热稳定性强碱阴离子交换树脂的结构设计及其应用

摘要

强碱阴离子交换树脂作为一种工艺成熟、使用方便的高分子材料，广泛应用于水处理、混合物分离纯化、合成化学、生物医学等工业生产。但在一些特殊领域，如半导体工业超纯水处理、药品的高纯净化、催化化学等，季胺强碱树脂受到本身结构的限制容易发生Hofmann降解，导致树脂的使用寿命降低。因此，许多研究者开始关注并研究如何改善强碱树脂的热稳定性。
　　本文针对上述问题，设计提出了几种不同结构的强碱阴离子交换树脂。在第二章，将具有共轭稳定结构的胍基引入树脂骨架来合成强碱阴离子交换树脂，在热稳定性测试中发现，处于交联结构的胍基树脂热稳定性的提高显著，但是难以控制相邻苄氯与胍基的交联反应，造成强碱功能基含量减少;因此在后续实验中我们采用原位生成的方式合成胍基，然后使用交联剂将其后交联，合成了热稳定性交联胍基树脂。为了将胍基引入树脂骨架的同时形成交联结构，简化工艺流程，在第三章使用二元强碱双胍和苄氯直接反应，通过调节双胍的投料量控制合成交联双胍树脂，实验结果表明，通过一步反应合成的双胍树脂同样具有良好的热稳定性。由此我们预测，交联结构可以提高基团热稳定性这个规律对于季胺强碱树脂同样适用。因此在第四章合成了交联季胺树脂，其热稳定性测试结果与预测相吻合。上述树脂均为聚苯乙烯骨架，为了适应弱极性组分的吸附分离要求，在第五章以弱极性的聚丙烯酸甲酯树脂为母球，利用耐高温的酰胺键连接强碱基团，合成了聚丙烯酸酯胍基树脂，其热稳定性能够满足使用要求。
　　合成的几类树脂均具有良好的热稳定性能，由此我们分别研究了合成树脂的应用性能。对于胍基树脂我们研究了其对三油酸甘油酯与乙醇酯交换反应的催化效果，并使用商品化树脂D261为对照，结果表明，胍基树脂的催化效果好于商品化树脂D261，胍基树脂在经过六个使用周期后催化效率没有降低，三油酸甘油酯的转化率为90％，经过条件优化，可以在2小时内反应完全。
　　对于双胍树脂我们研究了其对叶绿素铜钠的分离提纯工艺，并使用商品化季胺树脂D296为对照。研究证明，在70℃分离叶绿素铜钠，经过八个使用周期，PDG2树脂的吸附效率明显好于D296树脂，叶绿素铜钠产率大于91％，说明PDG2树脂的耐热性良好，可以在较高温度多次重复使用。
　　对于交联季胺树脂我们研究了不同交联结构对催化酯交换反应的影响。结果证实，使用较长分子链交联后有利于反应底物与催化中心接触，催化效果好于短链交联剂交联的树脂。交联季胺树脂在热降解六天以后催化酯交换反应，催化效率没有明显降低。

目录

声明

摘要

第一章 前言

第一节 离子交换树脂概述

1．1．1 离子交换树脂简介

1．1．2 离子交换树脂的应用

1．1．3 离子交换树脂的稳定性能

1．1．4 热稳定性强碱离子交换树脂的研究情况

第二节 催化酯交换反应概述

1．2．1 常见催化酯交换反应的方法

1．2．2 强碱树脂在催化酯交换反应中的应用

第三节 叶绿素铜钠的提纯分离概述

1．3．1 叶绿素铜钠简介

1．3．2 叶绿素铜钠的常见分离方法

第四节 课题的提出

1．4．1 课题的研究意义

1．4．2 课题研究内容的提出

第二章 胍基树脂的合成及催化性能研究

第一节 树脂的合成与表征

2．1．1 实验部分

2．1．2 树脂的结构表征

第二节 树脂的热稳定性研究

2．2．1 胍基强碱树脂热稳定性测定

2．2．2 不同条件下树脂的热稳定性研究

第三节 树脂的催化性能研究

2．3．1 混合标样的配制

2．3．2 催化酯交换反应

2．3．3 酯交换反应产物的检测条件

第四节 结果与讨论

2．4．1 合成树脂的结构参数

2．4．2 树脂的热稳定性分析

2．4．3 交联结构对树脂溶胀度的影响

2．4．4 催化酯交换反应动力学研究

2．4．5 树脂重复使用效果

第五节 本章结论

第三章 双胍树脂的合成及对叶绿素铜钠的分离提纯

第一节 树脂的合成与表征

3．1．1 实验部分

3．1．2 树脂结构的表征及热稳定性测定

第二节 树脂对叶绿素铜钠的分离提纯

3．2．1 静态吸附实验

3．2．2 树脂的吸附量

3．2．3 动态吸附及解吸实验

第三节 结果与讨论

3．3．1 合成树脂的结构参数

3．3．2 树脂的热稳定性分析

3．3．3 树脂分离提纯叶绿素铜钠的机理研究

3．3．4 动态吸附和选择性解吸分析

3．3．5 树脂的吸附等温线

3．3．6 叶绿素铜钠的分离

第四节 本章结论

第四章 交联季胺树脂的合成及催化性能研究

第一节 树脂的合成与表征

4．1．1 实验部分

4．1．2 树脂的结构表征

第二节 树脂的耐热性能和催化性能研究

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 树脂热稳定性测定

4．2．3 树脂的催化性能研究

第三节 结果与讨论

4．3．1 树脂合成条件的优化

4．3．2 交联结构对凝胶型树脂溶胀度的影响

4．3．3 树脂的热稳定性分析

4．3．4 不同交联剂对树脂催化性能的影响

第四节 本章结论

第五章 酰胺键连接的弱极性胍基树脂的合成

第一节 树脂的合成与表征

5．1．1 实验部分

5．1．2 树脂的结构表征

第二节 树脂的热稳定性测定

5．2．1 树脂的热稳定性测试方法

第三节 结果与讨论

5．3．1 树脂合成条件的优化

5．3．2 树脂的热稳定性分析

第四节 本章结论

第六章 全文结论

参考文献

致谢

个人简历