离子交换树脂的功能

2018-09-03

  离子交换树脂是带有交换离子的活性基团、具有网状结构、不溶性的高分子球形颗粒化合物,由苯乙烯、丙烯酸(酯)、交联剂二乙烯苯等组成聚合,作用于电力、石化、电子、食品、医药及污水处理等用途领域,有分离、回收、纯化和提纯的功能作用——
    

   一、离子交换树脂在含汞废水处理中的功能作用
    
  含汞废水是危害最大的工业废水之一,离子交换树脂法适用于处理浓度低而排放量大、含有毒金属的废水,用树脂交换法除汞作为化学法的二级处理系统,能保证达到排放标准,且能实现封闭循环、连续稳定的运行,排放的废水可作为冷却水加以回用;提高了生产能力,单位产品的成本降低,节约了治理费用;应用树脂交换法还能对废水起到脱色作用,处理的水清晰透明;失效后的树脂不再回收,作为汞废渣回收汞,防止了二次污染。因此,应用离子交换法处理低浓度含汞废水,有明显的社会效益和经济效益。
    

  二、离子交换树脂在医学中的功能作用
  1、药物的精制纯化
    
  药物的精制纯化是将药液中有效成分转化成离子形式,与树脂发生离子交换,将有效成分吸附上去,利用酸碱成盐原理将有效成分转化成盐,再进行洗脱;将药物提取液中低浓度的有效成分经过吸附上柱后洗脱,提高有效成分含量,达到纯化精制目的,其应用以抗生素为主,在其他类药物中也有广泛的应用。
  2、药物树脂靶向给药系统
  离子交换树脂除了用于口服药树脂缓控释系统外,还可用于靶向给药。近年来,越来越多的临床研究表明,抗肿瘤药物的选择性不高,从而限制了药效的进一步发挥。因此,将药物选择性地输送到特定部位以提高局部药物浓度、减少全身毒性和不良反应的靶向系统已越来越受到重视。靶向给药系统由药物与载体组成,常见的载体有微球、脂质体、单克隆抗体、复乳及细胞载体等,而利用离子交换原理可将药物制成非生物降解的药树脂微球。
  一般认为,粒径大于50 µm的微粒在靶组织的滞留量少于粒径较小的微粒。因此,可根据药物的性质选择具有适宜交联度和孔径的离子交换树脂,制备成相应的药物树脂微球。由于血液中的离子种类和强度较为恒定且树脂微球体积较小,因而可将药树脂微球进行静脉注射并结合γ-闪烁照相技术对其靶向性进行评价,树脂微球的粒径和孔径是离子在树脂内部扩散的限速因素,而且影响其对组织的靶向性及在靶组织的释药行为。
  3、医用卫生
  离子交换树脂本身可作为药剂内服,具有解毒、缓泻、去酸等功效,可用于治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射物质等;对于外敷药剂,用离子交换树脂粉末可配制软膏、粉剂及婴儿护肤用品,用以吸除伤口毒物和作为解毒药剂。
  将各种药物吸附在离子交换树脂上,可有效地控制药物释放速率,延长药效,减少服药次数;利用离子交换树脂吸水后体积迅速膨胀的特点,将其与药剂混合制成药片,服后可迅速胀大崩解,更快更好地发挥药物的作用。
  离子交换树脂还是医疗诊断、药物分析检定的重要药剂,如血液成分分析、胃液检定、药物成分分析等。具有检测速度快、干扰少等优点。
   

  三、离子交换树脂在催化剂中的功能作用
    
  1、酰基化、烷基化
  酰基化、烷基化反应是一类重要的有机合成反应。Friedel-Crafts反应一般采用传统的催化剂,如Lewis酸、AlCl3及 FeCl3等,采用沸石和离子交换树脂等固体催化剂取代传统催化剂是芳环烷基化和酰基化反应的一个突破性进展。由于离子交换树脂具有可回收利用优点,近几年来对它在烷基化、酰基化反应中的应用越来越多。
  2、环氧化反应和开环反应
  烯烃的环氧化反应的氧化剂一般是双氧水或者有机过氧化物,如叔丁基过氧化物和异丙苯基过氧化物,采用离子交换树脂为催化剂,一般用钨、钼负载的阴离子交换树脂为催化剂。
  作为亲电试剂,环氧化合物可以被碱性树脂的阴离子亲核试剂开环,或者在酸性树脂质子的帮助下与中性分子反应。环氧乙烷水解制备乙二醇可以采用重碳酸盐形式的阴离子交换树脂作为催化剂。环氧化物水解成二醇的反应还可以采用季磷型交换树脂代替季氨盐型交换树脂作为催化剂。植物油环氧化物在乙酸中可以开环,但是环氧化物的转化率很低。 


  四、离子交换树脂在化工工艺上的功能作用
   
  在化工生产中,离子交换树脂技术正在取代一些沉淀、溶剂萃取及精馏等处理过程。最初将离子交换树脂应用于化工工艺上,主要采用的是间歇式固定床技术,后进一步开发出连续应用系统,如Higgins Loo p 及Himsley塔技术系统和ISEP连续系统;在Higgins Loo p及Himsley系统中,树脂在塔内移动,而在ISEP系统中它是固定的,这样可降低树脂的降解速度,延长操作寿命。同固定床系统相比,ISEP系统降低投资20— 40% ,只需40— 50%或更少的树脂,还节省占地。在一些情况下,它还能减少60— 80%的污染体积,如在地表水高锰酸盐治理中,ISEP系统将盐损失降低到1%;而固定床系统仅能降低到5%。当前世界上70%的赖氨酸都是用ISEP技术生产的,该技术在这一领域应用的年增长率达10— 15%。在工业分离及净化应用中,协同作用是应用开发的目标。目前在一些装置中,离子交去除非极性有机物,如全氯乙烷,而离子交换树脂则用来除去极性污染物,如高锰酸盐。

    

  五、离子交换树脂在食品工业中的功能作用
  1、味精
    
  味精是常用调味佳品,主要由玉米发酵液经微生物作用而制得。发酵时得到含谷氨酸2%-5%的原液,可采用离子树脂法提取,当pH等于5时用磺酸型强酸离子树脂进行动态提取,谷氨酸回收率为80%-90%。研究发现,由丙烯睛、丁二烯与二乙烯苯发生共聚反应,用汽油做致孔剂制得的大孔离子树脂,可使用二百多次,而且洗脱峰也比较集中。
  2、天然甜味剂的提取
  我国传统中草药甘草所含的甘草酸是重要甜味剂,可应用于食品及制药工业。甘草经水提取、酸析、醇提取后得到含40%甘草酸的粗品。粗品溶于水后通过装有吸附树脂的交换柱,甘草酸被树脂吸附,然后用乙醇洗脱,在经蒸发浓缩,可得91%含量的甘草酸精品。在国际上还普遍使用阴阳离子交换树脂、吸附树脂及鳌合树脂由甜叶菊提取液中提取甜菊昔。
  3、氨基酸、蛋白质的分离提纯
  根据氨基酸等电点的不同,选择适当的pH值,可用离子交换树脂(多用强酸阳离子树脂将它们分离,蛋白质由氨基酸组成,也可根据等电点的不同用离子交换树脂分离。
    

  六、离子交换树脂在冶金选矿中的功能作用
   
  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、提纯和回收方面均起着十分重要的作用,如从贫铀矿里将铀分离、浓缩、提纯和回收,分离和提纯稀土元素和贵金属,回收电镀溶液中的铬及人造丝废液中的铜等;离子交换树脂还可应用于选矿——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,提高浮选剂的选性和选矿效率。
   

  七、离子交换树脂在原子能工业中的功能作用:
    
  离子交换树脂在原子能工业上的应用包括核燃料的分离、提纯、精制、回收等,用离子交换树脂制备高纯水,是核动力用循环、冷却、补给水供应的唯一手段,离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。
    

  八、离子交换树脂在海洋资源利用中的功能作用
  利用离子交换树脂,可从许多海洋生物(例如海带)中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行和海岛上,用离子交换树脂以海水制取淡水是十分经济和方便的。  
   

  九、离子交换树脂在环境保护中的功能作用
    
  离子交换树脂在废水,废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要功能,已普遍用于电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水,影片洗印废水、工业废气等的治理。如影片洗印废水中的银是以Ag(SO3)23-等阴离子形式存在的,使用Ⅰ型强碱性离子交换树脂处理后,银的回收率可达90%以上,既节约了大量的资金,又使废水达到了排放标准;又如电镀废水中含有大量有毒的金属氰化物,如Fe(CN)63-,Fe(CN)64-等,用抗有机污染力强的聚丙烯酰胺系阴离子交换树脂处理后,可使金属氰化物的含量降至10ppm以下。

   

  十、离子交换树脂在高新技术中的功能作用
    
  以离子交换树脂为基础的多种高新技术,如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等,各具独特的功能,可以进行各种特殊的工作,达到特殊的作用,如离子交换树脂作用于水中痕量离子的富集和分析,以及生化物质的分离、分析等,再如在“神州五号”、“神舟六号”载人宇宙飞船和“嫦娥一号”探月卫星工程中,其军用电子元器件的生产所用的高纯度的电子级生产用水,即是离子交换树脂的功能作用。


    
   以上离子交换树脂的功能分享,由离子交换树脂生产厂家、应用行业工程师-津南大化工厂杨工奉献,杨工精通离子交换树脂原理,娴熟离子交换树脂组成、离子交换树脂作用、离子交换树脂用途等知识和技术技能,助力用户使用离子交换树脂获得更好功能。