新型两性吸附树脂的研制与性能研究 (1)

第18卷第3期离子交换与吸附211 离子交换与吸附, 2002, 18(3): 211 ~216

ION EXCHANGE AND ADSORPTION

文章编号：　1001-5493(2002)03-0211-06

新型两性吸附树脂的研制与性能研究*

周永华钟宏

中南大学化学化工学院, 长沙 410083

E-mail: zhouyon5692_cn@

摘要：　以对氨基苯磺酸、苯酚、甲醛为基本原料，设计并合成了内盐结构稳定、对 (NH4)2SO4

有较大亲合力的新型两性吸附树脂－PSN树脂，研究了PSN树脂对 (NH4)2SO4的吸附性质，

同时研究了PSN树脂对 (NH4)2SO4的吸附等温线的静态性能。实验结果表明，PSN树脂对

(NH4)2SO4的吸附是以分子吸附形式进行，常温下PSN树脂对与自身结构相似的 (NH4)2SO4

饱和吸附量可达3.16mmol/g干树脂，吸附等温线符合Langmuir等温方程。

关键词：两性树脂吸附无机废水分离

中图分类号: TQ425.2 文献标识码: A

1 引言

两性蛇笼树脂自Hatch[1] 发明以来引起人们广泛的研究[2,3]，并在有机物与无机物的分离及无机物的脱盐方面得到应用。美国Dowex公司生产的Retardation 11A8用于含高浓度NaSCN聚丙烯腈的废水处理及浓碱液的脱盐，效果较佳。但两性蛇笼树脂对较低浓度无机电解质的吸附容量离实际应用还有一定距离，对盐的最大饱和吸附量为2.79mmol/g。国内外对两性蛇笼树脂的研究多以已有弱酸强碱型丙烯酸在季胺树脂中缩聚为基础，进行聚合机理[4]、改变基体树脂孔径进行合成[5]、吸附及解吸工艺[6] 方面的研究。本文在已有研究的基础上，结合冶金行业 (NH4)2SO4废水处理的要求，设计并合成了新型两性吸附树脂－PSN系列树脂。并对PSN树脂的吸附热力学进行了初步的研究。

2 新型两性吸附树脂PSN的设计与合成

两性蛇笼树脂由丙烯酸在季胺型强碱性基体树脂中线型缩聚而得。它含有－COOH、－NR3Cl两种功能基，能对无机电解质中阴、阳离子同时分离，可以大大简化酸碱型树脂

* 收稿日期：　2001年9月26日

项目基金：　湖南省自然科学基金

作者简介：　周永华, 女(1976－), 山西省人, 硕士, 研究方向: 化工分离

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Ion Exchange and Adsorption 2002年6月

分别交换再生的工艺。蛇笼树脂中阴、阳功能基以内盐键形式存在，对无机电解质以离子阻滞的机理进行分子吸附，因此内盐键数目直接影响蛇笼树脂的吸盐容量。由于蛇笼树脂本身柔性链的链段运动，影响了内盐结构的稳定，从而不利于吸盐容量的提高。要显著改变蛇笼树脂吸盐容量低的状况，必须设计具有更稳定配对结构的新型两性吸附树脂。

新型两性吸附树脂是以 (NH4)2SO4废水为处理对象而设计的。从前面分析可知，要显著提高两性吸附树脂的吸盐容量，必须使树脂中阴、阳功能基距离稳定。因此把阴、阳功能基固定在同一单体上，并使单体均匀分布于树脂中，可宏观上保证阴、阳功能基之间分子水平上的混合。阳离子功能基有强酸性的，如－SO3H和弱酸性的，如－COOH，－PO3H2；阴离子功能基有强碱性的，如－NR3Cl，和弱碱性的，如－NH2，－NH－。为减少功能基自中和，一般选用强弱搭配，同时考虑到树脂对与自身结构有相似基团的无机盐有较大亲和力的可能性，新型两性树脂的功能基选择－SO3H和－NH2。这两种功能基组合于同一单体上，对氨基苯磺酸是理想的选择。对位结构除利于聚合之外，还可以使三维立体交联的树脂中，－SO3H与－NH2配对时，成较规则形式以静电力结合；另一方面，－SO3H与－NH2配对，抑制了－NH2的氧化，保证含氨基树脂在空气中的稳定性。

新型两性吸附树脂PSN以苯胺、浓硫酸为原料，于185℃~190℃合成对氨基苯磺酸，再与甲醛预聚，预聚物与苯酚、甲醛在适当温度进一步交联制得棕色树脂。通过计算并控制各组份不同用量，制备出了PSN-1、PSN-2、PSN-3三种规格的树脂，阴、阳功能基团的摩尔比为0.95、1.05、1.15。将树脂用蒸馏水洗涤，烘干，粉碎至1~2mm粒径的颗粒，待用。

3 实验部分

3.1 药剂及设备

3.1.1 药剂

硫酸氨、盐酸，分析纯，长沙化学试剂厂。甲醛、硫酸钾、无水乙醇，分析纯，湖南师范大学化学试剂厂。氢氧化钠、氯化钡，河南焦作化工三厂。酚酞指示剂，湘中地质试验研究所。

3.1.2 设备

SHA-C型水浴恒温振荡器，江苏金坛市医疗仪器厂。WGZ-1型数字式浊度仪，上海市第三光学仪器厂。

3.2 实验方法

3.2.1 离子浓度分析

NH4+ 离子采用甲醛滴定法测定。SO42－　离子采用比浊法测定。

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3.2.2 静态吸附容量的测定

准确称量约2g 的树脂与100ml 一定浓度的 (NH 4)2SO 4水溶液置于250ml 锥形瓶中，密封，在水浴恒温振荡器中振荡10h ，吸取上层清液，分析残余离子浓度。离子静态吸附容量+4

NH q 、-24

SO q 可由下式计算：

式中：+4

NH q 、-24

SO q —离子静态吸附容量 (mmol/g)

+4

ONH C 、-24

OSO C —离子初始浓度 (mol/L)

+4

NH C 、-24

SO C —残余离子浓度 (mol/L)

V —溶液体积 (ml)

m —树脂质量 (g)

3.2.3 吸附等温线的测定

称取约2g 树脂，置于盛有不同浓度的100ml (NH 4)2SO 4水溶液的锥形瓶中，在设定温度的水浴振荡器中振荡达平衡，取上层清液，分析残余离子浓度C ，并计算静态吸附容量q ，做q －C 图，得等温线。

4 结果与讨论

4.1 树脂阴阳基团配比与分子吸附

20℃，PSN-1、PSN-2、PSN-3对100ml 、0.05mol/L (NH 4)2SO 4吸附量见表1。

表1 三种树脂对 (NH 4)2SO 4吸附量

型号 +4

NH q -24

SO q +4NH q /-24

SO q

PSN-1 3.70 1.91 1.94 PSN-2 4.10 1.90 2.16 PSN-3

4.25

1.89

2.24

由表1可知，三种树脂对NH 4+、SO 42－　

离子吸附量比值+4

NH q /（2×-24

SO q ）分别为0.97、

1.08、1.12，与树脂阴、阳功能基数量之比基本吻合。即PSN-1、PSN-2、PSN-3树脂对 (NH 4)2SO 4的吸附主体上是以分子形式进行的。由于苯酚羟基发生电离，部分无机电解质离子与树脂功能基发生交换反应，而使阴、阳离子吸附量之比在0.97~1.12范围，接近于

m

V C C q /)(4

4

4

NH ONH NH +++−=m V C C q /)(-24

-24-24SO OSO SO −=