[科普中國]-蛇籠型聚電解質(zhì)

蛇籠型聚電解質(zhì)又稱蛇籠樹脂或稱延遲離子交換樹脂，是指在具有特定電荷交換功能基的交聯(lián)聚合物中含有被物理截留的帶有相反電荷功能基的線性聚合物的一種特殊類型的離子交換樹脂。

簡介蛇籠型聚電解質(zhì)又叫蛇籠樹脂或延遲離子交換樹脂1。它的概念和名稱是首先由Hatch等人提出來的。它是指在具有特定電荷交換功能基的交聯(lián)聚合物中物理截留有帶相反電荷功能基的線型聚合物的一類特殊的離子交換樹脂。

交聯(lián)聚合物為籠，線型聚合物為蛇。蛇籠型聚電解質(zhì)的種類有弱酸弱堿，弱酸強堿，強酸弱堿，強酸強堿四類。其中，在國外用的比較多的是弱酸強堿型蛇籠型聚電解質(zhì)2，其結構見圖一。

蛇籠型聚電解質(zhì)中帶有陰陽兩種能基，這兩種功能基在適當?shù)臈l件下大部分可以互相吸引配對，中和部分電荷，形成內(nèi)鹽鍵。這相當于在分子水平上混合的混合床離子交換樹脂。正是由于這種分子水平的混合，其作用機理完全不同于一般混合床離子交換樹脂。離子交換樹脂的作用機理是離子交換，而蛇籠樹脂的作用機理是離子阻滯。前者必須用化學試劑再生，而后者由于兩種功能基距離很近（小于或等于10nm），中和了部分電荷，所以與溶液中相反電荷的離子吸著力減弱，用水即可以使樹脂再生。此樹脂具有較大的吸著容量，其最適用于濃溶液中不同電解質(zhì)之間的分離或電解質(zhì)與非電解質(zhì)之間的分離。

蛇籠型聚電解質(zhì)的特點由于靜電引力及網(wǎng)狀立體結構的存在，籠聚合物限制了蛇聚合物分子的自由運動，所以其中線型高分子不易從網(wǎng)狀樹脂中溶出。這類樹脂不同于兩性樹脂，后者是將兩種性質(zhì)相反的陰陽離子交換功能基（如一至四胺及磺酸、騰酸、梭酸等）以共價鍵連接在同一樹脂骨架上；而前者則是兩種不同聚合物靜電相吸及機械纏繞的混合物，但它也不同于線型聚合物的物理共混物，它只在溶劑中溶脹但不溶解。在某些方面，蛇籠型聚電解質(zhì)類似于普通的籠形物，但前者在可能的化學計量方面變化較大且物理穩(wěn)定性較好3。

蛇籠型聚電解質(zhì)應用的原理是離子阻滯，即利用蛇籠型聚電解質(zhì)中所帶的陰、陽兩種功能基截留阻滯處理液中強電解質(zhì)而排斥有機物，使有機物在流出液中首先出現(xiàn)，常稱“離子阻滯法”，故此類樹脂在文獻中亦有阻滯樹脂之稱。

弱酸強堿型蛇籠型聚電解質(zhì)的制備將籠樹脂用5%NaOH-去離子水-5%HCL-去離子水-5%NaOH-去離子水處理，然后加人丙烯酸單體和水溶性引發(fā)劑，在氮氣保護下于70一80℃反應18h，再用Na2CO3中和，抽濾后水洗，即得弱酸強堿型蛇籠型聚電解質(zhì)2。

蛇籠型聚電解質(zhì)的分類目前已報導的蛇籠型聚電解質(zhì)種類較多，可按籠的母體樹脂骨架或蛇的鏈結構進行分類。

按籠的母體樹脂骨架分類（1）以苯乙烯強堿性陰離子交換樹脂為籠

（2）以苯乙烯弱堿性陰離子交換樹脂為籠

（3）弱堿性環(huán)氧系陰離子交換樹脂為籠

（4）苯乙烯系強酸性陽離子交換樹脂為籠

（5）丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂為籠

按蛇的鏈結構分類（1）丙烯酸（酯）類單體的均聚合或共聚合的聚合物為蛇

（2）聚丙烯酞胺類為蛇

（3）聚多元堿為蛇

（4）酚醛類陽離子樹脂單體的線型縮聚物為蛇

蛇籠型聚電解質(zhì)的應用機理蛇籠型聚電解質(zhì)應用的原理是離子阻滯即利用蛇籠型聚電解質(zhì)中所帶的陰、陽兩種功能基截留阻滯處理液中強電解質(zhì)而排斥有機物，使有機物在流出液中首先出現(xiàn)。

離子阻滯法與離子交換法的差別主要在于用水而不是用藥劑再生，所以價廉簡便，尤其是在溶液濃度高時，用離子交換法經(jīng)濟上不實用 ，可以用離子阻滯法初步除去溶液中大部分離子性物質(zhì)，然后再用離子交換法徹底凈化。

一般在離子阻滯法的操作中流速要比離子交換慢，但在某些情況 下,特別是在熱溶液中則與離子交換差不多或更快些。離子阻滯法與離子排斥都是利用樹脂對溶液里強電解質(zhì)與有機物之間吸附的差別進行分離的，都是用水再生，表面上很相象，但本質(zhì)上并不相同。離子排斥用的是普通樹脂，而離子阻滯用的是經(jīng)特殊制備的蛇籠樹脂。

離子阻滯中，無機強電解質(zhì)離子優(yōu)先進入樹脂內(nèi)部，而有機物被排斥在外，柱流出液中首先出現(xiàn)的是有機物，然后用水替換出樹脂中無機鹽。有機物分子大小和樹脂孔徑大小起了決定性作用，因而最適合用于由分子較大的有機物中分離出無機鹽，但也可用于兩種無機鹽的分離；而離子排斥先流出的是無機鹽類。

蛇籠型聚電解質(zhì)的應用由于蛇籠樹脂獨特的分離機理操作和再生簡便，在應用上已顯示其重要性，具體應用如下。

（1） 糖類脫鹽

（2）甘油、 乙二醇與食鹽的分離

（3）催化劑的回收

（4）貴金屬的回收、硫化氫的氧化脫硫等

（5）藥物制備和提純

（6）不同的鹽的分離

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

耿彩芳 - 副教授 - 中國礦業(yè)大學