离子交换层析及应用
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用Na2CO3、 NH4OH等进行 再生。
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
精品课件
离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂
交换基为酸性， H+与阳离子交换
强酸型 弱酸型
依据活性基团的种类
—SO3H —COOH —OH
使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7
pH >10
阴离子交换树脂 交换基为碱性， 阴离子发生交换
1.5 交换容量Q
交换容量 Q ：
是表示单位质量（每克）干树脂所能交换的离子（相 当于一价离子）的物质的量。其标志离子交换树脂交换能 量的大小，是衡量离子交换树脂性能的重要的参数。
可分为总交换容量和工作交换容量
总交换容量：是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，
工作交换容量：在一定操作条件下实际测得的交换容量称 为。
螯合Fra Baidu bibliotek脂
强碱型 —N+(CH3)3Cl- pH <12
弱碱型
—N+H3 OH—N+H2R OH-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂
电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
精品课件
离子交换树脂的骨架（载体） －－活性功能团的支持介质
1、苯乙烯型树脂： 由苯乙烯（单体）和二乙烯苯（交联剂）的
它是指在实际操作条件下单位体积（或重量）树脂中
实际参加交换的活性基团。它的大小不是固定不变的，而
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聚苯乙烯型磺酸基阳 离子交换树脂
图中以波形线条代表树 脂的骨架，活性基团 磺酸基（—SO3-）,活性 离子H+。
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特点：
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
❖ 淡黄色球状颗粒；
❖ 化学稳定性好，耐磨性好； ❖ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； ❖ 交换反应速度快； ❖ 无机、有机阳离子均可交换。
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110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。 724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲
酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
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常用离子交换树脂特性表
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20
1.3 树脂的命名
在资本主义国家里，树脂的生产为几家加大公司所垄断，
生产的树脂往往以该公司的名称或者商业名称来表示。
我国的树脂命名方法为。从1—100号为强酸阳离子交换
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1.2 离子交换树脂的分类
1.2.1 强酸性阳离子交换树脂
一般以磺酸基— SO3H作为活性基团，由于是强酸性基团，其
电离程度不随外界溶液的PH大小而变化，所以使用时的PH一般没有限
制。通式用R表示熟知的骨架。
此外还以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基—PHO(OH)作为活性基 团的树脂具有中等强度的酸性
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离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
活性基团
酸性基团 —SO3H —COOH
酚醛树脂 聚乙烯树脂
OH + CH2O
C H =C H 2 +
C H =C H 2
C H =C H 2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —精N品R课2件
特殊基团
树脂的网络骨架
精品课件
离子交换树脂三维空间立体结构
1.2.4 弱碱性阴离子交换树脂
功能团可以是伯氨基—NH2，仲氨基 NH等。和弱酸树脂一样，其交
换能力随PH变化而变化，PH越低其交换能力越大。
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弱碱性阴离子交换树脂 具有弱碱性的活泼基团：-CH2NH3+Cl -
-CH2NH2(CH3)+Cl -
-C此H2N类H(树CH3脂)2+的Cl交- 换能力受酸度的影响较大。
树脂，101—200为弱酸阳离子交换树脂，201—300号为强碱阴离
子树脂，301—400号为弱碱阴离子交换树脂。
例如弱酸101x4，强酸1x3，弱碱327。“x”表示交联度，
即二乙烯苯的含量。
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1997年我国石化部颁布了新的规范化命名法。 离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。
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1.4 交联度
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1.2.2 弱酸性阳离子交换树脂
功能团可以为羧基—COOH，酚羟
基—OH等。这种树脂的电离程度小，其交
换性能和溶液的PH有很大关系。在酸性溶
液中，这类树脂几乎不发生交换反应，交
换能力随溶液的PH增加而提高。对于羧基
树脂，应该在PH>7的溶液中操作，而对于
酚羟基树脂，溶液的PH>9。
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共聚物为骨架，再引入所需的酸性基或碱性基。
如：聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂
再引入磺化-----强酸树脂 或氯甲基化后引入季胺基-----强碱树脂
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17
2、丙烯酸型阳离子交换树脂
将丙烯酸甲酯与二乙烯苯以过氧化苯甲酰作为 引发剂，聚合后再水解即得到树脂。
特点：活性基因存在于单体，交换容量大。
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第一章 1 基本概念 1.1 离子交换树脂
离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶 剂的高分子化合物，它的化学稳定性良好，具有 离子交换能力。
其巨大的分子可以分为两部分：一部分是不 能移动的、多价的高分子集团，构成树脂的骨架， 使树脂具有上述的溶解性和稳定性；另一部分是 可以移动的离子，称为活性离子（活性集团）， 它在树脂骨架中进进出出 ，就发生离子交换现 象。
离子交换树脂具有不溶解性是由于它的
三元网状结构。要得到网状结构，必须以二乙烯
化合物作为交联剂，其中最常用的是二乙烯苯。
一般来讲，交联度越小，膨胀度越大， 树脂的机械强度越差。
交联度
W
P%
d
100 %
Wm
式中：
W d — 工业二乙烯苯的重量
P % — 工业二乙烯苯的含量
W — 单体相重量
m
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离子交换层析法
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概述
离子交换长期用于水的处理和金属的回收。
在生物工业中，经典的离子交换剂，即离子交换
树脂，广泛用于提取抗生素、氨基酸、有机酸等
小分子物质，特别是抗生素工业。
由于离子交换法具有成本低、设备简单、操 作简便，以及不用和少用有机溶剂等特点，已成 为提取抗生素的有效方法之一。
但是，离子交换法也有其缺点。如生产周期 长，成品质量有时较差，在生产过程中，PH变化 较大故不适用于稳定性较差的抗生素，以及不一 定能找到合适的树脂等。
1.2.3 强碱性阴离子交换树脂
有两种强碱性阴离子交换树脂。一种是三甲氨基称为强碱Ⅰ型， 另一种含二甲基-β-羟基-乙基胺基团，称为强碱Ⅱ型
CH3 C2H4OH
N CH3
N CH3
CH3 CH3
Ⅰ型的碱性比Ⅱ型强，但再生比较苦难， Ⅱ型的稳定性比较差。
和强酸一样，强碱性树脂使用的PH没有限制。
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大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
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离子交换树脂的分类
阳离子交换树脂
交换基为酸性， H+与阳离子交换
强酸型 弱酸型
依据活性基团的种类
—SO3H —COOH —OH
使用 pH 范围 pH > 2 pH > 7
pH >10
阴离子交换树脂 交换基为碱性， 阴离子发生交换
1.5 交换容量Q
交换容量 Q ：
是表示单位质量（每克）干树脂所能交换的离子（相 当于一价离子）的物质的量。其标志离子交换树脂交换能 量的大小，是衡量离子交换树脂性能的重要的参数。
可分为总交换容量和工作交换容量
总交换容量：是指离子交换剂所能提供交换离子的总量，
工作交换容量：在一定操作条件下实际测得的交换容量称 为。
螯合Fra Baidu bibliotek脂
强碱型 —N+(CH3)3Cl- pH <12
弱碱型
—N+H3 OH—N+H2R OH-
pH < 4
—N+HR2 OH-
含有特殊螯合基团的树脂
两性交换树脂
电子交换树脂，含有氧化还原功能基团
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离子交换树脂的骨架（载体） －－活性功能团的支持介质
1、苯乙烯型树脂： 由苯乙烯（单体）和二乙烯苯（交联剂）的
它是指在实际操作条件下单位体积（或重量）树脂中
实际参加交换的活性基团。它的大小不是固定不变的，而
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聚苯乙烯型磺酸基阳 离子交换树脂
图中以波形线条代表树 脂的骨架，活性基团 磺酸基（—SO3-）,活性 离子H+。
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特点：
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
❖ 淡黄色球状颗粒；
❖ 化学稳定性好，耐磨性好； ❖ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； ❖ 交换反应速度快； ❖ 无机、有机阳离子均可交换。
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110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。 724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲
酯和二乙烯苯三元共聚而得 。
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常用离子交换树脂特性表
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20
1.3 树脂的命名
在资本主义国家里，树脂的生产为几家加大公司所垄断，
生产的树脂往往以该公司的名称或者商业名称来表示。
我国的树脂命名方法为。从1—100号为强酸阳离子交换
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1.2 离子交换树脂的分类
1.2.1 强酸性阳离子交换树脂
一般以磺酸基— SO3H作为活性基团，由于是强酸性基团，其
电离程度不随外界溶液的PH大小而变化，所以使用时的PH一般没有限
制。通式用R表示熟知的骨架。
此外还以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基—PHO(OH)作为活性基 团的树脂具有中等强度的酸性
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离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物
骨架
活性基团
酸性基团 —SO3H —COOH
酚醛树脂 聚乙烯树脂
OH + CH2O
C H =C H 2 +
C H =C H 2
C H =C H 2
交联剂
碱性基团
—N+R3 —精N品R课2件
特殊基团
树脂的网络骨架
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离子交换树脂三维空间立体结构
1.2.4 弱碱性阴离子交换树脂
功能团可以是伯氨基—NH2，仲氨基 NH等。和弱酸树脂一样，其交
换能力随PH变化而变化，PH越低其交换能力越大。
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弱碱性阴离子交换树脂 具有弱碱性的活泼基团：-CH2NH3+Cl -
-CH2NH2(CH3)+Cl -
-C此H2N类H(树CH3脂)2+的Cl交- 换能力受酸度的影响较大。
树脂，101—200为弱酸阳离子交换树脂，201—300号为强碱阴离
子树脂，301—400号为弱碱阴离子交换树脂。
例如弱酸101x4，强酸1x3，弱碱327。“x”表示交联度，
即二乙烯苯的含量。
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1997年我国石化部颁布了新的规范化命名法。 离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。
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1.4 交联度
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1.2.2 弱酸性阳离子交换树脂
功能团可以为羧基—COOH，酚羟
基—OH等。这种树脂的电离程度小，其交
换性能和溶液的PH有很大关系。在酸性溶
液中，这类树脂几乎不发生交换反应，交
换能力随溶液的PH增加而提高。对于羧基
树脂，应该在PH>7的溶液中操作，而对于
酚羟基树脂，溶液的PH>9。
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共聚物为骨架，再引入所需的酸性基或碱性基。
如：聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂
再引入磺化-----强酸树脂 或氯甲基化后引入季胺基-----强碱树脂
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17
2、丙烯酸型阳离子交换树脂
将丙烯酸甲酯与二乙烯苯以过氧化苯甲酰作为 引发剂，聚合后再水解即得到树脂。
特点：活性基因存在于单体，交换容量大。
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第一章 1 基本概念 1.1 离子交换树脂
离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶 剂的高分子化合物，它的化学稳定性良好，具有 离子交换能力。
其巨大的分子可以分为两部分：一部分是不 能移动的、多价的高分子集团，构成树脂的骨架， 使树脂具有上述的溶解性和稳定性；另一部分是 可以移动的离子，称为活性离子（活性集团）， 它在树脂骨架中进进出出 ，就发生离子交换现 象。
离子交换树脂具有不溶解性是由于它的
三元网状结构。要得到网状结构，必须以二乙烯
化合物作为交联剂，其中最常用的是二乙烯苯。
一般来讲，交联度越小，膨胀度越大， 树脂的机械强度越差。
交联度
W
P%
d
100 %
Wm
式中：
W d — 工业二乙烯苯的重量
P % — 工业二乙烯苯的含量
W — 单体相重量
m
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离子交换层析法
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概述
离子交换长期用于水的处理和金属的回收。
在生物工业中，经典的离子交换剂，即离子交换
树脂，广泛用于提取抗生素、氨基酸、有机酸等
小分子物质，特别是抗生素工业。
由于离子交换法具有成本低、设备简单、操 作简便，以及不用和少用有机溶剂等特点，已成 为提取抗生素的有效方法之一。
但是，离子交换法也有其缺点。如生产周期 长，成品质量有时较差，在生产过程中，PH变化 较大故不适用于稳定性较差的抗生素，以及不一 定能找到合适的树脂等。
1.2.3 强碱性阴离子交换树脂
有两种强碱性阴离子交换树脂。一种是三甲氨基称为强碱Ⅰ型， 另一种含二甲基-β-羟基-乙基胺基团，称为强碱Ⅱ型
CH3 C2H4OH
N CH3
N CH3
CH3 CH3
Ⅰ型的碱性比Ⅱ型强，但再生比较苦难， Ⅱ型的稳定性比较差。
和强酸一样，强碱性树脂使用的PH没有限制。
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