离子交换树脂对染料的吸附学学校校：：安安徽徽工工程程大大学学学学院院：：生生物物与与化化学学工工程程学学院院班班级级：：化化学学工工程程与与工工艺艺110011参参赛赛人人员员：：孙孙书书政政、、刘刘仪仪林林鹏鹏雄雄、、胡胡伟伟、、沈沈杜杜君君一、前言------------------------------------------------3二、团队简介------------------------------------------4-5三、拟采取的研究方法和进度安排-------------------------6四、基础阶段1、离子交换树脂的结构及基本交换原理--------------7-132、染料的基本知识-------------------------------14-19五、试验阶段----------------------------------------20-261、仪器与试剂2、树脂合成3、静态吸附实验4、树脂对阳离子艳红的吸附动力学性能5、染料含量的测定6、染料浓度对树脂吸附量的影响7、温度对树脂吸附效果的影响8、酸度对树脂吸附效果的影响9、原始浓度对树脂吸附效果的影响六、结论---------------------------------------------27七、总结------------------------------------------28-29本次试验的研究主要目的就是关于染料吸附，由于染料废水具有成分复杂"毒性强"色度深"有机物和无机盐的浓度高" 难以生化降解等特点!一直是废水处理的难点!所以染料废水的治理是化工环保行业关注的焦点。

目前比较成熟的处理方法中以生化法最为常见! 也有一些方法采取物化处理"化学处理或多种处理方法的组合工艺，这里就不多做介绍了。

我们这次主要研究的就是吸附法，吸附法以其能够选择性地富集某些化合物的特性在废水处理领域有着特殊的地位，我们常用的吸附剂有活性炭、树脂和其他一些吸附材料。

其实这次科研的课题是“离子交换树脂对染料的吸附”，这个课题是老师当时想出来给我们的，他对我们说树脂对染料的吸附这个课题不知道有没有人做，就算有人做也只有少数人做。

其实他的原理还是比较简单的，这里做个简单的介绍，木质素磺酸盐主要源于亚硫酸盐制浆的蒸煮废液, 部分保留原本木质素的大分子骨架和基本的功能基团。

结构中的磺酸基具有很强的离子交换能力, 酚羟基、醇羟基、羧基、磺酸基等则为弱酸性离子交换基团, 羰基等均有一定的螯合能力, 因而木质素磺酸盐具有一定的离子交换与吸附能力,通过交联反应可得到既有高分子结构, 又有可电离的磺酸基、羟基和羧基等多种交换基团的离子交换树脂。

而且该树脂合成工艺简单, 成本较低, 对阳离子染料的吸附性能优良, 因而具有很好的应用前景。

我们团队在老师的指导开始我们课题的专项研究，希望能对大家带来影响。

团队简介班级：化学工程与工艺101学号：3100404107姓名：孙书政在本项目中分工：项目负责人，总体设计和管理座右铭：未曾清贫难成人，不经打击老天真。

班级：化学工程与工艺101学号：3100404107姓名：刘仪在本项目中分工：文件检索及技术指导座右铭：自古英雄出炼狱，从来富贵入凡尘。

学号：3100404128姓名：林鹏雄在本项目中分工：参与实验及研究报告撰写座右铭：用经营的理念,激活自己的每一天。

学号：3100404135姓名：胡伟在本项目中分工：参与实验及研究报告撰写座右铭：路漫漫其修远兮,吾将上下而求索学号：3100404121姓名：沈杜君在本项目中分工：参与实验及研究报告撰写座右铭：学无止境，积极探索。

拟采取的研究方法和进度安排在确定我们的科研课题之后，我们的指导老师就要求我们在几天内了解离子交换树脂和染料的基本特征。

之后我们小组就开了一个简短的会议，对接下来的研究方法和精度安排做了一个简单的讨论。

立定了以下的安排计划步骤一、首先研究离子交换树脂的结构及基本交换原理，了解离子交换树脂的基本特性，方便接下来的继续研究。

此步骤大概占总研究时间的六分之一。

步骤二、了解染料的基本结构及特性，深入了解染料的脱色过程及原理。

此步骤大概占总研究时间的六分之一。

步骤三、基本的实验过程1、研究离子交换树脂是否能对染料进行吸附。

2、一定浓度的离子交换树脂对不同浓度的染料吸附情况。

3、不同浓度的离子交换树脂对一定浓度的染料的吸附情况此步骤时间较长，占总研究时间的二分之一。

步骤三、数据整理及实验报告的撰写。

占总时长的六分之一。

接下来就进入我们团队的具体实施阶段吧。

离子交换树脂的结构及基本交换原理我们小组通过在图书馆查阅有关方面的书籍和上网查阅资料，整理出了离子交换树脂的一些基本特征。

一、离子交换剂的分类天然海绿砂无机质人造合成沸石离子交换剂碳质磺化煤强酸性磺酸基(-SO3H)阳离子型有机质弱酸性羧酸基（－COOH）强碱性Ⅰ型｛-N(-CH3)3｝OH离子交换树脂阴离子型Ⅱ型｛－N(CH3)2｝OH弱碱性（－(NH3)OH、（＝NH2）OH 或（≡NH）OH其他－氧化还原型、有机物清除除型等二、离子交换剂的结构及类型离子交换树脂属于高分子化合物，结构比较复杂.离子交换剂的结构可以被区分为两个部分：一部分具有高分子的结构形式，称为离子交换剂的骨架；另一部分是带有可交换离子的基团（称为活性集团），它们化合在高分子骨架上.所谓“骨架”，是因为它具有庞大的空间结构，支持着整个化合物，正象动物的骨架支持着肌体一样，从化学的观点来说，它是一种不溶于水的高分子化合物，现将常用离子交换剂的简单介绍如下。

（图为树脂的显微镜下的形态）⒈ 苯乙烯系离子交换树脂苯乙烯系是现在我国电厂用得最广泛的一种，其制造工艺的第一步是用苯乙烯和二乙烯苯进行共聚。

工业用二乙烯苯常常是它的各种异构体（约40％～55％）和乙基乙烯的混合物。

所以在聚合时，实际上这些组成物均聚合在高分子内。

由于在一个二乙烯苯的分子上有两个可以聚合的乙烯基，它可以将两个苯乙烯聚合键交联起来，所以二乙烯苯称为架桥物质。

在市场上买到的离子交换树脂所标称的交联度（简写为DVB），就是指聚合时所用二乙烯苯的质量占苯乙烯总质量的百分率。

交联度的大小对聚合体的性能有很大的影响。

最显著的影响是它的机械强度和密度是随交联度的增大而加大的。

现在，由于水处理工艺的需要，常在合成离子交换树脂时直接制成小球状。

这种小球是将单体放在水溶液中，使其在悬浮状态下聚合而成。

由苯乙烯和二乙烯苯制得的是高分子化合物聚苯乙烯，还没有可交换离子的基团，是半成品，称为白球。

当将还些白球作进一步处理，引入带有可交换离子的基团后，即可得阴、阳离子交换树脂。

⑴ 苯乙烯系磺酸型阳离子交换树脂。

如将白球用浓硫酸处理，引入活性基团－SO3H，则可制得磺酸型阳离子交换树脂。

⑵ 苯乙烯系阴离子交换树脂。

它的制造方法是先将聚苯乙烯氯甲基化，然后胺化。

氯甲基化的方法为用无水氯化铝或氧化锌为催化剂，用氯甲醚处理（称为傅氏反应）。

如用叔胺处理此反应产物，即得季铵型强碱性阴离子交换剂，如用仲胺或伯胺处理，则生成的是弱碱性阴离子交换树脂。

强碱性阴离子交换剂分Ⅰ型和Ⅱ型。

Ⅰ型是用三甲胺｛(CH3)3N｝胺化而得, Ⅱ型则是用二甲基乙醇基胺｛(CH3)2NC2H4OH｝胺化而得。

Ⅰ型的碱性比Ⅱ型强，Ⅱ型的交换容量比Ⅰ型的大。

⒉ 丙烯酸系离子交换树脂丙烯酸系树脂的基体是由丙烯酸甲酯（或甲基丙烯酸甲酯）和二乙烯苯共聚而成。

⑴ 丙烯酸系羧酸树脂。

当将上述基体进行水解时，就可获得丙烯酸系羧树脂。

羧酸型树脂是弱酸性阳离子交换剂。

⑵ 丙烯酸系阴离子交换树脂。

当将上述基体用多胺进行胺化时，就可获得丙烯酸系阴离子交换树脂。

这样制得的产品是弱碱性。

因为它的每一个活性基团中有一个仲胺基和一个伯胺基，故其交换容量很大。

除了以上两种树脂外，基于基体组成的不同，还有酚醛型和环氧型等多种离子交换树脂。

（图为树脂实体形态）三、树脂的结构类型用普通聚合法制成的离子树脂都是由许多不规则的网状高分子构成的，类似凝胶，故称凝胶型树脂。

这种树脂的缺点是，抗氧化性和机械强度差，易受有机物污染等，所以后来又发展了许多其他类型的离子交换树脂，现分述如下：⑴ 大孔型树脂（MR型树脂）大孔型树脂是在本世纪50年代末制成的。

因其孔眼比凝胶型的大得多而得名。

普通凝胶型树脂的孔眼孔径平均为1～2nm，而大孔型的孔径在20～100nm以上。

凝胶型树脂的孔眼由高分子链和交联剂相键合而形成，这些孔眼不是其原有的，而是当它浸入水中时，由于活性基团发生水化而显示出来的。

大孔型树脂实际上由许多小块凝胶型树脂所构成，孔眼存在于这些小块凝胶之间。

不论是干的或湿的树脂，这些孔眼都可用电子显微镜看到。

实际上，由于大孔型树脂中的孔大，离子交换反应的速度加快，而且能抗有机物的污染（因为被截留的有机物容易在再生时通过这些孔道除去）。

大孔型树脂的缺点是交换容量较低，再生时酸、碱的用量较大和售价较贵等。

⑵ 第二代大孔型树脂这是在上述第一代大孔树脂基础上发展起来的新品种。

它是由小块凝胶型树脂构成的大孔型树脂，但在其制造过程中，孔眼的大小和孔隙度的多少都加以控制，使它们更符合实际应用的要求。

它的孔径比第一代大孔型树脂的小，孔隙率也较小（为1%～20%），第一代大孔型树脂的孔隙率通常为30%)。

这种新树脂的优点是与凝胶型树脂有相近的交换容量，有较快的反应速度，有比第一代大孔型树脂更好的物理性能、抗污染性能和抗渗透冲击性能等。

（上图为某树脂的立体结构）⑶ 超凝胶型树脂普通凝胶型树脂有机械强度较差的缺点，其原因是苯乙烯和二乙烯苯进行聚合反应时，通常是二乙烯苯首先反应完了，随后进行单独的苯乙烯分子间的聚合。

此时，聚合成的是线型高分子，机械强度较差，这是凝胶型树脂的薄弱环节。

在超凝胶型树脂的制造过程中，设法控制好苯乙烯和二乙烯苯之间的反应速度，不使产生单独由苯乙烯本身分子间产生聚合反应。

这样制得的树脂机械强度较好，可以与大孔树脂相比，价格和凝胶型树脂相近或相同。

⑷ 均孔型强碱性阴树脂此种树脂可防止有机物中毒，它是基于以下原理制取：树脂的有机物中毒原因之一是交联得不均匀，如果使交联均匀，所有孔眼的大小相近，在树脂内部不再有紧密区，树脂就不会中毒，但用二乙烯苯作交联剂时，由于苯乙烯和二乙烯苯是两种不同单体，所以聚合引起的不均匀性是不可避免的。

因此，在制取均孔型树脂时不用二乙烯苯作交联剂，而是在引入氯甲基时，利用傅氏反应的副反应，使树脂骨架上的氯甲基和邻近的苯环间和忝亚甲基桥。

这种交联不会集拢在一起，网孔较均匀，故称均孔型（也可称为等孔型）。

均孔型树脂对有机物的吸着是可逆的，所以不会被污染。