阳离子树脂的应用

概述^[1]

阳离子树脂为离子交换树脂的一种。根据功能团的酸性强弱可分三种：(1)强酸性，如磺酸基，有磺化煤、磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物；(2)中等酸性，如磷酸基或膦酸基，有苯乙烯-二乙烯苯共聚物的膦酸化合物；(3)弱酸性，如羧基或酚羟基，如甲基丙烯酸与二乙烯苯的共聚物。功能团以酸性基或钠盐的形式存在，分别称为H型或钠型树脂。强酸性阳离子交换树脂可在pH1～14内与溶液中各种阳离子进行交换，树脂可用强酸或氯化钠再生，但酸的消耗量大。H型的弱酸树脂只能交换掉水中的重碳酸盐[如Ca(HCO3)2]，不能去掉中性盐(如CaCl2)中的阳离子。

应用^[2-3]

1.废水处理

在工业废水处理中，离子交换树脂法是工业废水治理中应用最广泛的技术之一。离子交换法利用重金属离子与树脂上的可交换离子发生交换反应，使废水中的重金属浓度降低，具有可深度净化、处理效率高、能实现多种金属综合回收的优点，在水处理领域必将得到更为深入的应用。

1）含金属离子废水的处理

随着科学技术的发展，离子交换技术广泛应用于污水处理，尤其是在重金属的去除和回收上获得了较多应用。陈勇等发明了一种改性阳离子交换树脂净水器滤芯，用蛋白质改性后的阳离子交换树脂和壳聚糖中含有大量微孔，其中的活性基团可与重金属离子进行螯合，形成网状结构的笼形分子，能够有效吸附重金属离子，对重金属废水中的各种离子进行富集、分离。研究阳离子交换树脂净化含大量碱金属溶液的工艺条件，结果表明，在pH=1~1.5时，001×7阳离子交换树脂吸附碱金属的次序为Ni＞Cu＞Co＞Fe，当6mol·L-1的HCl洗脱液体积为床体积的2.0倍时，碱金属可被完全洗脱。该结果为阳离子交换分离碱金属和净化铂族金属溶液的工业化应用提供了理论依据。

2）有机废水的处理

阳离子交换树脂用于胺类废水处理和回收的文献报道相对较少。采用D707、D708两种不同类型的离子交换树脂，对高浓度氨氮废水进行静态吸附处理研究，NH4+的吸附率随树脂投加量的增大而增加，在非碱性条件下，树脂对NH⁴⁺的吸附率随pH的升高而增加，使用2mol·L-1的H2SO4对树脂进行解吸，脱附率达到98%以上，重复3次吸附率基本不变。

2、 化工生产

1）生物柴油的应用

生物柴油是一种可替代石化柴油的清洁燃料，其制备方法主要在于催化剂的选择。多孔磺酸型聚苯乙烯阳离子交换树脂具有催化活性高、与产物分离方便、不腐蚀设备、可重复利用等特点，是一种环境友好的绿色催化剂。采用悬浮聚合法制备多孔聚苯乙烯-二乙烯苯，磺化后得到磺酸型阳离子交换树脂，通过酸值为63.0mg·g-1（以KOH计）的煎炸油的酯化反应考察其催化活性。游离脂肪酸FFA转化率达到86.8%，优于市售阳离子交换树脂PC101，且可重复使用5次。

2）催化合成的应用

A：酯化反应：强酸性阳离子交换树脂催化一系列酯化反应均得到了较好的催化效果，已经广泛应用于各类催化反应。强酸性阳离子交换树脂作催化剂，具有生产工艺简化、污水排放量减少、设备腐蚀小、安全性提高、副反应减少、树脂可回收再生利用、降低生产成本等优点。B：其他反应

以D72大孔型阳离子交换树脂为催化剂，以邻氯苯胺和甲醛为原料合成3，3’-二氯4，4’-二氨基二苯甲烷（MOCA），产物的产率达到32.5%，催化剂重复使用9次，产率未见明显下降。D72树脂可作为合成MOCA的潜在催化剂。

3. 生物医药

阳离子交换树脂最早应用于抗生素的提取、分离，维生素浓缩和纯化等。近年来，随着离子交换技术的进一步发展和多学科交叉，离子交换树脂开始越来越多地被用于中药制剂中，包括药物开发、成分分析、制剂工艺等环节。

生物碱的分离提取

用树脂从披针叶黄华地上部分中分离纯化金雀花碱，实验结果表明，以氢型001×7型阳离子交换树脂为纯化载体，提取物中金雀花碱的质量分数最高达到44.61%，纯化倍数达到6倍以上，N-甲酰基金雀花碱的去除率最低为89.75%。分别以钩藤碱、钩藤总生物碱的比吸附量、洗脱率、产物质量分数为指标，实验条件下，钩藤碱及钩藤总生物碱的洗脱率分别为88.2%和89.9%，钩藤碱、钩藤总生物碱的质量分数分别为13.9%、47.6%。

4. 食品安全

食品中的铅污染主要来源于工业污染、食品加剂的不合理使用和食品容器和包装材料的污染。铅被人体吸收后，影响人的脑、肾、神经系统和血红细胞功能等，因此，对铅的检测具有重要意义。采用阳离子树脂吸附法脱除鲍鱼性腺粗多糖中的Pb、Cd、Hg、Cr等重金属元素，其中脱除Cd、Hg、Cr的效果明显。以此为模型研究如何有效脱除多糖中的重金属元素，可为多糖类产品的加工技术难点提供解决方案。

用两种新型改性大孔树脂D-101-DCCD和D-101-CCD，对两种甜菊糖莱鲍迪甙A（RA）和斯替维甙（ST）)进行了吸附/脱附实验，D-101-DCCD在对RA和ST的脱附能力方面差异显著，对RA具有特异性的吸附能力，表明D-101-DCCD在RA的工业化纯化方面有良好的应用前景。

主要参考资料

[1] 化学词典

[2] 阳离子交换树脂应用研究进展

[3] 阳离子交换树脂改性研究进展