功能高分子材料课件第二章-高分子螯合剂及离子交换膜

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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜 水杨酸-甲醛树脂对下列离子具有选择吸附性：
Fe3+、UO22 + 、Cu2 +、Mn2 +
侧链含水杨酸结构树脂可与Fe3 + 离子螯合， 形成红棕色高分子螯合物。
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
➢ 羧酸
图例9
CH CH
Co3+、Fe2+、Mn2+、Ti3+、Zn2+等离子形成螯合物，与 Cu2+、Fe2+、Ti3+、的螯合物特别稳定。
稳定常数：Co3+ < Ni2+ < Zn2+ < Cu2+
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
H
H
H
H
C C CCCC C C
H2 OH H2 OH H2 OH H2 OH
CO
CH 2 OH
COOH
9 COOH
OH
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
酚类聚合物对Cu2+、Ni2+的吸附容量一般低 于理论值，多数数值选择吸附Ni2+离子；
聚（3-溴-4-羟基）苯乙烯完全吸附Ni2+离子；
聚（3-氨基-4-羟基）苯乙烯和聚（3-羟亚胺 甲基-4-羟基）苯乙烯选择吸附Cu2+离子。
树脂螯合了金属离子后，改变了树脂的力 学、热、电、磁等性能。
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
从结构来看，高分子螯合剂可分为两大类： 一类是螯合基团作为高分子的侧基形式出现。图例1
Mn+ L LL LL L LL L
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L LL LL L LL L
Mn+
Mn+
侧链具有β-二酮结构的高分子螯合剂也可与 Cu2+离子形成螯合物，并可催化过氧化氢的分解;
侧链具有β-二酮结构的高分子与ZrO4+、UO22+、 Cr3+、Ce3+、Cu2+的螯合物，对焦磷酸钠水解反应 的催化活性，在60 ºC，pH=4时，按下列顺序递降：
ZrO4+ > UO22+ > Cr3+ ≈ Ce3+ ≈ Cu2+
H2 H CC
O CO CH2COCH3
CH2CH n OH
+ RCOCH2COOC2H5
(n-x)C2H5OH + PbO
CH2CH x
CH2CH n-x
OH
O
CO 7
CH2COR
R: CH3, C6H5, P-NO2C6H5, 2,4,6-(CH3)3C6H2
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
功能高分子材料
Functional Polymers
东南大学化学化工学院
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第二章
高分子螯合剂及离子交换膜
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
1、高分子螯合剂
高分子螯合剂即螯合树脂是功能高分子的 一个分支，是一类具有螯合功能基并能从含有 金属离子的溶液中有选择地捕集，分离特定金 属离子的高分子。
➢ β-酮酸酯 图例7
β-酮酸酯类聚合物可以与Fe3+离子形成红色 的高分子螯合物，一些β-酮酸酯类聚合物可以与 如下离子形成螯合物：
Th4+、Ce3+、Ca2+、UO2 2+ 、Al3+ 、Cu2+
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
H2 H CC
OH
+ H2C C O
HCON(CH3)2
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
HOOC
H2 CCC OO
X 2
H2 CCC OO
n
COOH
Cu2+
O Cu C
O
CH3
H2 CC
6
H C CC OO Cu
3
Cu OO
X
CC
C
H
O
n
C
Cu O
C HC
C
O H
O
CH3
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
S
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COOH COOH
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CH3
CH2
C
O
COOH
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
H2 H CC
COOH
PAA
Nishikawa研究了PAA与Cu2+ 离子形成螯合物的动力学，发 现PAA-Cu2+螯合物比类似小分子螯合物丙二酸-Cu2+，戊二酸Cu2+有较大的稳定性，这是由于在高分子体系中，正反应速率 （4）增加，逆反应速率降低的缘故。
➢ 酚，水杨酸 图例8
H2 H CC
R : N O 2 N H 2 A sO (O H )2 C l B r C H 2C l C H 2O H C H 2N H 2 C H 2C N
R OH
8
H2 C
CHO COCH3
O C C H2N C O
C N OH CH 3
H C N OH
H 2 CH 3 CC
Mn+
Mn+
图2-1 侧基含有螯合基的高分子螯合剂
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
一类是螯合基团包含在高分子主链中。图例2
LL
L
L
Mn+
L
L
Mn+
L
L
Mn+
图2-2主链含有螯合基的高分子螯合剂
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
高分子螯合剂的制备方法主要有两种：
➢ 一种是含有螯合基的单体经过加聚，缩聚，逐步 聚合或开环聚合等方法制取。图例3
H2 H CC
H NO 3 H2SO4
H2 H CC
S nCl 2
NO 2
H2 H CC
NH 2
Na N O 2 H Cl
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H2 H CC
8-羟 基 喹 啉
H2 H CC
N 2+Cl
图4
h
NN
N OH
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
1.1 配位原子为氧的高分子螯合剂
➢ 醇类 最简单的是聚乙烯醇PVA，它能与Cu2+、Ni2+、
OO
CC
X
CC
O Cu
O图3 图4
O
C H
n
C
3
Cu O
X : CH 2
+ C OCH 3 H 3 C C
O
O
,O O
Na C CH 3 O 2 C CH
O
C CH 2 C
O
O
n
CH 2 CH
C OH O
N
N
图3
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
4
+
Cu+
伸长
H
CH2
H2C
O CH
CH O
Cu
CH2
H2C
O CH
氧化 还原
CH H2C
O
H H
O
CH2 CH
CH H2C
O
Cu
O
CH2 CH
CH O
H
5 收缩
化学能转化为机械能
图例5
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
➢ β-二酮
图例6
主链具有β-二酮结构的高分子螯合剂与Cu2+离 子的螯合物可以催化过氧化氢的分解;
➢ 一种是利用合成的或天然的高分子，通过高分子 化学反应引入具有螯合功能 的侧基来合成高分子 螯合剂。图例4
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第二章 高分子螯合剂及离子交换膜
CH CH 2
HOOC N
NN
OH
H2 CCC
OO
X 2
H2 CCC
OO
n
COOH
1
Cu 2+
H 3 CO C O
O Cu C
O
Cu
H C