大孔离子交换树脂应用的研究进展

作者简介: 李凤刚, ( 1973- ) , 男, 硕士, 电工技师, 主要从事大孔离子交换树脂应用研究。 E - m ai:l LFGANG 2005@ 163. com 通讯作者: 姚慧民, 滨州学院 07级应用化学本科生。
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广州化工
2010年 38卷第 3期
树脂在工业用水的水 处理技术方面十分成熟。
2010年 38卷第 3期
广州化工
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专论与综述 大孔离子交换树脂应用的研究进展
李凤刚 1, 李长海 2, 贾冬梅 2, 姚慧民2
( 1 长春工业大学化学工程学院, 吉林 长春 130012; 2山东省滨州学院化学与化工系, 山东 滨州 256603)
摘 要: 主要介绍大孔离子交换树脂在水处理、冶金工业、化学工业、医药以及环保等方面应用的进展, 对解决大孔 离子树脂在
K ey w ord s: m acroporous ion exchange resin; application; ion exchange
离子交换技术有 相当 长的 历史, 某些 天然 物质 如泡 沸石 和 用煤经过磺化 制得的 磺化 煤都可 用作 离子交 换 剂。但是, 随 着 现代有机合成工 业技 术的迅 速发 展, 研究制 成了 许多种 性能 优 良的离子交换树脂, 并开发了多种新 的应用方法 , 离 子交换 技术 迅速发展, 在许多行 业特别 是高 新科 技产业 和科 研领域 中广 泛 应用。近年国内外生产的树脂 品种达数百 种, 年 产量数 十万吨。 近年来, 在离子交换 树脂与 吸附 树脂 方面研 究取 得了许 多引 人 注目的进展。研究 内容 涉及基 础理 论、合成技 术和 在各 个领 域 的应用 [ 1- 3] 。
剂, 分离效果较佳, 纯化的 HA 精品 杂蛋白含 量可 达 0 3% , 粘
均 分 子 量 > 96 万, 符 合 瑞 典 Pharm ac ia 公 司 同 类 产 品,
H ealon , 质量标准。陈飞 [ 25] 等人进行离子交换树脂与黄连提
取物制备盐酸小檗 碱树 脂复合 物的 研究, 综合 提取 法所制 得的
水、废气的浓 缩、处 理、分离 回 收、及分 析 检 测上 都 有重 要 的应
用, 已普遍用于电 镀废水 [ 26] 、矿 冶废水 [ 27- 28] 、生活污 水、影片洗 印废水、工业废气等的 治理。张 丽珍 [ 29] 等把弱 碱离子 交换树脂
应用于含酚废水的 处理, 报导 用四 种离子 交换 树脂 处理含 酚废
1 大孔树脂的分类
离子交换树脂都 是用有机合成方法制 成。常用 的原料 为苯 乙烯或丙烯酸 (酯 ), 通过聚 合反应 生成具 有三维 空间 立体网 络 结构的骨架, 再在骨架上导入不同类型的化 学活性基 团 (通 常为 酸性或碱性基团 )而制 成。大孔 树脂 包括 大孔离 子交 换树脂 和 大孔吸附树脂, 早期认为, 依靠 物理界面力 作用引起 溶液中 溶质 浓度的减少称为 吸附, 因化 学作 用引 起溶液 中溶 质变化 的称 为 离子交换 [ 4- 5] 。起离子交换与吸附作 用的树 脂分别 称为离 子交 换树脂和吸附 树脂。大 孔吸附 树脂 一般不 带有 离子 交换 基团, 但其珠粒内部拥有与 分离对象分子尺寸相 匹配的吸 附场所 和扩 散通道。离子交换 树脂 是具有 功能 基团的 高分 子化 合物, 它 具 有一般聚合物 所没有 的新 功能 离 子交 换功 能, 本质 上属 于 反应性聚合物。离子交换树脂 根据其基体 的种类分 为苯乙 烯系 树脂和丙烯酸系树脂 , 及根据树脂的 物理结构分 为凝胶 型、大孔
2. 4 医药卫生
离子交换树脂在 医药卫生事业中被大 量应用。 如在药 物生
产中用于药剂的脱盐、吸附分离 [ 22] 、提纯、脱色、中和及 中草药有
效成分的提取等等。刘剑虹等 [23]选用三种大 孔强碱性阴离子交
换树脂对酪蛋白磷酸肽 ( CCPs) 进行 提纯。应 国清 [ 24] 等用大孔
离子交换树脂 D315 分离 HA, 以 0 6m o1 /L N aC l溶液 作为 洗脱
处理工业废水、医药和食品生产中的实际问题提出一些建议。
关键词: 大孔离子交换树脂; 应用; 离子交换
P rogress in the App lication ofM acroporous Ion Exchange R esin
LI F eng - gang1, LI Chang - hai2, JIA D ong - m ei2, YAO H ui- m in2 ( 1 Schoo l o f Chem ica l Engineering, Changchun Un iversity of T echno logy, Jilin Changchun 130012; 2 D epartm en t o f Chem istry and Chem ical eng ineering, B inzhou Un iversity, Shandong B inzhou 256603, Ch ina)
型和载体型。离子交 换树脂 的品 种很 多, 因化学 组成 和结 构不 同而具有不同的 功能和 特性, 适 应于不 同的 用途。应 用树 脂要 根据工艺要求和物料的性质选用 适当的类型 和品种。 吸附树脂 是指具有特殊吸附功能的一类离子交换 树脂 [ 6] 。何炳林 [ 7] 等人 提出多孔树脂的发 明导 致吸附 树脂 的诞生, 在 非极 性吸附 树脂 的孔表面上引入解 离性 或非解 离性 功能基, 可 制得 具有特 殊功 能的高选择性吸附树脂 [ 8- 9] 。钱 庭宝 [ 10] 也认为两者很难严格区 分。本文把离子交换树脂和吸附树脂统称为离子交换树脂。
药物树脂复合物在所尝试的方法中 载药量最 高, 杂 质含量 最少。 结论: 提取工艺中 引入 其他盐 将极 大影响 离子 交换 树脂对 目标
物的交换。综合提取法较适于在粗提 物溶液中 直接加 入树脂制
备药物树脂复合物。
2 5 环境保护
离子交换树脂在环 境保 护领 域中有 广阔 的用 武之 地, 在废
水的情况, 溶液的 pH 值不同, 浓度不同, 处理的效 果不一样。通
过动态实验结果表明, 四种树脂中, 大孔树脂吸附量最大, 最适
Abstract: The m a in applica tions o f m acroporous ion exchange resin in w ater treatm en,t m eta llurgical industry, chem ical industry, m ed icine and environm ent protection w ere rev iew ed and som e suggest ions for the treatm ent o f industrial w aste and the product ion of m edic ine and food by using m acropo rous ion ex change resin w ere put fo rw ard.
2. 1 水处理
水处理包括 水质 的 软化、水的 脱 盐和 高 纯 水的 制 备等 等。 发电厂等工厂所用 的高 压锅炉 必须 采用软 化水, 最 经济最 方便 的方法就是使用钠型阳离子交换树脂。其反应如下:
2R - SO 3N a+ C a2+ ( R - SO3 ) 2 Ca+ 2N a+ 周本省 [12] 在锅炉用 水的处理 采用离子交 换树脂, 介绍了离 子交换树脂基本 原理、系统 的设 备及其 运行 等。目前 离子 交换
2. 3 化学工业
离子交换树脂在 化学 实验、化 工生 产上 已经 和蒸 馏、结晶、 萃取和过滤一样, 成 为重 要的单 元操 作, 普 遍用 于多 种无 机、有 机化合物的分离、提纯、浓缩和 回收等。离子 交换树 脂用作 化学 反应催化剂 [ 18- 19] , 可大大提高催化效率, 简化后处理操作, 避免 设备的腐蚀。阎静 [ 20] 在强弱型离子交换树脂在化学除盐工艺的 联合应用是指同 时使离子杂质以达 到除盐目的。联合应 用工艺已 出现很 长时 间, 在这一进程中, 克服了树脂 性能上的不 足, 也 由于双 层床、双 室床的成功研制 及水 质恶化 对除 盐工艺 提出 了更 高的要 求, 使 得联合应用工艺有了 发展。特 别是八十年 代末九十 年代初 发展 尤为迅速。在电力及石油化工 行业的许多 化学除盐 装置中 开始 使用。经十余年的运行, 已积累了丰富 的实践经 验, 使得联 合应 用工艺设备不 断完善。 本文结 合各 种离子 交换 树脂 的性 能, 并 结合联合应用工艺的 经验, 对联合应 用中具体问 题进行 探讨, 以 求在生产实践中充分 发挥联合应用工艺 的优势, 不断提 高水质。 张广平 [ 21] 对离子交换 树脂 在分 离操 作中 的应 用提 出了 三种 分 离方法。
2. 2 冶金工业
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 [13- 14] 。利 用离子交换剂调整矿 浆液相中离子组成是 改善铜锌 矿选矿 的途 径之一 [ 15] 。当选矿厂处理工艺性 质不同 而且经 常变动 的、需要 不同药剂条件的给矿 时, 过程很难进 行, 而 且也很难 保持稳 定的 工艺指标。苏联金属矿科学研 究所在研究 锡拜矿床 矿石的 工艺 性质以后, 认为破坏过程选择性的原 因之一是: 闪锌 矿被铜 离子 所活化, 当在磨矿过程中加入吸收铜 离子的离子 交换树 脂, 这种 活化现象在一定程度 上可以消除。在矿浆 中加入离 子交换 树脂 可改变矿浆中水 的离 子组成, 使 浮选 剂更有 利于 吸附所 需要 的 金属, 提高浮选剂的选择性 和选矿 效率。文 颖频 [ 16] 进行了 离子 交换法从解钼液 中分 离回收 钨钼 的研究, 通 过对 影响分 离的 因 素如树脂种类、料液 pH 值等的 研究, 确定 了离子 交换 法从解 钼 液中分离回收钨钼的 最佳条件。在最佳条 件下, 进行综 合实验, 解析液中钨钼比达 14, 可以返回 主流程, 钨 的回收率 可达 75% 。 树脂用碱性 次氯 酸 钠溶 液再 生, 盐 酸转 型 后, 重复 使 用性 能 稳 定。湿法冶金中, 离子交换与吸附分离 技术由于 分离效 率高、设 备与操作简 单、树 脂与 吸附 剂 可再 生和 反 复使 用, 且 环境 污 染 少, 是一种 绿色提取 技术, 在贵金属分离中的 应用越来越 受到 重视。研究大孔弱碱性 阴离子 交换树 脂吸附 A u 的性 能及机 理 具有重要意义。李华昌 等 [ 17] 作 了大 孔弱 碱性叔 胺型 阴离子 交 换树脂吸附金的研 究, 在盐酸 介质 中, BK 弱碱性 阴离 子交换 树 脂对 A u吸附性能 很好, A u交换 容量 高, 树脂吸 附选 择性 好, 可 从大量贱金属中吸附 富集 Au。吸附反应活化能为 17115kJ /m o ,l 生成焓变化为 19198kJ m o l- 1 K - 1。用 红外 与拉 曼光 谱研 究 微观吸附机理确定树脂吸附 Au的 形态为 A uC l-4 , 由扫描电 镜与 能谱证实树脂对 Au的吸附是从表层逐 渐向深层的过程。