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

目前為止，離子交換樹脂在生活及生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛和成熟，其中在醫(yī)藥研發(fā)和食品化學(xué)工程等領(lǐng)域應(yīng)用較多，近些年來(lái)也被不斷的應(yīng)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(duì)沒(méi)有膜狀離子交換樹脂使用方便，應(yīng)用也相對(duì)狹隘。膜狀離子交換樹脂的制備過(guò)程主要工序?yàn)橄戎频啄ぃ筇畛錈o(wú)機(jī)磷酸鹽輔助材料制作半均相陽(yáng)離子樹脂膜，最終產(chǎn)品為有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜，其具有良好的硬度、柔韌性和化學(xué)穩(wěn)定性，因而得到研究開發(fā)領(lǐng)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(tuán)，但是由于其制備過(guò)程中含有硫酸，會(huì)腐蝕設(shè)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(tuán)，二乙烯基苯作交聯(lián)劑、過(guò)氧化二苯甲酰為引發(fā)劑，通過(guò)懸浮聚合方法制備。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

聚苯乙烯（PS），順酐（MA），二乙烯苯（DVB），過(guò)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(yáng)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(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到70-80時(shí)保持并對(duì)其進(jìn)行攪拌，同時(shí)觀察。出現(xiàn)糊狀時(shí)，停止反應(yīng)。將反應(yīng)物傾倒在玻璃布上，用長(zhǎng)尺處理、抹平將糊狀產(chǎn)物，再覆蓋一張相同尺寸的玻璃布，使反應(yīng)產(chǎn)物置于兩玻璃布之間，并放置于烘箱中，保持105℃烘烤十小時(shí)。待干燥后取出反應(yīng)產(chǎn)物，并對(duì)其進(jìn)行后期處理，分別采用丙酮、甲醇及蒸餾水洗滌。然后檢測(cè)所得的陽(yáng)膜性能。

2 結(jié)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(shè)計(jì)共進(jìn)行了10組試驗(yàn)，測(cè)得其含水量均達(dá)到4%以上，離子交換當(dāng)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(zhì)作用，因此離子交換樹脂性能評(píng)價(jià)最重要的標(biāo)準(zhǔn)是離子交換當(dāng)量參數(shù)。在第6次實(shí)驗(yàn)配比中獲得了最大離子交換當(dāng)量數(shù)，而含水量為2.69×104，是幾種配比試驗(yàn)的最小值，水滲透性小。因而可以得出最佳實(shí)驗(yàn)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(cè)

離子交換樹脂膜性能的評(píng)價(jià)，通常從交換容量、含水量、選擇透過(guò)性等方面評(píng)價(jià)。一般來(lái)說(shuō)，交換容量為2-3mg/g干膜，含水量約為20%-40%，選擇透過(guò)度大于85%[5]，本文對(duì)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(jié)構(gòu)的交換樹脂膜性能進(jìn)行了相關(guān)比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)交換容量分別為2.0mg/g，1.8mg/g和2.9 mg/g時(shí)，含水率分別為35%，35%和4.68%，而此時(shí)膜厚均為，0.42±0.04mm，選擇透過(guò)度均超過(guò)85%，分別達(dá)到了90%，88%，88%。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，傳統(tǒng)的聚乙烯異相硫酸型、聚乙烯異相季銨型陽(yáng)膜性能測(cè)試表現(xiàn)均遜色于此次合成的陽(yáng)離子交換膜，此次試驗(yàn)的合成膜性能完全符合測(cè)試要求，性能優(yōu)良。

2.3 PS陽(yáng)離子交換膜的應(yīng)用

電化學(xué)性能、物理機(jī)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(wěn)定及方便裁剪和組裝是交換膜的特性和優(yōu)點(diǎn)，半均相離子交換膜相較于其他傳統(tǒng)型膜更易于粘接，可以通過(guò)修補(bǔ)來(lái)提高其利用率。在化學(xué)特性方面來(lái)說(shuō)，它有一定的穩(wěn)定性，能夠耐稀酸和稀堿。以馬來(lái)酸酐做半均相陽(yáng)離子交換樹脂模的單體，單體本身帶有兩個(gè)離子交換官能團(tuán)，合成樹脂膜活性高，具有優(yōu)良的對(duì)金屬離子選擇性以及遷移速度特性，被廣泛應(yīng)用于選擇性透過(guò)和遷移金屬離子的交換膜。其中對(duì)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(yáng)離子膜進(jìn)行處理，并對(duì)處理前后的鈣、鎂等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)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(yáng)離子膜處理后的水樣其值均為0.，可見(jiàn)陽(yáng)離子膜對(duì)鈣、鎂具有良好的選擇性。PS半均相離子交換膜除了可以對(duì)油田污水進(jìn)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(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在以PS為基體，順酐做離子交換官能團(tuán)，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(lián)劑，以BPO為實(shí)驗(yàn)引發(fā)劑，合成了PS-聚MA-DVP磷酸鹽半均相陽(yáng)離子交換樹脂膜。合成過(guò)程是首先將反應(yīng)物合成糊狀樹脂，進(jìn)而壓制、成膜。實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)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(guò)測(cè)定離子交換當(dāng)量、選擇透過(guò)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(yáng)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(jīng)濟(jì)效益方面，由于PS-聚MA-DVP磷酸鹽半均相陽(yáng)離子交換樹脂膜制備成本更為低廉、工藝相對(duì)簡(jiǎn)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(bǔ)，具有優(yōu)良的利用率和離子交換性質(zhì)、高抗拉伸強(qiáng)度、高機(jī)器強(qiáng)度等特性，而且此種膜的吸水性能小、導(dǎo)電性能好，因此應(yīng)用前景是非常巨大的。

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