离子交换树脂已广泛应用于交换、催化、吸附分离等领域。聚苯乙烯微球因其交联度可控、苯环易于进行功能化改性、机械性能优良以及生产成本低廉等特性,在离子交换领域具有广阔的应用前景。将聚苯乙烯微球磺酸化改性后形成的强酸性阳离子交换树脂制备过程简单、交换性能良好及物理化学性质稳定在众多行业中广泛应用。目前工业上通常利用悬浮聚合制备交联聚苯乙烯微球,再使用磺化剂对微球表面进行磺化后制备磺酸化聚苯乙烯离子交换树脂。但是,得到的大多数树脂呈表面光滑的圆球,改性后的离子交换位点仅在表面导致离子交换容量并不高。制备具有特殊形貌结构的微球,对于增加其表面积及活性位点进而提高离子交换容量具有重要作用。本论文主要分为两部分,第一部分采用无皂乳液聚合法合成苯乙烯与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸无规共聚(PSt-co-AMPS)的异形聚合物微球,使用磺化剂对聚合物微球进行磺酸化改性,制备得到一种新型的磺酸化异形聚合物微球;第二部分合成了一种具有蛋黄-蛋壳(yolk-shell)结构的磺酸化聚苯乙烯@介孔二氧化硅的微球,用氯磺酸磺化改性后研究其离子交换性能。具体工作如下:(1)采用无皂乳液聚合法合成交联异形PSt-co-AMPS聚合物微球,利用氯磺酸对聚合物微球进行磺酸化改性。分别讨论单体配比、反应条件等因素对聚合物微球形貌的影响,并结合扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段探讨对产物最终形貌的调控机制。利用傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、元素分析仪对异形聚合物微球组成成分进行分析。由于在聚合过程中,原料中有亲水性基团磺酸基,使微球具有吸水性,该微球在冷冻干燥处理后,微球内部能形成孔道,最后将异形聚合物微球进行磺酸化改性。实验结果表明:在反应温度60℃,氯磺酸使用量为10 mL,反应时间为6 h的条件下,磺酸化交联异形PSt-co-AMPS聚合物微球离子交换量最大可达到4.96 mmol/g,交换容量优于一些市售的树脂。(2)采用乳液聚合法制备聚苯乙烯微球,使用硅酸四乙酯(TEOS)在聚苯乙烯微球表面进行水解反应形成二氧化硅层,采用氨水对二氧化硅壳层进行刻蚀,再使用1,2-双三甲氧基硅基乙烷(BTME)、三甲氧基苯基硅烷(PTMS)两种硅烷偶联剂形成苯基修饰的二氧化硅层,利用溶剂萃取法去除反应过程中的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),在二氧化硅壳层上形成介孔结构,最后获得一种yolk-shell结构苯基修饰的聚苯乙烯@介孔二氧化硅的微球。利用氯磺酸对微球进行磺酸化改性。其中分别讨论了PTMS使用量、反应时间等因素对微球形貌的影响,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试手段对微球形貌进行表征。利用傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、元素分析仪对微球组成成分进行分析。使用氯磺酸作为磺化剂对微球进行磺化,使微球内核外壳修饰大量磺酸基,增加离子交换位点。实验结果表明:未对壳层进行苯基修饰的PSt@介孔二氧化硅微球为典型的yolk-shell结构,对其磺化后,测得的离子交换容量为2.4 mmol/g,而苯基修饰后的PSt@介孔二氧化硅微球经磺化后,离子交换容量有所增加,最高可达到3.79 mmol/g。