1、精選優質文檔-傾情為你奉上畢業設計（論文）類 型：畢業設計說明書 畢業論文題 目：陰離子交換樹脂的制備工藝學生姓名：李慧慧指導教師：馬志軍 李梅 專 業：精細化工時 間：2012年4月南通職業大學 2012屆畢業設計（論文）任務書學生姓名李慧慧所學專業精細化工 班級精化091D課題名稱陰離子交換樹脂的制備工藝工作內容（應完成的設計內容、論文內容）1.企業調研、文獻檢索、資料研讀； 2.對陰離子交換樹脂的性質、目前的行業現狀做適當的闡述及分析；3.對陰離子交換樹脂生產各工段原理、操作、故障分析等進行詳細的闡述；4.撰寫論文，對陰離子交換樹脂產業的行業前景進行適當的分析。工作要求（設計應達到的性能

2、、指標，論文質量要求）1.要求論文中實驗方法真實可信，實驗技術簡便可行、易于工業化；2.論文規范，結構合理、語言精練，觀點正確，理論分析有一定深度，有獨到見解。3.論文字數不少于6000字。主要參考資料1. 離子交換樹脂中心聯絡站,高分子通訊,1958,2(3), 197.2. 錢庭寶,離子交換樹脂應用技術,天津科學技術出版社,1984.3.杜英軍,黃明德,徐榮南,高等學校化學學報,1987,8,1150.4. 王目林,任俊海,分析實驗室,1990,9(2),34.工作進度要求11年10月20日 11月20日 查閱并研讀資料11年11月20日 12月31日 整理資料，構建論文框架12年1月1日

3、 4月12日 撰寫論文，修改論文 12年4月13日 論文定稿，交論文（打印稿和電子稿）12年4月13日 22日 準備答辯12年4月23日 24日 答辯課題組其他成員指導教師（簽名）教研室主任（簽名）部門批準（蓋章）簽發日期2011年10月15日專心-專注-專業摘 要本論文在文獻的閱譯、實習的基礎上對強酸性苯乙烯系陰離子交換樹脂的制備工藝進行了了解和掌握。簡單闡述了離子交換樹脂的發展史，陰離子交換樹脂的制備、應用、組成、分類、作用原理和檢驗。關鍵詞：離子交換樹脂；白球；氯化；胺化；圓球率；全交換容量1AbstractRead the paper in the literature of tran

4、slation, based on the practice strongly acidic styrene anion exchange resin process was to understand and grasp. Briefly discusses the history of the development of ion exchange resins, anion exchange resin in the preparation, application, composition, classification, role theory and testing.Key wor

5、ds: Ion exchange resin; white ball; chloride; amine; ball rate; full exchange capacity. 目 錄第一章 離子交換樹脂的概述1.1離子交換樹脂的發展簡史離子交換劑是一類能夠發生離子交換的物質，分為無機離子交換劑（如沸石）和有機離子交換劑（又稱離子交換樹脂）。離子交換現象是物質運動的一種形式，它普遍存在于萬物的運動變化之中。在遠古時代，人類就已經會利用沙礫凈水。在幾千年前，沙漠地帶的人，就知道樹木可以使苦（锨）水變甜（淡）。我們民間也流傳著類式于沙礫凈水的木頭凈水法。1850年前后，英國人Thompson和way

6、系統地報告土壤中的鈣.煤離子與水中的鉀.銨離子的交換現象，引起了人們很大的注意。后來，Eichorn等人繼續研究指出：土壤中可逆的離子交換以及等當量的關系是基于鈉沸石作用。1903年，Harns和Rumpler報道了硅酸鋁鹽離子交換劑的合成，接著Gans首先把天然的和合成的硅酸鹽應用于工業軟水和糖的凈化。泡沸石等無機離子交換劑在應用上的缺點導致磺化煤陽離子交換劑的出現。1933年英國人Adams和Holms首先用人工的方法制造酚醛類型的陽、陰離子交換樹脂。在第二次世界大戰期間，德國首先進行工業規模的生產。戰后英、美、蘇、日等國的發展很快。1945年美國人D.Alelio發表了關于聚苯乙烯型強酸

7、性陽離子交換樹脂以及聚丙烯酸弱酸性陽離子交換樹脂的制備方法。后來聚苯乙烯陰離子交換樹脂、氧化還原樹脂以及螯合樹脂等也相繼出現，在應用技術及其范圍上也日益擴大。到了本世紀五十年代后期，各種大孔型的樹脂又相繼發展起來，在生產及科學研究中，離子交換樹脂起著越來越重要的作用。在第二次世界大戰中，美國獲得了化學與物理性能較縮聚型離子交換樹脂穩定而且經濟的苯乙烯系和丙烯酸系加聚型離子交換樹脂合成的專利。它開創了當今離子交換樹脂制造方法的基礎。 我國在1950年以后開始離子交換樹脂的研究，1958年，離子交換樹脂在國內正式投入工業化生產。目前已經有近六十個較大的生產廠家，產品的類型、質量和數量也日益增多，并

8、廣泛應用于工農業生產、國防建設、醫藥衛生、交通運輸已經科學研究等部門，在我國的經濟建設中起著重要的作用。1.2離子交換樹脂的應用（1）水處理工業用水里存在兩價的鈣、鎂離子和三價的鐵離子，易使管道及鍋爐結垢。使用離子交換樹脂處理可以較完全的除去水中存在的離子，提高純水的品質。目前離子交換樹脂的最大消耗量是用在發電廠的純水處理上，其次是原子能、半導體、電子工業，可以大幅度提高微小晶片的收縮率。（2）食品及制藥工業對制備和改進產品的性能起著重要的作用。例如高果糖漿的制備和鏈霉素的開發成功。（3）合成化學和石油化學工業在有機合成中常用酸和堿作催化劑進行堿化、水解、酯交換、醇酚縮合、水合反應，能保護反應

9、器不被腐蝕，不污染環境，反應容易控制。（4）環境保護主要是進行水溶液或非水溶液中含有的有毒離子或非離子物質進行回收使用。（5）濕法冶金及其他離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀有元素和貴金屬。并廣泛應用于痕量離子的富集和分析，以及生化物質的分離、分析等。1.3離子交換樹脂的組成 離子交換樹脂不溶于一般的酸、堿溶液及其他有機溶劑，如乙醇、丙酮和烴類，結構上屬于既不溶解也不熔融的多孔性海綿狀固體高分子物質。每個樹脂顆粒都由交聯的具有三維空間立體結構的往來骨架構成，在骨架上連接許多可以活動的功能基。這種功能基能解離出離子，可以與周圍的外來離子相互交換。功能基固定在網絡骨架上不能自由移

10、動，但功能基所帶的可以解離的離子卻能自由移動，隨著使用或者再生時，在不同的外界條件下，與周圍的同類型的其他離子互相交換，所以叫可交換離子。人們就是通過控制樹脂上的可交換離子，創造適宜的條件，如改變濃度差、利用親和力的差別等，使它與想接近的同類型離子進行反復交換，以達到不同的目的，如分離、濃縮、提純、凈化等。換而言之，離子交換樹脂的單元結構由三部分組成：不溶性的三維空間網狀骨架、連接在骨架上的功能基團和功能基團所帶的相反電荷的可交換離子。離子交換樹脂也可以看作多功能基的高分子化合物。對于具有能離解出陽離子作為可交換離子與外來的陽離子進行交換的物質叫做陽離子交換劑，相當于高分子的多元酸；相反地，對

11、于帶有能離解出陰離子作為可交換離子的物質，叫做陰離子交換劑，相當于多元醇。它們通常被列入高分子領域。又由于這種功能及基除了離子交換的功能外，還能起吸附等多種作用，所以也屬于功能高分子。1.4.離子交換樹脂的分類離子交換樹脂的種類繁多，分類方法也很不統一，一般根據離子交換樹脂上所帶有的交換功能基的特性進行劃分。帶有酸性功能基，能與陽離子進行交換的物質叫陽離子交換樹脂；帶有堿性功能基的物質叫陰離子交換樹脂，然后再按功能基上酸或堿的強弱程度，粗略的劃分為強與弱。對于陽離子交換樹脂，通常分為強酸磺酸、中酸磷酸、弱酸羧酸；對于陰離子交換劑，則仍可按照有機化學的習慣，按照胺基的性質劃分為第一胺，第二胺，第

12、三胺及第四胺鹽，有的也叫伯、仲、叔、季銨，而把第一至第三胺籠統地稱為弱堿；第四銨稱為強堿。 在同一種離子交換樹脂中，有時也帶有數種不同酸堿性的功能基，所以又有單一功能基和多種功能基兩種。此外，對于氧化還原、光活性、生物活性，陰陽兩性等功能基以及磁性的樹脂，一般按照其特性分類。從物質的基本組成來分，可以按照一般化學的習慣將主鏈上含有碳、氫，而功能基上帶有氧、氮、磷、硫等元素的樹脂列為有機離子交換樹脂，可算是聚合物的一個分支；而把含有鈦、鎢、鉬等元素為主的無機離子交換數字當作無機高分子化合物的一個分支從基本原料的來源來分，則可以分為人工合成已經天然物質兩大類，而對于人工合成又隨著制備方法的不同，可

13、分為加聚和縮聚兩大類。1.5離子交換樹脂的作用原理利用固定在立體網絡骨架上功能基所帶的可交換離子，改變離子 濃度等操作環境條件，使其與想接近的外圍離子進行可逆的反復交換，以達到離子的分離、置換、物質的濃縮、雜質的祛除以及化學反應的催化等目的。這是其他方法不易作到的?，F在，迅速發展的離子交換技術已經和過濾、蒸餾、結晶等同樣成為化學工業的基本單元操作，廣泛應用于工農業生產、國防建設以及科學研究部門。因為離子交換樹脂的骨架固定不變，可逆的交換只是在功能基上進行離子交換，所以可長期反復使用達數千次，不過樹脂也隨使用時間的增長而逐漸有降解損耗。離子交換樹脂區別于其它的藥劑的特點，是可以反復多次使用，也就

14、是說使用壽命很長。這樣就可以簡化生產流程，縮短生產時間、提高質量和效率、降低成本。在水溶液中，連接在離子交換樹脂的固定不變的骨架上的功能基能離解出可交換離子例如氫離子。后者在較大范圍內可以自由移動并能擴散到溶液當中。同時，溶液里的同類型的離子例如鈉離子也能擴散到整個樹脂多孔結構內部，這兩種離子之間的濃度差推動它們互相交換，其濃度差越大，交換速度就越快；又由于離子交換樹脂上所帶的一定的功能基對于各種離子的親和力大小各不相同，所以在人為控制的條件下，功能基離解出來的可交換離子就可以與溶液里的同類型的離子發生交換。例如，磺酸型陽離子交換樹脂與氯化鈉的稀溶液接觸時，由于該樹脂上的氫離子濃度較大，而且磺

15、酸基對于鈉的親和力比對氫離子大，所以樹脂上的氫離子就與溶液里的鈉離子發生交換，使樹脂上的功能基原來所帶的氫離子進入溶液生成鹽酸，而溶液中的鈉離子就跑到樹脂上去。交換后，由原來的氫型變為鈉型的樹脂，就是已經使用過了，失去交換能力的樹脂。再將用過的樹脂放入濃度較大（5%）的鹽酸之類的強酸（再生劑）中，此時，溶液里的氫離子濃度較大，同樣由于濃度差的影響，容易把樹脂上的鈉離子交換下來，使樹脂重新帶上可以進行交換的氫離子，恢復交換能力，又可重新使用。陰離子交換樹脂骨架上帶的是各種堿性不同的功能基，能離解出可以與溶液中陰離子進行交換的陰離子（氫氧根離子）。交換以后，用強堿:如氫氧化鈉水溶液（5%）再生，反

16、復使用。 第二章 化合物骨架的合成苯乙烯和二乙烯苯兩種單體在過氧化苯甲酰的引發作用下，在水相中懸浮共聚合成固體小白球。白球是一種高分子聚合物，是離子交換樹脂制備中的中間體，它沒有功能基，無離子交換能力。反應式如下：CH=CH2CH=CH2CH=CH2n聚合水相CH-CH2nCH-CH2CH-CH2 該反應中二乙烯苯單體中有兩個可以聚合的雙鍵，故二乙烯苯作為交聯劑生成具有三維交聯網絡結構的體型聚合物。該聚合反應采用懸浮聚合來實現。研究發現自由基型交聯聚合物反應是分階段進行的即在聚合反應初期按照線型自由基聚合反應進行，當單體轉化率達到一定程度的時候存在著凝膠化過程通常稱為相分離。該白球由苯乙烯與二

17、乙烯苯水相懸浮聚合而成，它的生產工藝流程說明：操作流程圖 該白球生產由水相，油相部分聚合而成。水相：將純水，分散劑，亞甲基蘭一起投入聚合釜，攪拌升溫到47后待用；油相：把苯乙烯，二乙烯苯，引發劑在室溫狀態下，投進混料釜，待混勻后投入水相聚合釜。油相投入聚合釜后，在攪拌情況下分段升溫，保持進行懸浮聚合到95后開始固化，保溫6個小時，得到聚合珠體反應物白球。然后抽去母液，把聚合白球放到過濾器90熱純水洗滌34次，洗到排出廢水為止。洗凈的白球送干燥房，經沸騰床干燥后篩選后即可得成品小白球。注意事項：1、在合成過程中溫度不能過高，那樣容易導致白球結塊，造成產品不合格。2、反應釜的攪拌轉速不能過快，那樣

18、容易使白球的粒徑變小，使得產品不合格。3、反應釜在升溫的時候應該關閉放空閥，以免里面的壓力過高發生噴料。4、經純化后的苯乙烯，二乙烯苯的混合單體放置時間不能超過1小時。5、確保聚合釜內（釜壁）無雜質。6、聚合反應末期，為了使聚合反應進行的更徹底，聚合球體固化完全，應在較高溫度下保溫。第三章 強堿性陰離子交換樹脂3.1陰離子交換樹脂的反應原理3.1.1 氯甲基化反應原理：白球通過氯甲基化試劑處理，在催化劑的作用下，在苯乙烯的苯環上導入氯甲醚進行Friedel-Crafts反應（氯甲基化）成為氯球，這個反應叫氯甲基化反應，反應式如下： ： 3.1.2胺化反應原理：氯球與相應的胺（如三甲胺或二甲胺）

19、進行反應，在苯環上帶上季胺基（）或叔、仲、伯胺基，得到各種堿性的陰離子交換樹脂。反應式如下： 3.1.3氯甲基化反應和胺化反應的生產工藝：它的生產工藝是以苯乙烯、二乙烯苯交聯聚合物小白球在催化劑（如ZnCl2,Fe2O3）的作用下，與氯化劑（氯甲醚）反應，即在苯環上引入氯甲基，發生氯甲基化，得到氯球，經氯球洗滌，胺化反應，胺化洗滌，水洗的工藝，此生產工藝采用以氯甲醚作為溶脹劑和活性較高的氯甲基化試劑，使苯乙烯二乙烯苯共聚物充分溶脹，共聚物內部的氯甲基化反應得到徹底進行。氯甲基化溶脹溫度為2025，保持2h；其反應溫度控制在4548，需保溫12h；取樣分析，合格后，氯球反應結束，下料到氯球洗滌釜

20、。在洗滌釜中，首先，壓氯化母液（部分用于套用，部分用于回收氯化甲縮醛），約4小時；接著進第一次甲縮醛洗滌液（套用），溫度控制在t25，洗滌1h,攪拌1h,壓洗滌液2h（壓出洗滌液去回收氯化甲醇）；再次進第二次甲縮醛洗滌液（套用），溫度控制在25，洗滌1h,攪拌1h,壓洗滌液2h（壓出洗滌液作為下一次生產的第一次洗滌液）；進膨脹用甲縮醛，約1小時。完畢后，用泵翻料到胺化反應釜，膨脹1h，溫度控制在2025；將膨脹后的樹脂滴加三甲胺，溫度控制在35，時間為10h，流速50500/h；三甲胺滴完后，升溫至3840，保溫6h。取樣分析，合格后，下料到胺化水洗釜，壓胺化母液2h；進水，攪 拌，壓干水洗液

21、（收集，回收甲醇）；再次進水，并滴加鹽酸，穩定1h;下料至水洗過濾器，進水清洗七次，水洗至中性，包裝。其示意圖如下所示注意事項：1、在生產過程中溫度不易過高，那樣很容易使樹脂顏色加深，影響外觀。2、氯甲醚作為膨脹劑不能加太少，那樣使得白球膨脹度不夠，使得反應不夠充分，影響交換量。3、氯甲醚要在加催化劑之前加，使白球在氯甲醚中得到充分溶脹，內部骨架張開，從而使白球內部的氯甲基化反應也能加快，較徹底的進行。4、氯甲基化反應是放熱反應，催化劑逐步加入可防止反應太劇烈，發生沖料現象。 3.2氯球含氯量的測定3.2.1、取樣方法 用玻璃管插入釜中層，將樣取出，用水洗去表面殘夜，分成兩份：一份留樣，一份待

22、測。3.2.2預處理將洗凈氯球取出2g左右，用洗滌布包扎好，放在脂肪抽提器內再恒溫水浴鍋中用丙酮回流，水浴鍋溫度為80，如一付氯球回流34次，二付氯球回流56次，回流畢取出，轉入玻璃交換柱內，用純水洗滌至用0.1硝酸銀溶液檢驗無氯根，抽干用濾紙將表面的水份檫干，裝入干燥潔凈的稱量瓶中待用。3.2.3固體含量測定稱取待用氯球1g左右（準確至0.1毫克）于扁形稱量瓶中，放入105的烘箱內，烘一笑時取出，放入干燥器中冷卻至室溫稱量。 計算： = 式中： -烘前試樣的質量， g -烘干后試樣的質量， g-固體含量的測定3.2.4氯球含量測定（1）灼燒 稱取經預處理的氯球樣品0.2g（準確至0.1毫克）

23、2份于預先熔有氫氧化鈉的鎳坩堝中，加硝酸鉀0.5g左右，固體氫氧化鈉2g左右，加蓋，用酒精噴燈灼燒至無黑色粒狀殘渣，稍冷后將坩堝移入250ml的燒杯中，加50ml左右1%稀硝酸，在電爐上加熱，使坩堝中的固體全部溶解后沖洗凈坩堝，取出，加酚酞指示劑一滴，以濃硝酸中和至粉紅色消退，再過量2ml，待滴定。(2)滴定 準確滴入2ml0.1 mol/l的硝酸銀標準溶液，邊滴邊用玻璃棒攪拌，滴完20ml硝酸銀，再加入5ml硫酸高鐵銨指示劑，用0.1 mol/l硫氰酸鉀標準溶液滴定至溶液呈磚紅色，15秒不褪色為終點。計算：=*100%式中： -硝酸銀標準溶液的濃度 mol/l -硫氰酸鉀標準溶液的濃度 mo

24、l/l -硝酸銀標準溶液的耗用量 ml-硫氰酸鉀標準溶液的耗用量 ml-氯球試樣的質量 g-氯球試樣的固體含量 % 0.0355-每毫克氯離子的質量 g3.3陰離子交換樹脂的檢驗3.3.1、預處理在250ml燒杯中取20ml左右的樹脂洗凈用1mol/l的NaOH浸泡10分鐘（靜處理），用純水洗三次；用1mol/l的鹽酸浸泡10分鐘，用純水洗三次；再用1mol/l的NaOH浸泡10分鐘用純水洗三次，倒入砂芯玻璃柱中通1mol/lHCl 1小時，后份。3.3.2、含水量的測定 用已知恒重的扁型稱量瓶稱取基準型試樣1克，準確至0.1毫克,敞蓋放入105烘箱內烘2小時取出放入干燥器中冷卻至室溫,取出稱

25、量,計算: = 式中：-空稱量瓶的質量-烘干前稱量瓶和樹脂樣品的質量-烘干后稱量瓶和樹脂樣品的質量3.3.3、質量全交換容量的測定稱取基準型試樣1g兩份（準確至0.1毫克），用洗瓶仔細的將樹脂全部轉移到玻璃砂芯交換柱中，使水面超過樹脂層，除去樹脂層中的空氣泡，然后在分液漏斗中加入50ml0.5mol/l的硝酸鈉溶液通過樹脂層，流出液用250ml錐形瓶接收，滴完后流出液內加1ml鉻酸鉀指示劑，用AgNo3標準溶液滴至磚紅色15秒不褪色為指示終點，記下數據。計算： Q=式中：-陰離子交換樹脂全交換容量 mol/g C-硝酸銀標準溶液的濃度 mol/lV-耗用硝酸銀標準溶液的體積 mlm-樣品質量 gX-含水量 g 3.3.4、磨后圓