李璐 阴离子交换树脂的生产原理与工艺

阴离子交换树脂的生产原理与工艺

化学与材料科学系高分子与材料工程专业

08150123 李璐指导老师：张少华

摘要：本文对不使用氯甲醚合成苯乙烯型阴离子交换树脂的几种方法进行了比较。提出一种改进的合理制备弱碱性阴离子交换剂的氮甲基化方法，在该方法中，得到的副产物能够容易地转化成一种适当的原料。提供了一种新型阴离子交换剂的制备工艺和用途。和一种具有吸附和交换双重功能的季铵型阴离子交换剂及其制备方法。

关键词：离子交换树脂；苯乙烯型阴离子交换树脂；丙烯酸型阴离子交换树脂；制备方法；生产工艺。

[前言]

离子交换树脂是在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料[1]。按交联聚合物的不同品种,离子交换树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系、氯乙烯系等;按树脂形态的不同可分为凝胶型和大孔型两种;另外,根据离子交换树所含官能团的性质又可分为强酸、弱酸、强碱、弱碱、螯合、酸碱两性和氧化还原型等7类;按用途还可分为水处理用树脂、药用树脂、催化用树脂、脱色用树脂、分析用树脂以及核子级树脂等[2]。苯乙烯型阴离子交换树脂在工业水处理、离子配合等领域具有广泛的用途[3]。近年来,它在生物化学及制药工程等领域的应用也愈来愈受到人们的重视[4~5],已经在生物工程产品的分离和纯化,蛋白质药物分离,多肽及寡糖、寡核苷酸的固相合成[6~9]等方面取得了一定的进展。丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素，脱色容量大，而且吸附物较易洗脱，便于再生，在糖厂中可用作主要的脱色树脂。苯乙烯系树脂擅长吸附芳香族物质，善于吸附糖汁中的多酚类色素(包括带负电的或不带电的)；但在再生时较难洗脱。因此，糖液先用丙烯酸树脂进

行粗脱色，再用苯乙烯树脂进行精脱色，可充分发挥两者的长处。

[主题]

1苯乙烯型阴离子交换树脂的制备[10]

1.1使用长链氯甲基醚类的氯甲基化法[10]

阴离子交换树脂通常是在氯甲基树脂基础上合成的，该方法和常规氯甲基化法的区别在于所使用的氯甲基化试剂为长链氯甲基醚。

1.2氯甲基苯乙烯聚合法[10]

氯甲基苯乙烯聚合法是以含氯甲基的苯乙烯为单体与二乙烯苯共聚得到氯甲基共聚体,然后进一步胺化制得阴离子交换树脂的方法。

1.3Mannich胺化反应法[10]

使含对乙酰氧基的苯乙烯单体和二乙烯苯等交联剂共聚得到对乙酰氧基交联聚苯乙烯,然后水解得到含羟基的共聚体(不直接使用对羟基苯乙烯单体参加共聚是为了防止羟基在聚合过程中遭受破坏)。由于羟基的供电子作用使苯环活化,可以和甲醛、胺发生Mannich反应得到弱碱性阴离子交换树脂,再继续和碘甲烷或硫酸二甲酯反应即可得到强碱性阴离子子交换树脂[11-13]。

强碱阴离子交换树脂是一类显示阴离子交换功能的高分子材料，在交联结构高分子基体上以化学键结合着许多季胺交换基团，其碱性较强，相当于一般季胺碱，它在酸性、中性甚至碱性介质中都可显示离子交换功能。

1.4 201×7(717)强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂

1.4.1执行标准：GB13660-92

本产品是在苯乙烯—二乙烯苯共聚交联结构的高分子基体上带有季胺基[-N(CH3)3]的离子交换树脂。其碱性相当于一般季胺碱，在酸性、中性甚至碱性介质中显示离子交换功能。本产品具有机构强度好、耐热性能高等特点。

本产品原牌号717#，相当于国外牌号，美国：Amberlite IRA-400；日本：Diaion SA-10A。

1.4.2规格

（1）外观：淡黄至金黄色球状颗粒

（2）出厂形式：氯型

（3）主要性能指标：

序号指标名称指标

1 含水量% 42-48

2 全交换容量(mmol/g干) 3.6

3 湿视密度(g/ml) 0.66-0.75

4 湿真密度(g/ml) 1.06-1.11

5 粒度(0.315-1.25mm) ≥95

6 磨后圆球率% ≥95

1.4.3使用时参考标准：

（1）PH范围：1-14

（2）最高使用温度：氢氧型≤40°C，氯型≤80°C

（3）型变膨胀率%：(Cl- →OH-)≤18-22

（4）工业用树脂高度：1-3m

（5）再生液浓度：NaOH：4%；HCl：4-5%

（6）再生液用量：HCl(4-5%)体积：树脂体积=2-3：1 NaOH(4%)体积：树脂体积=2-3：1

（7）再生液流速：4-6m/h

（8）再生接触时间：60min

（9）正洗流速：15-25m/h

（10）正洗时间：约20min

（11）运行流速：15-25m/h

1.4.4用途：主要用于纯水制备、高纯水制备、废水处理、生化制品提取。

1.5 201×4(711)强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂

1.5.1执行标准：Q/GSX005-2004

本产品的性能与201×7强碱性阴离子交换树脂相似，但具有更高的工作交换容量，较强的耐渗透应力。

1.5.2规格

（1）外观：淡黄色球状颗粒

（2）出厂形式：氯型

（3）主要性能指标：

序号指标名称指标

1 含水量% 54-62

2 全交换容量(mmol/g干) ≥4.0

3 湿视密度(g/ml) 0.66-0.73

4 湿真密度(g/ml) 1.04-1.08

5 粒度(0.315-1.25mm) ≥95

6 磨后圆球率% ≥90

1.5.3使用时参考标准：

（1）PH范围：1-14

（2）最高使用温度：氢氧型≤40°C，氯型≤100°C

（3）型变膨胀率%：(Cl- →OH-)≤30

（4）工业用树脂高度：1-3m

（5）再生液浓度：NaOH：4%；HCl：4-5%

（6）再生液用量：HCl(4-5%)体积：树脂体积=2-3：1 NaOH(4%)体积：树脂体积=2-3：1

（7）再生液流速：4-6m/h

（8）再生接触时间：30-60min

（9）正洗流速：15-25m/h

（10）正洗时间：约25min

（11）运行流速：15-25m/h

1.5.4用途：

主要用于纯水及高纯水制备、糖液脱色、生化制品，放射性元素的提炼。

1.6 D201大孔强碱性I型阴离子交换树脂

1.6.1产品简介：

本产品是在大孔结构的苯乙烯-二乙烯苯共聚体上带有季铵基[-N(CH3)3OH]的阴离子交换树脂。主要用于纯水、高纯水制备及凝结水净化，还用于废水处理和重金属回收。

D201树脂系列包含四个品种，其中D201为通用性产品；D201FC适用于双室床、浮动床系统；D201SC适用于双层床系统：D201 MB适用于混床系统，尤其适用于凝结水净化高速混床。

1.6.2执行标准：

GB/T16580-96 DL519-2004 SH 2605.02-1997

1.6.3理化性能指标：