特種離子交換樹脂的合成
該類樹脂是指在某些場合有其特殊的用途,但目前在生產和應用上規(guī)模還不夠大,技術上還在發(fā)展或尚在研究,待完善的一些離子交換樹脂。因其合成方法與普通離子交換樹脂有許多相似之處,故在本節(jié)只做簡單介紹。
一、氧化還原樹脂
氧化還原樹脂是指能與周圍活性物質進行電子交換,發(fā)生氧化還原反應的一類樹脂,也稱為電子交換樹脂。最常見的是氫醌類、巰基類、吡啶類和二茂鐵類等。氫醌類可由縮聚或乙烯基氫醌聚合來制備。但氫醌的活潑氫使其有可能參加縮聚或加聚反應,因而常設去加以保護。此類方法的缺點是單體制備比較麻煩,后一反應水解也比較困難。由氯甲基聚苯乙烯與氫醌反應也可制備多種氧化還原樹脂。
吡啶類氧化還原樹脂的例子是:含煙酰胺的交聚苯乙烯。此類樹脂已有實際應用,對其合成方法也進行了多方面的研究。除上面方法外,先合成乙烯基芐基煙酰胺,再經聚合可得到同樣結構的樹脂。
離子交換樹脂吸附法是制備氧化還原樹脂的一種簡單、方便的方法。許多有機或無機氧化還原劑都可用此法負載到適當?shù)碾x子交換樹脂上制成氧化還原樹脂,如Cu2+、Fe2+、Sn2+、Co2+ Ce3+、Ni2+、Mn2+等。如果這些離子以絡合物的形式結合到樹脂上,則其穩(wěn)定性更好。
有機氧化還原劑,如多種酸性或堿性染料、氫醌、蒽醌、四氯氫醌、靛藍二硫酸等亦可吸附到陰或陽離子交換樹脂上,制成氧化還原樹脂。
氧化還原樹脂可用于制備過氧化氫,作為氧化劑用于脫氫反應,去除高壓鍋爐用水中的氧和用作抗氧劑等,還可用于環(huán)保分析等許多方面。
二、兩性樹脂
兩性樹脂是一類在同一樹脂顆粒內存在著陽、陰兩種基團的離子交換樹脂。這類樹脂中的兩種基團彼此接近,可以互相結合遇到溶液中的離子又可同時與陽、陰兩種離子進行離子交換。飽和之后只需大量水洗,便可使樹脂得到再生,恢復其原有的交換能力。兩性樹脂的兩種基團必須是強酸-弱堿型,弱酸-強堿型或弱酸-弱堿型。強酸-強堿型樹脂不能表現(xiàn)出兩性樹脂的特點。
兩性樹脂的合成方法有以下幾種:
1.功能化單體共聚
如乙烯基磺酸與乙烯吡啶或丙烯酰胺等。
2.丙烯酸甲酯與功能化單體(如烯丙胺)共聚共聚后再經水解,制成弱酸-弱堿型兩性樹脂。
3.單體共聚再功能基化
如苯乙烯與丁烯二酸酐共聚、氯甲基化、胺化、水解;苯乙烯與氯乙烯共聚、胺化、磺化;苯乙烯與丙烯腈或丙烯酸甲酯共聚、氯甲基化、磺化、水解;苯乙烯與二乙烯苯共聚體經氯甲基化、胺化、磺化等。
4.以陽(或陰)離子交換樹脂吸收適當單體后聚合,再功能化所用離子交換樹脂是交聯(lián)的,可視為籠,由所吸收的單體聚合成高分子鏈是線型的,可視為蛇,交聯(lián)鏈和線型鏈絞纏在一起,相鄰的陽、陰交換基團又互相結合,使線型鏈不會跑出。因而被稱為蛇籠樹脂。熱再生的概念即來源于這類樹脂的特殊性質:在熱水中對鹽的吸附量小于在冷水中的吸附量,或者說此類樹脂(含弱酸、弱堿基團)的離子交換平衡會受溫度的影響。
5.復合樹脂
是將陰、陽兩種樹脂的細粉用親水性好的聚合物(如聚乙烯醇)包結成球。用作熱再生樹脂效果很好[70]。
熱再生樹脂是具有弱酸、弱堿基團的兩性樹脂。用于苦咸水及廢水脫鹽,用熱水再生。熱水的離解度比常溫水高幾十倍,此時的解離,從而使樹脂再生。
丙烯酸系弱酸樹脂的滴定曲線也不夠平緩。如IRC-50 用于熱再生時基團的利用率僅有10%(用于1760mg/LNaCl溶液)。但從滴定曲線判斷,具有羧酸基團和二甲胺基團的兩性樹脂,在用于29300mg/L的NaCl溶液脫鹽時,可有30%以上的基團利用率。
兩性樹脂的另一個重要用途是以離子阻滯法去除極性有機物中的鹽類。如將含鹽的蔗糖溶液通入兩性樹脂柱,則溶液中的強電解質被樹脂截留(離子交換),而蔗糖則隨流出液排出。然后用水沖洗,樹脂上的弱酸或弱堿鹽水解,交換到樹脂上的無機鹽也被洗出,使蔗糖與無機鹽分開。與普通離子交換樹脂脫鹽法的區(qū)別是不需用酸、堿再生。
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