[科普中国]-蛇笼型聚电解质

蛇笼型聚电解质又称蛇笼树脂或称延迟离子交换树脂，是指在具有特定电荷交换功能基的交联聚合物中含有被物理截留的带有相反电荷功能基的线性聚合物的一种特殊类型的离子交换树脂。

简介蛇笼型聚电解质又叫蛇笼树脂或延迟离子交换树脂1。它的概念和名称是首先由Hatch等人提出来的。它是指在具有特定电荷交换功能基的交联聚合物中物理截留有带相反电荷功能基的线型聚合物的一类特殊的离子交换树脂。

交联聚合物为笼，线型聚合物为蛇。蛇笼型聚电解质的种类有弱酸弱碱，弱酸强碱，强酸弱碱，强酸强碱四类。其中，在国外用的比较多的是弱酸强碱型蛇笼型聚电解质2，其结构见图一。

蛇笼型聚电解质中带有阴阳两种能基，这两种功能基在适当的条件下大部分可以互相吸引配对，中和部分电荷，形成内盐键。这相当于在分子水平上混合的混合床离子交换树脂。正是由于这种分子水平的混合，其作用机理完全不同于一般混合床离子交换树脂。离子交换树脂的作用机理是离子交换，而蛇笼树脂的作用机理是离子阻滞。前者必须用化学试剂再生，而后者由于两种功能基距离很近（小于或等于10nm），中和了部分电荷，所以与溶液中相反电荷的离子吸着力减弱，用水即可以使树脂再生。此树脂具有较大的吸着容量，其最适用于浓溶液中不同电解质之间的分离或电解质与非电解质之间的分离。

蛇笼型聚电解质的特点由于静电引力及网状立体结构的存在，笼聚合物限制了蛇聚合物分子的自由运动，所以其中线型高分子不易从网状树脂中溶出。这类树脂不同于两性树脂，后者是将两种性质相反的阴阳离子交换功能基（如一至四胺及磺酸、腾酸、梭酸等）以共价键连接在同一树脂骨架上；而前者则是两种不同聚合物静电相吸及机械缠绕的混合物，但它也不同于线型聚合物的物理共混物，它只在溶剂中溶胀但不溶解。在某些方面，蛇笼型聚电解质类似于普通的笼形物，但前者在可能的化学计量方面变化较大且物理稳定性较好3。

蛇笼型聚电解质应用的原理是离子阻滞，即利用蛇笼型聚电解质中所带的阴、阳两种功能基截留阻滞处理液中强电解质而排斥有机物，使有机物在流出液中首先出现，常称“离子阻滞法”，故此类树脂在文献中亦有阻滞树脂之称。

弱酸强碱型蛇笼型聚电解质的制备将笼树脂用5%NaOH-去离子水-5%HCL-去离子水-5%NaOH-去离子水处理，然后加人丙烯酸单体和水溶性引发剂，在氮气保护下于70一80℃反应18h，再用Na2CO3中和，抽滤后水洗，即得弱酸强碱型蛇笼型聚电解质2。

蛇笼型聚电解质的分类目前已报导的蛇笼型聚电解质种类较多，可按笼的母体树脂骨架或蛇的链结构进行分类。

按笼的母体树脂骨架分类（1）以苯乙烯强碱性阴离子交换树脂为笼

（2）以苯乙烯弱碱性阴离子交换树脂为笼

（3）弱碱性环氧系阴离子交换树脂为笼

（4）苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂为笼

（5）丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂为笼

按蛇的链结构分类（1）丙烯酸（酯）类单体的均聚合或共聚合的聚合物为蛇

（2）聚丙烯酞胺类为蛇

（3）聚多元碱为蛇

（4）酚醛类阳离子树脂单体的线型缩聚物为蛇

蛇笼型聚电解质的应用机理蛇笼型聚电解质应用的原理是离子阻滞即利用蛇笼型聚电解质中所带的阴、阳两种功能基截留阻滞处理液中强电解质而排斥有机物，使有机物在流出液中首先出现。

离子阻滞法与离子交换法的差别主要在于用水而不是用药剂再生，所以价廉简便，尤其是在溶液浓度高时，用离子交换法经济上不实用 ，可以用离子阻滞法初步除去溶液中大部分离子性物质，然后再用离子交换法彻底净化。

一般在离子阻滞法的操作中流速要比离子交换慢，但在某些情况 下,特别是在热溶液中则与离子交换差不多或更快些。离子阻滞法与离子排斥都是利用树脂对溶液里强电解质与有机物之间吸附的差别进行分离的，都是用水再生，表面上很相象，但本质上并不相同。离子排斥用的是普通树脂，而离子阻滞用的是经特殊制备的蛇笼树脂。

离子阻滞中，无机强电解质离子优先进入树脂内部，而有机物被排斥在外，柱流出液中首先出现的是有机物，然后用水替换出树脂中无机盐。有机物分子大小和树脂孔径大小起了决定性作用，因而最适合用于由分子较大的有机物中分离出无机盐，但也可用于两种无机盐的分离；而离子排斥先流出的是无机盐类。

蛇笼型聚电解质的应用由于蛇笼树脂独特的分离机理操作和再生简便，在应用上已显示其重要性，具体应用如下。

（1） 糖类脱盐

（2）甘油、 乙二醇与食盐的分离

（3）催化剂的回收

（4）贵金属的回收、硫化氢的氧化脱硫等

（5）药物制备和提纯

（6）不同的盐的分离

本词条内容贡献者为:

耿彩芳 - 副教授 - 中国矿业大学