羅門哈斯陽離子樹脂

概念

離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架(或基因)名稱、基本名稱組成。孔隙結構分凝膠型和大孔型兩種,凡具有物理孔結構的稱大孔型樹脂,在全名稱前加“大孔”。分類屬酸性的應在名稱前加“陽”,分類屬鹼性的,在名稱前加“陰”。如:大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。
離子交換樹脂還可以根據其基體的種類分為苯乙烯系樹脂和丙烯酸系樹脂。樹脂中化學活性基團的種類決定了樹脂的主要性質和類別。首先區分為陽離子樹脂和陰離子樹脂兩大類,它們可分別與溶液中的陽離子和陰離子進行離子交換。陽離子樹脂又分為強酸性和弱酸性兩類,陰離子樹脂又分為強鹼性和弱鹼性兩類(或再分出中強酸和中強鹼性類)。

基本組成

離子交換樹脂的基本組成。
離子交換樹脂(ionresin)的基體(matrix),製造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類,它們分別與交聯劑二乙烯苯產生聚合反應,形成具有長分子主鏈及交聯橫鏈的網路骨架結構的聚合物。苯乙烯系樹脂是先使用的,丙烯酸系樹脂則用得較後。[1]
這兩類樹脂的吸附性能都很好,但有不同特點。丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數離子型色素,脫色容量大,而且吸附物較易洗脫,便於再生,在糖廠中可用作主要的脫色樹脂。苯乙烯系樹脂擅長吸附芳香族物質,善於吸附糖汁中的多酚類色素(包括帶負電的或不帶電的);但在再生時較難洗脫。因此,糖液先用丙烯酸樹脂進行粗脫色,再用苯乙烯樹脂進行精脫色,可充分發揮兩者的長處。
羅門哈斯公司生產離子交換樹脂已經超過50多年歷史,發明了大孔吸附樹脂、丙烯酸離子交換樹脂和聚合吸附樹脂,成功地實現了樹脂再生的工藝。在提取和富集模式中,當用於抗生素和植物有效成分的提取時,AMBERLITE™XAD®系列產品能夠提供一個極好的初步純化方案,AMBERLITE™FP®系列產品具有脫色和去鹽的功能[3]。
樹脂的交聯度,即樹脂基體聚合時所用二乙烯苯的百分數,對樹脂的性質有很大影響。通常,交聯度高的樹脂聚合得比較緊密,堅牢而耐用,密度較高,內部空隙較少,對離子的選擇性較強;而交聯度低的樹脂孔隙較大,脫色能力較強,反應速度較快,但在工作時的膨脹性較大,機械強度稍低,比較脆而易碎。工業套用的離子樹脂的交聯度一般不低於4%;用於脫色的樹脂的交聯度一般不高於8%;單純用於吸附無機離子的樹脂,其交聯度可較高。
除上述苯乙烯系和丙烯酸系這兩大系列以外,離子交換樹脂還可由其他有機單體聚合製成。如酚醛系(FP)、環氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。

陽離子樹脂鑑別方法

在實際工作中,往往需要判別樹脂的種類,現介紹一種簡單的鑑別方法如下:

陽陰樹脂區分

1)取樹脂樣品2mL,置於30mL的試管中,用吸管吸去樹脂層上部的水。
2)加入1mol/LHCl5mL,搖動1~2min,將上部清液吸去,這樣重複操作2~3次。
3)加入純水清洗,搖動後,將上部清液吸去,重複操作2~3次,以除去過剩的HCl。
經上述操作後,陽樹脂轉變為H型,陰樹脂轉變為Cl型。
4)加入已酸化的10%CuSO4(其中含1%H2SO4)5mL,搖動1min,放置5min。如樹脂呈淺綠色,即為陽樹脂,如樹脂不變色則為陰樹脂。
H型強酸性陽樹脂與Cu2+交換轉變成Cu型樹脂而呈淺綠色。H型弱酸性陽樹脂由於羧基和Cu2+能形成牢固的共價鍵,即使在酸性溶液中也能轉變為Cu型樹脂,所以也呈淺綠色。強鹼性陰樹脂與Cu2+無作用,因此不變色,弱鹼性陰樹脂可以和Cu2+絡合,也呈淺綠色,但在酸性溶液中不能和Cu2+絡合,將CuSO4溶液酸化,就是為了防止弱鹼性陰樹脂與Cu2+絡合,干擾對陽樹脂的鑑別。
由於弱酸性陽樹脂的交換速度較慢,因此加CuSO4後,需放置一些時間,再進行觀察。

強酸性和弱酸性區分

經第一步處理後的樹脂如顯淺綠色,則用純水充分清洗後,加5mol/LNH3·H2O溶液2mL,搖動1min,再用純水充分清洗。如樹脂轉為深藍色,則為強酸性陽樹脂;如樹脂顏色不變,則為弱酸性陽樹脂。
之所以認定轉為深藍色的樹脂為強酸性樹脂,是因為加NH3·H2O後,強酸性陽樹脂顆粒中的Cu2+成為銅氨絡離子[Cu(NH3)42+],並仍被強酸性陽樹脂吸著,因而使樹脂呈深藍色[Cu(NH3)42+為深藍色]。弱酸性陽樹脂中的Cu2+不轉成Cu(NH3)42+,所以樹脂仍為淺綠色。

強鹼性和弱鹼性區分

經第一步處理後,不變後的樹脂即為陰樹脂,再進行如下操作:
1)加入1mol/LNaOH5mL,搖動1min後,用傾瀉法充分清洗。如入NaOH是使陰樹脂轉成OH型,並清洗除去過剩的NaOH。
2)加入酚酞5滴,搖動1min,用純水充分清洗,如樹脂呈紅色,則為強鹼性陰樹脂,這是由於OH型強鹼性陰樹脂能電離子OH-,充填在樹脂顆粒的網孔中,因而呈強鹼性,當酚酞滲入網孔中時,遇鹼即顯紅色。弱鹼性樹脂由於電離的OH-少,鹼性弱,所以酚酞滲入網孔時不變色。
第四步確定弱鹼性樹脂。
加入酚酞後,樹脂不變色,應為弱鹼性陰樹脂,為了進一步加以肯定,操作如下:
1)加入1mol/LHCl5mL,搖動1min,然後用純水清洗2~3次。加HCl是使陰樹脂轉變為Cl型,並洗去過剩的HCl。
2)加入5滴甲基紅(或甲基橙),搖動1min,並用純水充分清洗,如樹脂呈桃紅色,則可確定為弱鹼性陰樹脂,如樹脂不變色,則表示無離子交換能力,這是由於Cl型弱鹼性陰樹脂有水解作用,其反應如下:
RCl+H2O→ROH+HCl
水解後,RCl樹脂網孔中的水呈酸性,因此當甲基紅滲入樹脂顆粒網孔中後即顯桃紅色(甲基橙在酸性溶液中顯桃紅色)。
必須注意,上述操作是連續性的,不能只取其中一步就確定是某種樹脂。例如,不能只做第四步就確定它是弱鹼性陰樹脂,因為H型的強酸或弱酸樹脂,其網孔中的水都呈酸性,因此加甲基紅都呈桃紅色。

貯存方式

 如需長期貯存樹脂時,最好把樹脂轉變成鹽型,並浸泡在水中。如貯存過程中樹脂脫了水,也應先用濃(如10%)食鹽水浸泡,再逐漸稀釋,以免樹脂急劇膨脹而破碎。
樹脂在貯存處和運輸過程中的溫度不宜過高或過低,一般最高應不超過40℃;最低不得在0℃以下,以免凍裂。如冬季沒有保溫設備時,可將樹脂貯存在食鹽水中,食鹽水的濃度可根據具體氣溫條件而定。

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