高分子化学实验报告-离子交换树脂

　离子交换树脂得制备与性能测定

　一 、

　实验目得: :

　1、熟悉悬浮共聚合得方法及特点。

　2、通过对共聚物得磺化反应,了解高分子反应得一般规律。

　3、掌握离子交换树脂得净化方法与交换当量得测定。

　二、实验背景

　2 2 、 1 离子交换树脂基础介绍

　离子交换树脂得全名称由分类名称、骨架(或基因)名称、基本名称组成。孔隙结构分凝胶型与大孔型两种,凡具有物理孔结构得称大孔型树脂,在全名称前加“大孔”。分类属酸性得应在名称前加“阳”,分类属碱性得,在名称前加“阴”。如:大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。

　离子交换树脂还可以根据其基体得种类分为苯乙烯系树脂与丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团得种类决定了树脂得主要性质与类别。首先区分为阳离子树脂与阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中得阳离子与阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性与弱酸性两类,阴离子树脂又分为强碱性与弱碱性两类 (或再分出中强酸与中强碱性类)。

　离子交换树脂得命名方式:离子交换产品得型号以三位阿拉伯数字组成,第一位数字代表产品得分类,第二位数字代表骨架得差异,第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等得差异。

　2 2 、 2 离子交换树脂得种类

　(1) 强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量得强酸性基团,如磺酸基－SO3H,容易在溶液中离解出 H+,故呈强酸性。树脂离解后,本体所含得负电基团,如 SO3－,能吸附结合溶液中得其她阳离子。这两个反应使树脂中得 H+与溶液中得阳离子互相交换。强酸性树脂得离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解与产生离子交换作用。

　树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂得官能基团回复原来状态,以供再次使用。如上述得阳离子树脂就是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附得阳离子,再与 H+结合而恢复原来得组成。

　(2) 弱酸性阳离子树脂

　这类树脂含弱酸性基团,如羧基－COOH,能在水中离解出 H+ 而呈酸性。树脂离解后余下得负电基团,如 RCOO－(R 为碳氢基团),能与溶液中得其她阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用。这种树脂得酸性即离解性较弱,在低 pH 下难以离解与进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如 pH5～14)起作用。这类树脂亦就是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。

　(3) 强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)－NR3OH(R 为碳氢基团),能在水中离解出 OH－而呈强碱性。这种树脂得正电基团能与溶液中得阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。

　这种树脂得离解性很强,在不同 pH 下都能正常工作。它用强碱(如 NaOH)进行再生。

　(4) 弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)NH2、仲胺基(二级胺基)NHR、或叔胺基(三级胺基)NR2,它们在水中能离解出 OH－而呈弱碱性。这种树脂得正电基团能与溶液中得阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下就是将溶液中得整个其她酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如 pH1～9)下工作。它可用 Na2CO3、NH4OH 进行

　再生。

　(5) 离子树脂得转型 以上就是树脂得四种基本类型。在实际使用上,常将这些树脂转变为其她离子型式运行,以适应各种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与 NaCl 作用,转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出 Na+与溶液中得 Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附,除去这些离子。反应时没有放出 H+,可避免溶液 pH 下降与由此产生得副作用(如蔗糖转化与设备腐蚀等)。这种树脂以钠型运行使用后,可用盐水再生(不用强酸)。又如阴离子树脂可转变为氯型再使用,工作时放出 Cl－而吸附交换其她阴离子,它得再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3－)运行。强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型与氯型后,就不再具有强酸性及强碱性,但它们仍然有这些树脂得其她典型性能,如离解性强与工作得 pH 范围宽广等。

　2 2 、 3 离子交换树脂得应用

　(1)水处理 工业用水里存在两价得钙、镁离子与三价得铁离子,易使管道及锅炉结垢。使用离子交换树脂处理可以较完全得除去水中存在得离子,提高纯水得品质。目前离子交换树脂得最大消耗量就是用在发电厂得纯水处理上,其次就是原子能、半导体、电子工业,可以大幅度提高微小晶片得收缩率。

　(2)食品及制药工业 对制备与改进产品得性能起着重要得作用。例如高果糖浆得制备与链霉素得开发成功。

　(3)合成化学与石油化学工业

　 在有机合成中常用酸与碱作催化剂进行碱化、水解、酯交换、醇酚缩合、水合反应,能保护反应器不被腐蚀,不污染环境,反应容易控制。

　(4)环境保护

　 主要就是进行水溶液或非水溶液中含有得有毒离子或非离子物质进行回收使用。

　(5)湿法冶金及其她

　 离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀有元素与贵金属。并广泛应用于痕量离子得富集与分析,以及生化物质得分离、分析等。

　三、

　实验原 理

　在苯乙烯聚合时加入交联剂,产品具有一定得交联网络结构,可以提高均聚物得耐溶剂性能,这种交联聚苯乙烯就是高分子催化剂得载体,称为“白球”。它以二乙烯基苯作为交联剂,聚合产物结构单纯。将交联聚苯乙烯通过高分子反应接上各类反应基团,作为反应催化剂,就是功能高分子材料中重要得一类。聚苯乙烯作为载体,并不参与反应,与小分子催化剂相比,具有催化效率高、不易失活、可反复使用得优点,在很多反应中受到青睐。

　交联聚苯乙烯需要高分子反应才能制备成高分子催化剂。高分子反应就是当高分子化合物得分子中含有可反应得基团时,进一步进行化学反应,得到具有新性能得另一种高分子化合物。高分子反应在反应形式上与低分子反应几乎就是相同得,但高分子反应,由于受到聚集态、邻近基团效应、几率效应等得影响,所以反应速率及产物得性状与低分子化合物有所差别,通常很难 100%完成。这样在聚合物主链上就存在由原来得结构单元与新生成得结构单元组成得共聚物,如有副反应发生,则副产物也可能进入生成得聚合物组成。因此,生成得聚合物得性质随反应转化率与副反应等发生很大得变化。因此不能用低分子反应产率得大小来衡量反应进行得程度,通常以基团转化程度来表示。

　本实验第一步就是利用悬浮聚合法合成交联得聚苯乙烯珠粒,第二步就是对交联得聚苯乙烯进行磺化,磺化前需先对聚合物进行溶胀,再用浓硫酸进行磺化,产物就是强酸性阳离子交换树脂,用树脂得交换当量来表征树脂在使用时进行离子交换得能力。

　3 3 、 1 离子交换树脂得制备

　苯乙烯系离子交换树脂就是苯乙烯与二乙烯苯(DVB)在水相中进行悬浮共聚合得到共聚物珠体,然后向共聚体中引入可离子化得基团而合成得。苯乙烯系离子交换树脂得用量占离子交换树脂总用量得 95%以上,这就是因为苯乙烯单体相对便宜并可大量得到,并且不易因氧化、水解或高温而降解。聚苯乙烯树脂以聚苯乙烯为骨架,与小分子得功能基以化学键得形式结合,因此既保留了原有低分子得各种优良性能,又由于高分子效应可增添新得功能,这使得离子交换树脂得性能大幅度提高,品种成倍地增加,应用范围迅速扩大,大大促进了化工企业、制药工业、环保等行业得发展,对世界经济、政治、军事得发展产生了巨大得影响。

　苯乙烯与二乙烯苯两种单体在 AIBN 得引发及聚乙烯醇得分散作用下,在水相中悬浮共聚合成固体小白球。白球就是一种高分子聚合物,就是离子交换树脂制备中得中间体,它没有功能基,无离子交换能力。反应式如下:

　 在经过磺化反应,在苯环上一个磺酸基,得到磺酸基离子交换树脂

　3 3 、 2 离子交换树脂得交换机理

　机理:化学吸附 离子交换得实质就是不溶性得电解质(树脂)与溶液中得另一种电解质进行化学反应,表观上都就是树脂中得可交换离子与溶液中得阳离子或阴离子置换。

　历程:与液固反应得历程类似 1、 溶液内离子扩散至树脂表面 2、 由表面扩散到树脂内部 3、 离子交换 4、 被交换得离子从树脂内部扩散至表面 5、 被交换得离子在扩散至溶液中 控制步骤为内扩散 四. . 实验仪器

　250mL 三口瓶(一个)、磁子、机械搅拌器、电磁搅拌器、球形冷凝管、100mL 烧杯(数个)、电子天平、50mL 量筒(一个)、100mL 量筒(一个)、50mL 锥形瓶(一个)、100mL 锥形瓶(一个)、250mL 烧杯(一个)、500mL 烧杯(一个)、滴管(数个)、玻璃棒、布氏漏斗(一个)、抽滤瓶(一个)、抽滤垫(一个)、培养皿、恒压滴液漏斗、恒温水浴、玻璃塞(数个) 五. . 实验药品

　1 1 、交联 S PS 得合成

　试剂名 英文名 分子式 分子量 密度 性状 熔点 沸点 备注

　苯乙烯 Phenylethylene C8H8 104、14 0、91 无色透明油状液体 30、6 146 对眼与上呼吸道粘膜有刺激与麻醉作用 偶 氮 二异丁腈 AIBN C8H12N4 164、21 1、1 白色透明结晶 102104 分解 有毒 聚 乙 烯醇 PVA (C2H4O) n

　1 、311、34 白色片状、絮状或粉状固体 7585(Tg)

　本实验使用配好得 0、1%PVA溶液 二 乙 烯基苯 Divinylbenzene C10H10 130、18 0 、919 无色液体 66、9 82 、14

　2 2 、交联 S PS 得磺化

　试剂名 英文名 分子式 分子量 密度 性状 熔点 沸点 备注 二 氯 乙烷 Dichloroerhane C2H4Cl2

　98、96 1、26 无色或浅黄色液体 35 83、5 有毒 浓硫酸 Sulfuric acid H2SO4 98、078 1 、8305 无色透明液体 10、371 337 强腐蚀性 硫酸银 Silver sulfate AgSO4 311 、799 5、45 无色或白色结晶 652 1085 避光 丙酮 Acetone CH3COCH3 58、08 0 、788 无色液体 94、9 56 、53 挥发性、有毒 3 3 、交换当量得测定

　试剂名 英文名 分子式 分子量 密度 性状 熔点 沸点 备注 氯化钠 Sodium chloride NaCl 58、44 2 、165 白色晶体 801 1465 实验中配制溶液

　氢 氧 化钠 Sodium hydroxide NaOH 39、997 2 、130 片状或颗粒状白色固体 318、4 1390 实验中配制溶液 盐酸 Hydrochloric Acid HCl 36、46 1、20 无色有刺激性气味溶液 35 57 浓盐酸稀释约三倍使用 六 . 实验步骤

　1、交联 PS 得合成 (1)搭实验装置:水浴锅+三口瓶+电动搅拌棒+温度计+冷凝器 (2)在 250mL 得三口瓶中加入 90ml 去离子水,10ml 0、5% PVA 水溶液,搅拌并加热至 65℃,使 PVA 较快地溶解; (3)在烧杯中加入 10g 苯乙烯、 1、8 g 二乙烯苯、0、15g AIBN,搅拌使其中得混合物溶解均匀;向三口瓶倒入已准备好得苯乙烯－二乙烯苯 AIBN 混合物; (4)调节好搅拌速度,75℃聚合 2h,再升温至 90℃聚合 2h; (5)停止加热,继续搅拌,直到体系冷却。产物倒入 500ml 烧杯,静置分层,倒掉上层液体,除去不合格得聚合物珠子,用去离子水清洗下层珠子至澄清,抽滤,干燥。将产物回收,留作制备磺酸树脂时使用。

　2 2 、交联 S PS 得磺化

　(1)在装有搅拌器、回流冷凝管与滴液漏斗得 250mL 三颈瓶内,加入 4g 所合成得共聚物珠粒及 15mL 二氯乙烷,慢速搅拌,升温至 60℃溶胀半小时; (2)升温至 70℃,加入 0、15g 硫酸银固体,逐渐缓慢滴加浓硫酸 40mL(约 1 小时),加完后,升温至 80℃,反应 2 小时,磺化反应结束; (3)用冷水浴冷却反应物至35℃以下,向其中缓慢逐滴加入100mL水,此时控制体系温度不得超过 35℃; (4)滴完水后,取下反应瓶,倾去上层酸液,将磺化产物转移至 500mL 烧杯中,每次加 200～300mL 水洗涤几次,最后用 20ml 左右丙酮洗涤 12 次。抽滤,烘干。

　3 3 、交换当量得测定

　(1)准确称取 0、5g 得离子交换树脂,放入小烧杯中,加入 50mL1mol 氯化钠溶液,浸泡 1 小时(其间摇动数次),树脂转变为 Na 型。

　(2)取 20ml 上层清液加入到锥形瓶中,交换下来得 以 HCl 得形式存在,加酚酞 2～3 滴,用 0、102mol/L 氢氧化钠标准溶液滴定至终点。

　七. . 实验现象

　1 1 、交联 S PS 得合成

　(1)开始反应后,三口瓶内液体得液面有许多泡沫,溶液颜色由透明渐渐变为乳白色,反应进行至约 1h 后还短暂变为蓝色,快结束时蓝色又消失,此时液体表面得泡沫逐渐消失,且反应液中也未结块。

　(2)反应液冷却后静置,发现大部分白色产物沉降到烧杯底部,其中有一些呈透明无色。上层有部分漂浮颗粒,将其与清液一同倒掉。得到产物为白色球状颗粒,其中一些为透明色,还有小部分为白色粉末。

　我得粉末状交联 PS

　郝平超同学得球型颗粒状交联 PS 2 2 、交联 S PS 得磺化

　(1)聚合物颗粒在体系中不溶解。随着滴加浓硫酸,可见颗粒迅速变为红褐色。反应结束静置后液体发生分层,其中上层为透明水相,下层为红褐色产物,中间有较薄得一层白色物质,与红褐色颗粒难以分离。用丙酮洗涤后,上层为透明水相,中间为较薄一层灰色得油相,倾倒时大部分可与红褐色颗粒分离。抽滤得到红褐色得砂状颗粒。

　(2)用去离子水洗涤后发现离子交换树脂表面有一些黑色得小颗粒,以及一些白色得类似于泡沫得小颗粒,再用去离子水、丙酮洗后有明显减少。

　 3 3 、交换当量得测定

　(1)经NaCl溶液浸泡后,离子交换树脂红褐色颗粒得颜色慢慢变浅,1小时后已变为淡褐色。

　(2)滴定时,加入酚酞后锥形瓶中溶液呈无色,到达滴定终点时,溶液呈粉红色,超过终点时,呈紫红色,吹入二氧化碳后颜色消失。

　八. . 实验结果

　离子树脂交换当量得滴定变量:交联剂得用量 组员 交联剂用量/g 离子树脂质量/g 滴定 NaOH 用量/ml 交换当量 mol/g 高炀 1、4 0、532 9、42 0、0045152

　胡浩 1、8 0、508 9、58 0、0048089

　郝平超 1、8 0、5 9、24 0、0047124

　项静远 2 0、493 9、24 0、0047793

　戴晓彬 2、2 0、483 8、91 0、0047040

　熊林发 2、2 0、501 9、45 0、0048099

　崔昊 2、6 0、52 8、9 0、0043644

　 离子交换树脂再生情况 组别 交联剂用量/g 离子树脂质量/g 滴定 NaOH 用量/ml 交换当量mol/g 再生率 戴晓彬 2、2 0、483 8、91 0、0047040

　0、981842 戴晓彬再生 2、2 0、392 7、1 0、0046186

　胡浩 1、8 0、508 9、58 0、0048089

　0、994781 胡浩再生 1、8 0、508 9、53 0、0047838

　九. . 结果分析

　9 9 、1 1 交联聚苯乙烯得合成

　(1)反应过程中粒子会发生粘结,这会导致颗粒不透明,呈白色。如果在初步形成了球状结构后粘结,会导致颗粒较大且形状不规则。透明颗粒才就是在小油滴内均相聚合得产物。三口瓶内为悬浮液,呈乳白色。当其中得粒子粒径在一定范围内时,波长较短得蓝光被散射,因此在反应中期时液体瞧上去带有蓝色。

　(2)悬浮聚合得工艺(如搅拌速率,反应时间、温度得控制)要求非常高,相同得配方不同得人操作出来得结果可能会有较大差异,如前面图片所示,郝平超同学得交联 PS 更多得呈圆球状,我得更多得呈粉末状。

　9 9 、2 2 交联 S PS 得 磺化反应

　(1)将交联聚苯乙烯溶胀之后,碳链拉长,硫酸可渗透入交联结构内部,比较充分地反应。溶胀后珠子有弹性,反应产物呈红褐色系磺酸根基团所致。

　(2)反应结束后发现离子交换树脂中混有一些黑色与白色得颗粒,推测黑色颗粒为浓硫酸碳化产生得杂质,白色为二氯乙烷溶剂得残留。

　9 9 、3 3 交换当量得测定

　(1)从理论上来分析,交换当量与交联度应该就是一个负相关得关系。交联度越小,交联网络内得孔径越大,所以溶胀情况越好,这样一来内部得苯环就可以更加充分地与硫酸相接触,磺化充分,则可以交换得基团会更多,交换当量会更大。但从我们得实验结果可以瞧出,虽然在各个交联剂得用量下,交换当量并未有较大差距(差距都在 5%以内)。但也可以瞧到交联剂过少或者过多时交换当量都较小,推测一方面可能就是存在一定误差,如相同得交联剂得两组同学测出得交换当量都有一定差距,另一方面注意到在交联剂最小得高炀同学得磺化反应这一步时,产物中出现了过多得黑色与白色颗粒,推测发生了较多得副反应,导致了第三部交换当量测定中离子交换树脂纯度有一定影响;如果排除误差得影响,推测可能就是 1、4g得交联剂用量过低,导致交联 PS 得交联程度太低,影响到第二部得磺化反应,导致最终得结果。如需验证这一推测,应再设计几组重复实验,以及扩大交联剂变化程度得实验。

　(2)离子交换树脂得交换反应就是一个平衡反应,由于制备时体系内部不含可以与之交换得离子,所以初次使用时交换量就是最大得。进行再生时,就是让该交换反应得平衡发生移动,但就是终究不能恢复到初次使用得状态,所以再生率无法达到 100%。而在不同得体系中,交换平衡也不尽相同,所以再生情况会有所不同。另外,两个同学得再生测定方法不同,戴晓彬同学在再生得过程中离子交换树脂有较大得损失,所以干燥后重新取样称重后再次滴定;而我得由于再生实验过程中未有明显可见得损失,没有重新称重,认为再生时树脂得质量依旧为 0、508g;另外在这一过程中,误差之一可能就是盐酸得残留,但通过多次去离子水洗涤与丙酮洗涤后,测 PH 已接近 7,可以忽略盐酸得误差影响。因此,总得来说,离子交换树脂得再生能力非常好,再生后得交换能力接近再生前得 100%,说明这种材料具有非常好得催化剂等方面得应用前景。

　十. . 思考题

　(1)从聚合反应本身分析合成交联得聚苯乙烯与线性聚苯乙烯得不同之处。二乙烯基苯用量多少对树脂得质量影响如何？ 答:交联聚苯乙烯得交联反应就是从单体苯乙烯出发,利用多官能团度单体(二乙烯基笨)参与聚合反应直接交联形成网络结构,属于共聚合,而线性聚苯乙烯就是单体苯乙烯在自由基得作用(自由基聚合)下,双键打开相连,进行均聚而得。二乙烯基苯作为交联剂,用量会对树脂得性能造成较大影响。交联度越高,交换当量越低,交换速率也越慢。

　(2)为什么共聚物珠粒在溶胀与磺化反应得过程中搅拌速度要比较缓慢？ 答:这两个过程需要使两相物质充分接触,并不就是要使其分散。快速搅拌时,搅拌桨得高强度剪切力会减弱聚合物珠粒与液相得接触。而慢速搅拌得剪切力比较小,影响几乎不计,而搅拌又会使体系充分均匀,促进两相得接触。

　(3)在磺化反应中加入硫酸银得作用如何？ 答:作为催化剂,加速磺化反应得进行。

　(4)影响磺化反应得因素有哪些？磺化反应时为什么温度不能太高？ 答:被磺化物质得被亲电取代能力、磺化剂得种类、浓度与用量还有反应温度都会影响磺化反应。温度过高会提高反应速度,但就是副反应也会随之加剧,如氧化、焦化、成砜反应等,产品质量与收率都会下降。所以一般情况下都采用较低温度与较长时间得反应方法。

　十一、工业调研

　一 . 生产工艺

　1) 常规工艺

　离子交换树脂得合成分为两个过程,一就是高分子聚合物骨架得制备,二就是在制成得骨架上引入活性基团。在常规得工艺中,制备高分子骨架一般采用悬浮聚合、单次交联得方法。例如苯乙烯树脂得合成就就是使苯乙烯与交联剂二乙烯苯在水中悬浮状态下聚合成球状物(白球),再通过化学反应向骨架上引入活性基团。若用浓硫酸处理白球则得到磺酸型阳离子树脂,若先用氯甲醚进行氯甲基化处理后再用胺处理则可制得碱性强弱不同得各种阴离子树脂。另一类比较常用得树脂——丙烯酸系树脂得合成就是由已经具备活性基团得单体经聚合一步制得。其基体由丙烯酸甲酯与交联剂二乙烯苯共聚而成,基体再经过特定得化学反应转变为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。

　但就是,这种常规工艺存在一定得缺点。在工业悬浮聚合反应工艺中,由于单体与水相之间存在着较大得粘度差异,且反应器中搅拌剪切力空间分布不均匀等诸多原因,会导致

　产出得白球粒度不均匀且有相当一部分白球粒度不符合要求。这样会增加生产成本、增加能耗、浪费资源,而且会造成较大得环境污染。

　2) 新型工艺

　鉴于常规工艺存在得缺陷,离子交换树脂领域得国内外学者一直积极致力于探索新型得合成工艺。现在已经开发出得新型工艺主要有互贯聚合工艺、后交联工艺等。

　互贯聚合就就是指将已经具有一定交联度得聚合物骨架再在相同交联度得单体中溶胀,使单体吸入聚合物中,实现两个独立网络得互相贯穿与缠绕。研究表明,互贯型离子交换树脂得真实交联度低于相应一次珠体得真实交联度,但其表观交联度则明显高于相应得一次珠体。由于真实交联度反映得就是二乙烯苯得用量,而表观交联度则就是以白球在甲苯中得膨胀度来推算。由此可知,在使用相同二乙烯苯得情况下,采用互贯聚合工艺可以改善树脂性能。同时,由于第一次聚合后得网格空间被第二次共聚物得网络占据,因此其密度增大、刚性增强、珠体合格率提高、工作交换容量也大大高于具有相同交联度得常规树脂。另外,还有研究表明,通过改变两网质量比、第二网交联度,可以获得机械强度高、选择吸着性好与内扩散系数大得离子交换树脂。利用互贯聚合得方法,可以生产出多种具有不同网络结构得特殊得离子交换树脂,例如两性树脂、聚丙烯腈/聚氯乙烯互贯树脂等。

　后交联法又称附加交联法,就是用聚苯乙烯溶液或溶胀态低交联聚苯乙烯与交联剂氯甲醚等发生付氏反应。引入得氯甲基在较高温度下,可与邻近得苯环进一步发生付氏反应,从而实现两个高分子链上苯环得交联。丹东化工三厂得孟繁生等采用附加交联法合成了强碱性阴离子交换树脂,并与普通201×7树脂进行比较,证明了该种树脂具有结构均匀、转型膨胀率低、强度好、交换容量高等显著特点。此外,后交联法还可以应用于高吸水性树脂得制备。

　( ( 2) 发展方向与前景

　离子交换树脂作为一种具备选择吸附与交换功能得特殊得高分子化合物,已经在工业农业加工制造业等各个领域发挥了重要得作用。可以预见,随着各行业不断发展与科技水平得不断进步,离子交换树脂将在未来发挥更加重要得作用。因此,准确预测未来得发展方向对于我国离子交换树脂生产者与消费者来说有着重要意义。

　1) 合成工艺先进化

　目前我国离子交换树脂得常规合成工艺水平与国外相当,但在新型合成工艺方面与国外相比仍存在一定差距。例如,为了弥补悬浮聚合得不足,国外采用了先进得全自动喷射法合成技术。采用这种技术得白球得率高且粒度均匀。但就是这种方法在国内还未实施,也未见有相关文献报道。我国离子交换树脂要想切实改善产品性能提高产品质量,进一步增强国际竞争力,研究与推广先进得合成工艺就是不可或缺得前提条件。

　2) 性能质量规范化

　在离子交换树脂领域,我国现有国家标准、化工标准与电力行业标准三个层次得标准规范,其内容涉及离子交换树脂得分类、命名、各性能指标测定方法、验收标准及报废标准等。随着新型树脂得出现及生产实际对于离子交换树脂要求得提高,各标准也将逐步完善,某些特殊离子交换树脂(如核级离子交换树脂、食品级离子交换树脂等)得验收、性能测定及报废标准等有待逐一制定。总体来说,我国离子交换树脂得生产、使用将趋于标准化,其性能、质量也将趋于规范化。

　3) 应用技术自动化

　设备控制自动化就是当今各行业得发展方向,离子交换树脂得应用也不例外。这里得自动化包括两个方面,即树脂生产得自动化与树脂应用技术得自动化。采用可编程得控制技术,加强树脂生产应用技术与设备自动化得相互整合,提高离子交换树脂生产应用得自动化控制程度将在很大程度上拓宽我国离子交换树脂得应用范围,提高离子交换树脂使用得效率。国内在树脂生产得自动化控制方面已经有了一定得研究成果,例如,姚汉龙利用 DCS 系统与适当得阀门仪表等对环氧树脂得生产装置自动化控制系统进行了改进。

　4) 离子交换树脂市场前景

　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、饮用水净化与食品工业等)继续发挥重要作用外,也开始向高端科技领域渗透与发展。例如,在“神州五号”、“神舟六号”载人宇宙飞船与“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得ZGER树脂则为哈尔滨晶体管厂制得了高纯度得电子级生产用水。

　目前国内树脂总产能已能够满足国内市场,而在未来需要更多得国内厂家积极开拓并占领国际市场。与此同时,来自国外树脂生产商得压力将迫使国内厂家提高生产效率与产品质量,这种良性竞争将给离子交换树脂市场注入新得活力与生机。因此,可以预见离子交换树脂得市场前景将会很广阔,未来得 3~5 年将就是世界(包括中国)离子交换树脂行业又一个巨变得时期。

　参考文献 [1]复旦大学高分子科学系高分子科学研究所、高分子实验技术[M]、上海:复旦大学出版社,1996、254257 [2]杜奕、高分子化学实验与技术[M]、北京:清华大学出版社,2008、6872 [3] 黄 艳 、 国 内 离 子 交 换 树 脂 生 产 及 应 用 现 状 与 前 景 、 [J] 、 净 水 技术,2010,29(5):1116,29 [4]李爱民、离子交换树脂得清洁生产工艺、[J]、化工环保,1997,17:226230 [5]吕仪军、离子交换树脂应用进展、[J]、四川化工与腐蚀控制,1999,2(6):3638 [6]马建标、离子交换树脂在分析化学中得应用、[J]、分析测试学报,1993,12(1):7986 高分子化学实验风险分析表 Risk Analysis for Polymer Chemistry Experiments ( 请分析您得实验所涉及得危险源,以及其相应得防范措施 ) 实验过程 (简要描述并附流程图) : 交联聚苯乙烯得合成、磺化

　实验周期 (几小时, 几天, 几周, 几个月, 仅一次) : 5 小时左右 实验过程得风险分析:

　简要实验步骤 危险源 危化品、有害微生物、压力容器、高低温设备、高转速设备、辐射、机械设备等

　风险分析 化学品或微生物危险性,设备在运行中可能出现得问题

　防护措施

　化学品或有害微生物泄漏处理 向装有搅拌器、温度计与冷 凝 管 得250ml 三 颈瓶 中 加 入90ml 去离子水与 10ml0、5%得聚乙烯醇水溶液。在烧杯中将 0、聚乙烯醇 吸收后对身体有害,可燃,具有刺激性 穿好防护服,需要戴防护手套在良好强排风下进行量取。

　少量泄露: 用纸巾擦干净后丢入垃圾桶中 苯乙烯 对眼与上呼吸道粘膜有刺激与麻醉作用。易燃,其蒸气与空气可形成爆炸性混合物,遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸得危险。为可疑致癌物,穿好防护服,戴好防护手套,在通风良好得环境下进行称量与加料。

　少量泄漏:用纸巾擦干净后丢入垃圾桶中

　15gAIBN 溶于 10g 苯乙烯与 2g 二乙烯基苯中。

　具刺激性。

　在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗得250mL 三 颈烧瓶内加入4g 共聚物及15mL 二氯甲烷 , 慢 速 搅拌,升温升至60 摄氏度溶胀 30min 二氯甲烷 有毒,对皮肤及黏膜有刺激性,损害中枢神经与呼吸系统。

　穿好防护服,戴好防护手套,戴好防护口罩,在通风良好得环境下进行称量与加料。

　少量泄漏:用纸巾擦干净后丢入垃圾桶中 升温至 70 摄氏度,加 0、15g 硫酸银固体,缓慢滴加 浓 硫 酸40mL( 约30min 滴完),后升温至 80 摄氏度,反应 2、5h 浓硫酸 遇水大量放热,可发生沸溅。与易燃物(如苯)与可燃物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应,甚至引起燃烧。遇电石、高氯酸盐、雷酸盐、硝酸盐、苦味酸盐、金属粉末等猛烈反应,发生爆炸或燃烧。有强烈得腐蚀性与吸水性。

　有害燃烧产物:二氧化硫。

　 密闭操作,注意通风。佩戴口罩,穿实验服,戴橡胶耐酸碱手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。

　少量泄漏:用纸巾擦干净后丢入垃圾桶中 实验过程中就是否有爆炸与火灾危险? ________有_______________________________________________

　如果有,如何预防不发生？一旦出现紧急情况,如何处理？ 苯乙烯蒸气与空气可形成爆炸性混合物,遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸得危险。一旦发生情况,关闭通风,通知相关老师,人员撤离,处理者进行防护,用防火毯或灭火器控制初期火情。

　就是否接触病毒、细菌等有害微生物？采用何种灭活方法？ 否

　个人防护要求: 实验室 个人防护 通风橱

　 √

　实验服/防护服

　√ 手套箱 / 隔音器

　 手套

　 √ 局部通风

　 √

　手套类型:

　_乳胶手套或丁腈手套

　_________ 泄露报警

　 √

　护目镜

　 √

　报警类型:

　化学品存储要求: ____带通风得试剂柜中分类储存,并有专人管理,定期检查泄露及保质期情况____________ 呼吸系统防护用具

　 √ 实验监控/值守要求

　24 小时监控,(**实验时要求全程值守)在高温加热与蒸馏时值守

　面罩类型: __3M 通用型面罩/活性炭一次性口罩________ 生物安全柜或超净台

　请说明就是否需要其它防护？

　不需要

　废弃物处置:

　 含卤素试剂

　废酸(除 HF)

　强氧化剂

　非卤素试剂

　√ HF

　活泼金属及其有机物

　已灭活得生化废弃物

　锐器物

　√

　 其它废弃物 __________如果进行泄露处理,可能出现吸收产生得固体废弃物________________________

　不能混合得废弃物

　酸性与碱性废弃物,氧化性与还原性废弃物

　 (废弃物处理方法可参见药品得 MSDS)

　注:此安全分析报告只针对上述实验过程,如有任何实验(配方&工艺)变更须再次进行实验过程风险评估

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