树脂吸附

树脂吸附是用树脂一类的高分子聚合物的吸附作用来除去废水中的有机物，糖液脱色，天然产物和生物化学制品的分离与精制过程。吸附树脂是具有多孔立体结构的，具有吸附能力的树脂吸附剂。吸附树脂是Z近几年高分子领域里新发展起来的一种多孔性树脂，由苯乙烯和二乙烯苯等单体，在甲苯等有机溶剂存在下，通过悬浮共聚法制得的鱼籽样的小圆球。

一、树脂吸附原理

树脂吸附作用原理是依靠它和被吸附的分子(吸附质)之间的范德华引力,通过它巨大的比表面进行物理吸附而工作,使有机化合物根据有吸附力及其分子量大小可以经一定溶剂洗脱分开而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。

大孔吸附树脂是以苯乙烯和丙酸酯为单体,加入乙烯苯为交联剂,甲苯、二甲苯为致孔剂,它们相互交联聚合形成了多孔骨架结构。树脂一般为白色的球状颗粒,粒度为20～60目,是一类含离子交换集团的交联聚合物,它的理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂,不受无机盐类及强离子低分子化合物的影响。

二、离子交换树脂

多年来，对氰化液中吸附金的离子交换树脂所作的许多研究指出，用于吸附金的离子交换树脂主要有：AM、AB-17、IRA-400、717等强碱性阴离子交换树脂，AH-18、704等弱碱性阴离子交换树脂，AM-2Б、AП-2等混合型阴离子交换树脂及其他人工合成树脂等。

这些树脂中，就对金的吸附选择性而言，弱碱性阴离子交换树脂比强碱性阴离子交换树脂好，但前者的强度低，且吸附动力学特性和解吸性能均较差。吸附动力学特性以强碱性阴离子交换树脂和混合型阴离子交换树脂为好。

这是由于离子交换树脂是不溶性的固态三维聚合物，其中含有由柔韧的聚合物高分子相互交错构成的在溶液中能离解的离子化基团。这种离子化基团是由树脂交联键、桥键的聚合物分子烃链形成的树脂基体网状结构骨架，与牢固结合在骨架上不动的刚性连接的固定离子和与固定离子电荷相反的反离子所构成（图1）。树脂中的反离子就是能与溶液中的离子进行交换的离子，按照反离子的电荷符号，可将树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。如以R表示带固定离子的离子交换树脂，A、B分别表示树脂相和水相中的交换离子，则两相离子的交换反应可表示为：

树脂浸入溶液中后，其体积会增大1.5~2.0倍，这是树脂的膨胀性。本来，合成离子交换树脂用的有机单体（如苯乙烯）是疏水性的，不会因吸水而膨胀。但由于向树脂的基体中引入了亲水性的活性基团，故树脂浸入溶液中后，水溶液会沿分子空隙的沟道渗入活性基团，并使其水化膨胀。离子交换树脂的膨胀性用膨胀系数K表示，它是膨胀的树脂比容VH和风干的树脂比容VC二者之比值：[next]

阴离子交换树脂的膨胀系数在2.0~3.0的范围内变动。工业生产并供给用户的阴离子交换树脂含水50%~56%。

由于树脂遇水膨胀，干燥后又恢复或接近原来的状态，这种变化使树脂内部颗粒来回移动并产生内应力，致使树脂发生磨损和破坏。故在生产过程中不宜让树脂频繁地膨胀和干燥。

树脂对某些离子的选择性吸附，是离子交换树脂的一种重要性质。故选用每一种树脂前都应先进行试验，测定它们在目的生产溶液中选择性吸附某些离子的次序，以便于正确选用效果Z佳的树脂。

树脂的机械强度在实际应用中具有重要意义。由于树脂要经受介质、负荷、吸附设备和矿砂的摩擦，筛分冲击，以及干、湿和冷、热变化等各种力学作用，强度小的树脂烃质基体表面易遭破坏。特别是用于矿浆吸附过程的树脂，更应具有一定的机械强度。

前苏联在生产中较为广泛使用的是AM-2Б混合型阴离子交换树脂，因为与其他树脂相比，它具有较好的吸附和解吸性能，较高的选择性和机械强度。

AM-2Б型阴离子交换树脂是一种大孔结构的双官能团树脂。该树脂的基体由使用氯代甲醇处理过的苯乙烯和对二乙烯基苯的共聚物组成。其中，含有10%~12%的对二乙烯基苯，因而能保证树脂所需的机械强度，并借胺化反应往阴离子交换树脂的基体中引入约1:1的强碱性季胺碱和弱碱性叔胺碱活性基团。由于树脂中存在两种活性基团，因而对金的选择性和吸附容量提高。

三、树脂吸附和解吸附条件

吸附条件和解吸附条件的选择直接影响着大孔吸附树脂吸附工艺的好坏,因而在整个工艺过程中应综合考虑各种因素,确定Z佳吸附解吸条件。影响树脂吸附的因素很多,主要有被分离成分性质(极性和分子大小等)、上样溶剂的性质(溶剂对成分的溶解性、盐浓度和PH值)、上样液浓度及吸附水流速等。

1、通常,极性较大分子适用中极性树脂上分离,极性小的分子适用非极性树脂上分离;体积较大化合物选择较大孔径树脂;上样液中加入适量无机盐可以增大树脂吸附量;酸性化合物在酸性液中易于吸附,碱性化合物在碱性液中易于吸附,中性化合物在中性液中吸附;一般上样液浓度越低越利于吸附;对于滴速的选择,则应保证树脂可以与上样液充分接触吸附为佳。

2、影响解吸条件的因素有洗脱剂的种类、浓度、pH值、流速等。洗脱剂可用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等,应根据不同物质在树脂上吸附力的强弱,选择不同的洗脱剂和不同的洗脱剂浓度进行洗脱;通过改变洗脱剂的pH值可使吸附物改变分子形态,易于洗脱下来;洗脱流速一般控制在0.5～5mL/min。

3、工业上使用的离子交换树脂条件要求：

不管条件是常温还是高温，不溶于水或酸、碱的水溶液，即需具有不溶性和化学稳定性，保证树脂能多次重复使用。

具有耐磨损和抗冲击负荷的高机械强度。为此，树脂基体中含有质量分数为8%~12%的二乙烯苯。二乙烯苯的百分含量称为“交联度”。

树脂为规则球粒，粒度在0.2~1.2mm中选择。

只含一种形式活性基团的离子交换树脂称单功能树脂，含几种形式活性基团的叫多功能树脂。用于吸附金工艺的为多功能阴离子交换对脂。如前苏联AM-2B阴离子交换树脂，是双功能的，引入了季胺碱基团和叔胺基团，基体由氯代甲醇处理过的苯乙烯和对二乙烯苯的共聚物组成，交联度10％~12％。