高分子材料在硬水软化中的应用

高分子材料在硬水软化中的应用　马骁（武汉市洪山高级中学，湖北武汉４３００００）　摘要：硬水在生产生活中会带来较多的问题，而常见的　由于分子链上含有羧基、酰胺基团，使其具有吸附金属离　离子交换法、膜分离法等，无法较好的解决此问题。本文详细　子的能力。制备出聚丙烯酸一丙烯酰胺后，通过实验测定不同　介绍了高分子功能材料吸水树脂的原理，并且分析了聚丙烯　量的吸水树脂对硬水的软化能力。　酸一丙烯酰胺树脂、脱乙酰度ｔ＞９０％的壳聚糖、两性树脂三种树　通过文献中的实验表明，随着树脂用量的增多，对钙离子　脂的优劣。　的吸附率也不断增大，但同时单位质量树脂的吸附量会不断减　关键词：吸水树脂；渗透压；硬水　小。所以，树脂的用量要视情况而定，在能够达标的情况下，尽　量减少树脂的用量，这样可以大大节约成本。　１硬水软化的背景　２脱乙酰度／＞９０％的壳聚糖　溶解了较多钙、镁及其他元素的多种盐类的水被称为硬　３．壳聚糖属天然产物，具有良好的吸附性、保湿性、润湿性、　水。由于空气中二氧化碳的溶解、雨水冲刷岩石等等原因，自　且无毒副作用，易于生　然界中的淡水大多数都属于硬水。硬水在生产生活中会带来　成膜特性和较强的抗菌保鲜防腐能力，有良好的生物相容性。　很多问题，例如在锅炉中使用硬水时，水中溶解的盐类会附着　物降解，在壳聚糖众多优异的性能中，吸附性是令人瞩目的特性，　在锅炉的内壁上形成水垢，久而久之会大大降低锅炉的导热效　可吸附金属离子、染料、有机汞　率，减缓水流的速度等，不得不频繁的清理，造成极大的损失。　壳聚糖分子上的一０Ｈ和一ＮＨ。金属富集、回收、分离、水处理及　又例如肥皂中起作用的主要成分是脂肪酸钠，而脂肪酸钠溶于　和脂肪类物质等，在生物分离、硬水，会与其中的钙盐和镁盐发生复分解反应，产生钙、镁的脂　生物医学等领域有广泛的应用前景，且取得了一定的进展。此　用产量丰富　肪酸盐沉淀，导致肥皂失去去污的作用。可见，硬水的软化是　外，还可以通过离子交换与金属离子结合。因此，的无毒天然产物壳聚糖解决硬水的软化问题具有较高的应用　项十分重要的课题。　　目前，硬水的软化主要有离子交换法、膜分离方法、加药软　价值。３两性树脂　化法和吸附法等等。其中，离子交换法虽然降低了水中钙、镁　３．同一树脂内含有阴离子和阳离子交换基团的，被称作两性　离子的浓度，但同时会升高钠离子的浓度，尤其不适合患有高　在热的盐溶液　血压的人群使用。膜分离方法需要先进的膜分离技术和价格　树脂。此类树脂的吸水性能对于温度十分敏感，昂贵的设备，不易推广。加药软化所得的水水质不好，而且步　中吸附盐的量比从冷的盐溶液中吸附的少。与通用的树脂相　骤繁琐，还会产生大量不易处理的废弃物，对环境造成污染。　比，两性树脂可以不通过消耗化学药品，而实现热水再生。从　综合来看，利用高分子材料来进行吸附的方法可以解决以上　而很好的避免了树脂再生需要浪费的酸和碱，防止造成二次　污染。　问题。　尽管两性树脂能够用热水再生，树脂的交换容量与通用树　２吸水树脂处理硬水的原理　需要　吸水树脂是一种不溶于水的、含功能性亲水基团的三维网　脂相差不大，但是该树脂也存在着再生效率较低的缺点，进一步的改进。　络聚合物，能够吸收自重几十倍或者几千倍的水。　一迄今为止，吸水树脂较为通用的吸液机理是离子网络理　论。树脂呈现三维网络结构，亲水基团在遇到水之后开始解　离，阴离子和阳离子之间的静电斥力，使得树脂网络扩张，同时　水分子可以通过树脂的亲水基团间氢键的作用，维持稳定。同　时由于电中性的原理，阳离子在网络内浓度不断增大，导致渗　透压的进一步增加，从而水分子可以持续渗入，直至渗透压差　等于零，实现吸水平衡。因此，它低交联度、高溶胀率、不溶于　水的结构，让其保水性好，吸水后即使加压也不脱水，是一种高　吸水性功能高分子；吸水后形成水凝胶，具有弹性凝胶的基本特　性，也称为高弹性凝胶。　同时，还有一种特别的树脂是吸附树脂，是一类多配位型　亲（吸）水凝胶，通过功能基与金属离子形成环状螯合物。吸附　树脂与金属离子络合时形成离子键与配位键，结合了离子反应　和络合反应，比普通离子交换树脂对金属离子具有更高的吸附　能力和吸附选择性。因此他们有较高的选择性，能够定量的吸　附某些特定的金属离子，在分离、冶金、水质处理和海洋资源利　用等领域都有广泛的应用价值。　从上可知，吸水树脂和吸附树脂都是带有亲水基团的聚合　物水凝胶。对吸附树脂，吸附金属离子时主要通过Ｎ、Ｏ、Ｓ等原　子。某些带有吸附作用基团的高分子材料可以用作硬水的软　化。下面，将通过几个具体的例子来说明高分子材料在硬水软　化中的应用。　４结语　在功能高分子１３益发展的今天，人们越来越多地开始利用　高分子来解决生产生活中遇到的问题。通过高分子链段上带　有的某些功能基团，能够实现很多重要的功能，例如本文中，利　用高分子带有的羟基、氨基等基团与金属离子的螯合性质，能　够实现吸附金属离子，达到硬水软化的目的。通过这一例子，　我们能够总结出以下的经验。首先，通过让高分子带上所需要　的基团，可以实现某些特定的功能；其次，由于高分子广泛存在　于自然界中，我们往往可以从自然界中获得灵感，通过自己的　改性试验来获得想要得到的产物。最重要的一点，科学研究路　漫漫，我们不能只局限于眼下获得的成就，而要将眼光放得更　长远一些，为获得更好地效能、更低的成本、更微小的副作用而　不断努力探索。只有这样，高分子学科才能不断发展下去，为　人类世界创造更多有用的分子。　参考文献：　［１］谢建军，刘新容，梁吉福，刘赛．吸水树脂吸附分离研究　进展　．高分子通报，２００７，９（９）：５２—５８．　［２］陈曙，余响林．聚丙烯酸一丙烯酰胺高吸水树脂对硬水　的软化性能ｆＪ１．武汉工程大　学学报，２０１３，３５（４）：３９—４２．　［３］叶盛权，吴晖，赖富饶，章超桦，沈少飞，杨晋青，郭祀　远．壳聚糖软化硬水的研究ｆＪ］．食品工业科技，２００９，７（７）：７４－８０．　［４］廖戎，毛羽，孙波，万静，岑贵俐．硬水软化两性树脂的　合成与性能研究ｆＪ］．西南民族学院学报·自然科学版，２００３，２９　ｆ２）：１５８—１６０．　３三种吸附树脂在硬水软化中的应用　３．１聚丙烯酸一丙烯酰胺树脂　２０１８￣－０２Ｎ他善　理Ｉ　８１