陰離子樹脂制備中產(chǎn)生的污染因子分析

鄭偉清 劉偉 王繼鵬 宋少冬

摘要：陰離子樹脂作為高分子化合物被廣泛的使用，本文介紹了陰離子樹脂的工藝流程和原理，而苯并芘又容易在脂類物質(zhì)加熱中產(chǎn)生，為判斷樹脂生產(chǎn)過程中是否會(huì)有部分苯并芘產(chǎn)生。因此對一家樹脂廠進(jìn)行了土壤檢測分析，結(jié)合檢測出的污染物和樹脂制造中所用的原料以及有機(jī)物的性質(zhì)，推斷出樹脂廠中的苯并芘含量較高是樹脂生產(chǎn)中所產(chǎn)生的的半揮發(fā)性有機(jī)污染物。

關(guān)鍵詞：陰離子樹脂;苯并芘

1陰離子樹脂用途

陰離子樹脂是在分子中含有堿性基團(tuán)的離子交換樹脂，在水或極性溶劑中能溶脹，在水中具有堿性，能以其氫氧根離子或非金屬離子交換溶液中的陰離子（R-OH+Cl- →R-Cl+OH-）。含有氫氧根離子的樹脂，根據(jù)電離常數(shù)的大小，可分為強(qiáng)堿性、中等堿性和弱堿性三類。在日常生活中，陰離子交換樹脂可用于水的處理（如硬水軟化、海水淡化等），廢水中有害陰離子（如氰離子、硫氰酸離子等）的去除，氨基酸、維生素丙、酒石酸的分離及稀有元素的提取等。在有機(jī)合成中，離子交換樹脂可以作為催化劑，進(jìn)行酯化、水解等反應(yīng)，而且可以反復(fù)使用，分離的效果非常好，也不會(huì)對環(huán)境造成污染，能夠有效的控制，且不會(huì)對人體造成危害。離子交換樹脂也可以進(jìn)行制藥，藥物的提取、分離以及純化等，由于離子交換的可逆性，所以在緩控釋給藥系統(tǒng)和靶向給藥系統(tǒng)中也有應(yīng)用，離子交換樹脂不僅能夠有效的控制，且非常的安全。

2.主要架構(gòu)原料及原輔材料

目前架構(gòu)材料主要有苯乙烯和丙烯酸（酯）這兩種，這兩種材料能夠與二乙烯苯發(fā)生加聚反應(yīng)，從而形成聚合物，形成制作樹脂的中間產(chǎn)物白球。除了這兩種材料以外，還有如酚醛系（FP）、環(huán)氧系（EPA）、乙烯吡啶系（VP）等。

用苯乙烯和二乙烯苯生成的聚合物的過程中需要添加原輔材料，常用的原輔材料有

氯甲醚、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鋅、三甲銨。

3.合成原理與工藝

原理：離子交換樹脂發(fā)展初期主要是以縮聚合成制備，這種方法制備簡便，工藝流程步驟少優(yōu)點(diǎn)，但合成的樹脂難以呈球狀并且化學(xué)穩(wěn)定性比較差，機(jī)械強(qiáng)度不夠良好?，F(xiàn)在市場上使用的離子交換樹脂加聚產(chǎn)品較多。

以苯乙烯和二乙烯苯兩種單體制備陰離子樹脂為例（加聚），兩種單體在過氧化苯甲酰的催化下，在水相中懸浮共聚合成固體小白球，白球在經(jīng)過與氯甲基化試劑處理形成氯球，氯球再和三甲胺發(fā)生胺化反應(yīng)，最后得到各種堿性陰離子交換樹脂。

該流程中的中間產(chǎn)物白球生產(chǎn)過程方程式：

4. 苯并芘來源

目前已經(jīng)檢查出的400多種主要致癌物中，一半以上是屬于多環(huán)芳烴一類的化合物。其中，苯并芘則是一種強(qiáng)致癌物。苯并芘分子式：

環(huán)境方面上，苯并芘的來源主要為煤炭、石油的燃燒使用和有機(jī)物的不充分燃燒就會(huì)產(chǎn)生多環(huán)芳烴，而苯并芘就是多環(huán)芳烴的一種。對于陰離子樹脂生產(chǎn)中可能產(chǎn)生苯并芘這一研究還未有涉足。

5.樹脂化工廠場地污染狀況調(diào)查

通過以上的陰離子樹脂合成工藝中，涉及到的原料有多種帶苯環(huán)的有機(jī)物，這些有機(jī)物揮發(fā)性大，易受熱分解，在生產(chǎn)過程中可能會(huì)產(chǎn)生各種有機(jī)污染物。因此我們在某一家樹脂廠場地進(jìn)行了采樣檢測。

地塊基本信息：該地塊主要產(chǎn)品為油氈、樹脂、其他化工助劑，所用的原輔材料為硫酸、1，2-二氯乙烷、氯甲醚、氯化鋅、三甲胺、苯乙烯、二乙烯苯、氫氧化鈉、硫酸等。

我們在廠區(qū)的4個(gè)敏感區(qū)處設(shè)計(jì)布點(diǎn)，分別是排水通道拐角處、生產(chǎn)車間內(nèi)、兩儲(chǔ)罐中間、廢水處理池周邊的土壤。利用氣相色譜法來檢測苯并芘的含量，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室對樣品檢測后，在生產(chǎn)車間內(nèi)點(diǎn)位處的0.2-04m處的樣品苯并芘檢測值為1.98mg/kg，超過了當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)用地的一類風(fēng)險(xiǎn)篩選值（0.55 mg/kg）。

6.結(jié)果分析

考慮到該廠主要生產(chǎn)樹脂和生產(chǎn)車間地塊的檢測結(jié)果，再結(jié)合以上陰離子樹脂的生產(chǎn)流程和所需原料以及苯并芘是含脂類物質(zhì)加熱生成的，推斷出該廠的一部分苯并芘是在樹脂生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的。雖然目前對陰離子樹脂生產(chǎn)過程中是否產(chǎn)生苯并芘沒有詳細(xì)的研究先例，但是苯并芘致癌性強(qiáng)，樹脂加工生產(chǎn)廠又涉及到多種帶苯環(huán)的原輔料，在進(jìn)行加熱發(fā)生聚合反應(yīng)時(shí)，是有可能產(chǎn)生多環(huán)芳烴的，考慮到健康因素，需要對苯并芘的來源做進(jìn)一步研究。

通過上述分析，可以支持苯并芘是一般陰離子樹脂的生產(chǎn)中的特征污染因子之一的觀點(diǎn)，因此改進(jìn)流程工藝、使用更環(huán)保的原料可以使樹脂行業(yè)產(chǎn)生的污染物含量降低。

參考文獻(xiàn)

[1]周麗虹.多環(huán)芳烴的污染來源及防治措施[J].實(shí)用技術(shù)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2010，21（04）：211-212.

[2]鐘名譽(yù)，李慧穎等.不同焦化廠土壤中多環(huán)芳烴污染特征比較研究[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2021，37（5）：627-635