教学课件PPT功能高分子材料.ppt

目录 一、概述 离子交换树脂的主要性能参数： 离子交换树脂的分类 离子交换树脂的主要应用 在水处理中的应用 （1）纯水的制备 （1）纯水的制备 （1）纯水的制备 （1） 纯水的制备 （2）水的软化 （2）水的软化 Na型阳离子交换树脂软水法 Na型阳离子交换树脂软水法 Na型阳离子交换树脂软水法 （2） 食品工业中的应用 纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等。 吸水能力通常很低，所吸水量最多仅为自身重量的20倍左右， 一旦受到外力作用，则很容易脱水，保水性很差。 60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂。这是一种含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料; 它不溶于水和有机溶剂，吸水能力可达自身重量的500～2000倍，最高可达5000倍; 吸水后立即溶胀为水凝胶，有优良的保水性，即使受压也不易挤出; 吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可恢复。 从化学组成和分子结构看，高吸水性树脂是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子。 从直观上理解，当亲水性基团与水分子接触时，会相互作用形成各种水合状态。 水分子与亲水性基团中的金属离子形成配位水合，与电负性很强的氧原子形成氢键等。 高分子网状结构中的疏水基团因疏水作用而易于将水分子斥向网格内侧，形成局部不溶性的微粒状结构，使进入网格的水分子由于极性作用而局部冻结，失去活动性，形成“伪冰”（False ice）结构。 亲水性基团和疏水性基团的这些作用，显然都为高吸水性树脂的吸水性能作了贡献。 研究发现，高吸水性树脂中的网状结构对吸水性有很大的影响： 未经交联的树脂基本上没有吸水功能。而少量交联后，吸水率则会成百上千倍地增加。但随着交联密度的增加，吸水率反而下降。 高吸水性树脂的基本特性 高吸水性 加压保水性 吸氨性 1 高吸水性 作为高吸水性树脂，高的吸水能力是其最 重要的特征之一。从目前已经研制成功的高吸 水性树脂来看，吸水率均在自身重量的500～ 12000倍左右，一般可达4000倍以上，是纸和 棉花等材料吸水能力的100倍左右。 纸张、棉花和海绵等材料：物理吸水作用 高吸水性树脂的吸水能力是由化学作用和物理作用共同贡献的。即利用分子中大量的羧基、羟基和酰氧基团与水分子之间的强烈范得华力吸收水分子，并由网状结构的橡胶弹性作用将水分子牢固地束缚在网格中。 一旦吸足水后，即形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，即使在加压下也不易挤出来。 高吸水性树脂一般为含羧酸基的阴离子高 分子，为提高吸水能力，必须进行皂化，使大 部分羧酸基团转变为羧酸盐基团。但通常树脂 的水解度仅70％左右，另有30％左右的羧酸基 团保留下来，使树脂呈现一定的弱酸性。这种 弱酸性使得它们对氨那样的碱性物质有强烈的 吸收作用。 9.3、膜分离材料（ P407) 膜分离（membrane separation） 是利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化，是人类最早进行的分离技术之一。 膜还没有一个完整精确的定义，一种通用的广义上的定义是膜是两相之间的不连续区间。  主要的膜分离法： 微滤（Microfiltration, MF） 超滤（Ultrafiltration, UF） 反渗透（Reverse osmosis, RO） 透析（Dialysis, DS） 电渗析（Electrodialysis, ED） 渗透气化（Pervaporation, PV） 1) 反渗透（Reverse osmosis, RO） 膜两侧压力相等的情况下，在浓差的作用下作为溶剂的水分子从溶质浓度低的一侧向浓度高的一侧通过，这种现象称为渗透。促使水分子透过的推动力称为渗透压。 溶质浓度越高，渗透压越大。 如果欲使高浓度溶液中的溶剂透过膜到低浓度的一侧，则可在高浓度的一侧施加压力，压力必需大于此渗透压，这种操作称为反渗透。 应用： 海水淡化，工业用水软化，直饮水… 2) 超滤和微滤 膜分离技术的主要代表。 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力。膜具有明显的孔道结构，主要用于截留高分子溶质或固体微粒。 超滤主要用于高分子溶质之间或高分子与小分子之间的分离，利用分子量的差别进行分离。浓缩，脱盐，或纯化。 微滤一般用于悬浮液的过滤，在生物分离中广泛用于菌体的分离和浓缩，细胞碎片的去除。 3) 透析（Dialysis, DS） 利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高