离子交换分离法

• 交换容量与始漏量：交换柱的总交换容量大于始漏量。（由于达到始漏 点时，柱上还有未交换的树脂）。
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离子交换分离法 / 交换过程
• 交界层：部分被交换的 树脂层称为交界层
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离子交换分离法 / 洗涤过程
• 洗涤过程： 将离子交换树脂柱上的残留试液（包括未与树脂发生交换 作用的物质）及被树脂交换出的离子洗去的过程。
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。
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离子交换分离法 / 离子交换色谱法
• 强碱型常见阴离子的亲和力顺序为： F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO- ＜C1- ＜NO2-＜CN-＜Br-＜C2O42＜ NO3-＜HSO42-＜I-＜CNS -＜ClO4-
3. 装柱
L：10—30cm。i.d：1cm 细长的柱子比粗短的柱子分离效果好
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离子交换分离法离子交换树脂柱
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离子交换分离法 / 交换过程
• 交换过程：将欲分离的试液缓慢注入交换柱内，并以一定的流速由上向 下流经柱子进行交换。
• 始漏量：随着试液不断地流经柱子，交换了的树脂层越来越厚，继续加 试液于交换柱中，则流出液中开始出现末被交换的离子．此时交换过程 达到了“始漏点”，被交换到柱上的离子的量(mmol)称为该交换柱在此 条件下的“始漏量”。
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离子交换分离法/ 操作方法
树脂的选择、预处理和装柱
1. 树脂的选择 树脂的种类、粒度（80—100目）
2. 树脂的预处理
晾干研磨、过筛 水浸泡溶胀（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 （可以继续使用NaCl或NH4Cl溶液处理）
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
• 阴离子交换树脂
•
R-N(CH3
)
3+OH
+NO3-
===
R-N(CH3
)
+ 3
NO3
+
OH -
• R—NH2+H2O=== R—NH3+OH- + H + • R—NH3+OH- +SO42- === (R—NH3+ ) 2SO4 + OH -
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
• 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
• 几种离子同时被交换在柱上，洗脱过程也就是分 离过程： 亲和力小的离子先被洗脱而亲和力最大的离子后 被洗脱。
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离子交换分离法 / 洗脱(淋洗)过程
• V1：开始流出被交 换上离子的洗脱液 体积。
• V2：流出的洗脱液 中检测不到被交换 离子的洗脱液体积
阳离子交换树脂，
常用 HCI 溶液作为
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
• 离子交换剂的种类
• 无机离子交换剂： （1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄 （2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物
• 有机离子交换剂：
（1）有网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交 换作用的活性基团
（2）难溶于水、酸和碱，对有机溶剂、氧化剂、还 原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性。对热也 较稳定。
b. 当离子价态相同时．亲和力随着水合离子半径减小而增大。
例如；Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜Tl+
c. 二Cd价2+离＜N子i2+的＜亲Ca和2+＜力S顺r2+＜序P：b2U+＜OB22a+＜2+ Mg2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜ d．稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小：
交换容量位3—6 m mol /g。 • 它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。 • 交换容量可以用实验的方法测得。 • 弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关
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离子交换分离法 / 离子交换分离操作
（一）树脂的选择、预处理和装柱 （二）交换过程 （三）洗涤过程 （四）洗脱过程 （五）树脂再生
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
• 螯合离子交换树脂
• 树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物， 适用于分离富集金属离子或某些有机化合物
• 树脂的特点是选择性高 • 交换容量低 • 制备难度大，成本高
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
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离子交换分离法 / 离子交换树脂
OH-型备用。
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离子交换分离法 / 应用示例
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离子交换分离法 / 应用示例
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离子交换分离法 / 应用示例
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离子交换分离法 / 离子交换色谱法
• 阳离子交换树脂的亲和力 • 强酸型 a. 不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。
例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）
洗脱液
阴离子交换树脂，
则常用 HCI 、
NaCI 或 Na0H 溶
液作洗脱液
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离子交换分离法 / 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
• 洗涤剂 1。不含试样 其它成分及酸度与试样溶液相 同的“空白”试液
洗涤剂 2。水
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离子交换分离法 / 洗脱(淋洗)过程
• 洗脱(淋洗)过程： 将交换到树脂上的离子，用洗脱剂(或淋洗剂)置换 下来的过程，是交换过程的逆过程。
• 洗脱曲线(淋洗曲线)： 以流出液中该离子浓度为纵坐标，洗脱液体积为 横坐标作图，可得到洗脱曲线。
• 交联度和交换容量
a．交联度： • 树脂中所含交联剂(如二乙烯苯)的质量百分率，就是树脂的交联度。 • 树脂的交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大，交换反应速度快；
交换的选择性差；机械强度也差。 • 树脂的交联度一般4％一14％为宜。 b. 交换容量 ： • 交换容量是指每克干树脂所能交换的物质的量(mmol/g)，一般树脂的