阳离子交换树脂的应用研究

背景及概述^[1]

阳离子交换树脂是分子中含有酸性基团的离子交换树脂。在水或极性溶剂中能溶胀。水溶液呈酸性，能以其氢离子或钾、钠离子等与溶液中阳离子交换。根据酸性活性基团电离常数大小可分为强酸性、中等酸性和弱酸性三类。强酸性阳离子交换树脂含有磺酸基-SO3H，中等酸性阳离子交换树脂含有磷酸基-H2PO4或膦酸基-H2PO3。弱酸性阳离子交换树脂含有羧基-COOH或酚羟基。这些活性基团上的H+可与试液的阳离子交换起作用，达到净化、分离、提纯、去除干扰等目的。

应用研究^[2]

1.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。

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。以H-732阳离子交换树脂催化合成乙酰水杨酸，实验条件下产率最高为77.57%，连续使用5次后，催化能力下降明显的催化剂经重新活化后，催化能力无明显降低。

2.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。

1）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%。

2）其他类的分离提取

用阳离子交换树脂对木质纤维素水解产物的葡萄糖、木糖和阿拉伯糖进行色谱分离，选用Na+和Ca2+形式的阳离子交换树脂AmberliteIR120和AmberliteIRP69作为吸附剂，阳离子树脂AmberliteIRP69（Ca2+）对阿拉伯糖具有较高的吸附选择性，可从合成溶液中回收，纯度为92%。使用该树脂分离预处理的水解产物时，达到了最高纯度88%。阳离子交换树脂可以有效分离单糖混合物，且从生物质废弃物中回收单糖可以带来环境效益和经济效益。

3）其他药物用途

在研究醋甲唑胺药物树脂复合物的制备工艺时，以药物醋甲唑胺为模型药物，以IPR-69阳离子交换树脂为载体，采用静态法制备药物树脂复合物。实验结果表明，静态法的制备工艺是：药物、树脂比例为1∶1，震摇温度35℃，震摇时间2h。该条件下包封率和载药量都能得到很好的控制。

3.食品安全

食品中的铅污染主要来源于工业污染、食品添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。

4.冶金工业

铪作为一种战略金属，广泛应用于核电、宇航等国防工业领域，也是冶金、石油和化工等行业用金属材料的重要金属添加剂。在酸性体系下，采用阳离子交换法对铪、钛的分离进行了研究，结果表明001×7树脂即可实现铪的有效吸附，铪、钛的吸附率分别为98%和68%，适合的淋洗即可实现铪、钛的有效分离，铪和钛的淋洗率分别为0.4%和99%，该铪钛分离工艺可实现铪、钛的有效分离。在模拟核电站大修换料水的化学环境下，通过静态浸泡，对6种核级阳离子交换树脂的有机溶出物进行了研究，结果显示，交联度为10%的SR200和IRN97树脂的有机物释放率，低于国产同类型具有相同交联度的ZGNR50树脂。系统研究了纳米腐殖酸基离子交换复合树脂在多离子共存的冶金废水体系中对Ni2+/Cd2+的选择吸附性能。纳米腐殖酸基复合树脂对Ni2+、Cd2+离子具有吸附速度快、交换容量高、选择性能好等优点，回收溶液中镍离子和镉离子的浓度和纯度高。

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