离子交换分离法
4 离子交换
二阶对一阶离子交换反应通式为：
2RA B2 R2 B 2 A
其离子交换选择系数为
K
B* A
[ R 2 B][ [RA]2[
A ]2 B2 ]
y (1 y)2
. (1 x)2 x
E C
0 0
.K
B A
式中
K
B* A
—表观选择性系数；
✓ 按设备的功能分为：阳离子交换器、阴离子交换器和混
合比离子交换器
✓ 固定床离子交换器间歇工作过程
1. 离子交换过程
在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真 正工作的只有交换区内树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、 离子种类和浓度以及工作条件。
从交换带来讲， 要经历两个阶段： 1）形成阶段； 2）下移阶段。
Na+
Na+
OH Na+
CO+lH--++OOH+H－Cl-+ +
ClOH
－
OH-Cl- Na+
交换前
交换达到平衡后
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
阳离子交换树脂的强弱顺序：
R—SO3H＞R—CH2SO3H＞R—PO3H2＞R—COOH＞R—OH 磺酸基 次甲基磺酸基 磷酸基 羧酸基 酚基
1.非中性盐的分解反应：
R(COOH)2+Ca(HCO3)2 → R(COO)2Ca+2H2CO3 R=NH2OH+NH4CL → R=NH2CL+ NH4OH
2.强酸或强碱的中和反应：
样品处理分离技术—离子交换分离法(分析制样技术课件)
单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一股用百分数表示。 树脂产品固有的性质之一。
分析制样技术
因素
类别
结构
酸碱性
交联度
交换容量
离子形态
01 物理性质
分析制样技术
链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等
含水量
树脂含水量的变化反映出树脂内在质量的变化
01 物理性质
分析制样技术
(3)溶胀性
结 构
（2)
与网络骨架以共价键相连的活性基团，不能自由移动 （通常用M表示）
（3)
与活性基团以离子键联结的可移动的活性离子 (即可交换离子，如H+、OH-等)
离子交换树脂的结构
与酸、碱、某 些有机溶剂和 单体 一般弱氧化物 都不起作用， 对热也较稳定。
网状结构的高分子聚合物
聚苯乙烯型树脂
交联剂
骨架
H
H
H
H
H
H
离子交换过程
03 步骤3：加入料液进行离子交换
分析制样技术
C0 C0 C0 C0 C0
○ 未交换
A BCDE
C
C0
c
f
e
d
+ 未交换
0
abc
h
V
交换柱中离子浓度分布规律和流出液中离子浓度变化曲线
04
步骤4：洗涤
研磨、过筛 使粒度符合要求。
树脂粒度不足时
浸泡 使树脂充分溶胀。
减少杂质。 净化
01 步骤1：树脂预处理
分析制样技术
新树脂
去离子水浸泡24小时
倾去水后洗至澄清
去离子水洗涤至中性
3~5mol/L的盐酸溶液浸泡24~48小时
第六节 离子交换分离法
五、大孔吸附树脂
大孔吸附树脂是不带交换基团的多孔 性树脂骨架。吸附树脂对许多有机物有吸 附作用。树脂的吸附作用一般随被吸附分 子的疏水性而增加。能吸附那些不溶于水 而易溶于醇类、丙酮等有机溶剂的极性分 子，如苯酚、含氯农药等。这种吸附作用 较弱，只要改变体系的亲水——疏水平衡 条件，就可以吸附或解吸。
1阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂对金属离子的亲和力随离子价数的增加而增大如???????nacaalth234当离子价数相同时亲和力随水合离子半径的减小而变大?????4??????????agcsrbknhnahli???????????????222222222bacacdcucoznmguo???????3233alprcela弱酸性阳离子交换树脂对h的亲和力比其它金属离子都大其它阳离子的亲和力顺序与强酸型阳离子交换树脂相似
K[R ([ M SnO ]3w [)R nM n S ]rO 3e sH i]n n r[eH si]n n w
在一定条件下，K值的大小表示树脂对Mn+ 交换能力的强弱，又称为树脂对离子的亲 和力或树脂对离子的选择性系数（Mn+对 H+）。亲和力越大，越容易交换。亲和力 的大小与离子的性质及溶液的组成有关。
1. 亲和力大小与离子性质的关系
亲和能力与水合离子的半径、电荷及 离子的极化程度有关。水合离子半径越小、 电荷越高、离子的极化程度越大，其亲和 力越大。
例如 Li+、Na+、K+ 水合离子的电荷相同， 但它们的水合离子半径依次减小，因此， 树脂对它们的亲和能力依次增强。实验证 明：在常温下，较稀的溶液（＜0.1mol/L） 中，树脂对不同离子的亲和力大致有如下 的顺序：
S O 3H
S O 3H
离子交换分离法
第四节离子交换分离法离子交换法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行分离的方法。
其实质是：使离子交换亲和力差别很小的待测组分在反复的交换洗脱过程中得到放大，从而在宏观上造成它们在交换柱中迁移速度上的差别, 使之分离。
它既可分离不同电荷的离子，也可分离相同电荷的离子。
一、离子交换树脂：离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有网状结构的骨架，在这种网状结构的骨架上有许多可被交换的基团，根据被交换的活性基团不同，一般把树脂分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
二、阳离子交换树脂：( 又称H —型阳离子交换树脂)活性基团为酸性基团，其中的阳离子可被溶液中的阳离子所交换。
若活性基团为强酸性的—SO3H ，则为强酸性阳离子交换树脂。
若活性基团为弱酸性的—COOH 或—OH ，则为弱酸性阳离子交换树脂。
R—SO3H 在酸性、中性、碱性溶液中都可以用。
交换速度快，弱酸性树脂对氢离子亲和力大，在酸性溶液中不宜使用。
强碱性阴离子交换树脂( 如国产717 树脂，R —N(CH3)3Cl) ：在酸中、碱性溶液中都能使用。
对强、弱酸根都能交换，应用广。
弱碱性阴离子( 如国产701 树脂，R—NH2) ：对的亲和力大，在碱性溶液中，失去交换能力，应用较少。
四、螯合树脂：在离子交换树脂中引入某些能与螯合的活性基团。
如含有氨基二乙酸基团的树脂，由该基团与的反应特性，它可对作用。
因此，可根据需要，有目的合成一些新的螯合树脂，以解决某些性质相似离子的分离与富集问题。
五、离子交换分离操作：1 ．树脂的处理：市售树脂往往颗粒大小不均匀，或粒度不合要求，且含杂质，需经处理。
处理过程：晾干——研磨——过筛（40 ～70 目）————HCl 浸泡（4 ～6mol? l HCl 浸泡1 ～2 天，除杂，如)————————————洗涤至中性，浸泡于蒸馏水中备用。
此时，阳离子树脂已处理为H 型，阳离子树脂已处理为Cl 型。
2 ．装柱，一般先装入1/3 体积的蒸馏水，然后树脂从顶端缓缓加入让其在柱内均匀、自由沉降，使树脂均匀一致。
离子交换分离法
四、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发生交换反应而使离子分离的方法。
离子交换分离法分离效果好，交换容量大，设备简单，不仅是分析化学中的常用分离方法，也是工业生产中的常用提纯方法。
凡具有离子交换能力的物质均可称为离子交换剂。
天然的离子交换剂有粘土、沸石、淀粉、纤维素、蛋白质等，但目前更多使用的是合成的离子交换树脂。
离子交换树脂是带有活性基团的高分子聚合物，通常制成颗粒状球使用，其内部骨架部分呈网状结构，上面分布着大量的可交换基团。
例如，聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂就是苯乙烯和二乙烯苯聚合后磺化制得的聚合物。
在树脂的庞大结构中碳链和苯环组成了树脂的骨架，它具有可伸缩性的网状结构，其上的磺酸基是活性基团。
当这种树脂浸沦于溶液中时－SO3H的H＋与溶液中阳离子进行交换。
在苯乙烯和二乙烯苯聚合成具有网状骨架结构树脂小球中，二乙烯苯在苯乙烯长链之间起到"交联"作用。
因此，二乙烯苯称为交联剂。
通过磺化，在树脂的网状结构上引入许多活性离子交换基团----磺酸基团。
磺酸根固定在树脂的骨架上，称为固定离子，而氢离子可被交换，称为交换离子。
1. 离子交换剂的种类和性质（1）离子交换树脂阳离子交换树脂：a. 强酸型：活性基团-SO3H，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。
b. 弱酸型：活性基团-COOH，-OH，在中性、碱性中使用。
阴离子交换树脂：a. 强碱型：活性基团为季胺基[-N(CH3)3Cl]，在酸性、中性和碱性溶液中都能使用。
b. 弱碱型：活性基团为伯、仲、叔胺基，在中性和酸性中使用。
（2）特殊树脂a. 螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以某些金属离子形成螯合物，在交换过程中能选择性地交换某些离子。
例如，氨羧基－[N(CH2COOH)2]螯合树脂b. 大孔树脂这类树脂具有大的孔径，可用于大分子的分离、富集.c. 纤维离子交换剂纤维离子交换剂是天然纤维素经化学改性而成。
离子交换分离法
nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+
交换达到平衡：
K
M nH
[ M ]r [ H ] s n [ M ] s [ H ]r
n
[M]r、[H]r— 平衡时，Mn+、H+在树脂相中浓度 （mmol/g) [M]s、[H]s— 平衡时，Mn+、H+在水溶液中浓度 （mmol/mL)
在一定条件下，平衡常数K值的大小表示树 脂对Mn+的吸附能力的强弱，即树脂对离子亲和 力的大小。 n+的亲和力大于树脂对H+的 M : 表示树脂对 M KnH 1 亲和力；即Mn+比较牢固的结合在树脂上。
2、树脂网状上的固定离子不能透过膜，而平衡 离子则可以通过膜进行扩散。 3、由于树脂中的固定离子的存在，使能通过膜 的可交换离子在膜的两边处于不均匀的平衡状 态。
聚苯乙烯型磺酸基Na型阳离子交换树脂，树 脂的骨架为聚苯乙烯聚合的长碳链由二乙烯苯交 联起来的网状结构，活性基团是 磺酸基阳离子
（—SO3Na），固定离子： —SO3- ，平衡离子：
§4.1 概述
一、离子交换分离法：
利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换 反应进行分离的方法。
二、 特点
优点：分离效率高，设备简单，操作不复杂， 树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。
缺点：分离周期长，耗时过多。
三、发展史
§4.2
离子交换剂
一、离子交换树脂的结构性能和作用 二、离子交换树脂的种类
3. 强碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：F-＜ OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜Cl-＜NO2-＜CN＜Br-＜CrO42-＜NO3-＜HSO4-＜I-＜CrO4-＜ SO42-＜柠檬酸根。
第六章离子交换分离技术
第六章离子交换分离技术1.离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂通过静电引力吸附在离子交换器上，然后用洗脱剂洗脱下来从而达到分离、浓缩、纯化的目的。
现已广泛应用于生物分离过程在原料液脱色、除臭、目标产物的提取，浓缩和粗分离等方面发挥着重要作用。
2.离子交换法要使用离子交换剂，常用的离子交换剂有两种：使用人工高聚物作载体的离子交换树脂是使用多糖做载体的多糖基离子交换剂3.离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。
4.离子交换树脂的构成：载体或骨架：功能基团；平衡离子或可交换离子5.离子交换反应是可逆的，符合质量作用定律6.离子交换树脂按照活性离子的分类树脂活性离子带正电荷，可与溶液中的阳离子发生交换，称为阳离子交换树脂树脂活性离子带负电荷，可以溶液中的阴离子发生交换，称为阴离子离子交换树脂7.离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附（进行吸附时具有较强的结合力）和分步洗脱这两个过程来实现8.强酸性阳离子交换树脂洗脱顺序：酸性<中性<碱性9.离子交换树脂的分类方法有4种按树脂骨架的主要成分分：聚苯乙烯型树脂；聚苯烯酸型树脂；多乙烯多氨-环氧氯苯烷树脂；酚-醛型树脂；按骨架的物理结构来分：凝胶型树脂（微孔树脂，呈透明状态，高分子骨架）；大网格树脂（大树树脂，填充剂）；均孔树脂（等孔树脂）；按活性基团分类：阳离子交换树脂，对阳离子具有交换能力强酸性阳离子交换树脂：活性基团为硫酸基团（-SO3H）和次甲酸磺酸基团（-CH2SO3H）。
都是强酸性基团能在溶液中解离出H+。
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团由羧基（-COOH）和酚羟基（-OH），交换能力差。
阴离子交换树脂：活性基团为碱性，对阴离子具有交换能力强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团（-NR3OH），能在水中解离出OH-而呈碱性弱碱性阴离子交换树脂：伯氨基（-NH2）仲氨基（-NHR）或叔氨基（-NR2），能在水中解离出OH-，但解离能力较弱，交换能力差以上4种树脂是树脂的基本类型，各种树脂的强弱最好用其活性基团的pK来表示11.大孔型离子交换树脂的特点载体骨架交联度高，有较好的化学和物理稳定性和机械强度孔径大表面积大，表面吸附强孔隙率大，密度小12.离子交换树脂的命名由3位阿拉伯数字组成：第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架，第三位数字微顺序号13.离子交换树脂的理化性能：交联度；交换容量；粒度和形状（色谱用50到100目树脂，一般提取纯化用20到60目树脂）；滴定曲线（是检验和测定离子交换树脂性能的重要数据）；稳定性；膨胀性（膨胀度）14.交换容量（名解）：是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数。
离子交换分离法
四. 干扰组分的分离
（1） 重量法测定硫酸根： 当有大量Fe3+存在时，产生严重的共沉淀现象，而 影响测定。用阳离子交换树脂消除Fe3+的干扰，测定流 出液中HSO4- 。 （2 ）比色法测定钢铁中的Al3+或铸铁中Mg2+： 大量Fe3+干扰测定。可将试样溶解于9M的HCl溶液中， 使Fe3+以FeCl42-形式存在，然后以阴离子交换树脂消除 Fe3+ 的干扰，测定流出液中Al3+和Mg2+ . （3） 碱滴定法测定硼镁矿中的硼使用阳离子交换树脂 消除矿石中阳离子的干扰，测定流出液中H3BO3。 26
交换基为酸性， 交换基为酸性，H+ 与阳离子交换
强酸型 弱酸型
阴离子交换树脂
交换基为碱性， 交换基为碱性，阴离 子发生交换
强碱型 弱碱型
螯合树脂 两性交换树脂
含有特殊螯合基团的树脂 电子交换树脂， 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
7
强碱型阴离子树脂
弱酸型阳离子树脂
弱碱型阴离子树脂
8
交联度与交换容量
32
阴离子交换树脂 阳离子交换树脂 颗粒粗(目数小) 颗粒细(目数大)
（2）预处理 晾干 —— 研磨——过筛——浸泡/转型
水浸泡（1—2d）—— 2—3倍 2mol/L HCl浸泡（ 1—2d）—— 水洗至中性—— 得H+阳离子交换树脂或Cl-阴离子交换树脂
也可依需要用NaCl，NaOH，NH4Cl或 Na2SO4等浸泡，使之转为相应的类型。
特点： 特点：
（1）分离效率高 能用于带相反电荷离子分离， 能用于带相反电荷离子分离，又能用于带相同 电荷及性质相近离子的分离 （2）应用广 既可用于分离，又可用于富集， 既可用于分离，又可用于富集，还可用高纯物 制备及蛋白质、核酸、 制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化 （3）分离过程周期长、耗时多 分离过程周期长、 所以仅用于解决分析中较困难的分离问题
第六章离子交换分离法
第六章离子交换分离法一、本章的教学目的与要求了解离子交换分离法的原理及应用二、授课主要内容§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类1.离子交换树脂的性能和作用2.离子交换树脂的分类§6—2 离子交换的基本理论§6-3 离子交换分离操作方法1．离子交换树脂选择2．树脂的处理市售的树脂，其粒度往往不均匀或粒度太小或不符合要求，或含有杂质，使3．仪器装置§6—4 柱上离子交换分离法§6—5 离子交换分离实例1、去离子水的制备2、试样中总盐量的测定3、干扰组分的分离4、痕量组分的富集§6—6 离子交换层析法一．原理：二．分离条件的选择三．应用示例三、重点、难点及对学生的要求掌握离子交换分离法的原理及分离条件的选择四、主要外语词汇ion change resin; cation resin; anion resin五、辅助教学情况（多媒体课件）六、复习思考题习题：1、离子交换树脂的作用、性能和分类2、子交换树脂的分类3、离子交换树脂选择如何利用离子交换树脂进行去离子水的制备、试样中总盐量的测定、干扰组分的分离、痕量组分的富集4、什么是树脂的交联度？如何表示？七、参考教材references《工业分析》机械工业出版社、重庆大学出版社，1997年，第一版《分离及复杂物质分析》邵令娴编，化学工业出版社，1984年，第一版第六章离子交换分离法沸泡石软化水，Ca2++2Na+Z═2Na++Ca2+Z2 (1905年)，用亚硫酸钠处理过的纸浆纤维上结合了磺酸基团而具有交换能力。
§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类一、离子交换树脂的性能和作用离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有网状结构的骨架部分，树脂骨架十分稳定，对酸碱有机溶剂及一般弱的氧化剂不起作用，对热稳定，骨架上结合着许多可以交换的基团，如－SO3H、－COOH、季胺基、≡NOH等。
如聚苯乙烯酸基阳离子交换树脂，用苯乙烯和二乙烯基苯所得的聚合物经硫酸磺化制得。
《离子交换分离法》课件
化学键合法
将具有特定功能的有机物通过化学 键合作用固定在载体上，制备成具 有特定功能的离子交换剂。
离子交换剂的性能指标
交换容量
指单位质量的离子交换剂所 能交换离子的量，是衡量离 子交换剂性能的重要指标之 一。
在食品工业中的应用
食品添加剂生产
离子交换分离法可用于生 产食品添加剂，如柠檬酸 、苹果酸等，提高产品质 量和纯度。
果汁和乳制品加工
在果汁和乳制品加工过程 中，离子交换分离法可用 于去除杂质离子，提高产 品的口感和品质。
食品包装材料处理
离子交换分离法可用于食 品包装材料的处理，去除 其中的有害物质，提高食 品安全。
《离子交换分离法 》ppt课件
目 录
• 离子交换分离法简介 • 离子交换剂 • 离子交换分离法的基本操作 • 离子交换分离法的应用实例 • 离子交换分离法的优缺点及发展前景
01
CATALOGUE
离子交换分离法简介
离子交换分离法的定义
离子交换分离法是一种利用离子交换 剂与溶液中的离子进行可逆交换，从 而实现离子或离子的混合物分离的方 法。
选择性
指离子交换剂对不同离子的 选择性差异，通常用某一离 子的交换容量与另一离子的 交换容量的比值来表示。
平衡速度
指离子交换剂与溶液中的离 子达到平衡状态所需的时间 ，是衡量离子交换剂性能的 重要指标之一。
再生性能
指离子交换剂在使用过程中 经过多次再生后性能的保持 能力，是衡量离子交换剂性 能的重要指标之一。
05
CATALOGUE
离子交换分离法的优缺点及发展前景
§13-4 离子交换分离法
§13-4 离子交换分离法 四.离子交换分离操作
（五）树脂再生
树脂再生：将树脂恢复到交换前的形式．这个过程称为 树脂再生。有时洗脱过程就是再生过程。阳离子交换树 脂可用3mol/L盐 酸处理，将其转化为H+型；阴离于交换树脂可用l mol/L 氢氧化钠处理，将其转化成OH-型备用。
§13-4 离子交换分离法 五.离子交换分离法的应用
§13-4 离子交换分离法 二.离子交换剂的种类和性质
（一）离子交换剂的种类
1.凝胶树脂
遇水溶胀，水分子进入树脂的内部，产生孔 隙。内部孔径平均为20A—40A，适用于离子半径<10A的 无机离子化合物。树脂干燥后失去交换能力（无孔状态）， 必须在水中溶胀后使用。不适用于油类物质。
2.大孔树脂
树脂内部有永久微孔，无论是湿态或干态。 比凝胶树脂有更多、更大的孔道，表面积大，离子容易迁 移扩散，富集速度快。孔径平均为200A—1000A，适用于 无机、有机离子，特别适用于大分子物质的分离。可以应 用于水体系和非水体系。不需溶胀的情况下可以使用。耐 氧化、耐磨、耐冷热变化，具有较高的稳定性。
§13-4 离子交换分离法 二.离子交换剂的种类和性质
（一）离子交换剂的种类
3.阳离子交换树脂 n R一SO3H + Mn+＝(R一SO3 ) nM +n H + 适用于酸性、中性和碱性溶液
n R一COOH + Mn+＝(R一COO ) nM + nH +
弱酸性阳离子交换树脂对H+离子的亲合能力强，不适用于强酸 溶液，但同时易用酸洗脱,选择性高，适用于强度不同的有机碱。
d．稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小。 La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+ ＞Tb3+ ＞Dy3+＞Y3+＞Ho3+ ＞Er3+＞Tm3+ ＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+ 弱酸型：H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型。
离子交换分离方法ppt
强碱性阴离子交换树脂（强碱阴#717）
弱碱性阴离子交换树脂（弱碱阴#704 ） 混合型阴离子交换树脂（Pumutitu A）
交换树脂的 孔型差异
活泼基团的 碱性强弱
2.3 离子交换树脂的命名
1977年我国颁布的规范化命名法规定离子交换树脂的型号由3位阿拉伯数字组
成，第一个数字代表产品的分类，第二个数字代表骨架，第三个数字为顺序
孔径极小
比表面积大，化学稳 凝胶型树脂 定性和力学性能较好， 吸附容量大易再生
大孔型树脂
离 子 交 换 树 脂
电离程度大，不受 强酸性阳离子交换树脂（强酸阳 1号） 溶液pH变化的影 电离程度受 影响大， 弱酸性阳离子交换树脂（弱酸阳 101） 响。pH pH1~14 都能 交换能力随pH的下降而 进行离子交换。 混合型阳离子交换树脂（强酸 42号）
活性离子：功能基团所带的相反电荷的可交换离子（可自由移动）
离子交换树脂通过交换和再生可以反复使用。
2.2 离子交换树脂分类
活泼基团性质 的不同 阳离子交换树脂 （含酸性基团 —SO3H等） 阴离子交换树脂 （含碱性基团 季铵基团等） 活泼基团的酸 性强弱
电离程度大，不受 溶液pH变化的影 电离程度受 pH影响大，交 响。 pH1~14 都能 换能力随pH的下降而降低， 进行离子交换。 随pH的升高而增强。
离子交换
离子交换概念：
离子交换分离是利用带有可交换离子（阴离子或阳离子）的不溶性 使溶液得以分
离的单元操作。
例如: R—H + Na+ ↔ R—Na + H+ 或 R—OH + Cl- ↔ R—Cl + OH离子交换分离法：以合成的离子交换树脂作为离子交换剂，溶液中的
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2．离子交换树脂的分类（2）
最常用的分类是依据树脂离子交换功 能团分。主要可分为：
（1）强酸性阳离子交换树脂 （2）弱酸性阳离子交换树脂 （3）强碱性阴离子交换树脂 （4）弱碱性阴离子交换树脂
几种离子交换树脂（1）
类型 结构
强酸型 交联的聚 苯乙烯
活性机团 使用pH值 商品号
－SO3H 0~14 （磺酸基）
含水量的大小取决于亲水基团的多少 及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂，交 联度对含水量的影响比较大。
3．密度
真体积V真 质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观 察排开水的量，即得到树脂的真体积V真。
视体积V视 将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积 达极小，得树脂空间体积，即为视体积V视。
湿视密度d视：树脂的湿视密度d视=w1/ V视 湿真密度： d视=w1/ V真
2 回收 号 CrO42柱
（H型）
废水
H2O
NaOH 再生剂
回收 H2CrO4
再生水
H2SO4 再生剂
ห้องสมุดไป่ตู้
1，2号柱再生剂都是5%的H2SO4，阴离子交换柱再生剂是10%的NaOH 图6-4 废水中铬酸回收流程示意图
3．氨基酸的分离
采用交换树脂为Dowo×50,柱长100cm，柱径 0.9cm，Na+型树脂淋洗剂采用pH值逐步提高的柠 檬酸钠缓冲液。
特殊作用的离子交 换剂
● 萃淋树脂—一种含有液态萃取剂的 树脂,如TBP（磷酸三丁酯）萃淋树脂， 可用于处理工业废水中的六价铬离子 等。
● 氧化还原树脂，纤维交换剂等。
（三） 离子交换树脂的物理性能
1．粒度
①有效粒径是指筛分树脂时，10% 体积的树脂颗粒通过，而90%体积的树 脂颗粒保留的筛孔直径。
称为交联剂。
交联度：交联剂在树脂单体总量中所占质量分数 称为交联度。一般交联度为4—14，常见为8。 其中交联度的影响有：
（1）网状结构的紧密度 （2）孔径大小
（3）交换速度
（4）选择性
2．离子交换树脂的分类（1）
① 按物理结构分类： 凝胶型（孔径为5nm); 大孔型（孔径为20—100nm); ② 按合成的树脂所用原料单体分类： 苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、 乙烯吡啶系。
（二）离子交换剂
• 离子交换剂可分为无机和有机两大类， 目前用的最多的是人工合成的有机高分 子聚合物的离子交换剂——离子交换树 脂。
1．离子交换树脂的结构（1）
离子交换树脂的结构可分为骨架（基体） 以及离子交换功能团，其中骨架是立体网状结 构的高分子聚合物。目前最常用的离子交换树 脂是苯乙烯—二乙烯苯的聚合物，示意图为：
②均一系数是指能通过60%体积树 脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂 的筛孔直径之比。均一系数越接近1，表 明树脂颗粒越均匀。在文献上常常见到 用筛目数表示树脂粒度。
2．含水量
定义：树脂颗粒在水中吸收水分达到 平衡后用离心法在规定转速和时间内除 去外部水分，得到含平衡水的湿树脂， 然后105oC烘干，比较烘干前后的重量， 即得到平衡含量占湿树脂的重量百分数， 这就是含水量。
• 装样交换：装样前，柱要预饱和。
cH+=c0
x
1.0 c/c0
0.5
穿透体积
cH+=0 H+
0 c/c0 1.0
Na+
图5-1 H+与Na+发生交换示意图
0
ab
流出体积
图5-2 离子交换柱的穿透曲线
3．洗 脱
洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中
分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱的溶液， 使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更 强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。
（四）离子交换树脂的化学特性
1．酸碱性
离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出 H+或OH–能力的不同表示它们的酸碱性。图中 表示各种类型树脂的滴定曲线。不同类型离子 交换树脂的有效PH范围。
14 12
D（强碱）A（强酸）
B（弱酸） C（中等酸）
树脂类型
PH
10
强酸性
4-14
8 6
弱酸性
6-14
4
2
Resin-N(CH3)+ 3OHˉ+ Clˉ
=
N(CH3)
+ 3
Clˉ
+ OHˉ
Resin-N(CH3)
+ 3
Clˉ
+
OHˉ
=
N(CH3)
+ 3
OHˉ
+
Clˉ
●阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与
阴离子交换。
（五）离子交换实验技术
1．树脂的选择及其处理
交换对象 吸附性
无机阳离子或 有机碱阳离子 无机阴离子或 有机酸阴离子
三、离子交换分离法
内容
（一）离子交换分离法概述 （二）离子交换剂 （三）离子交换树脂的物理性能 （四）离子交换树脂的化学特性 （五） 离子交换实验技术 （六） 应用
（一）离子交换分离法概述
1．定义及原理
① 定义 离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液 中的离子之间所发生的交换反应进行分离 的方法。 ② 原理 离子交换分离法是基于物质在固相与液相 之间的分配。
4
8
≥5
6
11
3-5
4
7
3-5
3.5
6.5 1.5-2.5
2.5
5
1.5-2.5
树脂
1 1 1 1
1 1
1 1 1 1 1
表5-1 各种再生剂的浓度和用量
树脂的再生（2）
树脂 要转换 类型 的形式
再生剂
再生剂浓度% 用量比（以mol计）
约相当于 约相当于 1mol/L 2mol/L
再生剂
树脂
弱 OH型 NaCl
0.5mol/L
NaNO3
Cl-
浓 度
Br-
2mol/L NaNO3 I-
0 40 80 120 160 200 240 280 320 体积/mL 图5-3 Cl-，Br-和I-的分步淋洗
4．树脂的再生
树脂 类型 弱 酸 性
弱 碱 性
要转换 的形式
H型 H型 Na型 Na型 H型 H型 Na型 OH型 Cl型 Cl型 SO4型 SO4型
特殊作用的离子交 换剂
● 螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以 有选择性地与某些金属离子进行交换。如： 国产 #401型是属于氨羧基［－N （CH2COOH）2］
● 大孔树脂：比一般的树脂有更多、更大 的孔道,比表面积大，离子容易迁移扩散, 富集速度快,耐氧化、耐磨、耐冷热变化 等,具有较高的稳定性。
4
酸 性
盐 型
同Ⅰ型
-
8
3-4
1
-
-
-
游离碱 NaOH
4
弱 游离碱 NH4OH
1
碱 游离碱 NaCO3
5
性 Cl型 HCl
4
SO4型 H2SO4 2.5
8
1.5-2 1
2
1.5-2 1
-
0.75-2 1
7
2-3
1
5
1-1.5 1
表5-1 各种再生剂的浓度和用量（续上表）
（六）应 用
各种型号的净水装置
E（弱碱）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
强碱性
1-12
弱碱性
0-7
不同类型离子交换树脂的
各种类型离子交换树脂的滴定曲线
有效PH范围
2．交换容量及化学稳定性
•定义： 每克干树脂能交换离子的物质的量，以mmol （毫摩尔）为单位。
总交换容量或称全交换容量、极限交换容 量、最大交换容量。它是由树脂中功能基含 量所决定的。交换容量应注明树脂的离子形 态。如R–SO3H，交换容量为5.2mmol/g（干 树脂），转化成Na型即R–SO3Na，交换容量 为4.67mmol/g（干树脂）
国产 #732
Amberlite1R120(美) Dowex 50(美) Zerolit225(英) 神胶1号（日）
弱酸型 聚丙烯酸
－COOH 不能小4 （羧基）
－OH
不能小于
（酚羟基） 9.5
国产 #724
几种离子交换树脂（2）
类型 结构
活性基团
强碱型 交联的 －N（CH3）3Cl 聚苯乙烯 （磺酸基）
Glu
• 解：根据交换容量的概念及测定数据可得：
交换容量 200.00 0.1242 — 40.1010 48.00 5.45mmol / g
1.000
一般离子交换树脂的交换容量约为3～6mmol/g
5．离子交换剂的交换反应
阳离子交换反应：
Resin-SO3H + Na+ = Resin-SO3 Na + H+ Resin-SO3Na + H+ = Resin-SO3 H + Na+ 阴离子交换反应：
（其中Asp天冬氨酸，Thr苏氨酸，Ser丝氨酸，Glu 谷氨酸，Pro脯氨酸，Gly甘氨酸，Ala丙氨酸， Cys-Cys胱氨酸，Val缬氨酸，Met蛋氨酸，Ile异亮 氨酸，Leu亮氨酸，Tyr酪氨酸，Phe苯丙氨酸，His 组氨酸，Lys赖氨酸，Arg精氨酸。）
氨基酸分离的淋洗曲线
0.75 Asp Thr
再生剂
HCl H2SO4 NaCl NaOH HCl H2SO4 NaOH NaOH NaCl HCl Na2SO4 H2SO4
再生剂浓度% 用量比（以mol计）
约相当于 约相当于 1mol/L 2mol/L
再生剂