分离原理与技术
相关主题
- 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)。
1. 按功能基团分类 阴离子交换树脂 (anion-exchange resin) ：含有碱性基
团 ( 通常为季胺基 ) ，在溶液中可离解出阴离子。 强碱性阴离子交换树脂：
含 -N(CH3)3OH, -N(CH3)2C2H4OH 等功能基团 弱碱性阴离子交换树脂 :
含 -NH2, -NHR, -NR2 等功能基团
离子交换树脂：一种具有特殊网状结构的高分子化合物 。
5.2 离子交换树脂
5.2 离子交换树脂 5.2.1 离子交换树脂的结构 5.2.2 离子交换树脂的分类与命名 5.2.3 离子交换树脂的物理性能 5.2.4 离子交换树脂的化学性能 5.2.5 离子交换树脂的应用
5.2.1 离子交换树脂的结构
本科生课程
分离原理与技术
第 5 讲（第 5 章）
第 5 章 离子交换分离法
5.1 离子交换分离法及其特点 5.2 离子交换树脂 5.3 离子交换平衡 5.4 离子交换分离实验技术 5.5 离子交换分离法的应用
5.1 离子交换分离法及其特点
1. 离子交换分离法的发展历史
(1) 1850 年，英国农业化学家 H.S.Tompson 和 J.T.Way 发 现离子交换现象
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
2. 按孔型分类 凝胶型树脂
具有均相高分子凝胶结构，颗粒内部由单体聚合成的链 状大分子在交联剂的连接下，组成了空间结构，化学结 构中的空隙称为凝胶孔或化学孔，孔径很小，在 300nm 以下。 大孔型树脂 在制造过程中加入致孔剂，使之形成大量毛细孔，凝胶 骨架被毛细孔道分割成非均相凝胶结构，颗粒内既有凝 胶孔，也有毛细孔，毛细孔孔径较大，在几百纳米至几 百微米。
骨架（载体）
三维网状空间结构，载 体不参与离子交换反应。
功能基团（交换基 团）
离子交换反应位置
固定离子（惰性离 子）
与载体牢固结合，不能 自由移动的离子。
反离子（可交换离
阳离子交换树脂结构模型
5.2.1 离子交换树脂的结构
5.2.1 离子交换树脂的结构
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
测器结合的产物。 国产离子交换树脂（南开大学）。
5.1 离子交换分离法及其特点
2. 离子交换分离法的特点 (1) 选择性高。 树脂种类多、不同树脂对不同离子的选择性不同。 操作条件（淋洗剂等）可调节参数较多 (2) 适用范围广。
从痕量物质到工业用水，从少量样品到工业规模。 (3) 操作简单，成本低。
离子交换分离成为低能耗、高效率的分离技术。
5.1 离子交换分离法及其特点
(4) 20 世纪 60 年代以后，离子交换树脂的合成与离子交换 分离技术取得了突飞猛进的发展
R.Kunin 等合成了一系列大孔离子交换树脂，该类树脂的 多孔结构兼具离子交换和吸附两种功能。
各种载体和功能基化的离子交换树脂层出不穷 高效离子色谱分析法的诞生 离子交换分离柱与电导检
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
阳离子交换树脂（ cation-exchange resin ）：含有酸 性基团（多为羧酸基），在溶液中可离解出阳离子。 强酸性阳离子交换树脂： 功能基为 -SO3H, -CH2SO3H 等强酸基团 中等酸性阳离子交换树脂 : 功能基为 -PO3H2, -PO3H3 , -SO3H2 等中等强度酸基团 弱酸性阳离子交换树脂 : 功能基为 -COOH, -OH, -CH2OH2 等弱酸基团
用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙 ；
土壤也是一种无机离子交换剂； 无机离子交换剂不能在酸性条件下使用。
5.1 离子交换分离法及其特点
(2) 1935 年， B.A.Adams 和 E.L.Holmes 合成离子交换树脂
合成了高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚 苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂；
凝胶型离子交换树脂
大孔型离子交换树脂
离子交换树脂型号图解
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
离子交换树脂产品分类代号 离子交换树脂产品骨架代号
代号 0 1 2 3 4 5 6
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱酸性 螯合性 两性 氧化还原性
代号 0 1 2 3 4 5 6
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
3. 按反离子种类命名
如： R － SO3H R － N(CH3)3OH
H ＋型强酸阳离子交换树脂 OH- 型强碱阴离子交换树脂
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
4. 离子交换树脂的型号
wenku.baidu.com
交联度 数值 凝胶型连接符号 顺序 号 骨架代号 分类代 号
D
顺序号 骨架代号 分类代号 大孔型代号
色谱等多种用于离子性成分分析的色谱方法。
5.2 离子交换树脂
离子交换剂：具有离子交换能力的物质。通常指固体离 子交换剂。
无机离子交换剂：由天然的（粘土、沸石类矿物）或合 成的（合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、杂多酸盐 等）无机化合物构成。
有机离子交换剂：人工合成的带有离子交换功能团的高 分子聚合物，其中应用最为广泛的是离子交换树脂。
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
螯合树脂 功能基为胺羧基 -N(CH2COOH)2 ，能与金属离子生成
六元环螯合物。 氧化还原树脂
功能基具有氧化还原能力，如 -CH2SH ，对苯二酚基等 。 两性树脂
同时具有阴离子交换基团和阳离子交换基团。如同时 具有 -N(CH3)3 ＋和 -COOH 。
这是离子交换分离技术的最重要的里程碑； 二战期间，德国大量合成离子交换树脂，并用于水处理
； 战后 , 英、美、苏、日等国也大力发展离子交换技术。
5.1 离子交换分离法及其特点
(3) 1945 年，美国人 G.F.dAlelio 合成聚苯乙烯阳离子交 换树脂
后来又合成了性能良好的聚苯乙烯系和聚丙烯酸系的离 子交换树脂；
液固两相溶液分开，操作简单。
5.1 离子交换分离法及其特点
3. 几个概念的区别
离子交换分离法：采用离子交换剂的一种分离技术。 色层分离法：采用吸附剂、离子交换剂等各种填料的柱分
离技术。 离子交换色谱法：以离子交换剂作固定相（柱），采用电
导检测技术的分析技术。 离子色谱法：包括离子交换色谱、离子排斥色谱、离子对
团 ( 通常为季胺基 ) ，在溶液中可离解出阴离子。 强碱性阴离子交换树脂：
含 -N(CH3)3OH, -N(CH3)2C2H4OH 等功能基团 弱碱性阴离子交换树脂 :
含 -NH2, -NHR, -NR2 等功能基团
离子交换树脂：一种具有特殊网状结构的高分子化合物 。
5.2 离子交换树脂
5.2 离子交换树脂 5.2.1 离子交换树脂的结构 5.2.2 离子交换树脂的分类与命名 5.2.3 离子交换树脂的物理性能 5.2.4 离子交换树脂的化学性能 5.2.5 离子交换树脂的应用
5.2.1 离子交换树脂的结构
本科生课程
分离原理与技术
第 5 讲（第 5 章）
第 5 章 离子交换分离法
5.1 离子交换分离法及其特点 5.2 离子交换树脂 5.3 离子交换平衡 5.4 离子交换分离实验技术 5.5 离子交换分离法的应用
5.1 离子交换分离法及其特点
1. 离子交换分离法的发展历史
(1) 1850 年，英国农业化学家 H.S.Tompson 和 J.T.Way 发 现离子交换现象
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
2. 按孔型分类 凝胶型树脂
具有均相高分子凝胶结构，颗粒内部由单体聚合成的链 状大分子在交联剂的连接下，组成了空间结构，化学结 构中的空隙称为凝胶孔或化学孔，孔径很小，在 300nm 以下。 大孔型树脂 在制造过程中加入致孔剂，使之形成大量毛细孔，凝胶 骨架被毛细孔道分割成非均相凝胶结构，颗粒内既有凝 胶孔，也有毛细孔，毛细孔孔径较大，在几百纳米至几 百微米。
骨架（载体）
三维网状空间结构，载 体不参与离子交换反应。
功能基团（交换基 团）
离子交换反应位置
固定离子（惰性离 子）
与载体牢固结合，不能 自由移动的离子。
反离子（可交换离
阳离子交换树脂结构模型
5.2.1 离子交换树脂的结构
5.2.1 离子交换树脂的结构
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
测器结合的产物。 国产离子交换树脂（南开大学）。
5.1 离子交换分离法及其特点
2. 离子交换分离法的特点 (1) 选择性高。 树脂种类多、不同树脂对不同离子的选择性不同。 操作条件（淋洗剂等）可调节参数较多 (2) 适用范围广。
从痕量物质到工业用水，从少量样品到工业规模。 (3) 操作简单，成本低。
离子交换分离成为低能耗、高效率的分离技术。
5.1 离子交换分离法及其特点
(4) 20 世纪 60 年代以后，离子交换树脂的合成与离子交换 分离技术取得了突飞猛进的发展
R.Kunin 等合成了一系列大孔离子交换树脂，该类树脂的 多孔结构兼具离子交换和吸附两种功能。
各种载体和功能基化的离子交换树脂层出不穷 高效离子色谱分析法的诞生 离子交换分离柱与电导检
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
阳离子交换树脂（ cation-exchange resin ）：含有酸 性基团（多为羧酸基），在溶液中可离解出阳离子。 强酸性阳离子交换树脂： 功能基为 -SO3H, -CH2SO3H 等强酸基团 中等酸性阳离子交换树脂 : 功能基为 -PO3H2, -PO3H3 , -SO3H2 等中等强度酸基团 弱酸性阳离子交换树脂 : 功能基为 -COOH, -OH, -CH2OH2 等弱酸基团
用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙 ；
土壤也是一种无机离子交换剂； 无机离子交换剂不能在酸性条件下使用。
5.1 离子交换分离法及其特点
(2) 1935 年， B.A.Adams 和 E.L.Holmes 合成离子交换树脂
合成了高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚 苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂；
凝胶型离子交换树脂
大孔型离子交换树脂
离子交换树脂型号图解
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
离子交换树脂产品分类代号 离子交换树脂产品骨架代号
代号 0 1 2 3 4 5 6
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱酸性 螯合性 两性 氧化还原性
代号 0 1 2 3 4 5 6
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
3. 按反离子种类命名
如： R － SO3H R － N(CH3)3OH
H ＋型强酸阳离子交换树脂 OH- 型强碱阴离子交换树脂
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
4. 离子交换树脂的型号
wenku.baidu.com
交联度 数值 凝胶型连接符号 顺序 号 骨架代号 分类代 号
D
顺序号 骨架代号 分类代号 大孔型代号
色谱等多种用于离子性成分分析的色谱方法。
5.2 离子交换树脂
离子交换剂：具有离子交换能力的物质。通常指固体离 子交换剂。
无机离子交换剂：由天然的（粘土、沸石类矿物）或合 成的（合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、杂多酸盐 等）无机化合物构成。
有机离子交换剂：人工合成的带有离子交换功能团的高 分子聚合物，其中应用最为广泛的是离子交换树脂。
5.2.2 离子交换树脂的分类与命名
螯合树脂 功能基为胺羧基 -N(CH2COOH)2 ，能与金属离子生成
六元环螯合物。 氧化还原树脂
功能基具有氧化还原能力，如 -CH2SH ，对苯二酚基等 。 两性树脂
同时具有阴离子交换基团和阳离子交换基团。如同时 具有 -N(CH3)3 ＋和 -COOH 。
这是离子交换分离技术的最重要的里程碑； 二战期间，德国大量合成离子交换树脂，并用于水处理
； 战后 , 英、美、苏、日等国也大力发展离子交换技术。
5.1 离子交换分离法及其特点
(3) 1945 年，美国人 G.F.dAlelio 合成聚苯乙烯阳离子交 换树脂
后来又合成了性能良好的聚苯乙烯系和聚丙烯酸系的离 子交换树脂；
液固两相溶液分开，操作简单。
5.1 离子交换分离法及其特点
3. 几个概念的区别
离子交换分离法：采用离子交换剂的一种分离技术。 色层分离法：采用吸附剂、离子交换剂等各种填料的柱分
离技术。 离子交换色谱法：以离子交换剂作固定相（柱），采用电
导检测技术的分析技术。 离子色谱法：包括离子交换色谱、离子排斥色谱、离子对