第七章 离子交换分离原理

分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螯合性 两 性
氧化还原性
骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系
乙烯吡啶系
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脲醛系 氯乙烯系
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国产离子交换树脂命名原则图示
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2.3 离子交换树脂的理化性能
）：一般为球形 （1）外观和粒度（颗粒度）：一般为球形，直径为 ）外观和粒度（颗粒度）：一般为球形，直径为0.2~1.2mm。 。 ）：以单位重量干树脂或单位体积湿树脂 （2）交换容量（交换当量）：以单位重量干树脂或单位体积湿树脂 ）交换容量（交换当量）： 能吸附一价离子的毫摩尔数表示。重量交换容量（ 干树脂） 能吸附一价离子的毫摩尔数表示。重量交换容量（mep/L.g干树脂） 干树脂 和体积交换容量（ 树脂）。 和体积交换容量（ mep/L.g树脂）。 树脂 （3）机械强度（不破损率 ）：经一定的磨损试验后，筛选得到的 ）：经一定的磨损试验后 ）机械强度（不破损率%）：经一定的磨损试验后， 完好数值的重量百分率。药品分离中一般要求95%以上。 以上。 完好数值的重量百分率。药品分离中一般要求 以上 ）：树脂从一种型转变为另一种型时体积增 （4）膨胀度（视膨胀率）：树脂从一种型转变为另一种型时体积增 ）膨胀度（视膨胀率）： 大的百分率。 大的百分率。 影响膨胀度的因素：交联度、活性基团的性质和数量、 影响膨胀度的因素：交联度、活性基团的性质和数量、活性离子 的性质、介质的性质和浓度、骨架结构。 的性质、介质的性质和浓度、骨架结构。
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Key words for search ：
Extraction, Separation, Purification, Characteristics Supercritical fluid extraction Two-aqueous phase extraction Ion exchange resins Adsorption separation Membrane separation Chromatography separation Crystallization
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2、离子交换树脂的分类及理化性能 、
2.1 分类 分类主要依据树脂骨架的成分、树脂聚合的化学反应类型、 分类主要依据树脂骨架的成分、树脂聚合的化学反应类型、树脂 树脂骨架的成分 骨架的物理结构和活性基团的酸碱性质。 骨架的物理结构和活性基团的酸碱性质。 按活性基团的酸碱性质可分为强酸性阳离子交换树脂（ 按活性基团的酸碱性质可分为强酸性阳离子交换树脂（-SO3H）、 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 弱酸性阳离子交换树脂（-COOH）、强碱性阴离子交换树脂 ）、 （RN+(CH3)3OH-）、弱碱性阴离子交换树脂（-NH2、-NHR）。 ）、弱碱性阴离子交换树脂（ ） 弱碱性阴离子交换树脂
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2.3 离子交换树脂的理化性能
（5）含水量：每克干树脂吸收水分的数量称含 ）含水量： 水量，一般为0.3~0.7g。交联度高，含水量低。 水量，一般为 。交联度高，含水量低。 （6）视密度：湿视密度和真视密度。 ）视密度：湿视密度和真视密度。
湿视密度：单位体积湿树脂的重量（一般为 湿视密度：单位体积湿树脂的重量（一般为0.60.85 g/mL）。 ）。 真视密度： 真视密度：比重瓶法测得的单位体积湿树脂的重量 （1.1-1.4 g/mL）。 ）。
（7）稳定性：化学稳定性和热稳定性。 ）稳定性：化学稳定性和热稳定性。 （8）滴定曲线：见下页图示。 ）滴定曲线：见下页图示。 （9）孔度、孔径、比表面积：孔度为单位重量 ）孔度、孔径、比表面积： 或体积树脂所含有的空隙体积。孔径和交联度、 或体积树脂所含有的空隙体积。孔径和交联度、 制孔剂有关。 制孔剂有关。
期中考查作业
外文相关文献翻译（占总成绩 外文相关文献翻译（占总成绩15%） ）
文献检索网址： 文献检索网址： http://lib.nwnu.edu.cn/ http://www.sciencedirect.com/ http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MiamiSearc hURL&_method=requestForm&_btn=Y&_acct=C0000 53060&_version=1&_urlVersion=1&_userid=1489345& md5=563c1959b45e434364d6139b3cbd3fb2
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1、离子交换树脂的基本概念 、
离子交换树脂是一种具有 网状立体结构的、 网状立体结构的、含有高分 子活性基团而能与溶液中其 他物质进行交换或吸着的聚 合物。 合物。其高分子活性基团一 般是多元酸或多元碱。因此， 般是多元酸或多元碱。因此， 从电化学的观点来看， 从电化学的观点来看，离子 交换树脂是一种不溶性的多 价电介质。 价电介质。
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2.2 命名
1977年我国石化部颁布了新的 代号 年我国石化部颁布了新的 规范化命名法。 规范化命名法。离子交换树脂 0 的型号由三位阿拉伯数字组成。 的型号由三位阿拉伯数字组成。 第一位数字代表产品的分类， 第一位数字代表产品的分类， 1 第二位数字代表骨架，第三位 第二位数字代表骨架， 2 数字为顺序号，用以区别基团、 数字为顺序号，用以区别基团、 3 交联度等。 交联度等。分类代号和骨架代 号都分成7种 号都分成 种。
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聚苯乙烯—二乙烯苯磺酸阳离子树脂 聚苯乙烯 二乙烯苯磺酸阳离子树脂
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苯乙烯—二乙烯苯胺基阴离子交换树脂 苯乙烯 二乙烯苯胺基阴离子交换树脂
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丙烯酸—二乙烯苯系羧酸树脂 丙烯酸 二乙烯苯系羧酸树脂
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酚醛型树脂
脲醛树脂合成
阿司匹林
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多烯多胺—环氧丙烷型树脂 多烯多胺 环氧丙烷型树脂
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4、离子交换过程的理论基础 、
4.1 离子交换平衡方程式
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RTln
a1 a2 a1 Fra Baidu biblioteka2
1 Z1
1 Z1
1 Z2 1 Z2
= γ ns ( s s )
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四种树脂性能的比较
性能 阳离子交换树脂 强酸性 活性基团 pH影响 影响 盐稳定性 再生* 再生 交换速度 磺酸 无 稳定 3-4倍 倍 快 弱酸性 羧基 酸性中小 洗涤时水解 1.5-2倍 倍 慢 阴离子交换树脂 强碱性 季胺 无 稳定 3-5倍 倍 快 弱碱性 伯仲叔胺 碱性中小 洗涤时水解 1.5-2倍 倍 慢
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3.2 逐步共聚法（缩聚法） 逐步共聚法（缩聚法）
由两个或两个以上带有功能基的单体， 由两个或两个以上带有功能基的单体，通过功能基之间的 相互作用而进行反应。 般伴随有低分子物 般伴随有低分子物(如水或卤化 相互作用而进行反应。—般伴随有低分子物 如水或卤化 氢等)的析出 但亦有生成低聚物或不析出低分子物的。 的析出， 氢等 的析出，但亦有生成低聚物或不析出低分子物的。 缩聚法合成球形树脂通常以透平油或二氯苯作为分散介质 进行悬浮聚合制成。例如酚醛型、环氧丙烷-多烯多胺型 进行悬浮聚合制成。例如酚醛型、环氧丙烷 多烯多胺型 等的球型树脂的生产。 等的球型树脂的生产。 引入树脂活性基团的方法： 引入树脂活性基团的方法：一是单体本身作为功能基团 如丙烯酸、苯酚）； ）；二是合成共聚体后进行化学反应引 （如丙烯酸、苯酚）；二是合成共聚体后进行化学反应引 入功能基（磺化、氯甲基化-胺化等 胺化等）。 入功能基（磺化、氯甲基化 胺化等）。
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实验设计部分
（占总成绩15%，每题 分） 占总成绩 ，每题50分
1、根据《化工制图》的有关知识，试设计一间药物分离工程 、根据《化工制图》的有关知识， 实验室，并对必要的设计做一解释说明（ 纸型）。 实验室，并对必要的设计做一解释说明（用A4纸型）。 纸型 2、唇形科植物丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)用于治疗心脑 、唇形科植物丹参 用于治疗心脑 血管疾病时，起作用的是丹参酮类和丹参酚酸两部分。 血管疾病时，起作用的是丹参酮类和丹参酚酸两部分。查阅 有关文献，根据这两种活性物质的理化特性， 有关文献，根据这两种活性物质的理化特性，试设计用萃取 法从丹参入药部分分离提取酮类和酚酸的工艺流程图（ 法从丹参入药部分分离提取酮类和酚酸的工艺流程图（按照 化工制图》专业绘图要求）， ），并对必要的步骤加以解释说 《化工制图》专业绘图要求），并对必要的步骤加以解释说 纸型）。 明（用A4纸型）。 纸型 绘图要求：手工绘制或 软件绘制。 绘图要求：手工绘制或AutoCAD软件绘制。 软件绘制
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离子交换树脂法是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂， 离子交换树脂法是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂， 将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上， 将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适 的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、 的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、 提纯的目的。 提纯的目的。 离子交换法的特点是树脂无毒性且可以反复再生使用， 离子交换法的特点是树脂无毒性且可以反复再生使用，少 用或不用有机溶剂，因而具有设备简单、操作方便、 用或不用有机溶剂，因而具有设备简单、操作方便、劳动 条件较好的优点，成为提取抗生素药物的主要方法之一， 条件较好的优点，成为提取抗生素药物的主要方法之一， 已在多种抗生素生产中使用。 已在多种抗生素生产中使用。
a1a2 RT ln = ns ( s s ) a1 a2
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分离纯化工艺原理
孔维宝 kwbao@163.com 西北师范大学生命科学学院
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第七章 离子交换分离原理
1、离子交换树脂的基本概念 、 2、离子交换树脂的分类及理化性能（★） 、离子交换树脂的分类及理化性能（ 3、离子交换树脂的合成 、 4、离子交换过程的理论基础（★） 、离子交换过程的理论基础（ 5、 5、离子交换过程的选择 6、偶极离子吸着 、 7、大网格离子交换树脂 、 8、树脂和操作条件的选择及应用实例（★） 、树脂和操作条件的选择及应用实例（ 9、软水和无盐水制备 、 10、离子交换膜和电渗析 、 11、离子交换法分离蛋白质（★） 、离子交换法分离蛋白质（
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3、离子交换树脂的合成（自学） 、 自学）
3.1 加聚法（共聚法） 加聚法（共聚法）
以具有一个和两个以上双键的单价作原料， 以具有一个和两个以上双键的单价作原料，在含有分散剂的介 质中在搅拌加热下进行悬浮聚合，得到有立体网状结构的珠体， 质中在搅拌加热下进行悬浮聚合，得到有立体网状结构的珠体， 然后进行化学反应引入活性基团便可得到离子交换树脂。 然后进行化学反应引入活性基团便可得到离子交换树脂。 构成树脂分子链的主要成份，常用的是单烯键单体，有苯乙烯、 构成树脂分子链的主要成份，常用的是单烯键单体，有苯乙烯、 丙烯酸酯类、丙烯脂、乙烯吡啶等。 丙烯酸酯类、丙烯脂、乙烯吡啶等。赋与树脂立体结构的交联 常用的是双烯链单体，如二乙烯苯， 剂，常用的是双烯链单体，如二乙烯苯，在离子交换树脂合成 时应准确称量交联剂重量。 时应准确称量交联剂重量。
*再生剂用量是指该树脂交换容量的倍数。 再生剂用量是指该树脂交换容量的倍数。 再生剂用量是指该树脂交换容量的倍数
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其他树脂类型
两性树脂：同时含有酸碱两种基团的数值。 两性树脂：同时含有酸碱两种基团的数值。 均孔树脂：交链合成孔径大小比较均匀的树脂。 均孔树脂：交链合成孔径大小比较均匀的树脂。 螯合树脂：含有螯合能力基团， 螯合树脂：含有螯合能力基团，对某些离子具有特殊选择 性的树脂。 性的树脂。