目前为止, 离子交换树脂在生活及生产领域的应用已经非常广泛和成熟, 其中在医药研发和食品化学工程等领域应用较多, 近些年来也被不断的应用到油田废水的深度处理之中, 离子交换树脂的分类主要可分为颗粒状离子交换树脂和膜状离子交换树脂, 在这二者中, 颗粒状离子交换树脂相对没有膜状离子交换树脂使用方便, 应用也相对狭隘。膜状离子交换树脂的制备过程主要工序为先制底膜, 而后填充无机磷酸盐辅助材料制作半均相阳离子树脂膜, 最终产品为有机-无机杂化膜, 其具有良好的硬度、柔韧性和化学稳定性, 因而得到研究开发领域的重视。[2,3]苯乙烯是目前被广泛采用的离子交换树脂基体, 硫酸基通常作为离子交换基团, 但是由于其制备过程中含有硫酸, 会腐蚀设备, 因而使用受限。本文采用聚苯乙烯做基体、顺酐作离子交换官能团, 二乙烯基苯作交联剂、过氧化二苯甲酰为引发剂, 通过悬浮聚合方法制备。
聚苯乙烯 (PS) , 顺酐 (MA) , 二乙烯苯 (DVB) , 过氧化苯甲酰 (BPO) , 邻苯二甲酸二辛酯 (DOP) , 聚乙二醇, 1, 2-二氯乙烷, 丙酮, 甲醇。
首先用1, 2-二氯乙烷将PS溶解, 将药品放置于250ml四口瓶中, 随后用水浴方式进行加热, 当温度达到70-80时保持并对其进行搅拌, 同时观察。出现糊状时, 停止反应。将反应物倾倒在玻璃布上, 用长尺处理、抹平将糊状产物, 再覆盖一张相同尺寸的玻璃布, 使反应产物置于两玻璃布之间, 并放置于烘箱中, 保持105℃烘烤十小时。待干燥后取出反应产物, 并对其进行后期处理, 分别采用丙酮、甲醇及蒸馏水洗涤。然后检测所得的阳膜性能。
原料采用不同的配比方式, 采用正交设计共进行了10组试验, 测得其含水量均达到4%以上, 离子交换当量在2.69×104到3.44×104之间, 离子交换是离子交换树脂的本质作用, 因此离子交换树脂性能评价最重要的标准是离子交换当量参数。在第6次实验配比中获得了最大离子交换当量数, 而含水量为2.69×104, 是几种配比试验的最小值, 水渗透性小。因而可以得出最佳实验配比, 即:PS 7g, MA 10g, DVB 1g, BPO 0.3g, 邻苯二甲酸二辛酯7ml。
离子交换树脂膜性能的评价, 通常从交换容量、含水量、选择透过性等方面评价。一般来说, 交换容量为2-3mg/g干膜, 含水量约为20%-40%, 选择透过度大于85%[5], 本文对聚乙烯异相硫酸型、聚乙烯异相季铵型、聚苯乙烯均相羧酸型三种不同结构的交换树脂膜性能进行了相关比较, 发现当交换容量分别为2.0mg/g, 1.8mg/g和2.9 mg/g时, 含水率分别为35%, 35%和4.68%, 而此时膜厚均为, 0.42±0.04mm, 选择透过度均超过85%, 分别达到了90%, 88%, 88%。
从实验数据得出结论, 传统的聚乙烯异相硫酸型、聚乙烯异相季铵型阳膜性能测试表现均逊色于此次合成的阳离子交换膜, 此次试验的合成膜性能完全符合测试要求, 性能优良。
电化学性能、物理机械性能和使用性能是PS半均相离子交换膜的三种主要性能。除此之外, 平整均匀、尺寸稳定及方便裁剪和组装是交换膜的特性和优点, 半均相离子交换膜相较于其他传统型膜更易于粘接, 可以通过修补来提高其利用率。在化学特性方面来说, 它有一定的稳定性, 能够耐稀酸和稀碱。以马来酸酐做半均相阳离子交换树脂模的单体, 单体本身带有两个离子交换官能团, 合成树脂膜活性高, 具有优良的对金属离子选择性以及迁移速度特性, 被广泛应用于选择性透过和迁移金属离子的交换膜。其中对钙离子和镁离子的良好选择性和较高的离子迁移速度效果明显。我们以大庆原油的原水采用阳离子膜进行处理, 并对处理前后的钙、镁等指标进行测试, 发现其性能良好, 原油的原水样中钙离子 (以Ca CO3) 、镁离子及总硬度分别为3.6776x104、2.3738x1045.1765x104, 采用阳离子膜处理后的水样其值均为0., 可见阳离子膜对钙、镁具有良好的选择性。PS半均相离子交换膜除了可以对油田污水进行处理外, 还可以在三废处理和有色金属湿法冶金、化工提纯和分离、电极隔膜口袋和制备双极膜、电渗析水处理等领域发挥重要作用。
(1) 实验过程中, 在以PS为基体, 顺酐做离子交换官能团, 以邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂, 以二乙烯基苯这种材料作为交联剂, 以BPO为实验引发剂, 合成了PS-聚MA-DVP磷酸盐半均相阳离子交换树脂膜。合成过程是首先将反应物合成糊状树脂, 进而压制、成膜。实验, 通过对试验结果分析判断得出, 树酯的原料配比是决定膜的性能的主要因素。
(2) 通过测定离子交换当量、选择透过度和含水量等观察判断膜的性能, 判定制备PS-聚MA-DVP半均相阳离子交换树脂膜的最佳原料配比为:PS 7g, MA 10g, DVB 1g, BPO 0.3g, 邻苯二甲酸二辛酯7ml。
(3) 在经济效益方面, 由于PS-聚MA-DVP磷酸盐半均相阳离子交换树脂膜制备成本更为低廉、工艺相对简易, 耐用性和使用寿命可以满足使用要求, 更容易粘接和修补, 具有优良的利用率和离子交换性质、高抗拉伸强度、高机器强度等特性, 而且此种膜的吸水性能小、导电性能好, 因此应用前景是非常巨大的。
摘要：离子交换树脂的组成部分有带电荷的表面和电荷相反的离子层, 一般情况下, 活性基因决定了交换树脂的电荷。羧酸、氢氧化物和硫酸是阳离子交换树脂普遍的活性基团。三甲胺 (也称Ⅰ型) 及二甲基-β-氰基乙胺 (也称Ⅱ型) [1]构成了阴离子交换树脂的普遍活性基团。对于多数交换树脂来说, 只存在唯一的活性基团, 然而少数交换树脂存在多种活性基团。交换树脂内外表面均匀分布着活性基团。
关键词：离子,交换树脂
[1] 夏雨.大孔弱酸阳离子交换树脂性能改进.辽宁化工.2000年9月.第29卷第5期.269-270.
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