石分子筛）
• 磷酸铝分子筛(AlPO4-n)是美国联合碳化物 公司(UCC)1982年开发的新型分子筛。
利用大孔型树脂的强吸附功能，将易于分解失 效的催化剂吸附在微孔中，在反应过程中则逐 步释放出来以提高催化剂的效率。
三、无机离子交换材料的应用
层状磷酸锆类 无机离子交换材料的主要应用
离子交换性能、质子酸性以及耐高温、耐强氧化剂和耐电离辐射
用于核工业、冶金工业、水处理和有机合成化学 1、核工业中放射性同位素的分离和回收
第二节 分子筛
分子筛结构形成与外部相通的 微孔，具有选择性吸附性能
作用机理 比分子筛孔径小的分子可通入孔道中，而较大者 则留在孔外，借此筛分不同分子大小的混合物。
用途 分子筛主要用于气态物的分离和有机溶剂中痕 量水的除去。
分子筛的分类
按化学组成和结构骨架分无机分子筛和凝胶树脂型分子筛
沸石分子筛已经在吸附分离、离子交换、催化等多方面广为应用。
为了特殊的需要，已研制多种特殊功能的离子交换 树脂：螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。
离子交换树脂物理结构分类
（3）按树脂骨架的化学结构分类
将离子交换树脂分为七大系列
苯乙烯系 酚醛系 乙烯吡啶系 氯乙烯系
丙稀酸系 环氧系 脲醛系
二、离子交换树脂的功能
离子交换树脂最主要的功能是离子交换， 此外还具有吸附、催化、脱水等功能
第一节 离子交换材料
全自动钠离子交换器
连续离子交换设备
一、离子交换材料的发展与分类
无机离子交换材料
100多年前就已发现并应用。
α-磷酸锆为代表的磷酸盐系列无机离子交换剂的 研制和应用发展很快。 具有耐高温、耐氧化、耐辐射等优良性能； 能与大多数金属离子发生离子交换，并且具有沸 石一样的选择吸附和催化功能，应用范围广； 原料易得，制备技术不太复杂，可望实现工业化 生产。
3．贵重金属萃取剂 利用α-ZrP层状结构的离子交换与吸附，可以回收Pd贵 重金属。 4．有机合成催化剂 磷酸锆类作为质子酸催化剂在有机合成化学中有 重要用途。
第二节 分子筛
分子筛是一类能筛分分子的固体材料
气体或液体混合物通过这种材料后， 就按照不同的分子特性彼此分离开来
许多物质，如晶体硅酸盐（又称为沸 石或泡沸石）、多孔玻璃、特制活性 炭、凝胶等都有分子筛效应。
CH2 CH CH2 CH COOCH3
CH2 CH
NH2(C2H4NH)nH 二乙苯
CH2 CH CH2 CH CONH(C2H4NH)nH
CH2 CH
CH2O
CH2 CH CH2 CH CONH(C2H4N)n CH3
CH2 CH
CH3
离子交换树脂物理结构分类
（2）按树脂骨架的物理结构分类