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1、Polymer Design,组长：黄玲玲组员：李文涛 陈放 范翔云 刘容宾 陈斌 王贵恒 许强,高聚物分子设计,1,t课件,离子交换树脂设计与合成,2,t课件,一、离子交换树脂简介,离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物。它具有一般聚合物所没有的新功能离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。,3,t课件,一、离子交换树脂简介,离子交换树脂由三部分组成：三维空间结构的网络骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功能基团上吸附的可交换的离子。,离子交换树脂的设计、合成主要是与这三部分有关,4,t课件,一、离子交换树脂简介,按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。,
2、按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。阴、阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和弱酸型三种。 按基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂等。,离子交换树脂的分类,5,t课件,二、离子交换树脂设计思路,离子交换树脂设计分为两个方面：一、离子交换树脂的基体 离子交换树脂多种不同的基体，根据不同的性能要求选择不同的基体。如果要求耐热性需要引入一些刚性基团；如果要求有较强的冲击性能，需要改进树脂的基体的交联结构。二、离子交换树脂的活性基团 离子交换树脂的功能性主要体现在活性基团上，与离子交换树脂运用密切相关。所以引入不同的活性基团对功能化有重要作用。,6,
3、t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂,设计思路：,引入磺酸基，可解离出H+，H+可与周围的外来离子互相交换,磺化,合成治疗高血钾症的辅助性药物，但是如果用苯磺酸会使人体内环境变为酸性，所以引入人体内大量存在的Na+。,7,t课件,根据以上分析，合成聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂具有实用意义。,磺化,碱处理,三、离子交换树脂的设计、合成,1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂,8,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂,1.交联聚苯乙烯大分子微球的合成,以苯乙烯、二乙烯苯为单体, 在引发剂作用下利用悬浮聚合法在含有分散剂的纯水中通过自由基
4、聚合反应而得到共聚珠体。,共聚珠体：,9,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂,具体合成步骤：150m L 纯水+溶解完全的分散剂聚乙烯醇溶液 搅拌静止 加入苯乙烯和二乙烯苯单体混合物 升温 维持反应4h 过滤并用甲醇洗涤2次 干燥 共聚珠体,10,t课件,上述合成步骤的材料设计思想： 苯乙烯聚合加入二乙烯苯，形成交联结构，否则苯乙烯链结构会产生滑移而不具有相应的功能。 由于聚合反应不能把单体完全反应，聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂用于人体内服用，所以必须把没有反应完全的单体除去，用甲醇洗涤数次。,11,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,1.聚苯乙烯磺酸钠型
5、离子交换树脂,共聚微体+二氯乙烷 溶胀 加入浓硫酸 磺化 升温 冷却加水稀释 加入NaOH 过滤干燥得到产品,2. 聚苯乙烯成酸钠离子交换树脂的制备,12,t课件,结果：成功制备了粒径范围在60-200m的聚苯乙烯磺酸钠离子交换树脂。,13,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,1.聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂,2. 聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂的应用,聚苯乙烯磺酸钠型离子交换树脂是一种治疗高血钾症的辅助性药物，它的作用机理是通过树脂中的钠和人体内的钾交换，即吸附人体内的钾离子，释放树脂中的钠离子，树脂携带体内部份的钾一起排出体外，从而降低血液中钾的含量。 对于需要进行血透析治疗的高血钾症患者
6、，借助于聚苯乙烯磺酸钙进行辅助治疗，可以延长透析周期、减少透析次数。,14,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,2.酚醛型离子交换/螯合树脂,设计思路：,酚醛型离子交换/螯合树脂的合成通常是在苯酚所提供的母核上进行的，合成过程中酚羟基一般不参与化学反应, 因此在该类树脂的高分子骨架上含有大量的酚羟基，这会使酚醛树脂的耐热性、耐化学腐蚀性显著降低。为了克服上述缺点，将苯酚中的酚羟基用醇加以醚化，再使其与甲醛发生缩合反应，得到了不含酚羟基的酚醛型离子交换/螯合树脂。,苯酚或苯酚衍生物与含有螯合功能基的单体及甲醛直接缩合聚合制备，制得的树脂具有螯合容量大、螯合功能基在高分子链上分布均匀。,15,t
7、课件,三、离子交换树脂的设计、合成,2.酚醛型离子交换/螯合树脂,1. 醚化酚醛型离子交换/螯合树脂的合成,以甲酸为反应介质，以硫酸为催化剂，通过苯氧乙醇与甲醛的缩合反应，合成含伯羟基的酚醛树脂基体, 然后再通过苯磺酸酯化等反应，合成在酚醛树脂基体上连接二乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺的酚醛型离子交换/螯合树脂，通过上述树脂中所含有的氨基与马来酸酐反应，将酒石酸引入到上述螯合树脂中，使其具有氨基和羧酸两种螯合功能基。 将苯酚中的酚羟基醚化不仅可以克服其易被氧化的缺点, 而且可以增强链段的柔顺性，使树脂中螯合功能基的柔软性得到提高，有利于与金属离子的螯合。若醚化试剂的端基是羟基、羧基等基
8、团，还易于进一步地化学改性。,16,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂,交联聚苯乙烯(PS)型树脂如XAD-2 和 D101 等可与皂甙的甙元部分产生疏水性吸附，能从水提取液中吸附分离蓝皂甙，但这些树脂是非极性的，树脂相与水相之间的界面能较大，皂甙从水相向树脂转移困难，吸附速率慢，吸附量小。在树脂结构上引入二乙醇胺极性基团，增大树脂的亲水性，改善树脂的吸附性能。,设计思路：,17,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂,1.PS-Ace-Cl 树脂的制备,18,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂,2.PS-Ace-
9、Cl 树脂固载二乙醇胺,19,t课件,三、离子交换树脂的设计、合成,3.聚苯乙烯二乙醇胺树脂,3.PS-Ace-DEA树脂的应用,氯乙酰化聚苯乙烯载体在固相合成、生物化学、固定化催化剂、固定化酶等方面有较多的应用。PS-Ace-DEA树脂对金属离子如Cu2+、Pb2+、Ni2+、Cr6+等离子有较好的吸附性，可应用于实际工业废水的处理中。-CD与PEG成功固载到羧基化聚苯乙烯载体上，制备得到具有特殊功能的高分子载体，可应用于手性拆分和酶的固定化等应用领域中。,20,t课件,四、离子交换树脂的应用,1.水处理水处理领域离子交换树脂的需求量很大，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂用在
10、原子能、半导体、电子工业等。2.食品工业离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。3.制药行业制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。,21,t课件,四、离子交换树脂的应用,4.合成化学和石油化学工业在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。5.环境保护许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。6.湿法冶金及其他离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。,22,t课件,五、离子交换树脂的发展前景,离子交换树脂市场规模越来越大。离子交换树脂除了继续在常规应用领域（如工业水处理、饮用水净化和食品工业等）继续发挥重要作用外，也开始向高端科技领域渗透和发展。例如，在“嫦娥一号”探月卫星工程中，哈尔滨晶体管厂负责提供军用电子元器件，而浙江争光实业股份有限公司提供的ZG ER 树脂则为哈尔滨晶体管厂制得了高纯度的电子级生产用水。,23,t课件,谢谢大家 !,24,t课件,
