本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲微波輔助制備大孔離子交換樹(shù)脂的方法。

背景技術(shù)：

超聲波是頻率范圍高于20KHz的聲波，具有方向性好、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波作為一種機(jī)械波作用于反應(yīng)液時(shí)，其周期性波動(dòng)會(huì)對(duì)反應(yīng)液造成壓縮和稀疏作用，即產(chǎn)生“空穴效應(yīng)”，能一定程度破壞液體形態(tài)，提高相分散效果，能替代傳統(tǒng)的攪拌或外加熱等熱力學(xué)手段。微波是頻率為30~0.3GHz范圍內(nèi)的電磁波。微波的頻率與化學(xué)官能團(tuán)的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率接近，可活化基團(tuán)，引發(fā)自由基聚合，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。單一的超聲或微波已被廣泛應(yīng)用于有機(jī)反應(yīng)，相較于傳統(tǒng)反應(yīng)具有明顯的操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、時(shí)間短、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。超聲微波反應(yīng)是一類將超聲波和微波協(xié)同作用于一反應(yīng)體系，具有快速、高效、可控等特點(diǎn)，可用于藥物合成、化合物萃取、納米材料合成和有機(jī)高分子聚合。

離子交換樹(shù)脂是一類帶有功能交換基團(tuán)的網(wǎng)狀高分子材料，一般呈0.04~1.2mm的膠狀顆粒。離子交換樹(shù)脂的粒徑及其分布是影響樹(shù)脂性能的基本因素之一。粒徑均勻性差會(huì)不僅造成樹(shù)脂的大量流失，還會(huì)引起樹(shù)脂床或管道的堵塞等問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)一般是通過(guò)改變懸浮聚合過(guò)程中聚合物液滴的尺寸大小來(lái)控制的。因此，懸浮聚合的方法、單體濃度和攪拌速率是決定其粒度均一性的關(guān)鍵。目前，尚未有超聲微波輔助制備離子交換樹(shù)脂的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供了一種超聲微波輔助制備離子交換樹(shù)脂的方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明是一種超聲微波輔助制備離子交換樹(shù)脂的方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1，稱取75~90份苯乙烯、10~15份二乙烯基苯、3~5份正庚烷和0.2~0.4份偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至75~90℃，得油相反應(yīng)液；

步驟2，稱取500~800份去離子水、70~80份聚乙烯醇、10~15份羥丙基甲基纖維素、5~10份十二烷基磺酸鈉和80~100份氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至75~90℃，得水相反應(yīng)液；

步驟3，超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為100~300W，微波功率為200~500W，反應(yīng)5~15min，提高微波功率至350~600W，繼續(xù)反應(yīng)3~5min，抽濾，大量熱水洗滌、烘干、篩分得白球、酸化或堿化處理，水洗中和，得離子交換樹(shù)脂。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：在所述步驟3中，微波功率為350~600W，繼續(xù)反應(yīng)3~5min時(shí)，離子交換樹(shù)脂粒徑為0.4~1.0mm，均勻系數(shù)≤1.4。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟3中的酸化處理包括用濃硫酸對(duì)其進(jìn)行磺化反應(yīng)，稀釋、水洗中和，堿液轉(zhuǎn)型，得到強(qiáng)酸或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟3中的堿化處理包括對(duì)白球進(jìn)行氯甲基化和叔胺化/或季銨化，水洗中和，鹽酸轉(zhuǎn)型，得到強(qiáng)堿或弱堿型陰離子交換樹(shù)脂。

本發(fā)明的有益效果是：利用超聲微波輔助離子交換樹(shù)脂的合成，簡(jiǎn)化了反應(yīng)操作，縮短了白球樹(shù)脂的懸浮聚合反應(yīng)時(shí)間，提高單體轉(zhuǎn)化率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了離子交換樹(shù)脂粒徑的可調(diào)控，提升了其粒度和孔道分布的均勻性，該制備方法應(yīng)用于離子交換樹(shù)脂的生產(chǎn)能大幅降低成本，提高生產(chǎn)效率，能解決傳統(tǒng)樹(shù)脂粒度分布不佳的難題。

本發(fā)明控制反應(yīng)中超聲波與微波的功率，控制懸浮聚合過(guò)程中聚合物的粒度和孔結(jié)構(gòu)分布，達(dá)到提高離子膠樹(shù)脂粒度和孔徑分布均一性的效果。

該方法以苯乙烯為骨架單體、二乙烯基苯為交聯(lián)劑、正庚烷為致孔劑、偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，在一定功率的超聲微波協(xié)同作用下，在水相中懸浮聚合得到離子交換樹(shù)脂。該方法制備的離子交換樹(shù)脂粒度可調(diào)控且均一性好，孔道結(jié)構(gòu)分布均勻。該制備方法操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、單體轉(zhuǎn)化率高，具有較好的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限定。

如實(shí)施例所示，本發(fā)明是一種超聲微波輔助制備離子交換樹(shù)脂的方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

步驟1，稱取75~90份苯乙烯、10~15份二乙烯基苯、3~5份正庚烷和0.2~0.4份偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至75~90℃，得油相反應(yīng)液；

步驟2，稱取500~800份去離子水、70~80份聚乙烯醇、10~15份羥丙基甲基纖維素、5~10份十二烷基磺酸鈉和80~100份氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至75~90℃，得水相反應(yīng)液；

步驟3，超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為100~300W，微波功率為200~500W，反應(yīng)5~15min，提高微波功率至350~600W，繼續(xù)反應(yīng)3~5min，抽濾，大量熱水洗滌、烘干、篩分、酸化或堿化處理，水洗中和，得離子交換樹(shù)脂。

其中：在所述步驟3中，微波功率為350~600W，繼續(xù)反應(yīng)3~5min時(shí)，離子交換樹(shù)脂的粒徑為0.4~1.0mm，均勻系數(shù)≤1.4。

實(shí)施例一

稱取75g苯乙烯、12g二乙烯基苯、5g正庚烷和0.2g偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至90℃，得油相反應(yīng)液。再稱取500g去離子水、70g聚乙烯醇、15g羥丙基甲基纖維素、5g十二烷基磺酸鈉和100g氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至90℃，得水相反應(yīng)液。超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為100W，微波功率為200W，反應(yīng)15min，提高微波功率至500W，繼續(xù)反應(yīng)3min，抽濾，大量熱水洗滌，烘干，篩分，磺化，水洗中和，得強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂。

實(shí)施例二

稱取90g苯乙烯、15g二乙烯基苯、5g正庚烷和0.4g偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至75℃，得油相反應(yīng)液。再稱取800g去離子水、80g聚乙烯醇、10g羥丙基甲基纖維素、10g十二烷基磺酸鈉和80g氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至75℃，得水相反應(yīng)液。超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為200W，微波功率為300W，反應(yīng)5min，提高微波功率至350W，繼續(xù)反應(yīng)5min，抽濾，大量熱水洗滌，烘干，篩分，磺化，水洗中和，得強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂。

實(shí)施例三

稱取75g苯乙烯、12g二乙烯基苯、5g正庚烷和0.2g偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至75℃，得油相反應(yīng)液。再稱取600g去離子水、70g聚乙烯醇、10g羥丙基甲基纖維素、6g十二烷基磺酸鈉和90g氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至75℃，得水相反應(yīng)液。超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為100W，微波功率為250W，反應(yīng)10min，提高微波功率至500W，繼續(xù)反應(yīng)3min，抽濾，大量熱水洗滌，烘干，篩分，磺化，水洗中和，得強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂。

實(shí)施例四

稱取90g苯乙烯、15g二乙烯基苯、3g正庚烷和0.4g偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至75℃，得油相反應(yīng)液。再稱取700g去離子水、70g聚乙烯醇、10g羥丙基甲基纖維素、6g十二烷基磺酸鈉和85g氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至75℃，得水相反應(yīng)液。超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為100W，微波功率為200W，反應(yīng)15min，提高微波功率至500W，繼續(xù)反應(yīng)3min，抽濾，大量熱水洗滌，烘干，篩分，氯甲基化，季銨鹽化，水洗中和，得強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂。

實(shí)施例五

稱取90g苯乙烯、15g二乙烯基苯、5g正庚烷和0.4g偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至75℃，得油相反應(yīng)液。再稱取800g去離子水、80g聚乙烯醇、10g羥丙基甲基纖維素、10g十二烷基磺酸鈉和80g氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至75℃，得水相反應(yīng)液。超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為200W，微波功率為300W，反應(yīng)5min，提高微波功率至350W，繼續(xù)反應(yīng)5min，抽濾，大量熱水洗滌，烘干，篩分，氯甲基化，季銨鹽化，水洗中和，得強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂。

實(shí)施例六

稱取75g苯乙烯、12g二乙烯基苯、5g正庚烷和0.2g偶氮二異丁腈攪拌均勻，加熱至90℃，得油相反應(yīng)液。再稱取600g去離子水、70g聚乙烯醇、10g羥丙基甲基纖維素、6g十二烷基磺酸鈉和100g氯化鈉混合攪拌均勻，加熱至90℃，得水相反應(yīng)液。超聲微波反應(yīng)器中將油相反應(yīng)液加至水相反應(yīng)液中，調(diào)節(jié)超聲波功率為100W，微波功率為250W，反應(yīng)10min，提高微波功率至500W，繼續(xù)反應(yīng)3min，抽濾，大量熱水洗滌，烘干，篩分，氯甲基化，季銨鹽化，水洗中和，得強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂。