高分子吸附剂

高分子吸附剂的应用及其发展

[摘要]高分子吸附剂的研制和应用是近年吸附工艺研究的一个重要课题。介绍了高分子吸附剂在水处理、医药卫生、机械加工、农业园艺、日用化工用品等不同领域的研究进展情况，对其吸附机理及其应用上的优越性作了简单论述，并对高分子吸附剂的进一步发展及应用进行了展望。

近年来随着科学技术的发展，吸附分离法的技术目前已经得到了广泛应用，吸附分离不仅在化学工业中已发展成一种必不可少的单元操作过程，而且在其他领域也显示出了很强的实用性，尤其在环境治理过程中已成为一门独特的技术，在废水治理的过程中已经有了广泛应用。吸附技术在应用上有很多优点，但其主要缺点是固体吸附剂的吸附容量小，因而需要大量的吸附剂，使设备体积庞大;吸附剂是固体，使连续操作设备结构复杂化川;一般吸附剂价格都比较高，所以其使用费也较高。吸附剂的化学组成和表面性质是吸附操作能否正常进行的决定性因素，所以吸附剂就成了吸附能否广泛应用的关键所在。

多年来人们对吸附剂一直进行着广泛深人的研究，随着高分子工业的飞速发展和人们对高分子化工产品的需求日益扩大，高分子吸附剂以其性能好、价格低的优点推动了吸附工艺的进一步广泛应用，并且在水处理、卫生医疗、农业园艺、建筑、食品加工等各个方面显示出了不可替代的作用。当前，研制性能良好、选择性强和价格低廉、降低生产成本的高分子吸附剂成为高分子吸附剂工艺研究的重要方向。

1商分子吸附荆的主要用途

1.1高分子吸附剂在水处理方面的应用

随着工农业的发展，近岸海域的污染日趋严重，其中重金属离子浓度较大洋海水高数十倍甚至数百倍，因此吸附水中污染物及重金属离子成为高分子吸附剂进行水处理的重要任务。

高分子吸附剂去除水中的重金属离子可以采用“动态流水”和“半静态”吸附原理。“动态流水吸附”即让水按照一定的流速通过装有高分子吸附剂的管子，水经吸附去除重金属离子后进行排放。“半静态吸附”其原理见图

图1半静态吸附原理

半静态吸附装置是由5个吸附床、吊绳、重陀组成，其中吸附床是用无毒塑料制成的框架、固定筛绢内外衬里、将高分子吸附剂装人其中.并用吊绳及重舵悬挂于水中，垂直水流水平放置，依靠水中均匀充气使水流形成垂直方向对流，透过交错设置的吸附床通过多次水循环，直至基本吸附去除水中重金属离子。不管是动态吸附还是半静态吸附、均能有效去

除重金属离子。

袁有宪a}用高分子吸附剂从盐度30, pH为8.30左右的海水中动态和半静态吸附除去铜、锌、铅、锅离子。动态吸附结果表明，对海水中重金属离子的吸附容量为Cu}``>Pb2*>Zn2}Cdz*，吸附选性为Cu2'>Zn}Pb2*>Cd}"。半静态吸附17 h，对12.1 wg/L的Cu)除去率为89.3%;对22.5 w岁L的Zn2为82.7%;对104.8 wg/L的Pb2十为59.4% ; 200.8 E.},g几的Cdz‘为59.0%。为消除重金属离子对海洋生物幼体的毒性，提供了一种极其有效的方法。曲荣君【翔采用先使壳聚糖(CTS)与过渡金属离子(Cuz*或Ni2*)形成配合物，然后在稀碱条件下用环氧氯丙烷(ECH)进行交联，最后用稀酸除金

属离子的方法，合成了一系列(I -VI)具有不同交联度的壳聚糖树脂，研究了该系列树脂对Cu}",Ni2*的静态吸附性能。结果表明，此树脂对两种离子均具有良好的吸附能力，对Cuz+的最佳吸附量可分别达2.62 mmol/g和2.49 mmol/g,同时发现，Cu2+在树脂的合成中起到了一种“模板

剂”的作用，使合成的树脂对Cuz+比对Ni2+具有更强的吸附选择性。谭淑英m成功地合成了两种壳聚糖双冠醚CT-15 CAC和CT-18 CAC，研究了CT-15CAC和CT-18 CAC对Pdz+,Ag+,Pt^+,Au}*,Cu2+, Hg2+的吸附性能。结果表明，它们对贵金属离子如Au3+,Ag+,Pt'+,Pd2+具有较好的吸附性能，在Pdz+-Cue+-H广三元体系中对Pdz+都具有较好的吸附选择性，其中CT-15 CAC除少量吸附H扩辛外不吸附Cup"。刘明华等问以棉花为原料，经过碱化、老化和黄化等制得球形纤维素，以钵盐为引发剂，将丙烯睛接枝到交联后的球形纤维素骨架上，获得球形淡基纤维素(SCA-1)吸附剂，并使用SCA-1吸附剂对Cry`的吸附和解吸进行了研究，结果表明，SCA-1吸附剂吸附Cr}+的静态等温吸附符合Freurdlich和Langnuir吸附等温式，并认为吸附过程是络合吸附与离子交换吸附共同作用的结果，且以络合吸附为主。在吸附温度为25℃，pH值为5.0的条件下，静态吸附和动态吸附的吸附率均达90%左右。采用浓度为1.2 mol/L的HCl溶液作解吸液，Cry"的解吸率达85%以上。SCA-1吸附剂制备原料易得，吸附Cr3+的性能稳定，可以再生利用和回收Cr3"。用它处理含Cr;*废水，不但去除效果好，废水可达标排放，而且能获得一定的经济效益。程发例

将N,0-竣甲基壳聚糖与Cu2+鳌合，然后用戊二醛交联，再洗脱Cuz+的方法合成了交联N,0-梭甲基壳聚糖树脂，研究了它对Cup"的鳌合性能，结果表明，该树脂对Cup"有较大的鳌合容量，在Cuz+初始浓度为2.4133x10礴mol/L的稀溶液中，可达140 mg/g树脂，是一般壳聚糖饱和吸附量的5倍左右，而且可以再生和反复使用。此外，汪玉庭等po-a}也都利用壳聚糖或者其

他单体合成高分子吸附剂验证了其对溶液中金属离子的吸附并进行了广泛的研究，以上技术不但可以用来去除废水中的重金属离子，而且可以用来从海水中回收金属，应用前景十分广阔。

1.2高分子吸附剂在医药卫生方面的应用

高分子吸附剂被广泛用来进行吸附血红细胞中的胆红素、去除肾衰竭患者血液中积累的毒性成分肌醉、进行生物制药分离纯化、作缓释药物的基体、药片药丸的崩解剂、药物微胶囊的皮膜等。

胆红素为衰老血红细胞中血红素的代谢产物，正常情况下在肝脏与葡萄糖醛酸结合后经进一步代谢排除体外。当肝功能失常时，胆红素代谢出现障碍，以致于在血液中积蓄(高胆红素血症)，进而导致胆红素性脑病核黄疽，血液罐流是治疗该类疾病的有效方法之一。从胆红素结构可知，非极性吸附剂(疏水吸附)、阴离子交换剂(静电吸附)或极性吸附剂(氢键吸附)均能够吸附胆红素分子。将不同吸附剂的结构特征结合在一起，设计合成了多种新型吸附剂，利用离子交换、包络作用和氢键吸附以及微相分离结构的疏水作用等特征吸附胆红素，从而达到良好的吸附效果。张跃华fz}l以天然甲壳素为原料合成了珠状高分子吸附剂，研究了吸附剂在磷酸二氢钠和磷酸氢二钠缓冲溶液中对非结合型胆红素的吸附性能，指出交联甲壳糖吸附剂对非结合型胆红素有良好的吸附作用。魏斌网合成了含氨基和经基的高分子吸附剂，并对它们对胆红素的吸附性能进行了研究，指出经3h的吸附后，含氨基和含翘基的吸附剂对胆红素的吸附率可达80%以上。

于九皋网以淀粉和3,5一二硝基苯甲酞氯为原料合成了一种淀粉衍生物—3,5一二硝基苯甲酸淀粉醋(DNBZ-ST ) , DNBZ-ST对肌醉有较好的吸附性能，在肌醉溶液浓度为100 m岁L、吸附温度为37℃、介质pH=7的条件下，DNBZ-ST(取代度DS=2.09)对肌醉的最大吸附量达25 mg/g。王少敏tm合成了仲胺型硝化纤维素(ACN)，在肌配质量浓度为60 mg/L,温度为37℃、透析液pH =7的条件下，0.5 g ACN对肌醉的吸附平衡时间为2h，平衡吸附率为68%。何炳林网、顾觉奋t}sl、左晓霞abl等分别研究了高分子吸附剂在血液净化和生物制药分离等方面的作用，指出高分子吸附剂在微生物制药和从重组微生物发酵液中分离、提取、浓缩、纯化等方面提供了极重要的手段。

此外，高分子吸附剂还可以应用于人工肾脏的过滤材料、人造皮肤、消炎止疼膏的凝化剂、隐形眼镜的本体材料等。在制造人工肾脏时，加人高分子吸附剂，往往具有良好的抗血栓性。

1.3高分子吸附剂在机械加工方面的应用

高分子吸附剂在机械加工方面应用的主要优点体现在对油中微量水的吸附方面，例如汽轮机油在机器运行时由于种种原因会被外来杂质所污染，外来杂质首要的是水，它降低了汽轮机油的性能，并造成设备故障，为此除去其中的微量水就成为必须的环节。

高分子吸附剂在去离子水中可吸收自身重量数千倍的水，在油中能吸收自身重量几十倍的水。

国内在去除油中微量水的方面一般都是利用沉降槽或者离心分离法。吴晓tzn研制出XL新型滤油机采用过油不过水新材料对润滑油进行净化，结果表明其对含水量大的油分水效果显著达99.995%。司林旭fuel采用硅胶和活性氧化铝等固体吸附剂来脱出单体中微量水分。张心爱h1采用油净化器脱除油中水分和杂质。何敬东【划采用除湿冷油器除去水分并将油冷却，使汽轮机安全运行。国外Schnab]e等人[f3i_}sl也采用真空油净化器、流动过滤系统、吸水过滤系统等方法去除润油、涡轮机油、汽轮机油中的水。上述文献皆是采用机器去除油中水分，造价较高。Tanaka等人阶周采用丙烯睛或其他聚合物纤维制成管状脱水过滤器，利用纤维材料将油中细小、稳定的水变成大的水滴后达到分水除水的目的，对油中微量水的去除有较好效果。张秀玲1391合成高分子吸附剂去除汽轮机油中的微量水，研究了去除汽轮机油中微量水分的工艺，结果表明，高分子吸附剂可使汽轮机油中的水分降至0.03%以下。它不但净化效果好，成本低，而且不改变汽轮机油的原有品质。此外，利用高分子吸附剂去除气体中的有害成分也有了一定的发展，曹爱丽阅研制一种新型高分子吸附剂，以丙烯猜、苯乙烯为共聚单体，二乙烯基苯为交联剂，在引发剂、致孔剂、分散剂存在下进行致孔悬浮交联共聚，其产物再经高温处理，制成多孔网络碳化树脂，经性能检测能很好的吸附二氧化硫气体，在常温下每10 g产品可吸附3-4 g-氧化硫气体。

1.4高分子吸附剂在其他方面的应用

高分子吸附剂可用于日用品、纺织印染、电子工业、沙漠绿化的液相色谱固定相h}J、花土用保水剂圈、抗泳移剂fa37、食品保鲜l44j等方面。

2结论

目前，对吸附机理的研究尚不成熟，所以对吸附剂性能优劣的评价只能通过直接试验得出，还不能很清楚的从理论上推断，但是新型吸附剂的研制、应用及吸附工艺的优化将使吸附速度加快，吸附效率提高，并且可降低运行成本，使吸附工艺得到更加广泛的应用。综上所述，未来高分子吸附剂的发展可能主要集中在以下几个方面:(1)研制具有交换吸附功能的高分子吸附材料并在环境保护方面广泛应用。(2)在气相和液相介质的吸附过程中有良好吸附性能的高分子吸附剂，用于气相或者液相中微量杂质的去除，在未来单体等净化产业将得到广泛的应用。例如制备一些气体产物时有微量水参与反应会易爆或易腐蚀管道，为了减少不必要的损失就可以研制高分子吸附剂吸附其中的微量水，减少经济损失。(3)研制价格低廉，或者充分利用废物制备高分子吸附剂，从而达到以废制废的目的，降低生产成本，提高经济效益。

唐红霞,吕爱敏,贾爱娟,张秀玲. 高分子吸附剂的应用及其发展河北化工, 2004, (06)