PS-聚MA-DVB磷酸鹽陽離子膜的研究

史鵬 許偉鋒 韓霜 李凌飛 趙喜芝（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

目前為止，離子交換樹脂在生活及生產領域的應用已經非常廣泛和成熟，其中在醫藥研發和食品化學工程等領域應用較多，近些年來也被不斷的應用到油田廢水的深度處理之中，離子交換樹脂的分類主要可分為顆粒狀離子交換樹脂和膜狀離子交換樹脂，在這二者中，顆粒狀離子交換樹脂相對沒有膜狀離子交換樹脂使用方便，應用也相對狹隘。膜狀離子交換樹脂的制備過程主要工序為先制底膜，而后填充無機磷酸鹽輔助材料制作半均相陽離子樹脂膜，最終產品為有機-無機雜化膜，其具有良好的硬度、柔韌性和化學穩定性，因而得到研究開發領域的重視。[2-3]苯乙烯是目前被廣泛采用的離子交換樹脂基體，硫酸基通常作為離子交換基團，但是由于其制備過程中含有硫酸，會腐蝕設備，因而使用受限。本文采用聚苯乙烯做基體、順酐作離子交換官能團，二乙烯基苯作交聯劑、過氧化二苯甲酰為引發劑，通過懸浮聚合方法制備。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

聚苯乙烯（PS），順酐（MA），二乙烯苯（DVB），過氧化苯甲酰（BPO），鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），聚乙二醇，1,2-二氯乙烷，丙酮，甲醇。

1.2 均相陽膜制備

首先用1,2-二氯乙烷將PS溶解，將藥品放置于250ml四口瓶中,隨后用水浴方式進行加熱，當溫度達到70-80時保持并對其進行攪拌，同時觀察。出現糊狀時，停止反應。將反應物傾倒在玻璃布上，用長尺處理、抹平將糊狀產物，再覆蓋一張相同尺寸的玻璃布，使反應產物置于兩玻璃布之間，并放置于烘箱中，保持105℃烘烤十小時。待干燥后取出反應產物，并對其進行后期處理，分別采用丙酮、甲醇及蒸餾水洗滌。然后檢測所得的陽膜性能。

2 結果與討論

2.1 原料配比分析

原料采用不同的配比方式，采用正交設計共進行了10組試驗，測得其含水量均達到4%以上，離子交換當量在2.69×104到3.44×104之間，離子交換是離子交換樹脂的本質作用，因此離子交換樹脂性能評價最重要的標準是離子交換當量參數。在第6次實驗配比中獲得了最大離子交換當量數，而含水量為2.69×104，是幾種配比試驗的最小值，水滲透性小。因而可以得出最佳實驗配比，即：PS 7g，MA 10g，DVB 1g，BPO 0.3g，鄰苯二甲酸二辛酯7ml。

2.2 性能檢測

離子交換樹脂膜性能的評價，通常從交換容量、含水量、選擇透過性等方面評價。一般來說，交換容量為2-3mg/g干膜，含水量約為20%-40%，選擇透過度大于85%[5]，本文對聚乙烯異相硫酸型、聚乙烯異相季銨型、聚苯乙烯均相羧酸型三種不同結構的交換樹脂膜性能進行了相關比較，發現當交換容量分別為2.0mg/g，1.8mg/g和2.9 mg/g時，含水率分別為35%，35%和4.68%，而此時膜厚均為，0.42±0.04mm，選擇透過度均超過85%，分別達到了90%，88%，88%。

從實驗數據得出結論，傳統的聚乙烯異相硫酸型、聚乙烯異相季銨型陽膜性能測試表現均遜色于此次合成的陽離子交換膜，此次試驗的合成膜性能完全符合測試要求，性能優良。

2.3 PS陽離子交換膜的應用

電化學性能、物理機械性能和使用性能是PS半均相離子交換膜的三種主要性能。除此之外，平整均勻、尺寸穩定及方便裁剪和組裝是交換膜的特性和優點，半均相離子交換膜相較于其他傳統型膜更易于粘接，可以通過修補來提高其利用率。在化學特性方面來說，它有一定的穩定性，能夠耐稀酸和稀堿。以馬來酸酐做半均相陽離子交換樹脂模的單體，單體本身帶有兩個離子交換官能團，合成樹脂膜活性高，具有優良的對金屬離子選擇性以及遷移速度特性，被廣泛應用于選擇性透過和遷移金屬離子的交換膜。其中對鈣離子和鎂離子的良好選擇性和較高的離子遷移速度效果明顯。我們以大慶原油的原水采用陽離子膜進行處理，并對處理前后的鈣、鎂等指標進行測試，發現其性能良好，原油的原水樣中鈣離子（以CaCO3）、鎂離子及總硬度分別為3.6776x104、2.3738x1045.1765x104，采用陽離子膜處理后的水樣其值均為0.，可見陽離子膜對鈣、鎂具有良好的選擇性。PS半均相離子交換膜除了可以對油田污水進行處理外，還可以在三廢處理和有色金屬濕法冶金、化工提純和分離、電極隔膜口袋和制備雙極膜、電滲析水處理等領域發揮重要作用。

3 結語

（1）實驗過程中，在以PS為基體，順酐做離子交換官能團，以鄰苯二甲酸二丁酯為增塑劑，以二乙烯基苯這種材料作為交聯劑，以BPO為實驗引發劑，合成了PS-聚MA-DVP磷酸鹽半均相陽離子交換樹脂膜。合成過程是首先將反應物合成糊狀樹脂，進而壓制、成膜。實驗，通過對試驗結果分析判斷得出，樹酯的原料配比是決定膜的性能的主要因素。

（2）通過測定離子交換當量、選擇透過度和含水量等觀察判斷膜的性能，判定制備PS-聚MA-DVP半均相陽離子交換樹脂膜的最佳原料配比為：PS 7g，MA 10g，DVB 1g，BPO 0.3g，鄰苯二甲酸二辛酯7ml。

（3）在經濟效益方面，由于PS-聚MA-DVP磷酸鹽半均相陽離子交換樹脂膜制備成本更為低廉、工藝相對簡易，耐用性和使用壽命可以滿足使用要求，更容易粘接和修補，具有優良的利用率和離子交換性質、高抗拉伸強度、高機器強度等特性，而且此種膜的吸水性能小、導電性能好，因此應用前景是非常巨大的。

[1]夏雨.大孔弱酸陽離子交換樹脂性能改進.遼寧化工.2000年9月.第29卷第5期.269-270.