阴离子树脂制备中产生的污染因子分析

郑伟清 刘伟 王继鹏 宋少冬

摘要：阴离子树脂作为高分子化合物被广泛的使用，本文介绍了阴离子树脂的工艺流程和原理，而苯并芘又容易在脂类物质加热中产生，为判断树脂生产过程中是否会有部分苯并芘产生。因此对一家树脂厂进行了土壤检测分析，结合检测出的污染物和树脂制造中所用的原料以及有机物的性质，推断出树脂厂中的苯并芘含量较高是树脂生产中所产生的的半挥发性有机污染物。

关键词：阴离子树脂;苯并芘

1阴离子树脂用途

阴离子树脂是在分子中含有碱性基团的离子交换树脂，在水或极性溶剂中能溶胀，在水中具有碱性，能以其氢氧根离子或非金属离子交换溶液中的阴离子（R-OH+Cl- →R-Cl+OH-）。含有氢氧根离子的树脂，根据电离常数的大小，可分为强碱性、中等碱性和弱碱性三类。在日常生活中，阴离子交换树脂可用于水的处理（如硬水软化、海水淡化等），废水中有害阴离子（如氰离子、硫氰酸离子等）的去除，氨基酸、维生素丙、酒石酸的分离及稀有元素的提取等。在有机合成中，离子交换树脂可以作为催化剂，进行酯化、水解等反应，而且可以反复使用，分离的效果非常好，也不会对环境造成污染，能够有效的控制，且不会对人体造成危害。离子交换树脂也可以进行制药，药物的提取、分离以及纯化等，由于离子交换的可逆性，所以在缓控释给药系统和靶向给药系统中也有应用，离子交换树脂不仅能够有效的控制，且非常的安全。

2.主要架構原料及原辅材料

目前架构材料主要有苯乙烯和丙烯酸（酯）这两种，这两种材料能够与二乙烯苯发生加聚反应，从而形成聚合物，形成制作树脂的中间产物白球。除了这两种材料以外，还有如酚醛系（FP）、环氧系（EPA）、乙烯吡啶系（VP）等。

用苯乙烯和二乙烯苯生成的聚合物的过程中需要添加原辅材料，常用的原辅材料有

氯甲醚、盐酸、氢氧化钠、氯化锌、三甲铵。

3.合成原理与工艺

原理：离子交换树脂发展初期主要是以缩聚合成制备，这种方法制备简便，工艺流程步骤少优点，但合成的树脂难以呈球状并且化学稳定性比较差，机械强度不够良好。现在市场上使用的离子交换树脂加聚产品较多。

以苯乙烯和二乙烯苯两种单体制备阴离子树脂为例（加聚），两种单体在过氧化苯甲酰的催化下，在水相中悬浮共聚合成固体小白球，白球在经过与氯甲基化试剂处理形成氯球，氯球再和三甲胺发生胺化反应，最后得到各种碱性阴离子交换树脂。

该流程中的中间产物白球生产过程方程式：

4. 苯并芘来源

目前已经检查出的400多种主要致癌物中，一半以上是属于多环芳烃一类的化合物。其中，苯并芘则是一种强致癌物。苯并芘分子式：

环境方面上，苯并芘的来源主要为煤炭、石油的燃烧使用和有机物的不充分燃烧就会产生多环芳烃，而苯并芘就是多环芳烃的一种。对于阴离子树脂生产中可能产生苯并芘这一研究还未有涉足。

5.树脂化工厂场地污染状况调查

通过以上的阴离子树脂合成工艺中，涉及到的原料有多种带苯环的有机物，这些有机物挥发性大，易受热分解，在生产过程中可能会产生各种有机污染物。因此我们在某一家树脂厂场地进行了采样检测。

地块基本信息：该地块主要产品为油毡、树脂、其他化工助剂，所用的原辅材料为硫酸、1，2-二氯乙烷、氯甲醚、氯化锌、三甲胺、苯乙烯、二乙烯苯、氢氧化钠、硫酸等。

我们在厂区的4个敏感区处设计布点，分别是排水通道拐角处、生产车间内、两储罐中间、废水处理池周边的土壤。利用气相色谱法来检测苯并芘的含量，经实验室对样品检测后，在生产车间内点位处的0.2-04m处的样品苯并芘检测值为1.98mg/kg，超过了当地的建设用地的一类风险筛选值（0.55 mg/kg）。

6.结果分析

考虑到该厂主要生产树脂和生产车间地块的检测结果，再结合以上阴离子树脂的生产流程和所需原料以及苯并芘是含脂类物质加热生成的，推断出该厂的一部分苯并芘是在树脂生产制造过程中产生的。虽然目前对阴离子树脂生产过程中是否产生苯并芘没有详细的研究先例，但是苯并芘致癌性强，树脂加工生产厂又涉及到多种带苯环的原辅料，在进行加热发生聚合反应时，是有可能产生多环芳烃的，考虑到健康因素，需要对苯并芘的来源做进一步研究。

通过上述分析，可以支持苯并芘是一般阴离子树脂的生产中的特征污染因子之一的观点，因此改进流程工艺、使用更环保的原料可以使树脂行业产生的污染物含量降低。

参考文献

[1]周丽虹.多环芳烃的污染来源及防治措施[J].实用技术农村经济与科技，2010，21（04）：211-212.

[2]钟名誉，李慧颖等.不同焦化厂土壤中多环芳烃污染特征比较研究[J].生态与农村环境学报，2021，37（5）：627-635