37380-43-1 / 離子交換樹(shù)酯的種類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用

背景及概述^[1]

離子交換樹(shù)酯是分子中含有活性基團(tuán)而能與其他物質(zhì)進(jìn)行離子交換的樹(shù)脂。通?？煞譃殛?yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂兩類(lèi)。前者具有酸性功能團(tuán)(如磺酸基)而能與溶液中陽(yáng)離子進(jìn)行交換;后者具有堿性功能團(tuán)(如氨基)而能與溶液中陰離子進(jìn)行交換。

制造過(guò)程一般可分兩階段(以苯乙烯型離子交換樹(shù)脂的合成為例)：(1)合成交聯(lián)高聚物母體。將苯乙烯和二乙烯苯經(jīng)懸浮共聚而制得交聯(lián)結(jié)構(gòu)的顆粒狀的苯乙烯-二乙烯苯共聚物，樹(shù)脂顆粒直徑為0.1～2.0毫米。單體中二乙烯苯的重量百分?jǐn)?shù)習(xí)慣上稱(chēng)做“交聯(lián)度”。一般在4～12%。(2)引入具有離子交換能力的功能團(tuán)。顆粒狀樹(shù)脂用濃硫酸磺化，在高分子鏈的苯環(huán)上引入磺酸基，便成強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂;當(dāng)苯環(huán)上引入季銨鹽基時(shí)，便成為強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂;引入螯合基團(tuán)如—N(CH₂COOH)₂則制得螯合離子交換樹(shù)脂。

表征離子交換樹(shù)脂交換能力的指標(biāo)有：(1)重量交換容量，即每克干樹(shù)脂所能交換離子的毫克當(dāng)量數(shù)[meq/g(干];(2)體積交換容量，即每毫升濕樹(shù)脂所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)(meq/ml)。

離子交換樹(shù)酯廣泛用于水、糖溶液、甘油等的凈化，金屬的回收，離子的分離和測(cè)定，以及用作有機(jī)合成的催化劑等。

種類(lèi)^[2]

目前常用的離子交換樹(shù)脂根據(jù)基體的不同，主要分為兩大類(lèi)，即苯乙烯樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂。上產(chǎn)品包括美國(guó)Rohm&Haas公司的Amberlite系列樹(shù)脂、美國(guó)Dow化學(xué)公司的Dowex系列樹(shù)脂、印度Thermax公司的Tulsion系列樹(shù)脂和英國(guó)Hallite公司的Purolite系列樹(shù)脂等。苯乙烯系樹(shù)脂是以苯乙烯為原料，與交聯(lián)劑二乙烯苯發(fā)生聚合反應(yīng)獲得的。它包括酸性離子交換樹(shù)脂，如Dowex50WX2、Dowex50WX4、AmberliteIRP69、Indion254、Indion284。堿性離子交換樹(shù)脂，如DuoliteAP143、Dowex1、Dowex2、AmberliteIR400、Indion454等。丙烯酸樹(shù)脂是以丙烯酸(酯)為原料，與交聯(lián)劑二乙烯苯發(fā)生聚合反應(yīng)獲得的。它主要為弱酸性離子交換樹(shù)脂，包括如AmberliteIRP64、AmberliteIRP88、Indion204、Indion214、Indion294、TulsionT-335等。

特點(diǎn)^[2]

離子交換樹(shù)脂在1935年被發(fā)現(xiàn)，是一類(lèi)帶有功能基團(tuán)的多孔性高分子聚合物，發(fā)揮主要作用的功能基團(tuán)是以離子鍵與活性基團(tuán)結(jié)合的平衡離子，該平衡離子通過(guò)與離子型藥物交換，使藥物進(jìn)入離子交換樹(shù)脂骨架中而顯現(xiàn)各類(lèi)優(yōu)點(diǎn)。離子交換樹(shù)脂的各種性能，如滲透能力、溶脹潛力、交換選擇性和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)也受其自身性質(zhì)多方面的影響，這些影響因素包括交聯(lián)度、交換容量、粒徑和孔隙度等。而交聯(lián)度作為評(píng)價(jià)離子交換樹(shù)脂大分子主鏈惰性骨架立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)性能的指標(biāo)對(duì)其自身性質(zhì)影響最大。文獻(xiàn)報(bào)道，交聯(lián)度越高，則樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)越緊密，功能基反應(yīng)越難進(jìn)行，離子擴(kuò)散速率越慢，交換量降低，但樹(shù)脂對(duì)離子的選擇性會(huì)相應(yīng)增加。離子交換樹(shù)脂因具有上述特點(diǎn)，在藥劑學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究日趨廣泛。尤其自1956年Raghunathan提出可將離子交換樹(shù)脂作為藥物緩釋載體后，離子交換樹(shù)脂在藥物傳遞系統(tǒng)(DDS)中的應(yīng)用發(fā)展十分迅速，主要應(yīng)用在口服液體緩控釋給藥系統(tǒng)中，在經(jīng)皮、黏膜、鼻腔等給藥系統(tǒng)方面的應(yīng)用也有報(bào)道。國(guó)內(nèi)外大公司相繼運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，制備了各類(lèi)制劑。

應(yīng)用^[3]

1、離子交換樹(shù)脂在電鍍廢水處理中的應(yīng)用

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)的電鍍生產(chǎn)每年排放4億t含重金屬?gòu)U水。目前，我國(guó)大部分電鍍廠(chǎng)都存在一定的污染情況。許多電鍍廠(chǎng)在生產(chǎn)電鍍以后，廢水處理不達(dá)標(biāo)就排放，甚至有的電鍍廠(chǎng)廢水處理系統(tǒng)癱瘓，這樣給環(huán)境的壓力就增大了許多，嚴(yán)重超過(guò)了環(huán)境的自主拯救系統(tǒng)?？梢?jiàn)，處理好電鍍方面給環(huán)境施加的壓力，將大大改善我國(guó)的環(huán)境衛(wèi)生?，F(xiàn)在許多電鍍廠(chǎng)采用的還是一般的化學(xué)降解，這樣處理的結(jié)果不但費(fèi)用高，而且還污染環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電鍍污水處理系統(tǒng)中引入離子交換樹(shù)脂是比較合適的，國(guó)外特別是歐盟90%以上的電鍍生產(chǎn)線(xiàn)(車(chē)間)采用的都是離子交換樹(shù)脂方法。其優(yōu)點(diǎn)是相當(dāng)可觀(guān)的:(1)根據(jù)離子交換樹(shù)脂的本身可以重復(fù)使用的特性，可以回收再生利用;(2)離子交換樹(shù)脂處理所需費(fèi)用低;(3)離子交換樹(shù)脂制作簡(jiǎn)單，比較省材料，因此工廠(chǎng)在制作時(shí)可以減少投資;(4)離子交換樹(shù)脂處理電鍍廢水機(jī)組也可用于電鍍后工件漂洗水中貴重金屬離子的回收。

2、離子交換樹(shù)脂在污酸凈化中的應(yīng)用

重金屬離子廢水經(jīng)過(guò)自身的反應(yīng)會(huì)使其產(chǎn)生酸性，這個(gè)環(huán)境帶來(lái)了極大的污染。在冶煉煙氣制酸工藝流程中，對(duì)冶煉煙氣降溫除塵至關(guān)重要。其主要工藝過(guò)程是:將煙氣中含有的固態(tài)或者液態(tài)懸浮顆粒和部分易溶于水的氣體通過(guò)與水逆向接觸從煙氣中分離出去。凈化除塵產(chǎn)生的廢水經(jīng)過(guò)固液分離之后產(chǎn)生上清液，工業(yè)上稱(chēng)其為污酸。此時(shí)處理可用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，這樣可以把其中的H+與樹(shù)脂的骨架結(jié)合，從而降低了污水中的酸性，另外樹(shù)脂可以再生，大大減少了成本。這樣可以減少生活中的酸污染，減少酸污染可以使我國(guó)減少霧霾，酸雨等現(xiàn)象。

3、離子交換樹(shù)脂在環(huán)境保護(hù)中的作用

離子交換樹(shù)脂的技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)發(fā)展到了一定的地步，基于它的作用以及現(xiàn)在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，把國(guó)家建設(shè)成綠色環(huán)保，21世界的綠色世界，我們把它投入環(huán)境保護(hù)行列。處理污水，處理污酸，減少酸霧，減少霧霾，這樣就可以是我國(guó)環(huán)境得到進(jìn)一步的改善。水處理領(lǐng)域離子交換樹(shù)脂的需求量很大，約占離子交換樹(shù)脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽(yáng)離子的去除。目前，離子交換樹(shù)脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠(chǎng)的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。這些都是在環(huán)境上的應(yīng)用，大大改善了我們現(xiàn)在的環(huán)境，基于這些，離子交換樹(shù)脂將會(huì)越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用。

4、用于去離子水的制備

現(xiàn)在我們生活中飲用的大部分是自來(lái)水，，而自來(lái)水中常含有一些雜質(zhì)，主要是無(wú)機(jī)鹽，如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^－和NO₃^－等。為了除去這些離子制備去離子水，可以先將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理成氫型，將強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂處理成氫氧型，先讓待純化的水通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱，這樣就除去水中的各種陽(yáng)離子，然后再讓除去陽(yáng)離子的水通過(guò)陰離子交換樹(shù)脂柱，以交換除去水中的各種陰離子。另外此樹(shù)脂可以再生，當(dāng)樹(shù)脂上的活性基團(tuán)被水中交換上的離子飽和后，可以用強(qiáng)酸強(qiáng)堿分別洗脫陽(yáng)柱和陰柱上的這些離子，是樹(shù)脂恢復(fù)交換能力。這樣使我們的應(yīng)用水軟化的方法不僅節(jié)約了費(fèi)用，更對(duì)我們的生活質(zhì)量有所提高。

參考文獻(xiàn)

[1]化學(xué)詞典

[2]孫艷冬,張然然,趙源,陸偉根.離子交換樹(shù)脂作為藥物載體的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志,2016,47(06):802-806.

[3]韓春雨,李雅靜,吳俊鵬.離子交換樹(shù)脂最新發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用[J].山東化工,2014,43(07):64+66.