功能高分子材料(9)课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式*功能高分子材料(9)课件1单击此处编辑母版副标题样式第六章 功能高分子材料吸附分离功能高分子材料 一、吸附分离材料的分类 1、按材料结构分类 吸附材料按化学结构分类，可分为无机吸附材料、高分子吸附材料及炭质吸附材料 1）无机吸附材料是指具有一定晶体结构的无机化合物，往往具有离子交换的性质最具典型的是沸石、分子筛、氢氧化物凝胶、磷酸锆等 2）高分子吸附材料不仅像无机吸附材料那样通过阳离子交换和孔径选择性机理吸附分离物质，而且吸附作用还包括敖合、阴阳离子交换、化学健合、范德华引力、偶极-偶极相互作用，氢键等 3）炭质吸附剂包括活性炭、活性炭纤维和炭化树脂等功能高分子材料(9)课件 2、按吸附机理分类 吸附剂按吸附机理分类可分为化学吸附、物理吸附和亲和吸附三大类 1） 化学吸附的吸附化学健可以是离子键、配位建和易裂解的共价键，相应的吸附剂为离子交换树脂、敖合剂和高分子催化剂 高分子离子交换剂又可分为阳离子交换剂、阴离子交换剂及两性离子交换剂 敖合剂属于特殊的离子交换剂，吸附金属离子除了形成离子键外，还形成若干配位建典型的敖合树脂有氨基二乙酸型、膦酸型、氨基膦酸型等 高分子催化剂是通过共价键与反应产物相结合，在反应产物经历进一步反应后，通过温和条件将产物从高分子载体上释放出来。

2）物理吸附剂是传统意义上的吸附剂，通过范德华引力、偶极-偶极相互作用、氢键等较弱的作用力吸附物质功能高分子材料(9)课件 非极性吸附剂如交联聚苯乙烯大孔树脂、，主要是通过范德华力从水溶液中吸附具有一定疏水性的物质 中极性吸附剂如交联聚丙烯酸甲酯，除范德华力外，氢键也起一定的作用 强极性吸附剂如聚丙烯酰胺、亚砜等，吸附主要通过氢键作用和偶极-偶极相互作用进行 3）亲和吸附剂是利用生物亲和原理设计，对目标物质吸附呈现专一性或高选择性这种吸附专一性来源于氢键、范德华力、偶极-偶极相互作用等多种健力的空间协同作用例抗原与抗体、药物与受体、酶与底物、互补DNA链等将这些互相识别的主客体中的主体或客体分子固定在高分子载体上，就形成亲和吸附剂 二、吸附分离高分子材料的合成技术 1、吸附材料的成球技术 1）交联聚苯乙烯的合成 一般采用悬浮聚合技术制得直径为0.007-2mm的球形交联聚苯乙烯球体的直径和分散性由调节分散剂的类型与加入量、搅拌速度、油相/睡相比例、翻译器及搅拌装置的结构来进行控制功能高分子材料(9)课件 如球径为0.15-0.84mm吸附剂制备： 分散剂聚乙二醇0.5%（聚合度1000-2000），引发剂过氧化苯甲酰0.5%，水/单体油相比为4/1，使苯乙烯与苯二乙烯在不同温度阶段下聚合。

2）对不同含极性基团的取代烯烃单体的聚合与苯乙烯有所不同，为减少单体在水中的溶解性，常加入食盐及在有机相中加入非极性溶剂，以避免单体在水相或两相界面非成球聚合 这类高分子吸附剂有交联聚丙烯酸甲酯、交联聚丙烯腈、交联聚醋酸乙烯酯等 3）对于溶于水的单体，如丙烯酰胺，成球聚合反应采取反相悬浮聚合技术：以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交聚剂，非离子表面活性剂span80为分散剂，使丙烯酰胺的饱和水溶液在有机相中聚合 4）水溶性高分子的悬浮交联成球技术 水溶性高分子与交联剂溶于水，在有机分散剂中分散成粒径适当的水珠，在较高的温度下悬浮反应一段时间，使高分子因发生交联而成球功能高分子材料(9)课件 2、吸附材料的成孔技术 1）惰性溶剂致孔 在悬浮聚合体系的单体相中，加入不参与聚合反应、能与单体相溶、沸点高于聚合温度的惰性溶剂，在聚合完成后，溶剂保留在聚合物珠体内，通过蒸馏、溶剂提取、冷冻干燥等处理，除去聚合物珠体内的惰性溶剂，得大孔聚合物珠体 良溶剂适于制备比表面积大、孔径相对较小的树脂通过调节溶剂比例，可以控制孔径结构的变化 2）线性高分子致孔 在悬浮聚合体系的单体相中，加入线性高分子，随着聚合的进行，作为线性高分子溶剂的单体逐渐减少和消失，使线性高分子卷曲成团，在聚合完成后，采用溶剂提取出线性高分子，得孔径较大的聚合物珠体。

3）后交联成孔 以线性聚苯乙烯或低交联聚苯乙烯珠体为原料，采用Craft-Fridel反应进行后交联，可得大网均孔树脂功能高分子材料(9)课件 4）乳液致孔 以可聚合的单体为油相制备油包水乳液，在聚合时分散在油相的水珠发挥致孔作用，近年还有采用水/油/水复乳技术 5）无机微粒致孔技术 将均一粒度的无机粒子分散在单体相中，聚合后再将无机粒子溶解出，可得孔径规律的吸附树脂如果粒子用量较多，可得贯孔吸附树脂 二、吸附高分子材料的活性吸附点的设计与合成 1、免疫吸附剂的设计与合成 2、含肽、多糖侧链的仿生吸附剂的设计与合成 酶、抗体及某些抗原为蛋白质，这些生物大分子在固定化过程中或固定化后易失活，使成本因素或应用受到限制将其活性部位的肽段通过固相肽合成技术连接到高分子载体上，对目标物质的吸附呈现高的选择性 3、分子印模聚合物类仿生吸附剂的设计合成功能高分子材料(9)课件 4、含穴状功能基团的高分子吸附剂设计合成 将具有穴状结构的主体分子固载于高分子载体上，利用主体分子对客体分子的分子识别功能，实现对客体分子的选择性吸附从而达到异构体分离与对映体分离 二、应用 1、在天然产物分离纯化中的应用 1）血液净化 2）（小分子物质吸附 3）药物吸附剂用于解毒 4）中分子吸附剂 5）大分子吸附剂 2、环保中的应用 1）分离气体 2）废水处理、废渣处理功能高分子材料(9)课件导电高分子材料 一、共轭结构与导电聚合物 1977年发现聚乙炔与I2、AsF5等反应之后变成导体，电导率达100-1000S/cm，这个发现导致新的功能材料的诞生-导电聚合物。

1、掺杂与导电 研究发现纯净的（或无缺陷）的共轭结构高分子是不导电的，只有当其共轭结构产生某种缺陷时，才表现出导电性，掺杂是产生缺陷和激发的最常用化学方法 掺杂是在共轭高分子上发生的电荷转移或氧化还原反应高分子链失去电子称为氧化掺杂或P-型掺杂，得到电子称为还原或n-型掺杂 电子受体掺杂剂如I2、AsF5等，电子给体掺杂剂如Na、K等功能高分子材料(9)课件 覆盖在电极表面上的聚合物与电极间发生电荷转移的氧化还原反应称为电化学掺杂 向共轭聚合物链上引入质子，聚合物链上电荷分布状态发生改变，质子所带正电荷转移和分散到聚合物链上，相当于聚合物链失去电子而发生氧化掺杂，称为质子酸掺杂 其它的物理掺杂如向聚合物中注入离子或进行光激发都可使共轭聚合物导电 2、光致荧光与电致发光 有机化合物与共轭聚合物都能在光作用下受激发出荧光但有机化合物的HOMO轨道与LUMO轨道能量相差较大，对应的吸收光谱在紫外区域，而共轭聚合物的HOMO轨道与LUMO轨道能量差小，吸收光谱能覆盖紫外到红外区域 在电极间施加一定电压后，电极间的聚合物薄膜发出一定颜色的光，称为电致发光80年代以8-羟基喹啉铝为发光物质的有机发光二极管（OLED）取得重大突破。

90年代发现PPV的电致发光特性后，出现了研究聚合物发光二极管（PLED）的热潮功能高分子材料(9)课件 二、典型电子聚合物 1、聚乙炔（PA） 是研究最早、最系统、也是迄今为止实测电导率最高的电子聚合物 它的聚合方法有白川英树法、Naarman方法、Durham方法、和稀土催化法 目前报导掺杂PA电导率可达200000s/cm，与金属铜接近其主要问题是加工性能不好和稳定性较差限制了它的应用 2、聚苯胺（PAn） 聚苯胺的合成方法有化学法和电化学法苯胺在酸性溶液中同氧化剂反应或在电极上发生氧化都可获得聚苯胺这里的酸可以是无机酸（如HCl、H2SO4、HClO4）或有机酸（如羧酸、磺酸）等，在PH值=1-2时所得PAn导电性能最好氧化剂常用过硫酸铵 PAn用质子酸掺杂后获得导电率达100s/m但PAn难熔、难溶，不易加工，目前问题是解决其加工性能功能高分子材料(9)课件 3、聚吡咯（PPY） 由吡咯很容易在酸性水溶液中电化学聚合得到易聚合成致密膜，导电性好（100s/cm），稳定性较PA好 PPY可用质子酸掺杂或氧化还原掺杂所得聚合物有各种实用功能 PPY难溶难熔，很难与其它聚合物共混，但用吸附聚合方法可制成聚吡咯与其它高分子的复合物，如在绝缘薄膜上或纤维表面上渗透吡咯单体后进行化学聚合，则形成与薄膜或纤维结合牢固的PPY表层，具有好的导电性。

或用十二烷基磺酸铁作氧化剂聚合PPY，可溶于普通溶剂如氯仿中 4、聚噻吩（PTh） 其聚合与掺杂与聚吡咯相似与PPY一样不溶不熔，但某些烷基取代物可溶特别是3-位取代或3，4-位双取代6碳以上取代可在极性溶剂中溶解甚至是熔化但导电性显著降低 5、聚对苯（PPP） 经AsF5掺杂后导电率达500s/cm为解决其加工性问题，常采用可溶性前体方法来解决 功能高分子材料(9)课件 6、聚苯亚乙烯（PPV） 该物质具有许多优势，如易掺杂、易加工、导电性好、颜色浅、有电致发光特性 三、电子聚合物的应用 1、聚合物二次电池 2、金属防腐蚀与防污 PPY与PAn在各种金属上有防腐功能，由于PAn与金属间的电化学反应，在金属表面形成致密透明氧化膜 3、电磁屏蔽和隐身 利用掺杂电子聚合物的导电性和半导电体性，可反射或吸收电磁波；在电子仪器壳内壁和孔壁上形成导电高分子层，以实现电子屏蔽；利用在掺杂前后导电性能的巨大变化，实现富豪层从反射电磁波到透过电磁波的切换，达到隐身目的 4、抗静电 5、导电高分子电容器功能高分子材料(9)课件 取代传统的液体或固体电解质，采用高分子电容器具有串联电阻小、高频特性好、全固体、体积小、耐冲击、耐高温等优良特性。

6、发光二极管功能高分子材料(9)课件高分子分离膜及分离技术 一、膜的定义及分类 1、 膜是指分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质 2、膜的分类 膜的分类方法有很多，主要的分类方法有：按膜的性质分类、按膜的结构分类、按膜的用途分类、按膜的作用机理分类 膜按来源形态和结构分类如下： 功能高分子材料(9)课件 乳状液膜 液膜 带支撑层的液膜 复合膜 荷电膜 转相膜 无孔膜 复合膜 合成膜 有机膜 不荷电膜 转相膜 不对称膜 固膜 多孔膜 膜 对称膜 不对称膜 无机膜 对称膜 生物膜功能高分子材料(9)课件 3、膜的分离特性 1）分离效率 对于不同的分离对象和分离过程有不同的表示方法 对溶液脱盐和某些高分子的脱除，采用脱除率或截留率表示 R = 1 Cp/Cw 100% 式中，Cp 膜的透过液浓度，Cw 在高压侧膜与溶液的界面浓度 对于某些混合物的分离，用分离系数表示 =YA/XA XA 表示原液中A的摩尔分数，YA表示透过液中A的摩尔分数 2）渗透通量 单位时间内通过单位膜面积的透过物量 Jw = V / S t V 透过液的容积或重量，S 膜的有效面积，t 是运转时间单位mL/（cm2h）或L/（m2d） 功能高分子材料(9)课件 二、膜的分离原理 1、多孔膜的分离原理 多孔膜主要是筛分原理。

依膜的表面平均孔径大小分为微滤（0.1-10m）、超滤（2-100nm）、纳滤（0.5-5nm）分离膜的平均孔径要大于被截留的分子尺寸 2、致密膜的分离机理 孔径小于1nm的膜一般称为致密膜其分离原理不同于多孔膜，是溶解-扩散机理，即上游溶质分子或气体分子溶解于膜的界面，按扩散定律通过膜层，在下游界面脱溶 三、膜的制备方法 1、多孔膜的制备 1）相转换法 是经典的制备不对称膜的方法使均相制膜液中的溶剂蒸发，或在制膜液中加入非溶剂，或使制膜液中的高分子凝固，都可使制膜液由液相转变为固相，这种转相法可用于制备不对称结构的反渗透膜和超滤膜，也可以制作对称或非对称结构的微孔滤膜功能高分子材料(9)课件 1950年Loeb和Sourirajin首先用此法制备不对称膜，故称为L-S型制膜法 1）高分子材料溶解于溶剂中，并加入添加剂，配成制膜液 2）制膜液通过流涎法制成。