第8章 高分子吸附剂
第八章 吸附性高分子材料
湿料
2HNOC
沉析
烘干
粉碎
纤维素吸水树 脂干料
淀粉与丙烯腈制造实例
原料
糊化
通氮净化
产品
AP的新方法——微波法
纸浆纤维
单体丙烯酸 高效节能，无环境污染 加热速度快、均匀、有选择性、无滞后效应
联
系
的污染。
共 同 点 均是葡萄糖的多聚体，可以采用 相类似的单体、引发剂、交联剂进行 吸水树脂的制备
甲壳质衍生物
四、SAP结构
从化学结构看： 主链或侧链上含有亲水性基团，如
-ＳＯ3Ｈ、 -ＣＯＯＨ、 -ＣＯＮＨ2、 -ＯＨ等 吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ 从物理结构看： 丙烯酸类）。 低交联度的三维网络。网络的骨架可以
Molecular architecture design
• 引入不同官能团调节极性Polarity • 调整交联度(Cross-linking degree)改善 溶胀性(swelling capacity) • 调节制备工艺以制备多规格多孔材料(Pore size and density)
超强吸水高分子材料 一、吸 水 原 理 二、分类 三、基本结构 四、SAP结构
纤维素系
纯合成高分子 聚丙烯酸类 聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚合皂化物 其它 聚乙烯醇交联聚合物 乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物 其它
聚乙烯醇类
天然高分子加工产物
淀粉类
淀粉—丙烯腈接枝聚合水解物 淀粉—丙烯酸共聚物 淀粉—丙烯酰胺接枝聚合物 其它 纤维素类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它 其它 多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白质类等
Super
第八章超强吸水高分子材料
第八章超强吸水高分子材料
阴离子交换树脂
在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基，则得到 阴离子交换树脂：
P
HCZHnOC2， l HCPl
交联苯乙烯
CH2Cl N(C3)H3 P
NaOH P
CH2N+(C3H)3OH-
非离子型吸附树脂
第八章超强吸水高分子材料
第八章超强吸水高分子材料
第八章超强吸水高分子材料
第八章超强吸水高分子材料
应用举例
（1）有机物的分离 由于吸附树脂具有巨大的比表面，不同的吸附树
脂有不同的极性，所以可用来分离有机物。例如，含 酚废水中酚的提取，有机溶液的脱色等等。
第八章超强吸水高分子材料
• 大孔型
树脂内部有永久微孔；不需溶胀的状态也
可使用
第八章超强吸水高分子材料
弱酸型阳离子大孔树脂 凝胶树脂
第八章超强吸水高分子材料
制备
• 一般采用常规的悬浮聚合方法
第八章超强吸水高分子材料
大孔型树脂母体的制备 大孔型树脂母体主要是通过在共聚单体中添加致
孔剂的方法制备的。一般合成过程如下
致孔剂通常是一类不参与聚合，能与单体混溶，使 交联共聚物溶胀或沉淀的有机溶剂。 聚合过程中， 致孔剂分布在单体及已聚合的共聚物中。随着聚合 转化率提高，油珠逐渐固化。聚合反应完成后，用 水蒸气蒸馏或溶剂提取方法除去致孔剂，结果留下 孔穴，形成具大孔第结八章构超强的吸水球高分状子材树料 脂母体。
强碱性阴离子交换树脂 水处理剂?
CH2N+(C3H)3Cl-
阴离子交换树脂——能交换阴离子的离子交换 树脂。
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。
第八章产物的分离和纯化
6/4/2024
17
3. 凝聚与絮凝
采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细 胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚 结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。除此之外， 还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤 液质量。因此，凝聚和絮凝是目前工业上最常用 的预处理方法之一。常用于菌体细小而且粘度 大的发酵液的预处理。
6/4/2024
22
• 工业上常用的过滤分离设备有板框压 滤机、膜过滤机和离心沉降分离机等。
• 这些过滤装置各有其优缺点，根据不 同产品的具体实际加以选择。
6/4/2024
23
6/4/2024
24
6 其它方法
• 1. 高 价 无 机 离 子 的 去 除 （ Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe2+等）
6/4溶/202液4 称为萃取液。
52
• 工业上萃取的操作包括三个步骤：
• 一是混合
• 将料液和萃取剂充分混合形成乳浊液， 让溶质自料液转入萃取剂中，此过程通常 在搅拌罐中进行，也可以在很高速度的管 道内混合。
例如：在枯草芽孢杆菌发酵液中，加入氯化
钙和磷酸氢二钠，两者生成庞大的凝胶，把蛋白 质、菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中而 除去，从而可加快过滤速率。
6/4/2024
28
③变性法
蛋白质由有规则的排列到无规则结构的变化过程成为变性。变 性的蛋白溶解性小。
使蛋白质变性的方法有：加热，大幅度调节pH，加酒精等有机 溶剂或表面活性剂等 。
6/4/2024
2
• 2)、培养液是复杂的多相分散体系：
•
是多相体系，一般情况下，分散介质是水。
分散在其中的固体和胶体物质组成复杂，不仅
高分子吸附剂
高分子吸附剂的应用及其发展[摘要]高分子吸附剂的研制和应用是近年吸附工艺研究的一个重要课题。
介绍了高分子吸附剂在水处理、医药卫生、机械加工、农业园艺、日用化工用品等不同领域的研究进展情况，对其吸附机理及其应用上的优越性作了简单论述，并对高分子吸附剂的进一步发展及应用进行了展望。
近年来随着科学技术的发展，吸附分离法的技术目前已经得到了广泛应用，吸附分离不仅在化学工业中已发展成一种必不可少的单元操作过程，而且在其他领域也显示出了很强的实用性，尤其在环境治理过程中已成为一门独特的技术，在废水治理的过程中已经有了广泛应用。
吸附技术在应用上有很多优点，但其主要缺点是固体吸附剂的吸附容量小，因而需要大量的吸附剂，使设备体积庞大;吸附剂是固体，使连续操作设备结构复杂化川;一般吸附剂价格都比较高，所以其使用费也较高。
吸附剂的化学组成和表面性质是吸附操作能否正常进行的决定性因素，所以吸附剂就成了吸附能否广泛应用的关键所在。
多年来人们对吸附剂一直进行着广泛深人的研究，随着高分子工业的飞速发展和人们对高分子化工产品的需求日益扩大，高分子吸附剂以其性能好、价格低的优点推动了吸附工艺的进一步广泛应用，并且在水处理、卫生医疗、农业园艺、建筑、食品加工等各个方面显示出了不可替代的作用。
当前，研制性能良好、选择性强和价格低廉、降低生产成本的高分子吸附剂成为高分子吸附剂工艺研究的重要方向。
1商分子吸附荆的主要用途1.1高分子吸附剂在水处理方面的应用随着工农业的发展，近岸海域的污染日趋严重，其中重金属离子浓度较大洋海水高数十倍甚至数百倍，因此吸附水中污染物及重金属离子成为高分子吸附剂进行水处理的重要任务。
高分子吸附剂去除水中的重金属离子可以采用“动态流水”和“半静态”吸附原理。
“动态流水吸附”即让水按照一定的流速通过装有高分子吸附剂的管子，水经吸附去除重金属离子后进行排放。
“半静态吸附”其原理见图图1半静态吸附原理半静态吸附装置是由5个吸附床、吊绳、重陀组成，其中吸附床是用无毒塑料制成的框架、固定筛绢内外衬里、将高分子吸附剂装人其中.并用吊绳及重舵悬挂于水中，垂直水流水平放置，依靠水中均匀充气使水流形成垂直方向对流，透过交错设置的吸附床通过多次水循环，直至基本吸附去除水中重金属离子。
newmateria5
高分子吸附剂也叫合成吸附剂或吸附树脂， 它与活性炭、硅胶、沸石等不同，一般是直径为 0.3—l mm的白色—淡黄色不透明小球，球内有 许多直径为10-3 — 10-l µ m的微孔，比表面积为 数百平方米，与活性炭相比，其表面积不大，但 孔径大，可以用溶剂将被吸附的物质溶出。而吸 附树脂本身由于具有主体网状的交联结构，则不 溶于水和有机溶剂，加热也不熔融。
将有色成分引入高分子的侧链或主链中而制成的着色剂，称 为高分子染、颜料或高分子色素。高分子染、颜料的特点如下。 1. 不迁移 一般的低分子染料，特别是偶氮染料和蒽醌染料易迁 移的较多，高分子化以后能显著改善此缺点。
2. 耐溶剂 高分子染料在溶剂中的溶解度比低分子染料低得多， 有的则完全不溶。
3. 无毒 高分子染料一般不能透过细胞膜，也不易被酶或细菌分 解，所以在生物体内不会被吸收，能原封不动地排泄出来，很 少有毒。 4. 耐热 至于耐光性和与被着色物的相容性，则随情况而异，有 的较好，有的较差。一般说来，使染、颜料高分子化所用的单 体若与被着色塑料的单体相同，则相容性好。
染、颜料高分子化的方法
• 用具有不饱和键的染料和颜料进行加成 聚合 • 用含有偶和组分的高分子与重氮盐反应 • 用反应性高分子与低分子染、颜料反应 • 用低分子染料与相关组分进行缩聚 • 用低分子染、颜料的重氮盐作为引发剂 与其它单体进行聚合
高分子染料和颜料的应用
1. 塑料着色 由于它不迁移，安全无毒，故适用于食品 包装材料、玩具、医疗用品 (如软接触镜片等)的着色 和加印标记。 2. 化妆品着色 由于它不会透过细胞膜，故适用于化妆 品、头发定型胶、指甲油等的着色。 3. 食品色素 经小鼠口服试验证明，高分子色素可完全 从体内通过，而不被肌体吸收，故而有可能用作食品 色素。
功能高分子材料(罗祥林-主编)思考题
功能高分子思考题第一章绪论1．什么是功能高分子或功能高分子材料？功能高分子的特点有哪些？与常规的聚合物相比具有明显不同的物理化学性能，并且具有某些特殊功能（如化学活性、光敏性、导电性等）的聚合物大分子都属于功能高分子材料。
特点：a. 产量小、产值高、制造工艺复杂；b. 具有与常规聚合物明显不同的物理化学性能，并具有某些特殊功能；c. 既可以单独使用，也可以与其他材料复合制作成结构件，实现结构 /功能一体化。
2．试述功能高分子、特种高分子、精细高分子之间的区别和联系。
特种高分子：具有高强度、耐冲击、耐高温、特优电绝缘性能或兼而有之的一类高分子。
精细高分子：包括高分子化的精细化学品，和有特殊性能的功能高分子材料。
3．功能高分子材料应具有哪些功能？物理功能（导电、超塑性、磁记录等）、化学功能（离子交换、催化、氧化还原等）、介于化学和物理之间的功能（吸附、膜分离、表面活性等）、生物或生理功能（组织适应性、血液适应性、非吸附性等）。
4．按照功能划分功能高分子材料可以分哪些类别？物理功能高分子材料、化学功能高分子材料、生物功能和医用高分子材料、其他功能高分子材料。
5．按照性质和功能划分，功能高分子材料可以分为哪些类型？反应型高分子、光敏型高分子、电活性高分子、膜型高分子材料、吸附型高分子、高性能功能材料、高分子智能材料、医用高分子、其他功能高分子。
6．功能高分子材料的主要结构层次有哪些？元素组成、官能团结构、链结构和分子结构、微观构象和聚集态、宏观结构。
7．在功能高分子中官能团所起的作用有哪些？（1）官能团的性质对材料的功能性起主要作用；（2）官能团与聚合物骨架的协同作用决定了功能高分子的功能性；（3）聚合物骨架本身具有官能团的作用；（4）官能团对功能高分子的功能起辅助作用。
8．在功能高分子中常见高分子效应有哪几种？物理效应、支撑作用、模板效应、邻位效应、包络作用和半透性、其他效应。
9．举一例说明从已知结构和功能的化合物设计功能的高分子。
吸附分离功能高分子
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。
12
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。
1
吸附过程
• 分离：被吸附的物质或分子（吸附质）从
原先所在的一相中被分离出来→
• 富集：在另一相（即吸附相，吸附剂的表
面）堆积或富集。
2
依据吸附机理：吸附质和吸附剂之间的吸附分为： 化学吸附，是指形成了化学键的吸附。可以是离子键、 共价键和配位键。 物理吸附，通过范德华力、偶极-偶极相互作用、氢键 等较弱的作用力吸附物质。 亲和吸附，是指一些生物分子对某些物质的吸附呈现 专一性或高选择性，如抗原-抗体、配体-受体、酶底物、互补DNA链等的特异性相互作用。
★③水溶性单体的反相悬浮聚合
★④线形高分子的悬浮交联成球反应
10
• 吸附树脂的成孔技术
★①惰性溶剂致孔
★②线形高分子致孔
★③后交联成孔
★④无机纳米微粒致孔
11
2.2 吸附树脂
吸附树脂是指通过物理相互作用，如范氏力，偶极-偶极 相互作用，氢键等较弱的作用力是吸附质吸附的高分 子树脂。 是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型树脂，是 一类多孔性的、适度交联的高分子共聚物，又称高分 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
8.吸附性高分子材料
在苯环上引入不同极性官能团，可得到中等极性、弱极性和强极 性的树脂；
引入酸或碱性官能团，可得到离子型吸附树脂
（2）中等极性吸附树脂：
含酯基的吸附树脂。 其表面兼有疏水和亲水两部分，既可由极性溶剂中吸附非 极性物质，又可由非极性溶液中吸附极性物质。
如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺型树脂等
聚甲基丙烯酸-双甲基丙烯酸乙二酯交联吸附树脂（中等极性 吸附树脂）
常用离子交换树脂对一些离子的选择性顺序：
苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂： Fe3+＞ Al3+＞ Ca2+＞ Na+ Tl+＞ Ag+＞ Cs+＞ Rb+＞ K+＞ NH4+＞ Na+＞ H+＞ Li+ Ba2+＞ Pb2+＞ Sr2+＞ Ca2+＞ Ni2+＞ Cd2+＞ Cu2+＞ Co2+＞ Zn2+ ＞ Mg2+＞ Mn2+ 丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂： H+＞ Fe3+＞ Al3+＞ Ca2+＞ Mg2+＞ K+＞ Na+ 苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂： SO42-＞ NO3-＞ Cl-＞ OH-＞ F-＞ HCO3-＞ HSiO3苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂： OH-＞ SO42-＞ NO3-＞ Cl-＞ HCO3-＞ HSiO3-
7）海洋资源利用 溴、镁等元素
海水淡化；从海洋生物中提取碘、
四、高分子螯合树脂
1. 螯合树脂概念 螯合树脂（chelate resins ）：一类能与金属离子形成多配 位络合物的交联功能高分子材料
吸附性高分子材料
8.1 吸附性高分子材料概述
一、吸附性高分子材料的定义和分类
（3）金属阳离子配位型吸附剂 骨架上带有配位原子或 者配位基团，能够对特定金属离子进行络合反应，两者间生 成配位键而结合，因此对多种过滤金属有吸附和富集作用。 （4）离子型吸附树脂 骨架中含有某些酸性或者碱性基 团，在溶液中解离后分别具有与阳离子或阴离子相互以静电 引力生成盐而结合的趋势。
生收缩所致。
8.3 高分子螯合树脂
一、氧为配位原子的螯合树脂
2. 含β-二酮螯合树脂
β-二酮结构是指两个羰基之间间隔一个饱和碳原子 的化学结构，其中羰基氧作为配位原子。
可以由甲基丙烯酰丙酮单体聚合而成，也可以与苯乙烯或者甲基 丙烯酸甲酯共聚生成。该螯合树脂可以与二价铜离子络合，用于 铜离子的吸附富集，此外生成的络合物还可以作为催化剂催化过 氧化氢分解反应，其催化活性高于小分子乙酰丙酮螯合树脂。
分类：
按来源：合成型和天然型（如纤维素、海藻酸、甲壳素） 按结构：侧链型和主链型
8.3 高分子螯合树脂
螯合树脂的吸附机理
螯合树脂吸附金属离子的机理是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，而离子交换树脂吸附的机理是静电作用。因此，与 离子交换树脂相比，螯合树脂与金属离子的结合力更强， 选择性也更高，可广泛应用于各种金属离子的回收分离、 氨基酸的拆分以及湿法冶金、公害防治等方面。
有机（聚苯乙烯、葡聚糖凝胶、纤维素）
材料来源： 天然（硅藻土、甲壳质、纤维素）
天然高分子吸附剂在重金属离子废水处理中的应用
天然高分子吸附剂在重金属离子废水处理中的应用【摘要】：文章对几种天然高分子吸附剂在重金属离子废水中的应用和各种高分子絮凝剂在各种废水处理中的应用研究进展进行了综述。
【关键词】：天然高分子；吸附剂；重金属离子1. 前言天然高分子及其衍生物以其独特的优势，越来越广泛的被应用在治理重金属离子废水上。
目前，研究和应用的天然高分子主要分为天然有机高分子和天然无机高分子两大类；天然有机高分子主要有壳聚糖、淀粉、纤维素等；天然无机高分子包括沸石、粘土、膨润土等。
文章将对它们在重金属离子废水处理中的应用进行综述。
2. 以粘土为原料的吸附剂粘土矿物具有比表面积大、孔隙率高、极性强等特征，对水中各种类型的污染物均具有良好的吸附性能。
粘土对重金属离子的吸附能力归因于细粒的硅酸盐矿物的净负电结构性能：这种负电荷由于带正电的物质而被中和，使得粘土具备了吸引并容纳阳离子如重金属的能力。
粘土的比表面积很大(可达800m2/g)，同样有利于增强其吸附能力。
Viaraghawan和Rao发现膨润土由于其来源丰富且价格便宜，可成为从废水中去除重金属的最佳选择。
就夏畅斌等在静态条件下用膨润土处理Zn2+和Cd2+的混和溶液而言，膨润土对Cd2+离子的吸附作用远大于其对Zn2+的吸附作用，而且在PH>5的弱酸性和弱碱性条件下吸附效果好。
利用化学改性法亦可以增强粘土的吸附性能。
Cadana用经过亲有机离子-四甲铵离子取代粘土中天然可交换的阳离子后的膨润土来吸附Pb2+。
四甲铵离子使粘土表面更为憎水，从而提高了它的吸附能力，经改性处理后的膨润土对Pb2+的吸附能力分别从6mg/g提高到58mg/g，可见，此种改性方法可使膨润土对Pb2+的吸附能力大大提高。
由于各种粘土储量丰富，成本低，且吸附能力强，因此它极有可能替代活性炭作为贵金属的吸附剂，但是由于粘土的弱渗透性，因此环境应用前需要造粒。
3. 以沸石为原料的吸附剂沸石是最早用于重金属污染治理的天然高分子材料，Leppert的研究证实，沸石尤其是斜发沸石，对铅和其它的重金属具有很强的亲和力。
吸附分离高分子材料课件
正相悬浮交联
高分子化合物作为反应物，成本较高 主要用于天然高分子，如壳聚糖用戊二醛交联成球，葡
聚糖采用环氧氯丙烷交联 优点：
交联密度均匀 孔结构分散性好
2、吸附树脂的成孔技术
要使吸附树脂有足够的吸附容量，必须在使用状态下有较高的比表面积。
提高比表面积
提高吸附容量
大量微孔
成孔技术
孔的形成及孔径大小
苯乙烯、二乙烯基苯，悬浮聚合，制成凝胶（不 加致孔剂）或多孔性的低交联度（<1%）共聚物
用氯甲醚进行氯甲基化反应（傅-克反应） 自交联
大网均孔结构，比表面积>1000m2/g
3、吸附树脂的主要品种
按照高分子主链的化学结构，主要有： 聚苯乙烯型 聚丙烯酸酯型 其他类型
（1）聚苯乙烯型
水
甜叶菊
FeSO4絮凝
过滤 AB-8吸附 废水
70%
浓缩 大孔阴离子交换树脂
乙 醇
大孔阳离子交换树脂
干燥 产品
（4）在制酒工业中的应用 酒中的高级脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水。当制备低度 白酒时，需向高度酒中加水稀释。高级脂肪酸脂类溶解度 降低，容易析出而呈浑浊现象，影响酒的外观。吸附树脂 可选择性地吸附酒中分子较大或极性较强的物质，较小或 极性较弱的分子不被吸附而存留。如棕榈酸乙酯、油酸乙 酯和亚油酸乙酯等分子较大的物质被吸附，而己酸乙酯、 乙酸乙酯、乳酸乙酯等相对分子质量较小的香味物质不被 吸附而存留，达到分离、纯化的目的。
无机小分子的 半径<1nm
➢ 在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，2-4nm
➢ 无水状态分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过
➢ 在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。
第七章吸附型高分子材料
第四节 高吸水性高分子材料
所谓高吸水性高分子材料是指具有与水接触后能迅速吸收 高于自身质量若干倍的高分子材料。
最早的高吸水性高分子材料是在1974年由美国农业部的研 究人员首先研制的。
目前已经有淀粉衍生物系列、纤维素衍生物系列、聚丙烯 酸和聚乙烯醇系列。 由于其重要的应用价值，在科研和生产方面都取得了快速 发展。 主要应用于农业、建筑材料、医疗卫生、林业、食品工业。
因汞在过量氯离子存在下能生成稳定的络阴离子 [HgCl4]-2, 所以可采用离子交换法，选用强碱性阴离子树脂来吸附 它。
29
(2)含铬废水的处理 铬也是毒性较大的重金属，因而规定废水中铬含量在5×10-8 以下才能排放。含铬酸的废水主要来自电镀行业。
将废水通过Cl-式强碱性阴离子交换树脂，铬酸被树脂交换 吸附，而后用再生剂NaOH溶液脱附，生成Na2CrO4再生废 液。它的铬酸浓度比原废水中铬酸含量高了几百倍。将再 生废液通过一H+式强酸性阳离子交换树脂柱，变成纯度很 高的铬酸返回应用。
30
3. 离子交换树脂提取铀和贵金属
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。
离子交换树脂在原子能工业上的应用包括核燃料的分离、 提纯、精制、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。
3．吸附树脂的宏观结构
4
三、影响吸附树脂性能的外界因素 1．温度因素 2．树脂周围介质的影响 3．其他影响因素
5
二、吸附性高分子材料的制备方法 1．微孔（凝胶）型吸附树脂
高分子吸附剂
除了聚苯乙烯树脂外，聚甲基丙烯酸-双甲基烯酸二酯 交联体吸附树脂是仅次于上述树脂的重要合成高分子吸附 剂，由于其分子骨架中已经包含酯键，因此属于中等极性 吸附剂。经过结构改造引入羟基性基团的该类树脂也可以 作为强极性吸附剂。这种吸附性树脂以甲基丙烯酸甲酯为 主要原料，通过悬浮聚合而成。 聚合过程中交联剂一般采用具有类似结构的双甲基苯 乙烯乙二酯，交联剂的使用量同样应当根据吸附树脂交联 度的要求进行选择。
聚苯乙烯型树脂属于可逆性吸附剂，即被吸附的物质 可以用适当的方法100%脱除，以使吸附剂再生回收和收 集被吸附物质。 脱附过程主要有：热脱附法和溶剂脱附法 使用热脱附法，通过提高吸附剂温度以降低吸附剂的 吸附容量和吸附力，释放出被吸附物质。 使用溶剂脱附法，使用对吸附剂有更强作用力的低沸 点溶剂脱洗，通过竞争性吸附将被吸物质顶替下来，吸附 的溶剂用蒸发法除去，使吸附剂得以再生。
按照聚合物的骨架的类型来划分，主要包括聚苯乙烯型、聚丙烯酸型 以及其他类树脂。
聚苯乙烯类树脂是以苯乙烯为原料，二乙烯为交联剂制备的聚合物，包 括苯乙烯均聚物和以苯乙烯为主要成分的共聚物。在产量上仅次于聚乙烯和 聚氯乙烯
微观结构
宏观结构
根据微观结构要求，微观结构的形 成要使用一定量交联剂使其交联成 三维网状结构，以降低在溶液中的 溶解性能，同时在溶胀状态下提供 适当的孔径和孔隙率。聚苯乙烯树 脂中使用最多的交联剂为二乙烯基 苯。二乙烯基苯具有两个双键，当 苯乙烯进行共聚反应时除了形成线 性聚合物之外，剩余的双键可以作 为进一步聚合的活性点，与苯乙烯 单体继续共聚形成网站结构。苯乙 烯与不同比例的乙二烯苯共聚，可 以得到几乎任意交联的网状树脂。
高分子吸收剂
高分子吸收剂详细解析一、引言高分子吸收剂是一种具有高分子量和特殊功能的高分子材料，能够吸收并保留大量液体，广泛应用于各个领域。
近年来，随着科学技术的不断进步，高分子吸收剂在性能、种类和应用方面取得了显著的发展。
本文将详细解析高分子吸收剂的结构、性能、制备方法以及应用领域，以期为读者提供全面的了解。
二、高分子吸收剂的结构与性能1结构特点高分子吸收剂通常由亲水性高分子链和交联结构组成。
亲水性高分子链含有大量的亲水基团，如羟基、羧基、酰胺基等，这些基团能与水分子形成氢键，从而实现高效吸水。
交联结构则使高分子链之间形成三维网络，增强了吸收剂的稳定性和保水能力。
2性能特点（1）高吸水性：高分子吸收剂具有极高的吸水能力，可吸收自身重量数十倍甚至数千倍的水分，形成凝胶状物质。
（2）保水性：吸收剂在吸水后能够长时间保持水分，不易脱水，为植物和土壤提供持续的水分供应。
（3）安全性：高分子吸收剂无毒、无味、无腐蚀性，对环境和生物体安全无害。
（4）稳定性：高分子吸收剂具有良好的化学稳定性和热稳定性，能在不同环境下保持稳定的性能。
（5）可降解性：部分高分子吸收剂具有生物可降解性，能在自然环境中逐渐降解，降低对环境的影响。
三、高分子吸收剂的制备方法1原料选择高分子吸收剂的制备原料主要包括亲水性单体、交联剂、引发剂等。
亲水性单体如丙烯酸、丙烯酰胺等，是构成高分子链的基本单元；交联剂如N,N'-亚甲基双丙烯酰胺等，用于在高分子链之间形成交联结构；引发剂则用于引发聚合反应。
2聚合方法高分子吸收剂的制备主要采用溶液聚合、反相悬浮聚合、辐射聚合等方法。
溶液聚合是将单体、交联剂和引发剂溶解在适当溶剂中，通过加热或光照引发聚合反应；反相悬浮聚合则是将单体分散在油相中，形成微小液滴，在引发剂作用下进行聚合；辐射聚合则是利用高能辐射引发单体聚合。
3后处理聚合反应完成后，需要对产物进行后处理，包括破碎、干燥、筛分等步骤。
破碎是将聚合形成的凝胶状物质破碎成颗粒状；干燥则是去除颗粒中的水分和溶剂，提高吸收剂的吸水性；筛分则是将颗粒按照不同粒径进行分离，得到符合要求的高分子吸收剂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 第一节 吸附性高分子概述 根据吸附性高分子材料的性质和用途,主要分为以下
几类: 1)非离子型高分子吸附树脂 这种树脂中不含有特殊
的离子和官能团,吸附主要依靠分子间的范德华力， 对非极性和弱极性的有机化合物有特殊吸附作用。 分析化学和环境保护领域应用。
2）吸水性的高分子吸附剂 具有亲水性的网状分子 结构，并可以被水以较大倍数溶胀，具有较大吸 收和保持水分的能力。土壤保湿 生理卫生用品
离子型吸附树脂应该满足一下基本 要求
• 良好的耐溶剂性质 • 良好的稳定性 • 良好的机械性能 • 具有一定的离子交换容量 • 对特定离子有选择性吸附能力 • 具有较大的比表面积、适宜的孔径和孔隙
率。
阳离子型吸附树脂
阳离子型离子交换树脂的应用
• 脱除阳离子 • 进行离子交换 • 在酸催化反应方面的应用
团 • 聚合物应该具有较高的分子量。
高吸水性树脂的作用机制
1、首先由于树脂内亲水性基团的作用，水作 为溶胀剂将树脂溶胀。
2、进入体系内部的水将树脂的可解离基团水 解离子化，这样在体系内外由于离子浓度 差别产生渗透压，渗透压的作用促使更多 水分子通过界面进入体系内部。
3、水的表面张力和聚合物网络共同作用，吸 水后体系形成类似凝胶状结构，吸收的水 分呈固化状态。
高吸水树脂的应用
• 在农业方面的应用 • 在建筑和环保方面的应用 • 其他
• 第二节 非离子型吸附树脂 非离子型吸附树脂主要是指在分子结构中不包含离子性基团，
主要依靠分子间的范德华力进行吸附的高分子树脂。
一、聚苯乙烯—二乙烯苯交联树脂 苯环易于改性，为了降低溶解性，提高空隙率和机械强度，
交联。多孔性和表面吸附性。
1、结构特点和吸附性质 交联度，溶胀，机械强度，空隙度。
2、树脂的宏观结构 3、极性特点
3）金属阳离子配位型吸附剂 骨架上有配位 原子或配位基团,能对特定金属离子进行络 合反应,两者间形成配位键而结合.对多种过 渡金属离子有吸附和富集作用.也称为高分 子螯合剂.
4)离子型吸附树脂 骨架中含有某些酸性或碱 性基团,在溶液中解离后分别有与阳离子或 阴离子相互以静电引力生成盐而结合的趋 势,例如离子交换树脂.水的去离子化.
氮为配位原子的高分子螯合剂
• 含有胺基的高分子螯合剂
• 含有肟结构的高分子螯合剂 • 席夫碱类高分子螯合剂
• 高分子偶氮型螯合树脂
第四节 离子型高分子吸附树脂
• 离子型吸附树脂的结构主要包括两个部分， 一部分为高分子骨架，其作用是担载离子 交换基团和为离子交换过程提供必要的空 间和动力学条件；结构的另外一个部分为 离子交换基团，通常为在介质中具有一定 解离常数的酸性或碱性基团。
影响高吸水性树脂的性能的因素
• 化学结构的影响 亲水性基团 可离子化基 团
• 聚合物链段结构的影响 适度交联 • 外部影响因素、淀粉与纤维素型高吸水性树脂的制备 2、壳聚糖型高吸水性树脂 3、聚丙烯酸型高吸水性树脂 4、聚乙烯醇型高吸水性树脂 5、复合型高吸水材料的制备
4、被吸附物质的脱吸附过程 二、聚甲基丙烯酸-双甲基丙烯酸乙二酯交联体吸附树脂
• 第三节 高分子鳌合剂
具有鳌合功能的高分子要满足两方面的要求： 首先要含有配位基团，其次是配位基团在 高分子骨架上排布合理，保证鳌合过程对 构型的要求。
氧为配位原子的高分子螯合剂
• 醇类螯合树脂
2、β—二酮类螯合树脂 3、酚类螯合树脂 4、羧酸型螯合树脂 5、冠醚型螯合树脂
阴离子型吸附树脂
第五节 高吸水性高分子材料
• 目前高吸水性树脂已开发出淀粉衍生物系 列、纤维素衍生物系列、甲克质衍生物系 列、聚丙烯酸系列、和聚乙烯醇系列等。
• 从原料的角度出发，分为天然高分子改性 高吸水性树脂和全合成高吸水性树脂。
高吸水性树脂的结构特点
• 分子中具有强亲水性基团 • 树脂具有交联型结构 • 聚合物内部应该具有浓度较高的离子性基
• 聚合物化学结构与吸附性能的关系 • 吸附作用主要来自分子间的范德华力、氢键力、
配位键力和静电引力。 • 1、化学组成与功能基团
元素组成：配位原子—络合能力—鳌合剂； 功能基团；分子极性： 2、聚合物的链段结构和超分子结构 交联—溶胀；孔径大小对被分离物质 3、吸附树脂的宏观结构 孔隙率；孔径分布；比表面积 四、影响吸附树脂性能的外界因素 温度 周围介质 其他