2-离子交换剂解析
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生物分离工程-离子交换层析(色谱)-精选文档
羟基磷灰石层析
羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAP): 是一种磷酸钙晶体，基本分子结构为
Ca ( PO ) ( OH ) 10 4 6 2
一般认为，HAP的吸附主要基于钙高子和磷酸根离子 的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面， 各存在吸附点c点和P点，前者起阴离于交换作用，后者 起阳离于交换作用．因此，在中性pH环境下酸性蛋白质 (pI<7)主要吸附于c点，碱性蛋白质(PI>7)主要吸附于P 点．利用磷酸盐缓冲液(K2HP04+KH2PO4）为流动相洗脱展 开时，磷酸根离子在c点竞争性吸附，交换出酸性蛋白质 ，而K+在P点竞争性吸附，交换出碱性蛋白质。所以HAP层 析通常以磷酸盐缓冲液为流动相，采用提高盐浓度的线 性梯度洗脱法。
多缓冲离子交换剂:
可利用普通的凝胶过滤介质偶联特殊的离子交换基制 备．如Pharmacia公司生产的PBEll8和94即为以Sepharose 6B 为载体的阴离子交换剂，前者与Pharmalyte 匹配使用，后 者与Polybuffer96和Polybuffer 74匹配使用。
Pharmacia生产的另一种多缓冲离子交换剂为Mono P，其离于交换基为具有不同pKa值的弱碱性胺基．Mono P可与上述三种多缓冲剂匹配使用，粒径仅10m，用作 高效层析聚焦柱的固定相。
poros层析介质包括离子交换疏水作用亲和吸附和反相介质等其中前三种介质的孔表面覆面有葡聚糖等亲水性多糖保证介质表面的亲水性和键合相应的配灌注层析的最大特点是分离速度快一般可在数分钟内完成而利用hplc则需数十分钟到一小时
离子交换层析（色谱）
一、原理
离子交换层析(Ion exchange chromatography, IEC)是 利用离子交换剂为固定相，根据荷电溶质与离子交换剂 之间静电相互作用力的差别进行溶质分离的层析法。 荷电溶质在离子交换剂上的分配系数可用下式表示：
离子交换层析 PPT
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内容提要
第一节 基本原理 第二节 离子交换剂得分类与性质 第三节 操作 第四节 应用
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第二节 离子交换剂得分类与性质
离子交换剂得基本要求:
1、高度得不溶性; 2、多孔得结构,巨大得表面积; 3、丰富得交换基团; 4、稳定得物理化学性质。
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1、离子交换剂
(1)离子交换剂:即就是通过化学键合得 方法向惰性支持物上连接可解离得化学基 团后得产物。
由基质、电荷基团(或功能基团)和反离 子构成。
纤维素－O－CH2－COO一—Na+
基质 电荷基团 反离子
羧甲基纤维素离子交换剂组成示意图
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阴离子交换剂与阳离子交换剂得基本构成: 基质－电荷基团－反离子(反离子基团)
样品 碱性强, 各样品带电荷不同, 与交换剂结合 与离子交换剂得结合 牢,解脱难。用 能力不同。依解离得 高浓度盐洗脱。 难易得差异,而达到分
离。
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离子交换层析示意图
海南大学农学院wss14
What happens in ion exchange?
Equilibration Sample
CM(Sepharose Cl-6B)-O-CH2-C-02Na+
CH2-CH3
DEAE- Sepharose Cl-6B-O-CH2-CH2-N+-H-Cl-
CH2-CH3
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亲水性离子交换剂得结构
琼脂糖离子交换剂得 基本结构以交联琼脂 糖CL－6B Sepharose 为基质。 其网孔得大小通过交 联剂得比例调节,适合 分离各种不同分子量 得物质。
执业药师考试综合辅导：离子交换层析法(2)
(2)亲水性离子交换剂亲水性离子交换剂中的基质为一类天然的或人工合成的化合物，与水亲和性较大，常用的有纤维素、交联葡聚糖及交联琼脂糖等。
①纤维素离子交换剂纤维素离子交换剂或称离子交换纤维素，是以微晶纤维素为基质，再引入电荷基团构成的。
根据引入电荷基团的性质，也可分强酸性、弱酸性、强碱性及弱碱性离子交换剂。
纤维素离子交换剂中，最为广泛使用的是二乙胺基乙基(deae一)纤维素和羧甲基(cm一)纤维素。
近年来pharmacia公司用微晶纤维素经交联作用，制成了类似凝胶的珠状弱碱性离子交换剂(deae —sephacel)，结构与deae一纤维素相同，对蛋白质、核酸、激素及其他生物聚合物都有同等的分辨率。
目前常用的纤维素交换剂如表6–1所示。
离子交换纤维素适用于分离大分子多价电解质。
它具有疏松的微结构，对生物高分子物质(如蛋白质和核酸分子)有较大的穿透性；表面积大，因而有较大的吸附容量。
基质是亲水性的，避免了疏水性反应对蛋白质分离的干扰；电荷密度较低，与蛋白质分子结合不牢固，在温和洗脱条件下即可达到分离的目的，不会引起蛋白质的变性。
但纤维素分子中只有一小部分羟基被取代，结合在其分子上的解离基团数量不多，故交换容量小，仅为交换树脂的1／10左右。
表6–1离子交换纤维素交换剂（简写）类型功能基团交换容量（毫克当量 /g ）时宜工作 ph 磷酸纤维素（ p-c ）中强酸型阳离子交换剂— po 3 2- 0.7~7.4 ph<4 磺酸乙级纤维素（ se-c ）强酸型阳离子交换剂— (ch 2 ) 2 so 3 - 0.2~0.3 极低羟甲基纤维素（ cm-c ）弱酸型阳离子交换剂— ch 2 coo - 0.5~1.0 ph>4 三乙基氨基乙基纤维素（ teae-c ）强碱型阴离子交换剂— (ch 2 ) 2 n + (c 2 h 5 ) 3 0.5~1.0 ph>8.6 二乙氨基乙基纤维素（ deae-c ）弱碱型阴离子交换剂— (ch 2 ) 2 n + h (c 2 h 5 ) 2 0.1~1.0 ph<8.6 氨基乙基纤维素（ ae-c ）中等碱型阴离子交换剂— (ch 2 ) 2 n + h 2 0.3~1.0 ecteda 纤维素（ ecte-c ）中等碱型阴离子交换剂— (ch 2 ) 2 n + (c 2 h 4 oh) 3 0.3~0.5 ②交联葡聚糖离子交换剂交联葡聚糖离子交换剂是以交联葡聚糖g–25和g–50为基质，通过化学方法引入电荷基团而制成的。
实验二 离子交换树脂..
实验二. 离子交换树脂总交换容量的测定
• 1. 实验目的和要求 • 1.1 通过实验，加深对离子交换树脂的重要性能之一总交换容量 的认识。 • 1.2 熟悉静态法和动态法测定总交换容量的操作方法。 • 2. 实验原理 • 氢型阳离子交换树脂与碱作用时，生成水，为不可逆反应，故可 用静态法测定总交换容量： • RH+NaOH→RNa+H2O • 羟型阴离子交换树脂不稳定，遇热易分解，会使含量测不准，应 采用Cl型树脂，当它与Na2SO4作用时，生成氯化钠： • R≡(NHCl)2+Na2SO4——R（≡NH）2SO4+2NaCl • 为可逆反应，故应采用动态法操作，滴定流出液氯离子含量来测 定其总交换容量。
• 称取71.01g无水Na2SO4固体，用蒸馏水溶解后稀释至1L。
• 5.1. 5、0.15mol/LNaOH标准溶液 • 称取6.0g固体NaOH，用蒸馏水溶解后稀释至1L。
• 标定：分别精确称取预先在1050C烘箱烘至恒重的邻苯 二甲酸氢钾0.5~0.6g于1只锥形瓶中，加蒸馏水70mL溶 解，加酚酞指示剂2~3滴，以配好的NaOH溶液滴定至 出现粉红色为滴定终点，记下消耗的NaOH溶液体积V （mL），按下式计算浓度： • • CNaOH = m/ Mr*1000/V m——称取的邻苯二甲酸氢钾质量（g）
• 标定氢氧化钠溶液时，可用 基准物KHC8H4O4，也可用 盐酸标准溶液作比较。试比 较此两种方法的优缺点。 • KHC8H4O4标定NaOH溶液 的称取量如何计算？为什么 要确定0.4~0.6g的称量范围， 为什么？
• 5.1 .7 0.05mol/LHCl标准溶液 • 量取4.2mL浓HCl，用蒸馏水稀释至1L。 • 标定：分别吸取上述已标定好的NaOH标准溶液 10mL于2只锥形瓶中，加2滴甲基橙指示剂，用 已配好的HCl溶液滴定至出现橙红色为终点，记 下消耗的HCl溶液体积VHCl（mL）,按下式计算 HCl的浓度CHCl：
• 1. 实验目的和要求 • 1.1 通过实验，加深对离子交换树脂的重要性能之一总交换容量 的认识。 • 1.2 熟悉静态法和动态法测定总交换容量的操作方法。 • 2. 实验原理 • 氢型阳离子交换树脂与碱作用时，生成水，为不可逆反应，故可 用静态法测定总交换容量： • RH+NaOH→RNa+H2O • 羟型阴离子交换树脂不稳定，遇热易分解，会使含量测不准，应 采用Cl型树脂，当它与Na2SO4作用时，生成氯化钠： • R≡(NHCl)2+Na2SO4——R（≡NH）2SO4+2NaCl • 为可逆反应，故应采用动态法操作，滴定流出液氯离子含量来测 定其总交换容量。
• 称取71.01g无水Na2SO4固体，用蒸馏水溶解后稀释至1L。
• 5.1. 5、0.15mol/LNaOH标准溶液 • 称取6.0g固体NaOH，用蒸馏水溶解后稀释至1L。
• 标定：分别精确称取预先在1050C烘箱烘至恒重的邻苯 二甲酸氢钾0.5~0.6g于1只锥形瓶中，加蒸馏水70mL溶 解，加酚酞指示剂2~3滴，以配好的NaOH溶液滴定至 出现粉红色为滴定终点，记下消耗的NaOH溶液体积V （mL），按下式计算浓度： • • CNaOH = m/ Mr*1000/V m——称取的邻苯二甲酸氢钾质量（g）
• 标定氢氧化钠溶液时，可用 基准物KHC8H4O4，也可用 盐酸标准溶液作比较。试比 较此两种方法的优缺点。 • KHC8H4O4标定NaOH溶液 的称取量如何计算？为什么 要确定0.4~0.6g的称量范围， 为什么？
• 5.1 .7 0.05mol/LHCl标准溶液 • 量取4.2mL浓HCl，用蒸馏水稀释至1L。 • 标定：分别吸取上述已标定好的NaOH标准溶液 10mL于2只锥形瓶中，加2滴甲基橙指示剂，用 已配好的HCl溶液滴定至出现橙红色为终点，记 下消耗的HCl溶液体积VHCl（mL）,按下式计算 HCl的浓度CHCl：
多肽的转盐和纯化
说，弱酸性树脂为了使其离子化，应采用Na型。
1.3.2碱性树脂为OH型或Cl型，即它们的活性 基团在交换之前是与OH或Cl结合的。他们 的交换机理如下：（以三甲氨基离子交换 树脂为例）
OH型：RN(CH3)3OH＋肽+TFA-=RN(CH3)3TFA+肽+ OH Cl型： RN(CH3)3Cl＋肽+TFA-=RN(CH3)3TFA+肽+ Cl
• 5．滴定曲线
• 滴定曲线是检验和测定离子交换剂性能的 重要数据。利用滴定曲线的转折点，可估 算离子交换剂的交换容量，而由转折点的 数目，可推算不同离子交换基团的数目。 同时，滴定曲线还表示交换容量随pH的变 化。因此，滴定曲线比较全面地表征了离 子交换剂的性质。
• 阴离子交换树脂用于多肽转盐
• 离子交换树脂的性能评价
• 离子交换树脂一般不溶于水、一般的酸碱 溶液和有机溶剂，是一种具有良好化学稳 定性的高分子聚合物。同时，离子交换树 脂必须具备一定的理化性能。
• 1．外观
• 大多数商品树脂多制成球形，其直径为 0.2~1.2mm。球形的优点是增大比表面积、 提高机械强度和减少流体阻力。普通凝胶 型树脂是透明的球珠，大孔树脂呈不透明 的雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同， 树脂的颜色也有所不同，一般有黄、白、 黄褐、红棕等几种颜色。
4.优点 ① 适用范围广。 ② 有利于肽的稳定。 5.缺点 ① 处理量小。 ② 有机溶剂使用量大，成本高。
离子交换树脂简介
1.离子交换树脂的分类 • 离子交换树脂按活性基团的性质不同可分
为阳离子交换剂（cation exchanger）和阴 离子交换剂（anion exchanger）。前者对 阳离子具有交换能力，活性基团为酸性； 后者对阴离子具有交换能力，活性基团为 碱性。
1.3.2碱性树脂为OH型或Cl型，即它们的活性 基团在交换之前是与OH或Cl结合的。他们 的交换机理如下：（以三甲氨基离子交换 树脂为例）
OH型：RN(CH3)3OH＋肽+TFA-=RN(CH3)3TFA+肽+ OH Cl型： RN(CH3)3Cl＋肽+TFA-=RN(CH3)3TFA+肽+ Cl
• 5．滴定曲线
• 滴定曲线是检验和测定离子交换剂性能的 重要数据。利用滴定曲线的转折点，可估 算离子交换剂的交换容量，而由转折点的 数目，可推算不同离子交换基团的数目。 同时，滴定曲线还表示交换容量随pH的变 化。因此，滴定曲线比较全面地表征了离 子交换剂的性质。
• 阴离子交换树脂用于多肽转盐
• 离子交换树脂的性能评价
• 离子交换树脂一般不溶于水、一般的酸碱 溶液和有机溶剂，是一种具有良好化学稳 定性的高分子聚合物。同时，离子交换树 脂必须具备一定的理化性能。
• 1．外观
• 大多数商品树脂多制成球形，其直径为 0.2~1.2mm。球形的优点是增大比表面积、 提高机械强度和减少流体阻力。普通凝胶 型树脂是透明的球珠，大孔树脂呈不透明 的雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同， 树脂的颜色也有所不同，一般有黄、白、 黄褐、红棕等几种颜色。
4.优点 ① 适用范围广。 ② 有利于肽的稳定。 5.缺点 ① 处理量小。 ② 有机溶剂使用量大，成本高。
离子交换树脂简介
1.离子交换树脂的分类 • 离子交换树脂按活性基团的性质不同可分
为阳离子交换剂（cation exchanger）和阴 离子交换剂（anion exchanger）。前者对 阳离子具有交换能力，活性基团为酸性； 后者对阴离子具有交换能力，活性基团为 碱性。
环境工程学重点-第2章 第2(2)节 离子交换和吸附
※（3）在常温和低浓度水溶液中，同价阳离子的交换势大 致上是原子序数越高，交换势越大。
思考：为什么阳离子交换树脂的可交换离子为氢离子或钠
离子？
精选1课 0 件
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（二）离子交换树脂的性质
离子交换势一般规律：
（4）氢离子对阳离子交换树脂的交换势，取决于树脂的性质。
※（5）在常温和低浓度水溶液中，对弱碱性阴离子交换树脂 来说, 酸根(阴离子)的交换序列如下：SO42-> CrO42- >NO3- >Cl>OH-。
2. 污水的深度处理
二级处理出水
过滤
活性碳吸附
回用
精选课件
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补充：吸附法在水处理中的应用
※3. 炼油厂废水的深度处理
去除对象：油类污染物、酚类污染物及氰化物。 含油废水 隔油池 混凝气浮 生物膜法 砂滤
活性炭吸附 出水
废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至0.005mg/L，氰 从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。
快，几乎不要活化能 放热过程，低温有利于 吸附 可逆，较易解析
精选1课7 件
化学吸附
剩余化学键力
有选择性
只能形成单分子吸附层
较大，相当于化学反应 热，83.7-418.7kJ/mol
较慢，需要活化能
温度升高，吸附速度增 加
化学键大时，吸附不可 逆
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（一）吸附剂
作为工业用的吸附剂要求(补充） ：
1）具有较大的比表面积； 2）较高的吸附容量； 3）良好的吸附选择性、稳定性、耐磨性、耐腐蚀性、
（6）对强碱性阴离子交换树脂讲，离子的交换势随树脂的 性质而异，没有一般性的规律。
【备战2023年高考化学一轮复习考点微专题】微专题09 新情景中氧化还原反应方程式的配平与书写
【解析】(1)装置B利用浓硫酸、NaClO2和Na2SO3制备ClO2，制备过程中应使用浓硫酸，若使用稀硫酸，反应过程中会带出少量水气，极易溶解生成的ClO2，影响后续的产率；装置C用于缓冲，防止ClO2极易溶于水使装置内压强骤降引起倒吸。
(2)装置D用于制备NaClO2，反应中H2O2氧化ClO2同时与NaOH作用生成NaClO2，反应的离子方程式为2ClO2+2OH-+H2O2=2ClO +2H2O+O2↑。
3．（2022·天津河北·一模）(三)电催化CO2还原制甲酸(HCOOH)
(1)图3为电催化CO2还原生产HCOOH的示意图。该电解池阳极的电极反应式为_______；总反应方程式为_______。
【答案】(1)
【解析】(1)由图可知，甲醇发生氧化反应生成甲酸，因此甲醇所在电极为阳极，阳极的电极反应式为 ；阴极为CO2得电子生成甲酸，阴极的电极反应式为 ，则总反应为 ，故答案为： ； 。
1．（2021·海南·高考真题）无水 常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程，以废铁屑(含有少量碳和 杂质)为原料制备无水 。
已知：氯化亚砜( )熔点-101℃，沸点76℃，易水解。
回答问题：
(1)反应 的化学方程式为___________。
【答案】(1)
【解析】(1)根据已知信息氯化亚砜( )熔点-101℃，沸点76℃，易水解，可得 与SOCl2生成FeCl3的化学方程式为 。
一、工艺流程中的氧化还原方程式的书写
【归纳总结】
（1）细读题干寻找提纯对象，结合工艺流程示意图分析被提纯元素的存在形式及杂质的去除情况。
（2）确定未知反应的反应物和生成物，根据题意分析溶液环境，配平氧化还原方程式。
(2)装置D用于制备NaClO2，反应中H2O2氧化ClO2同时与NaOH作用生成NaClO2，反应的离子方程式为2ClO2+2OH-+H2O2=2ClO +2H2O+O2↑。
3．（2022·天津河北·一模）(三)电催化CO2还原制甲酸(HCOOH)
(1)图3为电催化CO2还原生产HCOOH的示意图。该电解池阳极的电极反应式为_______；总反应方程式为_______。
【答案】(1)
【解析】(1)由图可知，甲醇发生氧化反应生成甲酸，因此甲醇所在电极为阳极，阳极的电极反应式为 ；阴极为CO2得电子生成甲酸，阴极的电极反应式为 ，则总反应为 ，故答案为： ； 。
1．（2021·海南·高考真题）无水 常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程，以废铁屑(含有少量碳和 杂质)为原料制备无水 。
已知：氯化亚砜( )熔点-101℃，沸点76℃，易水解。
回答问题：
(1)反应 的化学方程式为___________。
【答案】(1)
【解析】(1)根据已知信息氯化亚砜( )熔点-101℃，沸点76℃，易水解，可得 与SOCl2生成FeCl3的化学方程式为 。
一、工艺流程中的氧化还原方程式的书写
【归纳总结】
（1）细读题干寻找提纯对象，结合工艺流程示意图分析被提纯元素的存在形式及杂质的去除情况。
（2）确定未知反应的反应物和生成物，根据题意分析溶液环境，配平氧化还原方程式。
2离子交换树脂交换容量的测定
静态法测总交换容量： 静态法测总交换容量： 向一定量的H 向一定量的H型阳离子交换树脂加入一定过量的 NaOH标准溶液浸泡 NaOH标准溶液浸泡。 标准溶液浸泡。 交换达到平衡时： 交换达到平衡时：
RH + NaOH = RNa + H 2O
用盐酸标准溶液滴定过量的NaOH 用盐酸标准溶液滴定过量的NaOH
实验24 实验24 离子交换树脂交换容量的测定
一、实验目的： 实验目的： 1. 了解离子交换树脂交换容量的意义 2. 掌握阳离子交换树脂工作交换容量的测定方法
离子交换分离法： 离子交换分离法： 是利用离子交换剂与溶液中的离子所发生的交换反 应进行分离的方法 是基于物质在固相与液相之间的分配。 是基于物质在固相与液相之间的分配。
数据记录及处理 表 工作交换容量的测定
1 20.00 2 20.00 3 20.00
V Na2SO4 (mL) VNaOH(mL) Q（mmol/g） mmol/g） Q平均值 mmol/g） （mmol/g） 相对偏差 % 相对平均偏差 %
思考题 1.什么是离子交换树脂的交换容量？两种交换容量的测 1.什么是离子交换树脂的交换容量？ 什么是离子交换树脂的交换容量 定原理是什么？ 定原理是什么？ 交换容量是指每克干树脂所能交换的相当于一价离 子的物质的量。 子的物质的量。 交换容量的测定原理：如阳离子交换容量的测定， 交换容量的测定原理：如阳离子交换容量的测定， 首先准确称取一定量干燥的阳离子交换树脂， 首先准确称取一定量干燥的阳离子交换树脂，置于锥 形瓶中。然后加入一定量且过量NaOH的标准溶液 的标准溶液， 形瓶中。然后加入一定量且过量NaOH的标准溶液， 充分振荡后放置24h，使树脂活性基团中的H 充分振荡后放置24h，使树脂活性基团中的H+全部被 Na+交换。再用HCl标准溶液返滴定剩余的NaOH，测 交换。再用HCl标准溶液返滴定剩余的 标准溶液返滴定剩余的NaOH， 阳离子交换容量。 阳离子交换容量。 阴离子交换容量与此相反。 阴离子交换容量与此相反。
离子交换色谱 生物碱
离子交换色谱生物碱
离子交换色谱是一种常用的色谱技术，可以用于分离和纯化生物碱和其他有机化合物。
下面是对离子交换色谱在生物碱分离方面的详细说明：
1. 原理：离子交换色谱主要基于离子交换剂与样品中离子之间的相互作用进行分离。
离子交换剂是一种具有可交换离子基团的树脂，能够与样品中的离子发生交换。
在分离过程中，样品中的离子会根据其带电情况和极性被不同的离子交换剂所吸附，从而实现分离。
2. 实验流程：在生物碱的离子交换色谱分离中，一般会首先将生物碱样品溶解在合适的溶剂中，然后通过输液泵将样品溶液注入色谱柱中。
色谱柱中填装有离子交换剂，样品中的离子会与离子交换剂发生交换，根据不同的带电情况和极性被吸附在不同的位置。
随后，用洗脱液将不同离子洗脱下来，收集各个峰的洗脱液即可得到各个组分。
3. 影响因素：离子交换色谱的分离效果受到多种因素的影响，包括样品的溶解性、离子交换剂的性质、流动相的组成和流速、实验条件等。
其中，样品的溶解性和离子交换剂的性质对分离效果的影响尤为显著。
在实验中需要根据实际情况选择合适的溶剂和离子交换剂，以获得最佳的分离效果。
4. 应用范围：离子交换色谱在生物碱的分离中具有广泛的应用，可以用于分离和纯化各种类型的生物碱，如喹啉类、嘌呤类、有机胺类等。
同时，离子交换色谱还可以用于其他有机化合物的分离和
纯化，如黄酮类、酚类等。
离子交换色谱是一种有效的分离技术，可以用于生物碱和其他有机化合物的分离和纯化。
在实际应用中需要根据实验条件和样品性质选择合适的溶剂和离子交换剂，以获得最佳的分离效果。
功能高分子化学-3(离子交换-2)
水解
淀粉自由基
C H 2 -C H n COO-
淀粉还可接枝丙烯酸类、丙烯酰胺类、丙烯酸酯类。
高吸水性树脂的制备－纤维素为原料
高吸水性树脂的制备－聚丙烯酸体系
H -C = C -R 1
H
COOR2
交联剂交联法
CH2 -CH-CH 2-CH-CH 2-CH-CH2 -CH-CH2 -CH-CH 2-CH
离子交换和吸附树脂的应用原理
离子交换的典型反应：
中和反应：R-SO3H+NaOH ⇔R-SO3Na+H2O R-COOH+NaOH ⇔ R-COONa+H2O RN(CH3)3OH+HCl ⇔RN(CH3)3Cl+H2O RNH2+HCl ⇔RNH2.HCl 复分解反应：R-SO3Na+KCl ⇔R-SO3K+NaCl 2R-COONa+CaCl2 ⇔ (R-COO)2Ca+NaCl 2RN(CH3)3Cl+Na2SO4 ⇔[RN(CH3)3] 2SO4+2NaCl
聚醚类多元醇，聚酯类多元醇 发泡剂：氟里昂气体 均泡剂：有机硅系材料
O C N R N C O + H O R 'O H O O O O
n
O C N R N H C -O R 'OC -N H R N H C -O R '-O - C -N H R N C O
高吸油树脂利用的是微弱的范德华力作用吸油。高吸水性 树脂除范德华力外，还利用较强的氢键和网络内外渗透压 差来吸水。
高吸油性树脂的交联：化学交联、物理交联
高吸油树脂优点： （1）良好的热稳定性、耐寒性 （2） 吸油种类多，速度快，吸油时不吸水，回收方便。
淀粉自由基
C H 2 -C H n COO-
淀粉还可接枝丙烯酸类、丙烯酰胺类、丙烯酸酯类。
高吸水性树脂的制备－纤维素为原料
高吸水性树脂的制备－聚丙烯酸体系
H -C = C -R 1
H
COOR2
交联剂交联法
CH2 -CH-CH 2-CH-CH 2-CH-CH2 -CH-CH2 -CH-CH 2-CH
离子交换和吸附树脂的应用原理
离子交换的典型反应：
中和反应：R-SO3H+NaOH ⇔R-SO3Na+H2O R-COOH+NaOH ⇔ R-COONa+H2O RN(CH3)3OH+HCl ⇔RN(CH3)3Cl+H2O RNH2+HCl ⇔RNH2.HCl 复分解反应：R-SO3Na+KCl ⇔R-SO3K+NaCl 2R-COONa+CaCl2 ⇔ (R-COO)2Ca+NaCl 2RN(CH3)3Cl+Na2SO4 ⇔[RN(CH3)3] 2SO4+2NaCl
聚醚类多元醇，聚酯类多元醇 发泡剂：氟里昂气体 均泡剂：有机硅系材料
O C N R N C O + H O R 'O H O O O O
n
O C N R N H C -O R 'OC -N H R N H C -O R '-O - C -N H R N C O
高吸油树脂利用的是微弱的范德华力作用吸油。高吸水性 树脂除范德华力外，还利用较强的氢键和网络内外渗透压 差来吸水。
高吸油性树脂的交联：化学交联、物理交联
高吸油树脂优点： （1）良好的热稳定性、耐寒性 （2） 吸油种类多，速度快，吸油时不吸水，回收方便。
实验二离子交换法提取谷氨酸
实验⼆离⼦交换法提取⾕氨酸实验⼆离⼦交换法提取⾕氨酸⼀、实验⽬的掌握离⼦交换装置的结构和使⽤⽅法。
掌握离⼦交换法提取⾕氨酸的⼯艺流程。
掌握等电点沉淀法提取⾕氨酸。
了解认识离⼦交换树脂的处理和再⽣。
⼆、实验原理⾕氨酸是两性电解质，是⼀种酸性氨基酸，等电点为pH3.22，当pH＞3.22时，羧基离解⽽带负电荷，能被阴离⼦交换树脂交换吸附；当pH＜3.22时，氨基离解带正电荷，能被阳离⼦交换树脂交换吸附。
也就是说，⾕氨酸可被阴离⼦交换树脂吸附也可以被阳离⼦交换树脂吸附。
由于⾕氨酸是酸性氨基酸，被阴离⼦交换树脂的吸附能⼒强⽽被阳离⼦交换树脂的吸附能⼒弱，因此可选⽤弱碱性阴离⼦交换树脂或强酸性阳离⼦交换树脂来吸附氨基酸。
但是由于弱碱性阴离⼦交换树脂的机械强度和稳定性都⽐强酸性阳离⼦交换树脂差，价格⼜较贵，因此就都选强酸性阳离⼦交换树脂⽽不选⽤弱碱性阴离⼦交换树脂。
⽬前各味精⼚均采⽤732#强酸性阳离⼦交换树脂，本实验就是采⽤732#树脂。
⾕氨酸溶液中既含有⾕氨酸也含有其他如蛋⽩质、残糖、⾊素等妨碍⾕氨酸结晶的杂质存在，通过控制合适的交换条件，在根据树脂对⾕氨酸以及对杂质吸附能⼒的差异，选择合适的洗脱剂和控制合适的洗脱条件，使⾕氨酸和其他杂质分离，以达到浓缩提纯⾕氨酸的⽬的。
三、实验装置1、离⼦交换装置本实验采⽤动态法固定床的单床式离⼦交换装置。
离⼦交换柱是有机玻璃柱，柱底⽤玻璃珠及玻璃碎⽚装填，以防树脂漏出。
2、树脂本实验⽤苯⼄烯型强酸性阳离⼦交换树脂，编号为732#，其性能如下表：732#树脂的主要性能常数3、树脂的处理对市售⼲树脂，先经⽔充分溶胀后，经浮选得到颗粒⼤⼩合适的树脂，然后加3倍量的2mol/L HCL溶液，在⽔浴中不断搅拌加热到80℃，30min后⾃⽔溶液中取出，倾去酸液，⽤蒸馏⽔洗⾄中性，然后⽤2mol/L NaOH溶液，同上洗树脂30min后，⽤蒸馏⽔洗⾄中性，这样⽤酸碱反复轮洗，直到溶液⽆黄⾊为⽌。
催化剂工程导论2离子交换法制备催化剂
•催化缩醛醇解、醚化、烷基化反应、水解、酯化、 环化、重排
•我国催化甲基叔丁基醚生产成功
2.5.2 由离子交换树脂制备催化剂
分类：
强酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 的磺酸基(－SO3H)
弱酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 羧基(－COOH)
阴离子交换树脂：在树脂中含有作为阴离子交换的季胺基型
成型必要性：催化剂的形状、尺寸不同，甚至表面粗糙度 不同，都会影响到催化剂的活性、选择性、强度、床层压 降、导热能力等性能。
改变形状的关键：是在保证催化剂机械强度及压降允许的 前提下，尽可能地提高催化剂的表面利用率。单位体积反 应器内所容纳的催化剂外表面越大，催化剂活性越高。
方法：催化剂异形化。即使催化剂的化学性质、物理结构 没有变化，也可以提高活性，减小压降，改善导热性能。
沸石分子筛的结构(II)
Mp/n[(AlO2)p (SiO2)q]·yH2O 式中p为铝氧四面体的数目， q为硅氧四面体的数目。 每个铝原子和硅原子平均有两个氧原子，如果M的化合价 n＝1，则M的原子数等于铝原子数，如果n＝2，则M的原 于数只是铝原子数的一半。
沸石分子筛的结构(II)
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]·ZH2O
笼示意图
笼及A型
以笼为结构单元，通过四元氧桥按立方晶格方式相互连 接起来；
笼总共由12个四元环、8个六元环和6个八元环组成的26
面体， 笼的直径为1.44 nm，空腔体积 0.76 nm3
笼及A型
A型沸石分子筛是 8个笼和12个 笼 联结而成，并形成 一个新的更大的笼 叫 笼。
八面沸石笼及X，Y型分子筛
八面沸石笼，以 笼为 结构单元，通过六元氧 环用六个氧桥按四面体 方式同其他四个笼联结 (类似金刚石结构)而构成 X，Y型分子筛的晶体结 构。 可以把八面沸石笼看作 是由笼和六角柱笼包围 而成的 。
•我国催化甲基叔丁基醚生产成功
2.5.2 由离子交换树脂制备催化剂
分类：
强酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 的磺酸基(－SO3H)
弱酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 羧基(－COOH)
阴离子交换树脂：在树脂中含有作为阴离子交换的季胺基型
成型必要性：催化剂的形状、尺寸不同，甚至表面粗糙度 不同，都会影响到催化剂的活性、选择性、强度、床层压 降、导热能力等性能。
改变形状的关键：是在保证催化剂机械强度及压降允许的 前提下，尽可能地提高催化剂的表面利用率。单位体积反 应器内所容纳的催化剂外表面越大，催化剂活性越高。
方法：催化剂异形化。即使催化剂的化学性质、物理结构 没有变化，也可以提高活性，减小压降，改善导热性能。
沸石分子筛的结构(II)
Mp/n[(AlO2)p (SiO2)q]·yH2O 式中p为铝氧四面体的数目， q为硅氧四面体的数目。 每个铝原子和硅原子平均有两个氧原子，如果M的化合价 n＝1，则M的原子数等于铝原子数，如果n＝2，则M的原 于数只是铝原子数的一半。
沸石分子筛的结构(II)
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]·ZH2O
笼示意图
笼及A型
以笼为结构单元，通过四元氧桥按立方晶格方式相互连 接起来；
笼总共由12个四元环、8个六元环和6个八元环组成的26
面体， 笼的直径为1.44 nm，空腔体积 0.76 nm3
笼及A型
A型沸石分子筛是 8个笼和12个 笼 联结而成，并形成 一个新的更大的笼 叫 笼。
八面沸石笼及X，Y型分子筛
八面沸石笼，以 笼为 结构单元，通过六元氧 环用六个氧桥按四面体 方式同其他四个笼联结 (类似金刚石结构)而构成 X，Y型分子筛的晶体结 构。 可以把八面沸石笼看作 是由笼和六角柱笼包围 而成的 。
4-2 离子交换树脂及原理解析
酸碱性
不溶性的高分子电解质，可电离，使得水溶液具有酸碱性。 强型树脂不受溶液pH影响。 弱型树脂电离能力小。弱酸性树脂在碱性溶液中电离能力大，弱
碱性树脂在酸性溶液中电离能力大。
树脂的水解反应 RCOOHNa + H2O → RCOONa+NaOH RNH2Cl + H2O → RNH2OH+HCl
强酸或强碱的中和反应
RCOOH +NaOH = RCOONa + H2O R=NH2OH + HCl = R=NH2Cl + H2O
复分解反应
R(COOH)2 + CaCl = R(COO)2Ca + 2NaCl
R=NH2Cl + NaNO3 = R=NH2NO3 + NaCl
2. 离子交换平衡和选择性系数 --离子交换平衡
y
[ RM 2 ] [ RM1 ] [ RM 2 ]
x
[M 2 ] [M 1 ] [M 2 ]
C0 为液相中两种交换离子的总浓度（按1价离子计），mol/L
2. 离子交换平衡和选择性系数 -选择性系数
y 1 x y x K / 1 y x 1 y 1 x
M2 M1
选择系数大于1，说明该树脂对M2的亲合力大于对M1的亲合 力，即有利于进行离子交换反应。
离子交换树脂及离子交换基本原理
第一节 离子交换树脂及其性能
第二节 离子交换基本原理
第三节 离子交换树脂层的工作过程
第四节 离子交换树脂的使用 第五节 离子交换树脂的变质、污染与复苏
一、离子交换树脂
组成： 单体：如苯乙烯、甲基丙烯酸。 交联剂：架桥，使聚合物构成网状结构，如二乙烯苯。 交换基团：具有活性离子的基团。 合成：高分子骨架的合成、交换基团的引入。 结构： 高分子骨架：交联的高分子聚合物。 离子交换基团：-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2 孔：凝胶孔、毛细孔 书写： 固定离子：R 可交换离子： -SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl、-N(CH3)2、 -N(CH3)2
离子交换层析
三、HIC操作
上样及洗脱的一般规律：
在高盐浓度条件下，蛋白质与固定相疏水缔合；浓度降低时，疏水作用减弱，逐步被洗脱下来。一般用pH 6-8的盐水溶液[如（NH4）2SO4]。盐的浓度影响蛋白质的疏水性，从而影响蛋白质的保留值。
盐：Na2SO4，KH2PO4，NaHPO4，(NH4)2SO4，NH4OAc，KOAc，NaOAc，NaCl
多缓冲剂：
多缓冲剂是两性电解质缓冲剂，由相对分子质量大小不一的各种多羧基多氨基化合物组成，存在各自的等电点。常用的多缓冲剂有Pharmacia公司生产的Polybuffer 96、Polybuffer 74和Pharmalyte等，缓冲pH范围分别为pH 9-6，pH 7-4和pH 10.5-8。在相应的缓冲pH范围内，各种多缓冲剂具有均衡的缓冲容量，在层析聚焦操作中提供平滑的pH梯度。
（3)疏水性吸附剂种类多，选择余地大，价格与离子交换剂相当。
羟基磷灰石层析
羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAP):是一种磷酸钙晶体，基本分子结构为
一般认为，HAP的吸附主要基于钙高子和磷酸根离子的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面，各存在吸附点c点和P点，前者起阴离于交换作用，后者起阳离于交换作用．因此，在中性pH环境下酸性蛋白质(pI<7)主要吸附于c点，碱性蛋白质(PI>7)主要吸附于P点．利用磷酸盐缓冲液(K2HP04+KH2PO4）为流动相洗脱展开时，磷酸根离子在c点竞争性吸附，交换出酸性蛋白质，而K+在P点竞争性吸附，交换出碱性蛋白质。所以HAP层
POROS介质的大比表面积和溶质吸附容量。同时，扩散孔道长度小于lm，溶质扩散所需时间极短，大大降低了利用传统介质进行层析分离的扩散传质阻力。
上样及洗脱的一般规律：
在高盐浓度条件下，蛋白质与固定相疏水缔合；浓度降低时，疏水作用减弱，逐步被洗脱下来。一般用pH 6-8的盐水溶液[如（NH4）2SO4]。盐的浓度影响蛋白质的疏水性，从而影响蛋白质的保留值。
盐：Na2SO4，KH2PO4，NaHPO4，(NH4)2SO4，NH4OAc，KOAc，NaOAc，NaCl
多缓冲剂：
多缓冲剂是两性电解质缓冲剂，由相对分子质量大小不一的各种多羧基多氨基化合物组成，存在各自的等电点。常用的多缓冲剂有Pharmacia公司生产的Polybuffer 96、Polybuffer 74和Pharmalyte等，缓冲pH范围分别为pH 9-6，pH 7-4和pH 10.5-8。在相应的缓冲pH范围内，各种多缓冲剂具有均衡的缓冲容量，在层析聚焦操作中提供平滑的pH梯度。
（3)疏水性吸附剂种类多，选择余地大，价格与离子交换剂相当。
羟基磷灰石层析
羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAP):是一种磷酸钙晶体，基本分子结构为
一般认为，HAP的吸附主要基于钙高子和磷酸根离子的静电引力，即在HAP晶体表面存在两种不同的吸附晶面，各存在吸附点c点和P点，前者起阴离于交换作用，后者起阳离于交换作用．因此，在中性pH环境下酸性蛋白质(pI<7)主要吸附于c点，碱性蛋白质(PI>7)主要吸附于P点．利用磷酸盐缓冲液(K2HP04+KH2PO4）为流动相洗脱展开时，磷酸根离子在c点竞争性吸附，交换出酸性蛋白质，而K+在P点竞争性吸附，交换出碱性蛋白质。所以HAP层
POROS介质的大比表面积和溶质吸附容量。同时，扩散孔道长度小于lm，溶质扩散所需时间极短，大大降低了利用传统介质进行层析分离的扩散传质阻力。
2-离子交换剂
CH-CH2 CH-CH2 CH-CH2
— CH—CH2—CH-CH2 CH-CH2—
— CH—CH2—
交联度：交联剂在高分子结构中所占的质量分数
交联度（D.V.B）
交联剂质量 100% 高分子质量 交联剂质量
◆我国以符号“×”后的数字表示。
例如强碱性树脂201×7表示交联度为7。
◆交联度大小反映了树脂网状结构的紧密程度，因此直接影响树脂
-CH-CH2-
SO3 H
反离子
2、离子交换树脂的分类
强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂
◆按功能基的性质分类
弱碱性阴离子交换树脂 螯合树脂 氧化还原树脂 两性树脂
◆强酸性阳离子交换树脂：树脂上带有强酸性功能团，如—SO3H，在酸
性介质中仍能电离出可交换离子H+，故能在pH=0-14下与溶液中的阳离 子进行交换；
CH2Cl
(CH3)2NH (CH3)3N
5、离子交换树脂的性能
1）化学性能 ◆交换容量 定义：一定数量（质量或体积）的离子交换树脂所带的交换基团或可交 换离子的数量。 单位：树脂的量以质量单位表示（多用于理论研究），或以体积单 位表示（多用于工程实践）；可交换离子数量以摩尔表示。也有以 克、公斤、克当量、毫克当量表示的。
◆按结构和树脂形态分类：凝胶型和大孔型离子交换树脂
凝胶型树脂:在溶胀状态下，其孔径一般为2-4nm；干燥状态下，微孔 缩紧闭合，丧失交换能力。 大孔型树脂:在干、湿状或收缩、溶胀态下，都存在着比凝胶型树脂更 多、更大的孔道，其孔径一般大于20nm（甚至达数千nm） 而且布满树脂内部;
比表面积大（20-130m2/g，而凝胶型约为5m2/g）;
◆弱碱性阴离子交换树脂：树脂上带有弱碱性功能团，如=NH2OH，在碱
— CH—CH2—CH-CH2 CH-CH2—
— CH—CH2—
交联度：交联剂在高分子结构中所占的质量分数
交联度（D.V.B）
交联剂质量 100% 高分子质量 交联剂质量
◆我国以符号“×”后的数字表示。
例如强碱性树脂201×7表示交联度为7。
◆交联度大小反映了树脂网状结构的紧密程度，因此直接影响树脂
-CH-CH2-
SO3 H
反离子
2、离子交换树脂的分类
强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂
◆按功能基的性质分类
弱碱性阴离子交换树脂 螯合树脂 氧化还原树脂 两性树脂
◆强酸性阳离子交换树脂：树脂上带有强酸性功能团，如—SO3H，在酸
性介质中仍能电离出可交换离子H+，故能在pH=0-14下与溶液中的阳离 子进行交换；
CH2Cl
(CH3)2NH (CH3)3N
5、离子交换树脂的性能
1）化学性能 ◆交换容量 定义：一定数量（质量或体积）的离子交换树脂所带的交换基团或可交 换离子的数量。 单位：树脂的量以质量单位表示（多用于理论研究），或以体积单 位表示（多用于工程实践）；可交换离子数量以摩尔表示。也有以 克、公斤、克当量、毫克当量表示的。
◆按结构和树脂形态分类：凝胶型和大孔型离子交换树脂
凝胶型树脂:在溶胀状态下，其孔径一般为2-4nm；干燥状态下，微孔 缩紧闭合，丧失交换能力。 大孔型树脂:在干、湿状或收缩、溶胀态下，都存在着比凝胶型树脂更 多、更大的孔道，其孔径一般大于20nm（甚至达数千nm） 而且布满树脂内部;
比表面积大（20-130m2/g，而凝胶型约为5m2/g）;
◆弱碱性阴离子交换树脂：树脂上带有弱碱性功能团，如=NH2OH，在碱
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骨架名称: 苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、 脲醛系、氯乙烯系
基本名称：离子交换树脂，凡分类中属酸性的，应在前面加“阳”字， 凡分类中为碱性的，应在前面加“阴”字。
◆凡是大孔型树脂，应在全名前加“大孔”二字以示区
别。 如：强酸性 苯乙烯系 阳 离子交换树脂 如：大孔 弱碱性 丙烯酸系 阴 离子交换树脂
◆弱酸性阳离子交换树脂：树脂上带有弱酸性功能团，如—COOH，在酸
性介质中难电离出可交换离子H+，故一般适合于在pH>6的条件下与溶 液中的阳离子进行交换；
◆强碱性阴离子交换树脂：树脂上带有强碱性功能团，如R4NOH，在碱性
介质中仍能电离出可交换离子OH-，故能在pH=0-14下与溶液中的阴离 子进行交换；
大孔树脂的交联度一般比较大，因而其选择性也高;
离子容易扩散，交换速度快（为凝胶型的10倍左右）; 一般在非水体系中或交换半径较大的络合离子时，就该采 用大孔树脂。
3、树脂的命名及代号
1）命名
离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称、基本名称排列组成
分类名称：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性、螯合、两性、氧化还原
CH-CH2 CH-CH2 CH-CH2
— CH—CH2—CH-CH2 CH-CH2—
— CH—CH2—
交联度：交联剂在高分子结构中所占的质量分数
交联度（D.V.B）
交联剂质量 100% 高分子质量 交联剂质量
◆我国以符号“×”后的数字表示。
例如强碱性树脂201×7表示交联度为7。
◆交联度大小反映了树脂网状结构的紧密程度，因此直接影响树脂
-CH-CH2-
SO3 H
反离子
2、离子交换树脂的分类
强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂
◆按功能基的性质分类
弱碱性阴离子交换树脂 螯合树脂 氧化还原树脂 两性树脂
◆强酸性阳离子交换树脂：树脂上带有强酸性功能团，如—SO3H，在酸
性介质中仍能电离出可交换离子H+，故能在pH=0-14下与溶液中的阳离 子进行交换；
◆弱碱性阴离子交换树脂：树脂上带有弱碱性功能团，如=NH2OH，在碱
性介质中难电离出可交换离子OH-，故一般适合于在pH<7的条件下与 溶液中的阳离子进行交换；
◆氧化还原树脂：具有接受或给予电子的能力，从而可以使与其反应的
离子或分子发生氧化还原反应。
△带有氧化还原功能团的氧化还原树脂 对苯二酚功能团，能给出一对电子而被氧化成对苯二醌。对苯二醌经还原又可 恢复为对苯二酚。
D314树脂
◆关于顺序号，现举一例：
如大孔强碱性阴离子交换树脂，有季铵I型和季铵II型两种，分别为D201和D202。
-CH-CH2-
-CH-CH2-
Cl CH2N(CH3)3 Cl D201（强碱I型） CH2N(CH3)2 C2H4OH D202（强碱II型）
◆按结构和树脂形态分类：凝胶型和大孔型离子交换树脂
凝胶型树脂:在溶胀状态下，其孔径一般为2-4nm；干燥状态下，微孔 缩紧闭合，丧失交换能力。 大孔型树脂:在干、湿状或收缩、溶胀态下，都存在着比凝胶型树脂更 多、更大的孔道，其孔径一般大于20nm（甚至达数千nm） 而且布满树脂内部;
比表面积大（20-130m2/g，而凝胶型约为5m2/g）;
的性能，如机械强度、溶胀性、交换容量等。
◆功能团部分：是固定在树脂高分子部分商的活性离子基团，如—SO3H、
— COOH、 — R3NCl等。它们均匀分布于网状空间内， 在电解质水溶液中能电离出游离的可交换离子，与溶液中 的同号离子进行交换。它决定了树脂的性质与交换能力。
两个概念：固定离子和反离子 固定离子：直接连接在树脂上的带电荷的 功能基离子，如—SO3反 离 子：与树脂上的固定离子结合的带 相反电荷的离子。它可同外界 的与它电符号相同的离子进行 固定离子 交换。
2）代号 树脂型号由三位阿拉伯数字组成：
分类代号：第一位代表分类名称
骨架代号: 第二位代表骨架名称
顺 序 号：第三位代表同类型树脂不同类型的顺序号，用以区别基团 的差异。
◆凡是大孔型树脂，应型号前加“D”以示区别。 ◆树脂的交联度数值，在型号后用“×”连接阿拉伯数
字表示（不详可不写）。
201×7树脂
弱酸性 强碱性 阴离子树脂 弱碱性
沸石、蒙脱土、海绿石 合成 长石 高岭土、磷灰石 天然 人工沸石 磷酸镐
三、离子交换树脂 1、离子交换树脂的结构
离子交换树脂是一种不溶于溶剂的带有能够离解的功能团的高分子 化合物，一般由以下三部分构成：
◆高分子部分：是离子交换树脂的主干，常用的是聚乙烯或聚丙烯酸酯
OH
被氧化
被还原 O
O
+ 2H+ + 2e
HO
如果在水溶液中用氧气使对苯二酚树脂氧化，生成的对苯二醌则能够使水氧 化成过氧化氢，转化率达80%以上，而且产品纯度高，是一种高效的过氧化 氢生产工艺。
带有巯基功能团的树脂的氧化还原反应为：
被氧化
+ 2H+ + 2e SH SH 被还原 S S
△负载有氧化/还原离子的氧化还原树脂 如果交换负载在树脂上的离子具有较强的氧化还原性，就能使树脂成为氧化 还原树脂。 ○比如负载有Cu+的酸性树脂保留了Cu+的还原能力，能将溶于水中的氧还原， 可降至0.1mg/L以下。 ○比如负载有SO32-强碱性树脂具有还原性，而负载有MnO4-的强碱性树脂具 有氧化性，可以分别作为还原剂或氧化剂参与反应。
第二章 离子交换剂
一、离子交换剂
离子交换剂是一种带有可交换离子（阳离子或阴离子）的不溶性固 体，它具有一定的空间网络结构，在与水溶液接触时，就与溶液中 的离子进行交换，即其中可交换离子被溶液中的同符号离子取代。
二、离子交换剂的分类
有机离子 交换剂 固体离子 交换剂 无机离子 交换剂 离子交换膜 合成 离子交换纤维 离子交换树脂 天然 磺化煤 改性淀粉 阳离子树脂 强酸性
等，它起着连接树脂的功能团的作用，具有一定的机械 强度，不易破碎不易溶解。
CH=CH2
O CH2=CH—C—OCH3
苯乙烯
丙烯酸酯
◆交联剂部分：它的作用是将聚苯乙烯或聚丙烯酸的线状高分子结构链
交联起来，使之具有三维空间的结构，这种网状结构成 为树脂的骨架。在网状骨架中有一定大小的孔隙，可以 允许交换的离子自由通过。常用的交联剂为二乙烯苯。
基本名称：离子交换树脂，凡分类中属酸性的，应在前面加“阳”字， 凡分类中为碱性的，应在前面加“阴”字。
◆凡是大孔型树脂，应在全名前加“大孔”二字以示区
别。 如：强酸性 苯乙烯系 阳 离子交换树脂 如：大孔 弱碱性 丙烯酸系 阴 离子交换树脂
◆弱酸性阳离子交换树脂：树脂上带有弱酸性功能团，如—COOH，在酸
性介质中难电离出可交换离子H+，故一般适合于在pH>6的条件下与溶 液中的阳离子进行交换；
◆强碱性阴离子交换树脂：树脂上带有强碱性功能团，如R4NOH，在碱性
介质中仍能电离出可交换离子OH-，故能在pH=0-14下与溶液中的阴离 子进行交换；
大孔树脂的交联度一般比较大，因而其选择性也高;
离子容易扩散，交换速度快（为凝胶型的10倍左右）; 一般在非水体系中或交换半径较大的络合离子时，就该采 用大孔树脂。
3、树脂的命名及代号
1）命名
离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称、基本名称排列组成
分类名称：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性、螯合、两性、氧化还原
CH-CH2 CH-CH2 CH-CH2
— CH—CH2—CH-CH2 CH-CH2—
— CH—CH2—
交联度：交联剂在高分子结构中所占的质量分数
交联度（D.V.B）
交联剂质量 100% 高分子质量 交联剂质量
◆我国以符号“×”后的数字表示。
例如强碱性树脂201×7表示交联度为7。
◆交联度大小反映了树脂网状结构的紧密程度，因此直接影响树脂
-CH-CH2-
SO3 H
反离子
2、离子交换树脂的分类
强酸性阳离子交换树脂 弱酸性阳离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂
◆按功能基的性质分类
弱碱性阴离子交换树脂 螯合树脂 氧化还原树脂 两性树脂
◆强酸性阳离子交换树脂：树脂上带有强酸性功能团，如—SO3H，在酸
性介质中仍能电离出可交换离子H+，故能在pH=0-14下与溶液中的阳离 子进行交换；
◆弱碱性阴离子交换树脂：树脂上带有弱碱性功能团，如=NH2OH，在碱
性介质中难电离出可交换离子OH-，故一般适合于在pH<7的条件下与 溶液中的阳离子进行交换；
◆氧化还原树脂：具有接受或给予电子的能力，从而可以使与其反应的
离子或分子发生氧化还原反应。
△带有氧化还原功能团的氧化还原树脂 对苯二酚功能团，能给出一对电子而被氧化成对苯二醌。对苯二醌经还原又可 恢复为对苯二酚。
D314树脂
◆关于顺序号，现举一例：
如大孔强碱性阴离子交换树脂，有季铵I型和季铵II型两种，分别为D201和D202。
-CH-CH2-
-CH-CH2-
Cl CH2N(CH3)3 Cl D201（强碱I型） CH2N(CH3)2 C2H4OH D202（强碱II型）
◆按结构和树脂形态分类：凝胶型和大孔型离子交换树脂
凝胶型树脂:在溶胀状态下，其孔径一般为2-4nm；干燥状态下，微孔 缩紧闭合，丧失交换能力。 大孔型树脂:在干、湿状或收缩、溶胀态下，都存在着比凝胶型树脂更 多、更大的孔道，其孔径一般大于20nm（甚至达数千nm） 而且布满树脂内部;
比表面积大（20-130m2/g，而凝胶型约为5m2/g）;
的性能，如机械强度、溶胀性、交换容量等。
◆功能团部分：是固定在树脂高分子部分商的活性离子基团，如—SO3H、
— COOH、 — R3NCl等。它们均匀分布于网状空间内， 在电解质水溶液中能电离出游离的可交换离子，与溶液中 的同号离子进行交换。它决定了树脂的性质与交换能力。
两个概念：固定离子和反离子 固定离子：直接连接在树脂上的带电荷的 功能基离子，如—SO3反 离 子：与树脂上的固定离子结合的带 相反电荷的离子。它可同外界 的与它电符号相同的离子进行 固定离子 交换。
2）代号 树脂型号由三位阿拉伯数字组成：
分类代号：第一位代表分类名称
骨架代号: 第二位代表骨架名称
顺 序 号：第三位代表同类型树脂不同类型的顺序号，用以区别基团 的差异。
◆凡是大孔型树脂，应型号前加“D”以示区别。 ◆树脂的交联度数值，在型号后用“×”连接阿拉伯数
字表示（不详可不写）。
201×7树脂
弱酸性 强碱性 阴离子树脂 弱碱性
沸石、蒙脱土、海绿石 合成 长石 高岭土、磷灰石 天然 人工沸石 磷酸镐
三、离子交换树脂 1、离子交换树脂的结构
离子交换树脂是一种不溶于溶剂的带有能够离解的功能团的高分子 化合物，一般由以下三部分构成：
◆高分子部分：是离子交换树脂的主干，常用的是聚乙烯或聚丙烯酸酯
OH
被氧化
被还原 O
O
+ 2H+ + 2e
HO
如果在水溶液中用氧气使对苯二酚树脂氧化，生成的对苯二醌则能够使水氧 化成过氧化氢，转化率达80%以上，而且产品纯度高，是一种高效的过氧化 氢生产工艺。
带有巯基功能团的树脂的氧化还原反应为：
被氧化
+ 2H+ + 2e SH SH 被还原 S S
△负载有氧化/还原离子的氧化还原树脂 如果交换负载在树脂上的离子具有较强的氧化还原性，就能使树脂成为氧化 还原树脂。 ○比如负载有Cu+的酸性树脂保留了Cu+的还原能力，能将溶于水中的氧还原， 可降至0.1mg/L以下。 ○比如负载有SO32-强碱性树脂具有还原性，而负载有MnO4-的强碱性树脂具 有氧化性，可以分别作为还原剂或氧化剂参与反应。
第二章 离子交换剂
一、离子交换剂
离子交换剂是一种带有可交换离子（阳离子或阴离子）的不溶性固 体，它具有一定的空间网络结构，在与水溶液接触时，就与溶液中 的离子进行交换，即其中可交换离子被溶液中的同符号离子取代。
二、离子交换剂的分类
有机离子 交换剂 固体离子 交换剂 无机离子 交换剂 离子交换膜 合成 离子交换纤维 离子交换树脂 天然 磺化煤 改性淀粉 阳离子树脂 强酸性
等，它起着连接树脂的功能团的作用，具有一定的机械 强度，不易破碎不易溶解。
CH=CH2
O CH2=CH—C—OCH3
苯乙烯
丙烯酸酯
◆交联剂部分：它的作用是将聚苯乙烯或聚丙烯酸的线状高分子结构链
交联起来，使之具有三维空间的结构，这种网状结构成 为树脂的骨架。在网状骨架中有一定大小的孔隙，可以 允许交换的离子自由通过。常用的交联剂为二乙烯苯。