蛇籠型聚電解質

蛇籠型聚電解質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。

基本介紹

• 中文名：蛇籠型聚電解質
• 外文名：snake-cage resin
• 別名：蛇籠樹脂
• 領域：化工，高分子

簡介

蛇籠型聚電解質又叫蛇籠樹脂或延遲離子交換樹脂。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。

交聯聚合物為籠，線型聚合物為蛇。蛇籠型聚電解質的種類有弱酸弱鹼，弱酸強鹼，強酸弱鹼，強酸強鹼四類。其中，在國外用的比較多的是弱酸強鹼型蛇籠型聚電解質，其結構見圖一。

圖一

蛇籠型聚電解質中帶有陰陽兩種能基，這兩種功能基在適當的條件下大部分可以互相吸引配對，中和部分電荷，形成內鹽鍵。這相當於在分子水平上混合的混合床離子交換樹脂。正是由於這種分子水平的混合，其作用機理完全不同於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，而後者由於兩種功能基距離很近（小於或等於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，其最適用於濃溶液中不同電解質之間的分離或電解質與非電解質之間的分離。

蛇籠型聚電解質的特點

由於靜電引力及網狀立體結構的存在，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狀樹脂中溶出。這類樹脂不同於兩性樹脂，後者是將兩種性質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）以共價鍵連線在同一樹脂骨架上；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，但它也不同於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，蛇籠型聚電解質類似於普通的籠形物，但前者在可能的化學計量方面變化較大且物理穩定性較好。

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

弱酸強鹼型蛇籠型聚電解質的製備

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，然後加人丙烯酸單體和水溶性引發劑，在氮氣保護下於70一80℃反應18h，再用Na₂CO₃中和，抽濾後水洗，即得弱酸強鹼型蛇籠型聚電解質。

蛇籠型聚電解質的分類

目前已報導的蛇籠型聚電解質種類較多，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）以苯乙烯強鹼性陰離子交換樹脂為籠

（2）以苯乙烯弱鹼性陰離子交換樹脂為籠

（3）弱鹼性環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）聚多元鹼為蛇

（4）酚醛類陽離子樹脂單體的線型縮聚物為蛇

蛇籠型聚電解質的套用機理

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

離子阻滯法與離子交換法的差別主要在於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，然後再用離子交換法徹底淨化。

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，但本質上並不相同。離子排斥用的是普通樹脂，而離子阻滯用的是經特殊製備的蛇籠樹脂。

離子阻滯中，無機強電解質離子優先進入樹脂內部，而有機物被排斥在外，柱流出液中首先出現的是有機物，然後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，因而最適合用於由分子較大的有機物中分離出無機鹽，但也可用於兩種無機鹽的分離；而離子排斥先流出的是無機鹽類。

蛇籠型聚電解質的套用

由於蛇籠樹脂獨特的分離機理操作和再生簡便，在套用上已顯示其重要性，具體套用如下。

（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）藥物製備和提純

（6）不同的鹽的分離