吸附性高分子材料ppt..28页PPT

主要用于色谱分离中作为担体和固定相，以及 环境保护中作为污染物富集材料、动植物中有效 成分的分离提取和纯化过程。
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按聚合物骨架，对以下几种吸附树脂作简要说明：
一、聚苯乙烯-二乙烯苯交联吸附树脂
包括苯乙烯均聚物和以苯乙烯为主要成分的共 聚物。这种树脂具有硅胶、活性炭、沸石等无机吸 附材料的多孔性和表面吸附性，连同其他合成多孔 性非离子树脂一起，被统称为合成吸附剂。
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1.聚苯乙烯型吸附树脂的结构特点与性质
优点： ➢ 80%以上吸附树脂为聚苯乙烯型 ➢ 最早工业化 ➢ 苯环邻对位具有活性，便于改性 缺点： ➢ 机械强度不高 ➢ 抗冲击性和耐热性较差
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1.聚苯乙烯型吸附树脂的结构特点与性质
（1）树脂的微观结构
在水溶液中用悬浮聚合法制备得到的聚苯乙烯型吸附树 脂外观多数是白色或浅黄色球状颗粒。主要有微孔型和大孔 型两种。
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三、聚合物化学结构与吸附性能之间的关系
2.聚合物的链结构和超分子结构
链结构和超分子结构影响聚合物分子间的作用力，从而影 响聚合物的溶解度、机械性能。
3.吸附树脂的宏观结构
宏观结构主要影响吸附剂的吸附量、机械强度和吸附速 度等性能。
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四、影响吸附树脂性能的外部因素
1.温度因素 对大多数物质面言，在高温下分子的活动能力增强，因
1
2
研究内容
7.1吸附性高分子材料概述 7.2非离子型吸附树脂 7.3高分子螯合树脂 7.4离子型高分子吸附材料 7.5高吸水性高分子材料
7.6天然有机吸附简介
3
7.1吸附性高分子材料概述
一、吸附性高分子材料的定义和分类
定义:指哪些对某些特定离子或分子有选择性亲 和作用，使两者之间发生暂时或永久性结合，进 而发挥各种功效的材料。

密度是材料质量与体积的比值，硬度 表示材料抵抗外力压入的能力，热导 率表示材料导热性能的好坏，热膨胀 系数表示材料受热后膨胀的程度。
化学性质
化学性质包括稳定性、耐腐蚀性、抗 氧化性等，这些性质决定了吸附功能 材料在不同环境下的应用范围。
稳定性是指材料在化学反应中保持稳 定的能力，耐腐蚀性是指材料抵抗化 学腐蚀的能力，抗氧化性是指材料在 空气中抵抗氧化的能力。
通过吸附技术的回收利用，实现资源的循环利用，降低能源消耗 和废弃物排放。
推动产业绿色发展
加强吸附功能材料在环保和可持续发展领域的应用研究，推动相 关产业的绿色发展。
05
吸附功能材料在环境治理中的应用
水处理
总结词
吸附功能材料在水处理中发挥重要作用，能够有效去除水中的有害物质。
详细描述
吸附功能材料可以用于处理工业废水、生活污水和饮用水等，通过吸附、过滤 和离子交换等手段，去除水中的重金属离子、有机物、细菌和病毒等有害物质 ，达到净化水质的效果。
VS
详细描述
通过使用吸附功能材料，如活性炭、沸石 等，对土壤中的重金属离子、农药残留和 石油烃等有害物质进行吸附和转化，降低 土壤污染程度，恢复土壤生态功能。
06
吸附功能材料的前沿研究
新型吸附材料的探索
新型吸附材料的种类
目前新型的吸附材料主要包括活性炭、沸石、硅胶、金属氧化物等，这些材料具有高比表面积、多孔结构等特点 ，能够提供更大的吸附容量。
活性炭的吸附性能与其制造方法和表面化学性质密切相关，可以通过物理或化学活 化法进行制备。
活性炭广泛应用于空气净化、水处理、脱硫脱硝等领域，具有高效、安全、环保等 优点。
沸石分子筛
沸石分子筛是一种结晶态的铝硅酸盐材料，具有规则的孔 道结构和可调的酸性中心，能够根据分子大小和形状选择 性地吸附和分离气体、液体和离子。

特性
具有高吸附容量、高选择性和稳定性 等特性，广泛应用于分离、净化、催 化剂载体、离子交换等领域。
吸附性高分子材料的分类
根据吸附机理
物理吸附高分子材料和化学吸附 高分子材料。
根据功能性质
离子交换树脂、活性炭、沸石等。
根据应用领域
水处理、气体分离、催化剂载体等。
吸附性高分子材料的应用领域
01
02
03
现对特定物质的吸附分离。
吸附性高分子材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的增强，环境友好型吸附性高分子材料成为研究热点，旨在降低对环境的 负面影响。
详细描述
研究者们致力于开发可生物降解、低毒或无毒的高分子材料，以替代传统的高分子吸附 剂。同时，研究高分子材料的循环利用和废弃物处理方法，以降低对环境的影响。此外，
03
吸附性高分子材料的性能研究
吸附性能研究
吸附性能
吸附性高分子材料能够有效地吸 附气体、液体或固体物质，具有
较高的吸附容量和选择性。
吸附机理
吸附性高分子材料的吸附机理主 要包括物理吸附和化学吸附，其 中物理吸附主要依靠分子间的范 德华力，而化学吸附则涉及到化
学键的形成。
影响因素
影响吸附性能的因素包括高分子 材料的结构、孔径、比表面积、 极性等，这些因素都会对吸附性
能产生影响。
分离性能研究
1 2 不同组分进 行有效的分离，从而实现混合物的净化和纯化。
分离机理
分离机理主要包括筛分作用、亲和作用和选择性 吸附等，这些机理的协同作用使得吸附性高分子 材料具有出色的分离性能。
分离技术
常见的分离技术包括固定床吸附、移动床吸附、 流化床吸附等，这些技术能够根据不同的分离需 求进行选择和应用。

O
O OH
OH
CH2OH
O
水解
NaOH
O
OH
O
CH2 n-2 OH
CH
y
CH2
CH COONa
中和
x
湿 脂干料
纤维素接枝共聚反应过程
淀 区 别 与 优 联 点 共 同 点
粉
系
纤维素系 抗霉解性优
合成系 工艺简单，吸水、
价格低廉、生物降解性能好 缺 点
合成工艺复杂，易腐败，耐热性不佳，吸水后 保 水 能 力 强 吸 水 速 凝胶强度低，长期保水性差，耐水解性较差。 度较快耐水解、吸
二、活性碳纤维
概述
活性碳纤维是以高聚物为原料，经高温碳化和活化而制成的 一种纤维状高效吸附分离材料。 一般根据原料的名称分类和命名，例如：以聚丙烯腈为原料 制得的称为聚丙烯腈活性碳纤维等。 活性碳纤维的制备工艺可概括为预处理、碳化和活化三个 主要阶段。
特性与应用（Properties and application）
高吸水性树脂
高吸油性树脂
一、吸附树脂
概述(Summary)
吸附树脂是一类多孔性的、高度交联的高分子共
聚物，亦称为高分子吸附剂。
吸附树脂具有多孔结构，其外观为球形颗粒，颗
粒内部由众多微球堆积、连接在一起。正是这种多孔
结构赋予吸附树脂优良的吸附性能。
制备（Preparation）
吸附树脂的制备技术主要包括成球和致孔两方面。
交 联 点
（内）
吸水树脂的离子型网络
随着吸水量的增大，网络内外的渗透压差趋向于零；而网络 扩张的同时，其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消阴离子的静电 排斥，最终达到吸水平衡。
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图

纤维素等
根据材料来源
• 天然高分子吸附材料：活性炭、硅藻土、 氧化铝、甲壳质和纤维素等
• 合成高分子吸附材料：离子交换树脂、高 分子螯合剂、吸附性树脂、吸水性树脂等
根据高分子材料的性质和用途
• 非离子型吸附树脂 • 吸水性高分子吸附剂 • 金属阳离子配位型吸附树脂 • 离子型吸附树脂
二、吸附性高分子材料的结构及制 备方法
• 微孔型吸附树脂 • 大孔型吸附树脂 • 米花型吸附树脂 • 交联大网状吸附树脂
• 微孔型吸附树脂外观呈颗粒状，在干燥状 态下树脂内的微孔很小，也很少，因此作 为吸附剂使用时必须用一定溶剂进行溶胀 ，溶胀后树脂内的三维网状结构被扩张，
三、聚合物化学结构与吸附性能之 间的关系
• 化学组成与功能基团
1、元素组成的影响 2、功能基团的影响 3、分子极性的影响
聚合物的链结构和超分子结构 吸附树脂的宏观结构
四、影响吸附树脂性能的外部因素
• 温度因素 • 树脂周围介质的影响 • 其他影响因素
吸附性高分子材料的结构
吸附性高分子材料主要由单体和适 量的交联剂通过共聚反应合成。
吸附性高分子材料
微孔型（凝胶型）
大孔型
米花型
大网状树脂
悬浮聚合 制备方法本体聚合
溶液聚合
微孔型吸附树脂
• 制备方法：一般都是用悬浮聚合的方法制 成粒经为0.3~1.0mm的吸附树脂。特点， 外观呈颗粒状，树脂内部空隙小。
例如，单体（二乙烯基苯）、致孔剂（甲苯 ）和引发剂（过氧化二苯甲酰）按一定的 比例混合，用悬浮聚合的方法即可制得非 极性的吸附树脂。
交联大网状吸附树脂
• 大网状吸附树脂是三维交联的网状聚合物 ，主要是在线性聚合物的基础上，加入交 联剂进行交联反应制备的。聚合过程中需 加入成孔剂。

储量丰富，可不断再生，成本低 ; 无毒且能微 水 后 凝 胶 强 度 大 、 生物分解，可减少对环境的污染。 均是葡萄糖的多聚体，可以采用相类似 的单体、引发剂、交联剂进行吸水树脂的制备 保水性强、抗菌性 好，但可降解性差。 适用于工业生产。
系
吸水原理
棉花、纸张、海绵等。
吸 水 实 质
物理吸附
种类
应用领域
优点
缺点
吸油 少、 体 积大 、不 可 燃弃 体积大
黏土、二氧化硅、工厂废油处理、 低价、安全 珠层铁、石灰 漏油处理
天 然 包 藏 棉、活炭沼、木 油炸食品废油处 低价、安全 型 棉、纸浆 理、漏油处理 、可燃弃
合 成 包 藏 PP 织物、聚苯乙 工厂废油处理、 吸速 快、 可 体积大 型 烯织物、聚氨酯 漏油处理、流出 燃弃 泡沫 油处理 有 机
O
O OH
OH
CH2OH
O
水解
NaOH
O
OH
O
CH2 n-2 OH
CH
y
CH2
CH COONa
中和
x
湿料
2HNOC
沉析
烘干
粉碎
纤维素吸水树 脂干料
纤维素接枝共聚反应过程
淀 区 别 与 优 联 点 共 同 点
粉
系
纤维素系 抗霉解性优
合成系 工艺简单，吸水、
价格低廉、生物降解性能好 缺 点
合成工艺复杂，易腐败，耐热性不佳，吸水后 保 水 能 力 强 吸 水 速 凝胶强度低，长期保水性差，耐水解性较差。 度较快耐水解、吸
毛细管的吸附原理。
有压力时水会流出。
化学吸附
通过化学键的方式把水和亲水性物
质结合在一起成为一个整体。加压 也不能把水放出。

（1） 含羟基螯合树脂
在苯环上引入不同极性官能团，可得到中等极性、弱极性和强极 性的树脂；
引入酸或碱性官能团，可得到离子型吸附树脂
（2）中等极性吸附树脂：
含酯基的吸附树脂。 其表面兼有疏水和亲水两部分，既可由极性溶剂中吸附非 极性物质，又可由非极性溶液中吸附极性物质。
如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺型树脂等
聚甲基丙烯酸-双甲基丙烯酸乙二酯交联吸附树脂（中等极性 吸附树脂）
常用离子交换树脂对一些离子的选择性顺序：
苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂： Fe3+＞ Al3+＞ Ca2+＞ Na+ Tl+＞ Ag+＞ Cs+＞ Rb+＞ K+＞ NH4+＞ Na+＞ H+＞ Li+ Ba2+＞ Pb2+＞ Sr2+＞ Ca2+＞ Ni2+＞ Cd2+＞ Cu2+＞ Co2+＞ Zn2+ ＞ Mg2+＞ Mn2+ 丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂： H+＞ Fe3+＞ Al3+＞ Ca2+＞ Mg2+＞ K+＞ Na+ 苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂： SO42-＞ NO3-＞ Cl-＞ OH-＞ F-＞ HCO3-＞ HSiO3苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂： OH-＞ SO42-＞ NO3-＞ Cl-＞ HCO3-＞ HSiO3-
7）海洋资源利用 溴、镁等元素
海水淡化；从海洋生物中提取碘、
四、高分子螯合树脂
1. 螯合树脂概念 螯合树脂（chelate resins ）：一类能与金属离子形成多配 位络合物的交联功能高分子材料

正相悬浮交联
高分子化合物作为反应物，成本较高 主要用于天然高分子，如壳聚糖用戊二醛交联成球，葡
聚糖采用环氧氯丙烷交联 优点：
交联密度均匀 孔结构分散性好
2、吸附树脂的成孔技术
要使吸附树脂有足够的吸附容量，必须在使用状态下有较高的比表面积。
提高比表面积
提高吸附容量
大量微孔
成孔技术
孔的形成及孔径大小
苯乙烯、二乙烯基苯，悬浮聚合，制成凝胶（不 加致孔剂）或多孔性的低交联度（<1%）共聚物
用氯甲醚进行氯甲基化反应（傅-克反应） 自交联
大网均孔结构，比表面积>1000m2/g
3、吸附树脂的主要品种
按照高分子主链的化学结构，主要有： 聚苯乙烯型 聚丙烯酸酯型 其他类型
（1）聚苯乙烯型
水
甜叶菊
FeSO4絮凝
过滤 AB-8吸附 废水
70%
浓缩 大孔阴离子交换树脂
乙 醇
大孔阳离子交换树脂
干燥 产品
（4）在制酒工业中的应用 酒中的高级脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水。当制备低度 白酒时，需向高度酒中加水稀释。高级脂肪酸脂类溶解度 降低，容易析出而呈浑浊现象，影响酒的外观。吸附树脂 可选择性地吸附酒中分子较大或极性较强的物质，较小或 极性较弱的分子不被吸附而存留。如棕榈酸乙酯、油酸乙 酯和亚油酸乙酯等分子较大的物质被吸附，而己酸乙酯、 乙酸乙酯、乳酸乙酯等相对分子质量较小的香味物质不被 吸附而存留，达到分离、纯化的目的。
无机小分子的 半径<1nm
➢ 在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔，2-4nm
➢ 无水状态分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过
➢ 在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。

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第四节 高吸水性高分子材料
所谓高吸水性高分子材料是指具有与水接触后能迅速吸收 高于自身质量若干倍的高分子材料。
最早的高吸水性高分子材料是在1974年由美国农业部的研 究人员首先研制的。
目前已经有淀粉衍生物系列、纤维素衍生物系列、聚丙烯 酸和聚乙烯醇系列。 由于其重要的应用价值，在科研和生产方面都取得了快速 发展。 主要应用于农业、建筑材料、医疗卫生、林业、食品工业。
因汞在过量氯离子存在下能生成稳定的络阴离子 [HgCl4]-2, 所以可采用离子交换法，选用强碱性阴离子树脂来吸附 它。
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(2)含铬废水的处理 铬也是毒性较大的重金属，因而规定废水中铬含量在5×10-8 以下才能排放。含铬酸的废水主要来自电镀行业。
将废水通过Cl-式强碱性阴离子交换树脂，铬酸被树脂交换 吸附，而后用再生剂NaOH溶液脱附，生成Na2CrO4再生废 液。它的铬酸浓度比原废水中铬酸含量高了几百倍。将再 生废液通过一H+式强酸性阳离子交换树脂柱，变成纯度很 高的铬酸返回应用。
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3. 离子交换树脂提取铀和贵金属
离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀 元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分 离、提纯和回收方面，离子交换树脂均起着十分重要的作用。
离子交换树脂在原子能工业上的应用包括核燃料的分离、 提纯、精制、回收等。用离子交换树脂制备高纯水，是核 动力用循环、冷却、补给水供应的唯一手段。离子交换树 脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。
3．吸附树脂的宏观结构
4
三、影响吸附树脂性能的外界因素 1．温度因素 2．树脂周围介质的影响 3．其他影响因素
5
二、吸附性高分子材料的制备方法 1．微孔（凝胶）型吸附树脂

• ⑶ 水溶性单体的悬浮缩聚反应 • 如酚醛树脂的缩聚合成，所用单体多为水溶性 • 合成方法：反相悬浮缩聚反应进行成球聚合 • 反应相为水相，介质相为密度较大、黏度较高、化
学惰性的有机液体，如氯苯、液体石蜡、变压器油、 邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、四氯化碳 等。在工业上通常采用的是液体石蜡。
第2章 吸附分离高分子材料
第二章 吸附分离高分子材料
• 通常的分离方法：筛分、蒸馏、萃取、过滤、重结晶、 离心分离等
• 利用吸附作用进行物质的分离或提纯的特点： • 易于对一些分子尺寸的物质的分离以及含量较少、甚
至痕量物质的分离； • 无能量的消耗或能量消耗较低（如渗透汽化）； • 有利于对具有生物活性物质的分离，避免产生变性反
• 应用中存在的问题：这种缩聚产物通常不耐酸碱， 因此在强酸强碱作用下易产生降解，但作为吸附树 脂，接触酸碱的机率较少，一般不会影响到它的使 用，但作为离子交换树脂时则需要注意。
第二章 吸附分离高分子材料
• ⑷ 线形高分子的悬浮交联成球反应
• 合成方法：在交联剂的作用下采用悬浮交联或反相悬 浮交联制备球粒。
第二章 吸附分离高分子材料
• 二、吸附树脂的成孔技术 • 成孔的目的：为了提高吸附树脂的比表面积，从而
提高吸附容量，通常使吸附树脂在制备过程中形成 大量的微孔结构。 • 成孔技术主要研究：孔的形成及孔径大小、孔径分 布、孔隙率的控制等。 • 目前常用的成孔技术：惰性溶剂致孔
线性高分子致孔 后交联成孔
应。 • 通过吸附作用，可实现分子的组装，使材料具有特殊
的光、电、磁功能等。
第二章 吸附分离高分子材料
• 吸附剂（Absorbent）是指从液体或气体中选择吸 附某种或某类分子的材料。

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表面自由能
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吸附原理的微观表达
吸附质在表面层富集的现象
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吸附质(adsorbate) —— 被吸着和浓缩的物质
吸附剂(adsorbent) —— 具有选择性吸着溶质的 多孔表面固体
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例子：用活性炭从废水中去除红色染料
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实际上，人们很早就发现并利用了吸附现象， 如生活中用木炭脱湿和除臭等。随着新型吸附 剂的开发及吸附分离工艺条件等方面的研究， 吸附分离过程显示出节能、产品纯度高、可除 去痕量物质、操作温度低等突出特点，使这一 过程在化工、医药、食品、轻工、环保等行业 得到了广泛的应用。
怎样才能增加比表面积？
（1）形成孔结构 （2）转变为粉末
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多孔结构的概念
无孔结构固体： 很小的比表面积
微粒: 微粒尺寸越小 比表面积越大
多孔固体: 较大的比表面积, 孔 尺寸，孔体积
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孔结构类型
内部联通孔
贯通孔
闭孔
非贯通孔
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三、活性炭的孔隙大小、分类和各类孔隙的特 点和性质
根据空隙的大小，分为大孔、微孔和介于大孔 微孔之间的中孔(又称过渡孔)。 1972年国际精细应用化学联合会(IUPAC)根据 苏联学者杜宾宁的划分对活性炭的空隙作了以 下的分类:
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孔隙大小和分类
IUPAC分类
法(国际精 细应用化 学联合会)
微孔
孔隙直径或孔宽小 于2nm
过渡孔
孔隙直径或孔宽 小于2-50nm
大孔
孔隙直径或孔宽 ：大于50 nm
2 nm
50 nm
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孔隙各有它们的特殊作用