Полиамфолиты представляют собой биполярные органические иониты линейной и трехмерной структуры, в макромолекулах которых содержатся как анионо- (основные), так и катионообменные (кислотные) группы. Амфотерность полиамфолитов проявляется только в нейтральной среде, в кислой среде они работают как аниониты, а в щелочной - как катиониты.
Благодаря присутствию в макромолекулах групп кислотного и основного характера, т.е. сочетанию функциональных групп, обеспечивающих как ионный обмен по кислотным группам при поглощении катионов металлов из растворов, так и дополнительную координационную связь атома основной группы полимера с металлом, полиамфолиты проявляют способность к комплексообразованию. К комплексообразующим селективным ионитам принадлежат азот-, фосфор-, кислород- и серусодержащие полиамфолиты. Указанные атомы основных групп селективных сорбентов с d-металлами (переходными металлами или металлами побочных подгрупп с заполнением d-оболочек) образуют хелаты. Этим и обусловлена их ярко выраженная избирательность по отношению к сорбируемым ионам. Обычно селективность сорбции при ионном обмене определяется рядом факторов, в том числе соотношением и взаимным расположением функциональных групп в матрице, их химическим сродством к сорбируемому иону, структурой полимерной матрицы, составом и кислотностью электролита. Для усиления селективности в полиамфолит вводят комплексообразующие группы.
Полиамфолиты получают поликонденсацией, полимеризацией, методом полимераналогичных превращений и могут содержать в различном сочетании сильнокислотные (КУ), слабокислотные (КБ), высокоосновные (АВ) и низкоосновные (АН) ионогенные группы.
Примерами полиамфолитов полимеризационного типа могут служить:
1) слабокислотный и низкоосновный (АНКБ), получаемый одностадийной трехмерной сополимеризацией 5-винилпиридина, метакриловой кислоты и п-дивинилбензола:
2) слабокислый и высокоосновный (АВКБ), получаемый трехстадийным синтезом путем последовательного проведения процессов совместной трехмерной сополимеризации стирола, метакриловой кислоты и п-дивинилбензола
Полиамфолиты обоих примеров мало перспективны в процессах сорбции, так как их функциональные группы противоположного знака расположены на значительном расстоянии друг от друга, что создает стерические затруднения для комплексообразования.
Примером амфотерного ионита с близко расположенными ионогенными группами кислого и основного характера, способного к комплексообразованию, является полиамфолит АНКБ-2, получаемый трехмерной сополимеризацией 2-метил-5-винилпиридина с п-дивинилбензолом, последующей обработкой получаемого при этом анионита АН-25 формальдегидом и окислением 2-этанолпиридинового производного азотной кислотой:
Окислительно-восстановительные полимеры (редокс-полимеры) - иониты трехмерной структуры, содержащие активные окислительные или восстановительные группы и способные, следовательно, вступать в окислительно-восстановительные процессы.
Редокс-полимеры получают тремя методами: а) поликонденсацией двухатомных фенолов (тиофенолов) с альдегидами (муравьиным, уксусным), б) сополимеризацией винилгидрохинонов и дивиниловых мономеров, в) методом полимераналогичных превращений. Наиболее распространен третий метод, например, обработка хлорметилированного сополимера стирола с дивинилбензолом гидрохиноном:
Полученный сополимер активно участвует в редокс-процессе по схеме:
Растворимые полиэлектролиты - это водорастворимые полимеры, макромолекулы которых содержат ионогенные группы и имеют линейную структуру. Как и нерастворимые иониты, растворимые полиэлектролиты могут быть полимерными кислотами, полимерными основаниями и полиамфолитами. В растворе макромолекулы полиэлектролита пребывают в форме полииона, окруженного эквивалентным количеством малых противоионов. Сильные полиэлектролиты в водных растворах полностью ионизованы, а заряд слабых полиэлектролитов зависит от рН среды. По характеру ионогенных групп (знаку заряда обменивающегося иона) растворимые полиэлектролиты делят на три группы:
а) катиониты (полиэлектролиты анионного типа),
б) аниониты (полиэлектролиты катионного типа),
в) полиамфолиты.
Примеры растворимых катионитов:
а) акрилаты и их соли: [-CH2-CH(COOH)-]n полиакриловая кислота, [-CH2-CH(COONa)-]n натриевая соль полиакриловой кислоты, [-CH2-CH(CH3)(COOH)-]n полиметакриловая кислота, [-CH2-CH(CH3)(COONa)-]n натриевая соль полиметакриловой кислоты
б) натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы [C6H7O(OH)3-x(OCH2COONa)x]n ,
в) полистиролсульфокислота [-CH2-CH(C6H4SO3H)-]n
Примеры растворимых анионитов:
а) полиэтиленимин [-CH2-CH2-NH-]n
б) поли-п-аминостирол; в) поли-5-винилпиридин; г) полимерная соль 2-метил-5-винилпиридина и диметилсульфата
Водорастворимые полиэлектролиты применяют в качестве флокулянтов (специальных добавок, вызывающих флокуляцию, т.е. особый вид коагуляции, при котором частицы дисперсной фазы образуют рыхлые хлопьевидные агрегаты - флокулы), коагулянтов, осадителей для очистки промышленных сточных вод, в гидрометаллургии цветных и редких металлов, в процессах водоподготовки. Их используют также в качестве антистатиков и пленкообразующих материалов.
Назад (Аниониты) Далее (Ионообменные мембраны)