阳离子交换树脂的制备(悬浮聚合):实验原理

悬浮聚合又称珠状聚合,是在强烈机械搅拌下,将单体或单体混合物分散在与单体不互容的介质中,形成细小的颗粒,并在一定温度下进行聚合反应。一般都用水作为分散介质。在聚合中,为了防止液滴凝聚,常加入一定的分散剂,如明胶与聚乙烯醇等。

阳离子交换树脂的制备路线如下:

1.合成具有体型结构的高聚物骨架,简而言之,将苯乙烯和二乙烯基苯的混合物在引发剂存在下,用悬浮聚合方法制备得到珠状共聚物(俗称白球),其中二乙烯基苯为交联剂,赋予了聚合物网状结构:

CHCH2

+ → BPO CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2

CHCH2CH2→CH

2.通过高分子化学反应在高聚物骨架上引入可进行离子交换的基团,即将制得的球状共聚物用浓硫酸进行磺化反应,引入磺酸基。

CH2→CH→浓H2SO4CH2→CHSO3H

为了使磺化反应深入白球内部,在磺化前可用适当的溶剂(如:二氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯等)使白球溶胀。

离子交换树脂是一种具有离解能力的高聚物,能和溶液中的离子起交换反应,如:

R—SO3—H++Na+Cl—R—SO3—Na++H+Cl—

(阳离子交换树脂)

R—N+(CH3)3OH—+Na+Cl—R—N+(CH3)3Cl—+Na+OH—

(阴离子交换树脂)

式中R代表树脂母体,常为苯乙烯与二乙烯基苯的共聚物。

交换当量是阳离子交换树脂的一项最重要的性能,它表征离子交换树脂交换离子能力的大小,通常指每克干树脂交换离子的毫克当量数(单位为毫克当量/克)。交换当量可用动态法或静态法来测定。动态法是将树脂选装在交换柱中用一定流速的溶液通过,测定交换离子的数量。静态法则用浸泡的方法测定交换的数量。

本实验采用静态法测定交换当量,在过量的氯化钠溶液中,磺酸基上氢离子能被钠离子交换,得到等当量的盐酸,在不与氯化钠分离的情况下,用标准氢氧化钠溶液滴定盐酸,即可计算树脂中磺酸基交换等量。

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