《离子交换分离技术》PPT课件
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离子交换层析分离技术.ppt
三、“以”的连词用法
１、连接形容词，表示并列关系，译为“而”、“又”、 “而且”等。
①主严以明，将知以武。（《战国策·楚策一》） ②夫夷以近，则游者众；险以远，则至者少。《游褒禅 山记》 ２、连接动词或动词短语，表示动作行为的承接或先后， 可译为“而”或“来”，或者不译。 ①若潜师以来，国可得也。（《左传·僖公三十二年》） ②晋灵公不君，厚敛以彫墙。
3、连接状语和中心语，不译。 ①黔无驴，有好事者船载以入。
②倚柱而笑，箕踞以骂。（《史记·刺客列传》））
4、用在复句中，用来说明原因、目的 1）表示目的关系、结果关系，可译为“而”、“来”、 “用来”、“以致”等。 ①广故数言欲亡，忿恚尉，令辱之，以激怒其众。《陈 涉世家》 ②思厥先祖父,暴霜露、斩荆棘,以有尺寸之地。（苏洵 《六国论》） 2）表示因果关系，可译为“因为”。 ①晋侯秦伯围郑，以其无礼于晋，且贰于楚也。（《僖 公三十年》） ②诸侯以公子贤，多客，不敢加兵谋魏十余年。（《魏 公子列传》）
４、引进主动者，可译为“被”。 ①有决渎于殷周之世者，必为汤武笑矣。《五蠹》 ②身死人手，为天下笑者，何也？（《过秦论》）
三、“为”的连词用法
１、用在假设复句中，可译为“如果”、“假如”。 ①王甚喜人之掩口也，为见王，必掩口。（《韩非子·内 储说下》） ②秦为知之，必不救也。（《战国策·秦策四》）
美于徐公。（《战国策·齐策一》）
二、“以”的介词用法
１、引进动作“拿”、“凭”、“按照”、 “凭……身份”等。
①愿以十五城请易璧。（《史记·廉颇蔺相如列传》） ②余船以次俱进。（《资治通鉴·赤壁之战》） ③余朝京师，生以乡人子谒余。（宋濂《送东阳马生序》 ） 2、引进动作、行为所处置或涉及的对象。 可译为“把”。 ①复以弟子一人投河中。（《史记·滑稽列传》） ②秦亦不以城予赵，赵亦终不予秦璧。（《廉颇蔺相如列 传》
样品处理分离技术—离子交换分离法(分析制样技术课件)
(2)含水率
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
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。
色谱分离技术—离子交换色谱分离技术
对于阳离子交换树脂可以将其用盐酸处理成氢型后用NaOH溶液测定，而对于 阴离子交换树脂可将其转换成氯型后测定其交换容量。
离子交换剂
离子交换树脂的性能评价——滴定曲线 滴定曲线也是检验和测定离子交换剂性能的重要数据，如下图是几种离子交
换剂的滴定曲线。
几种典型离子交换剂的滴定曲线
n为单位质量离子交换剂所加入的NaOH或HCl的毫摩尔数 1,2,3,4分别为强酸型、弱酸型、强碱型、弱碱型离子交换剂滴定曲线
影响离子交换的因素
温度的影响 温度的改变对稀溶液的离子交换性能影响不大，但在0.1mol/L以上浓度时，
温度升高对水合倾向大的离子容易交换吸附。同时离子的活性系数增大，对弱 酸、弱碱交换剂来说其交换率有较大的影响。一般温度增高，离子交换速度加 快，在洗脱时亦可提高洗脱能力。但对不耐热的交换剂应注意提高温度的条件， 避免引起交换剂的破坏。
离子交换树脂的命名 离子交换树脂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；第二位数字代表骨架；第三位数字为顺 序号，用以区别基团。
离子交换色谱分离技术
离子交换剂
离子交换树脂的性能评价——交换容量
不同的树脂其交换能力大小不同，表征树脂交换能力大 小的主要参数是交换容量，即指每克干燥离子交换树脂或每 毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸收的一价离子的毫摩尔 数。交换容量的大小，取决于网状结构中活性基团的数目， 含有活性基团越多，交换容量也越大。但交换容量太大，活 性基团太多，树脂不稳定。
影响离子交换的因素
溶剂的影响 通常在水中进行交换，亦可采用含水溶剂，但在极性小的溶剂中难以进行
或不进行交换，同时还导致离子交换的选择性的降低或消失。
离子交换色谱分离技术的应用
可溶性的有机或无机离子化合物均可进行离子交换色谱操作。 化合价越高，被结合的生物物质越强，相同化合价和条件下，结合的亲和力
离子交换剂
离子交换树脂的性能评价——滴定曲线 滴定曲线也是检验和测定离子交换剂性能的重要数据，如下图是几种离子交
换剂的滴定曲线。
几种典型离子交换剂的滴定曲线
n为单位质量离子交换剂所加入的NaOH或HCl的毫摩尔数 1,2,3,4分别为强酸型、弱酸型、强碱型、弱碱型离子交换剂滴定曲线
影响离子交换的因素
温度的影响 温度的改变对稀溶液的离子交换性能影响不大，但在0.1mol/L以上浓度时，
温度升高对水合倾向大的离子容易交换吸附。同时离子的活性系数增大，对弱 酸、弱碱交换剂来说其交换率有较大的影响。一般温度增高，离子交换速度加 快，在洗脱时亦可提高洗脱能力。但对不耐热的交换剂应注意提高温度的条件， 避免引起交换剂的破坏。
离子交换树脂的命名 离子交换树脂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；第二位数字代表骨架；第三位数字为顺 序号，用以区别基团。
离子交换色谱分离技术
离子交换剂
离子交换树脂的性能评价——交换容量
不同的树脂其交换能力大小不同，表征树脂交换能力大 小的主要参数是交换容量，即指每克干燥离子交换树脂或每 毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸收的一价离子的毫摩尔 数。交换容量的大小，取决于网状结构中活性基团的数目， 含有活性基团越多，交换容量也越大。但交换容量太大，活 性基团太多，树脂不稳定。
影响离子交换的因素
溶剂的影响 通常在水中进行交换，亦可采用含水溶剂，但在极性小的溶剂中难以进行
或不进行交换，同时还导致离子交换的选择性的降低或消失。
离子交换色谱分离技术的应用
可溶性的有机或无机离子化合物均可进行离子交换色谱操作。 化合价越高，被结合的生物物质越强，相同化合价和条件下，结合的亲和力
离子交换分离方法ppt
增强，随pH的升高而降 低。
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
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
离子交换分离技术
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
• *萃取时间，一般从30s到数分钟不等。
（二）分层
• 萃取后应让溶液静置数分钟，待其分层，然后将 两相分开。
• 注意：在两相的交界处，有时会出现一层乳浊液 产生原因：因振荡过于激烈或反应中形成某种微溶 化合物 消除方法：增大萃取剂用量、加入电解质、改变溶 液酸度、振荡不过于激烈
（三）洗涤
• 所谓洗涤：就是将分配比较小的其它干扰组分 从有机相中除去。
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）
通常用60一125mL的梨形分液漏斗进行萃取，萃取一般在几 分种内可达到平衡，分析多采用这种方式。
b．多级萃取 又称错流萃取。
将水相固定，多次用新鲜的有机相进行萃取，提高分离效果。
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
• *萃取时间，一般从30s到数分钟不等。
（二）分层
• 萃取后应让溶液静置数分钟，待其分层，然后将 两相分开。
• 注意：在两相的交界处，有时会出现一层乳浊液 产生原因：因振荡过于激烈或反应中形成某种微溶 化合物 消除方法：增大萃取剂用量、加入电解质、改变溶 液酸度、振荡不过于激烈
（三）洗涤
• 所谓洗涤：就是将分配比较小的其它干扰组分 从有机相中除去。
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）
通常用60一125mL的梨形分液漏斗进行萃取，萃取一般在几 分种内可达到平衡，分析多采用这种方式。
b．多级萃取 又称错流萃取。
将水相固定，多次用新鲜的有机相进行萃取，提高分离效果。
离子交换法3.ppt
阴离子交换剂是选可吸附的最高pH，便于解吸附。
39
第五节 树脂和操作条件的选择 3 离子交换吸附 3.2 离子强度 离子交换吸附应在很低的离子强度下进行。 缓冲液中的离子强度一般在10-50 mmol/L 由于离子强度越↓，吸附越↑，越难解吸，因
2) 弱酸性阳离子交换树脂 交换性能和溶液的pH有很大关系，羧酸阳离子树
脂须在pH﹥4.5 、酚羟基树脂须在pH﹥9的溶液 中进行反应。 -COOH， -OH (酚羟基） 典型的交换反应：
8
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
3）强碱性阴离子交换树脂 有两种：一种含三甲胺基(Ⅰ型) 和一种含二甲基-
β-羟基-乙基胺基团 (Ⅱ型) 其交换能力与外界溶液的pH无关
9
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
4）弱碱性阴离子交换树脂 其交换能力与外界溶液的pH降低而增大，一般宜
在pH﹤ 7的溶液中使用。 功能基团如下: 伯胺基团-NH2； 仲胺基团- NHR； 叔胺基团- N(R)2；
10
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
水性两大类： 1）、树脂类（疏水性）离子交换剂： 其基质是人工合成的、与水结合力交换剂分类、合成、理化性能和测定方法 --离子交换剂分类
2）、多糖类（亲水性）离子交换剂： 其基质是天然的或人工合成的、与水结合力较大
的物质 常用的有纤维素、交联纤维素、交联葡聚糖、交
（3）交换速度 （慢）
（4）选择性（高）
17
第二节 离子交换剂分类、结构、合成、理化性 能和测定方法
五、离子交换树脂的理化性能与测定方法 1、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。 ②均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径（d60%）
39
第五节 树脂和操作条件的选择 3 离子交换吸附 3.2 离子强度 离子交换吸附应在很低的离子强度下进行。 缓冲液中的离子强度一般在10-50 mmol/L 由于离子强度越↓，吸附越↑，越难解吸，因
2) 弱酸性阳离子交换树脂 交换性能和溶液的pH有很大关系，羧酸阳离子树
脂须在pH﹥4.5 、酚羟基树脂须在pH﹥9的溶液 中进行反应。 -COOH， -OH (酚羟基） 典型的交换反应：
8
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
3）强碱性阴离子交换树脂 有两种：一种含三甲胺基(Ⅰ型) 和一种含二甲基-
β-羟基-乙基胺基团 (Ⅱ型) 其交换能力与外界溶液的pH无关
9
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
4）弱碱性阴离子交换树脂 其交换能力与外界溶液的pH降低而增大，一般宜
在pH﹤ 7的溶液中使用。 功能基团如下: 伯胺基团-NH2； 仲胺基团- NHR； 叔胺基团- N(R)2；
10
一、离子交换剂分类—离子交换树脂分类
水性两大类： 1）、树脂类（疏水性）离子交换剂： 其基质是人工合成的、与水结合力交换剂分类、合成、理化性能和测定方法 --离子交换剂分类
2）、多糖类（亲水性）离子交换剂： 其基质是天然的或人工合成的、与水结合力较大
的物质 常用的有纤维素、交联纤维素、交联葡聚糖、交
（3）交换速度 （慢）
（4）选择性（高）
17
第二节 离子交换剂分类、结构、合成、理化性 能和测定方法
五、离子交换树脂的理化性能与测定方法 1、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。 ②均一系数是指能通过60%体积树脂的筛孔直径（d60%）
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每克干树脂所能交换的离子的物质的量,单位为 mmol·g-1 .
13.01.2021
休息
6
4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
交换容量的大小取决于树脂网状结构中活性基 团的数目. (2)交联度(crosslinking degree):
树脂中所含交联剂的质量分数. 交联剂(crosslinking agent):
Chapter 4 离子交换分离技术
ION EXCHANGE SEPARATION TECHNIQUES
4.1离子交换法
4.1.1离子交换剂的种类和性能指标 4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力 4.1.3离子交换分离的基本过程
13.01.2021
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2
4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
10
Organic Resin groups
Linkage group
SO3H
Cation exchange
CH2Cl
Chloride
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11
CH2N(CH3)3Cl
Anion exchange
4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力
离子交换分离原理: 利用离子交换树脂对不同离子的亲和力不同. 离子交换反应(ion exchange reaction)与其它化
K称为树脂对离子的选择系数,或树脂对离子的
亲和力(affinity).
影响亲和力的因素
①水合离子半径; ②离子电荷.
水合离子的半径↓,所带电荷↑,极化度↑,亲和力↑.
rule: ①同价离子,原子序数↑,亲和力↑.
如:Li+<H+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+<Tl+<Ag+
.
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13.01.2021
休息
3
4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
弱酸型树脂因对H+的亲和力大,不能在酸性溶液 中使用,但选择性高.
羧基pH > 4;酚基pH > 9.5才具交换能力. (2)阴离子交换树脂(OH- 型阴离子交换树脂):
含有碱性基团的交换树脂. ①强碱型树脂: 活性基团为季胺碱(＃717); ②弱碱型树脂: 活性基团为伯胺(＃701)或叔胺剂
离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子 交换剂(离子交换树脂)等两大类. 1.kinds of ion exchange resin:
一类具网状结构的复杂高分子化合物,树脂骨 架上有许多可被交换的活性基团. (1)阳离子交换树脂(H+型阳离子交换树脂):
含有酸性基团的交换树脂. ①强酸型树脂: 含有-SO3H基的树脂(＃732); ②弱酸型树脂: 活性基团为-COOH(＃724)或-OH基.
装柱后应据分离的需要对柱子进行处理.如Al3+
与Fe3+分离时,需处理至流出液的酸度也是9mol·L-1
HCl才能进行交换 .
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4.1.3离子交换分离的基本过程 ion exchange column:
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4.1.3离子交换分离的基本过程
(2)洗涤(wash): 将残留在柱上不发生交换的离子洗出柱. 洗涤液一般用去离子水. 对Al3+与Fe3+的分离就必须采用9mol·L-1 HCl,
4.1.3离子交换分离的基本过程
1.choice of ion exchange resin:
一般根据需要.
如:重量法测硫酸根时,SO42-与Fe3+的分离.
SO42- 强酸型树脂 Fe3+
树脂上: Fe3+ 流出液: SO42-
再如:Al3+与Fe3+的分离.
Al3+ Fe3+
9mol·L-1HCl 强碱型树脂
弱碱型树脂不能在碱性溶液中使用. (3)螯合树脂:
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Zeolite
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4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
含有特殊基团的树脂,能与某些金属离子形成螯 合物. 如含[-N(CH2COOH)2]的螯合树脂.
除此以外,还有大孔树脂,氧化还原树脂,萃淋树 脂,纤维交换剂等. 2.behavior indexes of ion exchange resin: (1)交换容量(exchange capacity):
树脂上: FeCl4流出液: Al3+
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4.1.3离子交换分离的基本过程
2.processes of ion exchange chromatography:
①装柱; 基本过程: ②交换;
③洗涤; (1)装柱与交换:
④洗脱; ⑤再生.
交换分离一般在离子交换柱上进行.
装柱及交换全过程应防止树脂中产生气泡.
பைடு நூலகம்
休息
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4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力
②不同价离子,所带电荷↑,亲和力↑. 如:Na+ < Ca2+ < Fe3+ < Th4+
注意: 弱酸型树脂对H+亲和力大于其它阳离子; 弱碱型树脂对OH-亲和力大于其它阴离子.
③稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小.
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学反应一样,也遵从质量作用定律: R-B+ + A+ R-A+ + B+
达到平衡时: K = [A+]r[B+] [B+]r[A+]
其中[A+]r、[B+]r分别为树脂中A+与B+的浓度; [A+]、[B+]分别为溶液中A+和B+ 的浓度.
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4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力
树脂网状结构中起链接作用的成分. 树脂的交联度一般以4 ~ 14%为宜. 交联度越大,树脂的网眼越小,交换速度越慢, 但 选择性较高.
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4.1.1离子交换剂的种类和性能指标 交联剂
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树脂的网络骨架
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离交树脂三维空间立体结构
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否则Fe3+也会被洗下来. (3)洗脱(elution)与再生:
洗脱就是将被交换到树脂上的离子置换下来的 过程.
对阳离子交换树脂一般用3 ~ 4mol·L-1HCl,易 洗脱的也可采用较稀的HCl溶液 .
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4.1.3离子交换分离的基本过程
阴离子交换树脂常用NaCl或NaOH溶液; 有时也可用合适的配位剂为洗脱剂; 另外,还可用不同浓度的酸溶液进行选择性洗 脱. 一般洗脱的过程也就是树脂的再生过程. 再生就是将树脂恢复到交换前形式的过程. 再生后的树脂可继续用于离子交换 .
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4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
交换容量的大小取决于树脂网状结构中活性基 团的数目. (2)交联度(crosslinking degree):
树脂中所含交联剂的质量分数. 交联剂(crosslinking agent):
Chapter 4 离子交换分离技术
ION EXCHANGE SEPARATION TECHNIQUES
4.1离子交换法
4.1.1离子交换剂的种类和性能指标 4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力 4.1.3离子交换分离的基本过程
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4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
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Organic Resin groups
Linkage group
SO3H
Cation exchange
CH2Cl
Chloride
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CH2N(CH3)3Cl
Anion exchange
4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力
离子交换分离原理: 利用离子交换树脂对不同离子的亲和力不同. 离子交换反应(ion exchange reaction)与其它化
K称为树脂对离子的选择系数,或树脂对离子的
亲和力(affinity).
影响亲和力的因素
①水合离子半径; ②离子电荷.
水合离子的半径↓,所带电荷↑,极化度↑,亲和力↑.
rule: ①同价离子,原子序数↑,亲和力↑.
如:Li+<H+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+<Tl+<Ag+
.
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4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
弱酸型树脂因对H+的亲和力大,不能在酸性溶液 中使用,但选择性高.
羧基pH > 4;酚基pH > 9.5才具交换能力. (2)阴离子交换树脂(OH- 型阴离子交换树脂):
含有碱性基团的交换树脂. ①强碱型树脂: 活性基团为季胺碱(＃717); ②弱碱型树脂: 活性基团为伯胺(＃701)或叔胺剂
离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子 交换剂(离子交换树脂)等两大类. 1.kinds of ion exchange resin:
一类具网状结构的复杂高分子化合物,树脂骨 架上有许多可被交换的活性基团. (1)阳离子交换树脂(H+型阳离子交换树脂):
含有酸性基团的交换树脂. ①强酸型树脂: 含有-SO3H基的树脂(＃732); ②弱酸型树脂: 活性基团为-COOH(＃724)或-OH基.
装柱后应据分离的需要对柱子进行处理.如Al3+
与Fe3+分离时,需处理至流出液的酸度也是9mol·L-1
HCl才能进行交换 .
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4.1.3离子交换分离的基本过程 ion exchange column:
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4.1.3离子交换分离的基本过程
(2)洗涤(wash): 将残留在柱上不发生交换的离子洗出柱. 洗涤液一般用去离子水. 对Al3+与Fe3+的分离就必须采用9mol·L-1 HCl,
4.1.3离子交换分离的基本过程
1.choice of ion exchange resin:
一般根据需要.
如:重量法测硫酸根时,SO42-与Fe3+的分离.
SO42- 强酸型树脂 Fe3+
树脂上: Fe3+ 流出液: SO42-
再如:Al3+与Fe3+的分离.
Al3+ Fe3+
9mol·L-1HCl 强碱型树脂
弱碱型树脂不能在碱性溶液中使用. (3)螯合树脂:
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4.1.1离子交换剂的种类和性能指标
含有特殊基团的树脂,能与某些金属离子形成螯 合物. 如含[-N(CH2COOH)2]的螯合树脂.
除此以外,还有大孔树脂,氧化还原树脂,萃淋树 脂,纤维交换剂等. 2.behavior indexes of ion exchange resin: (1)交换容量(exchange capacity):
树脂上: FeCl4流出液: Al3+
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4.1.3离子交换分离的基本过程
2.processes of ion exchange chromatography:
①装柱; 基本过程: ②交换;
③洗涤; (1)装柱与交换:
④洗脱; ⑤再生.
交换分离一般在离子交换柱上进行.
装柱及交换全过程应防止树脂中产生气泡.
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4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力
②不同价离子,所带电荷↑,亲和力↑. 如:Na+ < Ca2+ < Fe3+ < Th4+
注意: 弱酸型树脂对H+亲和力大于其它阳离子; 弱碱型树脂对OH-亲和力大于其它阴离子.
③稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小.
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学反应一样,也遵从质量作用定律: R-B+ + A+ R-A+ + B+
达到平衡时: K = [A+]r[B+] [B+]r[A+]
其中[A+]r、[B+]r分别为树脂中A+与B+的浓度; [A+]、[B+]分别为溶液中A+和B+ 的浓度.
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4.1.2离子交换反应和离子交换亲和力
树脂网状结构中起链接作用的成分. 树脂的交联度一般以4 ~ 14%为宜. 交联度越大,树脂的网眼越小,交换速度越慢, 但 选择性较高.
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树脂的网络骨架
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离交树脂三维空间立体结构
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否则Fe3+也会被洗下来. (3)洗脱(elution)与再生:
洗脱就是将被交换到树脂上的离子置换下来的 过程.
对阳离子交换树脂一般用3 ~ 4mol·L-1HCl,易 洗脱的也可采用较稀的HCl溶液 .
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4.1.3离子交换分离的基本过程
阴离子交换树脂常用NaCl或NaOH溶液; 有时也可用合适的配位剂为洗脱剂; 另外,还可用不同浓度的酸溶液进行选择性洗 脱. 一般洗脱的过程也就是树脂的再生过程. 再生就是将树脂恢复到交换前形式的过程. 再生后的树脂可继续用于离子交换 .