CN106432573A - 一种大孔强碱性阴离子交换树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大孔强碱性阴离子交换树脂及其制备方法，其特征在于，主要步骤是：将苯乙烯、对烷氧基苯乙烯、二乙烯基苯、致孔剂和引发剂经过聚合反应、氯甲基化反应、季胺化反应后制得，本发明提供了一种可以改善骨架侧链的柔顺性，增强树脂交换基团的稳定性，延长其使用寿命的大孔强碱性阴离子交换树脂及其制备方法，具有工艺简单、收率高、副反应少，有巨大的工业应用价值的特点。

Description

一种大孔强碱性阴离子交换树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种大孔强碱性阴离子交换树脂及其制备方法。
背景技术
离子交换树脂是一类带有可离子化功能基的网状高分子化合物，其主要由三维空间网状树脂骨架和连接在骨架上的功能交换基团组成。根据其树脂骨架物理结构的不同分类可分为凝胶型、大孔型和载体型三大类。其中，大孔型树脂内存在粗大孔结构，呈非均相，不透明，其内部孔径从几纳米到几百纳米甚至到几微米不等。由于其本身具有多孔结构，故可在非溶胀状态下使用。
大孔强碱性离子交换树脂是一类骨架上含有季铵基的聚合物，主要用于水质的纯化、核电废水处理、化学合成等领域。传统的离子交换树脂由聚苯乙烯型交联白球直接通过氯甲基化和季铵盐化制得。由于树脂中侧链芳香基团的排布密集，导致季铵基之间存在严重的位阻作用，高温条件下极易造成基团脱落，影响离子交换树脂的使用寿命。在现有技术中有关侧链改性离子交换树脂的制备方法已有较多相关报道。中国专利CN102500430A公开了一种双长碳链改性阴离子交换树脂，该树脂将聚苯乙烯弱碱树脂与硬脂酰氯和溴代十二烷反应制得。中国专利CN101481466A公开了一种耐高温强碱性阴离子树脂的制备方法，其特征是通过氯化硫酰在苯乙烯上引入硫酰氯基团，再与N，N-二烷基长碳链二胺反应，合成叔胺树脂，季铵化得到强碱性树脂，以上发明存在反应流程长、收率低、反应过程不环保等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以侧链柔顺性优异，树脂交换基团的稳定性强，使用寿命长的大孔强碱性阴离子交换树脂；进一步提供一种制备方法工艺简单、收率高、副反应少，具有巨大的工业应用价值的大孔强碱性阴离子交换树脂制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种大孔强碱性阴离子交换树脂，具有下述结构式：
式中，m为1～1000的整数，n为1～1000的整数，k为1～1000的整数；
式中，R1为 和中的任意一种。
一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，主要步骤是：将苯乙烯、对烷氧基苯乙烯、二乙烯基苯、致孔剂和引发剂经过聚合反应、氯甲基化反应、季胺化反应后制得。
具体步骤如下：
S01：按一定质量比称取苯乙烯、对烷氧基苯乙烯、二乙烯基苯、致孔剂和引发剂，常温搅拌均匀得到油相混合物，在氮气保护下，将油相混合物加入到其体积比3～5倍的饱和氯化钠溶液中，搅拌并加热至75～85℃，持续反应3～5h，升温至沸腾回流，继续反应3～5h，冷却过滤，得树脂白球粗产品，抽提除去致孔剂，用水和乙醇冲洗至澄清透明，60～80℃真空干燥，筛分得树脂白球；
S02：取S01中所述的树脂白球中加入到氯甲基化反应溶剂中，所述氯甲基化反应溶剂体积为所述树脂白球的4～6倍，搅拌溶胀5～8h，加入催化剂，40～45℃搅拌反应1～2h，过滤得到氯甲基化树脂；
S03：取S02中所述氯甲基化树脂加入到季铵化反应溶剂中，所述季铵化反应溶剂体积为所述氯甲基化树脂的2～3倍，调节pH至8～10，18～20℃搅拌反应6～8h，加水稀释，过滤，用1～10mol/L NaOH溶液蒸煮树脂，水洗，得到大孔强碱性阴离子交换树脂。
S01中所述的反应物质量比为：苯乙烯40～45份、对烷氧基苯乙烯40～45份、二乙烯基苯5～10份，致孔剂1.5～3份和引发剂0.2～1份。
S01中所述的致孔剂包括石油醚、脂肪族烷烃、芳香族烷烃、脂肪醇和芳香醇中的一种或任意几种。
S01中所述的引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丁酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸甲酯中的一种或任意几种。
S01中所述氯甲基化反应溶剂包括氯甲醚、二氯乙烷和二氯甲烷，其体积比为1:(1～3):(3～5)。
S02中所述的催化剂包括SbCl5和ZnCl2，所述SbCl5和ZnCl2重量为所述树脂白球重量的1％～1.5％。
S03中所述季铵化反应溶剂包括三甲胺水溶液，所述三甲胺水溶液质量分数为30％～50％。
S03中所述蒸煮温度设为从60～62℃、70～72℃、80～82℃到90～92℃，各温度下蒸煮1～2h。
本发明所达到的有益效果：通过在树脂骨架中加入对烷氧基苯乙烯单体，使侧链基团长度得到增长，改善了其侧链柔顺度的同时降低了交换基团的排斥作用，提高了交换基团的稳定性，降低了使用过程中有机杂质的产生，延长了树脂的使用寿命。该方法制备的大孔强碱性阴离子交换树脂满足工业强碱性离子交换树脂使用的基本要求，具有全交换容量大、耐温性好、寿命长等优点，能够应用于水质的纯化、核电废水处理、化学合成等领域。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
将4g苯乙烯、4g对苯乙氧基苯乙烯、0.5g二乙烯基苯加入一反应瓶中，再分别滴加0.3g乙醇和0.02g过氧化苯甲酰，搅拌均匀，得油相混合物。氮气保护下，将该油相混合物加入到20mL饱和氯化钠溶液中，搅拌并升温至75℃，反应5h，升温至沸腾回流，继续反应5h，冷却过滤，得树脂白球粗产品。树脂白球粗产品甲苯抽提，大量水和乙醇冲洗至洗液澄清透明，60℃真空干燥，筛分得树脂白球。将树脂白球加入到其10mL氯甲醚、30mL二氯乙烷和50mL二氯甲烷的混合溶剂中溶胀5h，加入0.08g SbCl5和0.08g ZnCl2，40℃搅拌反应1h，再加入20mL质量分数为30％三甲胺至氯甲基化白球中进行季铵化反应，1mol/L NaOH溶液调节pH至8，18℃搅拌反应8h，加大量水稀释后，过滤，将滤出物加入1mol/L NaOH溶液蒸煮，蒸煮温度分别为60℃、70℃、80℃和90℃，各温度下蒸煮2h，水洗，得到大孔强碱性阴离子交换树脂。
实施例2：
将4.5g苯乙烯、4.5g对苄氧基苯乙烯、0.5g二乙烯基苯加入一反应瓶中，再分别滴加0.15g丁醇和0.1g过氧化苯甲酰，搅拌均匀，得油相混合物。氮气保护下，将该油相混合物加入到20mL饱和氯化钠溶液中，搅拌并升温至85℃，反应3h，升温至沸腾回流，继续反应3h，冷却过滤，得树脂白球粗产品。树脂白球粗产品甲苯抽提，大量水和乙醇冲洗至洗液澄清透明，60℃真空干燥，筛分得树脂白球。将树脂白球加入到其10mL氯甲醚、30mL二氯乙烷和30mL二氯甲烷的混合溶剂中搅拌溶胀7h，加入0.14g SbCl5和0.14g ZnCl2，45℃搅拌反应1h，再加入30mL质量分数为30％三甲胺至氯甲基化白球中进行季铵化反应，1mol/L NaOH溶液调节pH至10，20℃搅拌反应6h，加大量水稀释后，过滤，将滤出物加入10mol/L NaOH溶液蒸煮，蒸煮温度分别为62℃、72℃、82℃和92℃，各温度下蒸煮1h，水洗，得到大孔强碱性阴离子交换树脂。
实施例3：
将4g苯乙烯、4g对苯正丙氧基苯乙烯、0.5g二乙烯基苯加入一反应瓶中，再分别滴加0.15g辛醇和0.1g偶氮二异丁腈，搅拌均匀，得油相混合物。氮气保护下，将该油相混合物加入到20mL饱和氯化钠溶液中，搅拌并升温至85℃，反应5h，升温至沸腾回流，继续反应5h，冷却过滤，得树脂白球粗产品。树脂白球粗产品甲苯抽提，大量水和乙醇冲洗至洗液澄清透明，80℃真空干燥，筛分得树脂白球。将树脂白球加入到其10mL氯甲醚、30mL二氯乙烷和50mL二氯甲烷的混合溶剂中搅拌溶胀7h，加入0.09g SbCl5和0.09g ZnCl2，40℃搅拌反应2h，再加入20mL质量分数为30％三甲胺至氯甲基化白球中进行季铵化反应，1mol/L NaOH溶液调节pH至10，20℃搅拌反应8h，加大量水稀释后，过滤，将滤出物加入1mol/L NaOH溶液蒸煮，蒸煮温度分别为62℃、72℃、82℃和92℃，各温度下蒸煮2h，水洗，得到大孔强碱性阴离子交换树脂。
实施例4：
将4g苯乙烯、4.5g对苯正丁氧基苯乙烯、1g二乙烯基苯加入一反应瓶中，再分别滴加0.25g石油醚和0.05g偶氮二异丁腈，搅拌均匀，得油相混合物。氮气保护下，将该油相混合物加入到40mL饱和氯化钠溶液中，搅拌并升温至75℃，反应3h，升温至沸腾回流，继续反应4h，冷却过滤，得树脂白球粗产品。树脂白球粗产品甲苯抽提，大量水和乙醇冲洗至洗液澄清透明，80℃真空干燥，筛分得树脂白球。将树脂白球加入到其10mL氯甲醚、10mL二氯乙烷和50mL二氯甲烷的混合溶剂中溶胀8h，加入0.1g SbCl5和0.1g ZnCl2，45℃搅拌反应2h，再加入20mL质量分数为50％三甲胺至氯甲基化白球中进行季铵化反应，1mol/L NaOH溶液调节pH至9，20℃搅拌反应8h，加大量水稀释后，过滤，将滤出物加入10mol/L NaOH溶液蒸煮，蒸煮温度分别为60℃、70℃、80℃和90℃，各温度下蒸煮2h，水洗，得到大孔强碱性阴离子交换树脂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大孔强碱性阴离子交换树脂，其特征在于，具有下述结构式：
式中，m为1～1000的整数，n为1～1000的整数，k为1～1000的整数；式中，R1为 中的任意一种。
2.如权利要求1所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，主要步骤是：将苯乙烯、对烷氧基苯乙烯、二乙烯基苯、致孔剂和引发剂经过聚合反应、氯甲基化反应、季胺化反应后制得。
3.如权利要求2所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S01：按一定质量比称取苯乙烯、对烷氧基苯乙烯、二乙烯基苯、致孔剂和引发剂，常温搅拌均匀得到油相混合物，在氮气保护下，将油相混合物加入到其体积比3～5倍的饱和氯化钠溶液中，搅拌并加热至75～85℃，持续反应3～5h，升温至沸腾回流，继续反应3～5h，冷却过滤，得树脂白球粗产品，抽提除去致孔剂，用水和乙醇冲洗至澄清透明，60～80℃真空干燥，筛分得树脂白球；
S02：取S01中所述的树脂白球中加入到氯甲基化反应溶剂中，所述氯甲基化反应溶剂体积为所述树脂白球的4～6倍，搅拌溶胀5～8h，加入催化剂，40～45℃搅拌反应1～2h，过滤得到氯甲基化树脂；
S03：取S02中所述氯甲基化树脂加入到季铵化反应溶剂中，所述季铵化反应溶剂体积为所述氯甲基化树脂的2～3倍，调节pH至8～10，18～20℃搅拌反应6～8h，加水稀释，过滤，用1～10mol/L NaOH溶液蒸煮树脂，水洗，得到大孔强碱性阴离子交换树脂。
4.如权利要求3所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，S01中所述的反应物质量比为：苯乙烯40～45份、对烷氧基苯乙烯40～45份、二乙烯基苯5～10份，致孔剂1.5～3份和引发剂0.2～1份。
5.如权利要求3所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，S01中所述的致孔剂包括石油醚、脂肪族烷烃、芳香族烷烃、脂肪醇和芳香醇中的一种或任意几种。
6.如权利要求3所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，S01中所述的引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丁酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸甲酯中的一种或任意几种。
7.如权利要求3所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，S01中所述氯甲基化反应溶剂包括氯甲醚、二氯乙烷和二氯甲烷，其体积比为1:(1～3):(3～5)。
8.如权利要求3所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，S02中所述的催化剂包括SbCl5和ZnCl2，所述SbCl5和ZnCl2重量为所述树脂白球重量的1％～1.5％。
9.如权利要求3所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，S03中所述季铵化反应溶剂包括三甲胺水溶液，所述三甲胺水溶液质量分数为30％～50％。
10.如权利要求3所述的一种大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于S03中所述蒸煮温度设为从60～62℃、70～72℃、80～82℃到90～92℃，各温度下蒸煮1～2h。
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