树脂高分子材料教程5

常用的致孔剂有以下几种类型：
非良溶剂
良溶剂
混合致孔剂 高分子致孔剂
非良溶剂
此类溶剂的特点是能与单体混溶，但不能 溶胀所生成的聚合物。 对二乙烯基苯来说非良溶剂包括脂肪烃类， 如汽油、煤油、石腊、正庚烷和已烷、脂 肪醇、脂肪酸、硝基烷及醚类等。
当二乙烯基苯在此类致孔剂存在下进行聚 合时，随着聚合物链的增长，聚合物在单 体/致孔剂混合体系中的溶解（胀）性越来 越差，到一定的单体转化率时，聚合物便 会从体系中析出，出现相分离，最后成为 固体聚合物相和致孔剂相构成的两相体系。 用非良溶剂制成的多孔树脂的比表面积处 于中等水平，在DVB为60% 时，比表面积 接近400 m2/g。
悬浮聚合法
普通的吸附树脂 多是用二乙烯苯 经悬浮聚合制成 的，XAD-2， XAD-4，ADS-5 均属此类。
用悬浮聚合法制备的吸附树脂的比表面积 与交联度（即DVB的用量）有关，交联度 越高，干燥后树脂的比表面越大。其原因 是较高的交联度赋予树脂较大的刚性，在 干燥时的收缩较小。
吸附树脂多是大孔结构，在合成时加入 致孔剂，致孔剂的种类对树脂孔结构的 影响更大。
吸附树脂内部结构很复杂。从扫描电子显微镜下
可观察到，树脂内部像一堆葡萄微球，葡萄珠的
大小约在60-500nm范围内，葡萄珠之间存在许
多空隙，这实际上就是树脂的孔;
研究表明葡萄球内部还有许多微孔; 葡萄珠之间的相互粘连则形成宏观上球型的树脂; 正是这种多孔结构赋予树脂优良的吸附性能，因 此是吸附树脂制备和性能研究中的关键技术。
混合致孔剂
不同种类的良溶剂与非良溶剂以不同比例 混合而成的致孔剂，在吸附树脂的制备中 有非常重要的用途。 这种致孔剂的性质介于良溶剂与非良溶剂 之间，并且可以用组成混合致孔剂的溶剂 的品种和比例进行调节，因而可以用于制 备不同孔结构的吸附树脂。
高分子致孔剂
能溶解于单体的线型高聚物均可作为致孔 剂使用，如聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚 醋酸乙烯酯等。 在进行悬浮聚合时，先将线型聚合物溶于 单体之中，聚合结束之后再用良溶剂将聚 合物抽提出来，即可得到多孔树脂。
10、分离方法
选择性分离 有机物与无机物的分离 解离物与非解离物的分离 一般有机物与强水溶性物质的分离 键合分离，亦称亲和分离 按分子大小进行分离
吸附色谱分离
10.1 选择性分离
选择性分离是依靠吸附树脂的选择性将能 被吸附和不被吸附的物质分开；
这种分离方法只包括吸附—洗脱两个过程， 操作简单； 技术关键是选择吸附树脂，工艺条件的影 响较小。
生产厂
罗姆-哈斯（美） 罗姆-哈斯（美） 罗姆-哈斯（美） 南开大学 南开大学 罗姆-哈斯（美） 罗姆-哈斯（美） 南开大学 罗姆-哈斯（美） 罗姆-哈斯（美） 南开大学 罗姆-哈斯（美） 罗姆-哈斯（美） 南开大学
结构
PS PS PS PS PS -COOR -COOR -COOR
比表面积
330 526 750 550 1000 498 450 140 250 69
吸附树脂－内部的纳米结构
5、吸附树脂的分类
吸附树脂有许多品种，吸附能力和所吸附物质的
种类也有区别。但其共同之处是具有多孔性，并
具有较大的表面积。吸附树脂目前尚无统一的分 类方法，通常按其化学结构分为以下几类。 （1）非极性吸附树脂 指树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在 正负电荷相对集中的极性基团的树脂。代表性产 品为由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。
有机物与无机物的分离
一般的吸附树脂对溶液中的无机离子没有 任何吸附能力，在吸附混合物时，有机物 被树脂吸附，无机离子则随水流出，因而 很容易将二者分离。
在中药成分的提取中，此特性可使提取物 中的重金属和灼烧灰分降至要求的范围内。
解离物与非解离物的分离
（2）中极性吸附树脂
这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团， 树脂具有一定的极性。 （3）极性吸附树脂
分子结构中含有酰胺基、亚砜基、腈基等极性 基团，这些基团的极性大于酯基。
（4）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、 氨基等。
牌 号
Amberlite XAD-2 Amberlite XAD-3 非极性 Amberlite XAD-4 ADS-5 ADS-3 Amberlite XAD-6 中极性 Amberlite XAD-7 ADS-8 Amberlite XAD-9 极性 Amberlite XAD-10 ADS-16 Amberlite XAD-11 强极性 Amberlite AAD-12 ADS-7
2、 吸附剂
具有吸附能力的物质称为吸附剂。严格说 来，所有的物质都有吸附能力，但并不是 都能算得上吸附剂。原因是大多数物质的 表面积太小，其吸附作用难以被觉察。
通常所说的吸附剂是指具有显著的吸附作 用的物质，一般都具有较大的比表面积。
吸附剂的种类
天然吸附剂 活性铝土矿、硅藻土、白土等 人工合成吸附剂 硅胶 、活性氧化铝、活性炭、合成沸石 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。
第二节 吸附树脂
内容
1、吸附现象 2、 吸附剂 3、吸附树脂 4、吸附树脂的结构 6、吸附动力学 7、吸附树脂的合成 8、 吸附树脂的预处理 9、吸附树脂的应用
5、吸附树脂的分类
10、分离方法
11、吸附树脂的应用
1、吸附现象
吸附是一种界面现象。
固体或液体中的分子或原子都是处在其它 分子或原子的包围之中，分子或原子之间 的相互作用是均等的。
所得树脂结构特点是孔径较大，比表面积 较小。
8、 吸附树脂的预处理
商品吸附树脂在出厂前多未进行彻底清洗， 不可避免地会残留一些原料或副产物，因 此在使用前进行预处理是必要的。
常用的清洗剂有乙醇、丙酮等亲水溶剂。
吸附树脂的预处理应在树脂柱中进行。 一般是将树脂装至柱高的三分之二处，用 水进行反洗，使树脂层松散、展开，将树 脂的微细粉末及一些机械杂质(灰尘）洗去。 然后放出水，至水面略高于树脂的层面。 接着，用酒精或丙酮以适当的流速淋洗， 至流出的酒精或丙酮中的小分子的有机残 留物降到足够低的程度。 最后用水洗出酒精或丙酮即可使用。
活性氧化铝
是另一种重要合成吸附剂。其合成方法是 将铝的水合物[如Al(OH)3 ,AlO(OH)]经加热 脱水而制得。最终产品为AL2O3 和部分水 合的氧化铝（氢氧化铝），是很好的脱水 剂。
活性炭
在不完全燃烧的情况下，木材（或果壳） 中的氢等元素被烧掉，留下碳元素（这就 是碳化），被烧掉的元素留下许多空位， 使活性炭成为一种多孔性的物质，其比表 面积可达1000 m2 /g以上，具有显著吸附 作用。
7、吸附树脂的合成
按照应用的要求,吸附树脂除应具有多孔性(赋予 其校大的比表面积)之外，还应有较好的机械强度 和较好的水力学性能，以及物理、化学稳定性。 一般的高聚物多为线型的，而吸附树脂则必须是 高度交联的立体网状结构。只有这样才能使其具 有稳定的结构，在使用时无论遇到什么溶剂也不 会被溶解，也不至于在接触到不同溶剂时因溶胀 情况的不同而发生太大的体积变化，影响使用。
天然吸附剂
活性铝土矿：主要含Al2O3 （70-75%）和 SiO2 （11-12%），经过水热处理，改变和 控制其孔结构，使其具有所需要的性能。 硅藻土：经石灰水处理，生成活性很高的 SiO2 ，价格低廉。 白土：天然粘土经加热、酸处理可制成漂 白土或酸性白土。
人工合成吸附剂
硅胶：
是由硅酸钠（水玻璃）经酸化，生成凝胶 颗粒，再经脱水、干燥制成的。制备条件 可以改变硅胶颗粒、孔径和比表面积的大 小。硅胶易于吸附极性物质（如水、甲醇 等），故可用于物质的干燥和分离。
即使是表面上的非极性分子，在某些因素 的扰动下也会产生瞬时偶极矩，从而引起 互相吸引：
以上的分子间作用力较弱，所引起的吸附 统称物理吸附。
这种弱作用力吸附的优点是容易脱附，被 吸附的物质可以被全部洗脱下来。 在少数情况下形成化学键的吸附称为化学 吸附，一般说来化学吸附比较牢固，不易 脱附。
有些吸附剂，主要是高分子吸附剂，兼有 物理吸附和化学吸附的双重作用，这对提 高吸附分离的能力是十分有利的。
合成沸石
有100多个品种。 其基本结构单元为硅氧四面体和铝氧四面 体（由灰色线围成）：
硅氧四面体
铝氧四面体
由不同比例的硅氧四面体和铝氧四面体再 通过氧互相连接成四元环、六元环……。 各种多元环再互相连接，构成立体的、中 空的多面体—中空的笼。 笼的形状和尺寸可以调节，每一种分子筛 可以吸附比笼孔小的分子，而大于笼孔的 分子不得进入其内，像筛子一样来筛选分 子，故得其名。
9、吸附分离装置
静态吸附 可在带搅拌的釜或槽中进行。溶液粘度较大， 悬浮物较多或分配比较大时可用此方式。
A
B
C
A-吸附开始，B-吸附使溶液腿色、变浅，
C-溶质被完全吸附、腿色。
固定床吸附装置
实际上是一种常规的 离子交换柱，常用的 为几百升至几立方米 的不锈钢或搪瓷柱， 下部或上、下部装有 80目的滤网。实验室 则常用玻璃柱。
良溶剂
用二乙烯基苯制备多孔树脂，典型的良溶剂是甲苯。
良溶剂不仅能与单体互溶，还能溶胀所生成的聚合 物。因此以甲苯为致孔剂使二乙烯基苯进行悬浮聚 合时，生成的三维网状聚合物一直处溶胀状态。 由于没有相分离出现，最后形成的聚合物球体在整 体上仍是均匀的，在去除溶剂时会出现孔收缩，所 得到的干态树脂比表面较大，孔径较小。
在表面上却不同，分子或原子有一面没有 受到包围，存在着吸引其它分子的能力， 吸附就是由这种剩余力所引起的。
静电力：即表面分子带正（或负）电荷的部 分与其它分子带负（或正）电荷的部分互相 吸引。
氢键吸附 ：这就是连于氧、氮等原子上的 氢原子的容易裸露的、带正电荷的原子核与 其它分子ຫໍສະໝຸດ Baidu电负性比较强的氧、氮、硫等原 子互相吸引，形成氢键——特殊定向力 。
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。
4、吸附树脂的结构
吸附树脂的外观一般为直径为0.3～1.0 mm的小圆 球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白 色、浅黄色或深褐色。 吸附树脂的颗粒的大小对性能影很大。粒径越小、 越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小， 使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易 流失。
粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以做到，故目 前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。
吸附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度 略大于水，在有机溶剂中有一定溶胀性。 但干燥后重新收缩。而且往往溶胀越大时， 干燥后收缩越厉害。
吸附树脂必须在含水的条件下保存，以免 树脂收缩而使孔径变小。
吸附树脂一般都是含水出售的。
几种简单的笼形结构如下图所示，每一个 角都代表一个四面体：
立方体笼
六角柱笼
β笼
3、吸附树脂
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。
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。
孔径
4.0 4.4 5.0 20-25 5-6 6.3 8.0 25.0 8.0 35.2
酰胺 氧化氮类 氧化氮类 -NRn 170 25 200 21.0 130
6、吸附动力学
吸附过程与离子交换不同的是只有3个步骤， 即： 吸附质穿过液膜到达树脂的表面（膜扩散） ； 吸附质从树脂表面进入树脂内部，到达吸附 位点（粒扩散）； 吸附质在吸附位点被树脂吸附。
这种吸附，树脂是固定的，但溶液是流动 的，因而被称为动态吸附。 固定床因装填的不均匀性、气泡、壁效应 或沟流的存在，吸附饱和层面的下移常是 不整齐的，即存在所谓“偏流”现象。并 且当吸附过程临近结束，部分吸附质从柱 子随溶剂漏出时，柱子底部的树脂层尚未 达到吸附平衡，因而柱式吸附时树脂的负 载量可能会有些变化。