含鄰二醇功能基的吸附樹脂的合成

鄭媚媚

廣東大唐國際潮州發電有限責任公司，廣東潮州 515723

摘 要 從含硼水溶液中脫除硼的方法有很多，如：沉淀法、萃取法、吸附法、電滲析法、離子交換法等，其中離子交換法是最有發展前景的方法之一。硼酸可以和多羥基化合物生成絡合物，因此帶有多羥基基團的樹脂可以有效除硼。以聚丙烯酸樹脂、甘油為原料，以濃硫酸為催化劑，環己烷為帶水劑，用酯化反應，加熱回流，合成了一種含鄰二醇功能基的吸附樹脂。考察了酯化反應中催化劑用量、反應溫度等對樹脂羥基含量的影響。

關鍵詞 聚丙烯酸；甘油；吸附樹脂；酯化反應；除硼

中圖分類號 TQ32 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）13-0008-02

1 課題背景及目的

我國是一個鹽湖面積大，種類齊全的多鹽湖國家，尤其是青藏高原上許多鹽湖都含有豐富的硼資源。在硼工業生產過程中經常含有一定量的硼，不僅嚴重污染環境，而且造成硼資源的浪費。目前，從鹵水中提取硼的方法有：沉淀法、吸附共沉淀法、萃取法、電化學法、浮選法和離子交換法等，其中，離子交換法被認為是這些方法中最有前途的方法之一[1]。

離子交換法脫硼技術依據樹脂較高的選擇性、穩定的物化性能和反復使用的便捷性，具備操作簡單，脫硼率高等優點，在環境保護方面發揮著越來越重要的作用。但樹脂造價高、受某些陰離子干擾影響大、費用貴等缺點使該技術的發展暫顯緩慢[2]。

2 實驗部分

2.1 概述

聚丙烯酸系吸附樹脂在最初的研究中主要用于吸水，因此該樹脂稱為高吸水性樹脂。聚丙烯酸系樹脂合成簡單、吸水倍率高、吸水速度快而且性能穩定[3]。

聚丙烯酸系樹脂帶有密度較大的-COOH活躍官能團，該官能團不僅可以吸水、親水，還可以與它螯合、吸附或發生離子交換作用，聚丙烯酸類樹脂與多種重金屬離子具有很強的吸附、螯合作用。把聚丙烯酸系樹脂作為吸附劑能去除工業廢水中的有毒重金屬離子，對廢水處理和重金屬回收方面有廣泛的應用價值[4]。聚丙烯酸樹脂價格便宜，化學性能比較穩定，易與醇類發生酯化反應，合成后的樹脂易于與硼絡合，降低除硼成本。

2.2 實驗方法

2.2.1 聚丙烯酸樹脂的洗滌

用自制布袋裝一定量的聚丙烯酸樹脂放在索式提取器里，取250mL無水乙醇置于圓底燒瓶里，安裝實驗裝置，加熱回流，開始洗滌樹脂。樹脂洗滌48h就可以備用作為合成實驗的原料。

2.2.2 含鄰二醇功能基樹脂的合成

實驗時，先將一定量預處理好的聚丙烯酸樹脂加入到反應釜中，按預定的甘油與樹脂的摩爾比加料，再加入3mL～5mL的濃硫酸作為催化劑。在不斷攪拌下進行反應，加熱回流，溫度為80℃以上，連續反應一定時間。用去離子水洗滌反應后的樹脂，洗干凈后用循環式真空泵抽濾，抽濾好后把樹脂放在透明袋里濕態保存。

2.2.3 硼酸的吸附

把羥基含量最高的樹脂進行預處理。先用5%NaOH溶液浸泡樹脂1h，再用去離子水洗滌，洗滌樹脂后的濾液用1滴酚酞指示劑滴定，用去離子水洗滌直到濾液紅色消失。再用5%HCl溶液浸泡2h，用去離子水洗滌，用甲基橙指示劑檢測濾液，直到濾液變為橙色。預處理好的樹脂再用硼酸浸泡，置于恒溫振蕩器中振蕩24h，完成吸附。再用去離子水洗滌，完成了樹脂對硼的吸附。

3 結果與討論

3.1 合成條件的影響因素

3.1.1 反應溫度的影響

在帶水劑環己烷的用量為70mL，反應時間為11h，甘油與聚丙烯酸樹脂的質量比為11，催化劑濃硫酸用量分別為3mL、5mL、10mL的條件下，改變溫度對樹脂羥基含量的影響見圖1所示。

由圖1可見，無論催化劑用量是3mL、5mL或10mL，隨著溫度升高羥基含量都逐漸增大，在反應溫度達到90℃時，羥基含量達到最大。當溫度超過90℃時，羥基含量隨著溫度升高而減小，這是由于樹脂的空間結構受溫度影響較大。因此，該酯化反應的最佳溫度為90℃。

3.1.2 催化劑用量的影響

在帶水劑環己烷的用量為70mL，反應時間為11h，甘油與聚丙烯酸樹脂的質量比為11，反應溫度分別為85℃、90℃、95℃、100℃的條件下，催化劑濃硫酸的用量對樹脂羥基含量的影響如圖2所示。

由圖2可知，隨著催化劑用量的增加，羥基含量是先增大后降低，催化劑用量存在最佳值，即濃硫酸的最佳用量為5mL，占甘油用量的5.5%左右。從實驗結果可以看出，在酯化反應過程中，如果不加入催化劑，或者加入催化劑較少，酯化反應是極為緩慢的，隨著催化劑用量的增大，酯化反應速度相當快，超過某一極限時，反應速度的增加即趨于平緩。

4 結論

（1）以聚丙烯酸樹脂、甘油為起始原料，以濃硫酸催化酯化方法，在環己烷溶液介質中合成了含鄰二醇功能基的吸附樹脂共聚物。

（2）催化劑用量、溫度等反應條件是制備含鄰羥基的重要因素，對樹脂羥基含量都有很大影響。

（3）隨著催化劑用量的增大，羥基含量是先增大后減少的，最佳催化劑用量為5mL。

參考文獻

[1]孔亞杰，韓麗娟，李海民.離子交換法從鹵水中提取硼酸[J].無機鹽工業，2006，38（2）：10.

[2]時玥，吳克宏.離子交換樹脂脫除淡化海水中微量硼的研究進展[J].環境科學與技術，2010，33（12）：450-452.

[3]頓靜斌，張曉昕.2007年美國總統綠色化學挑戰獎獲獎介紹[J].精細化工，2007，2412）：1145-1147.

[4]蔣磊，黃紅軍，王康，等.聚丙烯酸系吸附樹脂材料的合成及應用研究進展[J].當代化工，2011，8（40）：827-830.