无机离子交换剂
第二章吸附分离-1
聚合物共混碳化法
原理：挑选两种热稳定程度不同的聚合物均匀混 合后，则形成相分离结构，然后再进行热处理， 热稳定性差的聚合物(热解聚合物) 完全分解成
气相产物逸出，并可在热稳定性高的聚合物(炭化
聚合物)形成的炭前驱体或最终产物中留下大量的 孔结构。
溶胶-凝胶法
由于表面活性剂、乳胶粒和单分散的聚合 物微球等在溶剂中会形成一定形态的超分子阵列,利 用该超结构作为模板，在溶剂中加入无机物前体， 使其进行溶胶-凝胶反应，从而制备多孔材料。
分 属沉积法） 类
多孔陶瓷材料 （粉末烧结法，浆料固结法等） 泡沫塑料 压发泡法等） （挤出发泡法，注射发泡法，模
2.按孔径大小：
微孔 （孔径＜2nm）
分类 中孔 （孔径2～50nm） 大孔 （孔径＞50nm）
用途：主要用于吸附，储氢，催化，生
物分离，电子器件，微加工，矿化和
色谱载体等方面
3.多孔炭的制备：
吸附分离材料中的多孔吸附材料
所谓的多孔材料，需具备以下两个要素： （1）材料中包含有大量的孔隙； （2）所含孔隙被用来满足某种或某些设计要 求以达到所期待的使用性能指标。
多孔材料的类型
1. 按材料种类：
多孔炭 （模板法，溶胶－凝胶法等）
多孔硅 （模板法，溶胶－凝胶法等） 多孔非金属材料 多孔金属材料 （固态烧结法，熔体凝固法，金
• 物理吸附剂是指主要通过范德华引
力、偶极-偶极相互作用、氢键等较弱 的作用力吸附物质。
• 高分子吸附剂(吸附树脂)根据其极
性分为非极性、中极性、强极性三类。 • 非极性吸附剂均是交联聚苯乙烯大孔 树脂 • 非极性吸附剂主要通过范德华引力从 水溶液中吸附具有一定疏水性的物质。
• 中极性吸附剂主要是交联聚丙烯酸 甲酯、交联聚甲基丙烯酸甲酯及(甲 基)丙烯酸酯与苯乙烯的共聚物
钛硅酸钠无机离子交换材料的制备及对铯的吸附性能研究
离子水洗涤多次 ，抽滤烘干。
２３ 产品 成分 测 定 －
用扫描 电子显微镜分析制得的钛硅酸钠的组成； 用氢氟酸加过硫酸钾密 闭溶解氧化处 理样品后，再用紫外分光光度法检测其中的 Ｎ ３ Ｏ一 ，从而确定氮的含量。 ２ 钛硅酸钠的静态吸附能力测定 ． ４ 称取 ５ｍ ０ ｇ钛硅酸钠于 ５ ０ ｌ ０ ｍ 的磨口锥形瓶 中，准确移取 ０ ６ ７ ｍ ｌＬ的 ｃ 溶液 ． ６ｍ ｏ／ ７ ／ ｓ ２０ ｌ ５ｍ ，调节溶液的 ｐ 值，然后置于恒温振荡箱内，在 ３ ￣条件下振荡一定时间，取适 Ｈ ０ Ｃ
１前
言
பைடு நூலகம்放射性废水的处理方法之一是用交换吸附剂吸附后进行固化处置。按照所采用的离子 交换剂又有无机离子交换剂和有机离子交换剂。有机离子交换剂不耐高温和强辐射 ，易于
分解 ，分解后固化体强度 降低，不利于永久存储，对环境造成潜在威胁。无机离子交换剂 以其固有的高辐射稳定性，良好的热稳定性、抗氧化性和较强的滞留能力 ，显示 了其应用 的巨大潜 力ｎ扪 。 一 Ｃ 在高放废液中是主要的释热产物之一， ｓ 而且半衰期较长 ， 所占放射性份额较大， 所
・ 收 稿 １期 ：２０ 年 ｌ ３ ０５ Ｏ月 ２ ５日 项 目基 金： 国家 自然科 学基 金 （０ ７０ ９ ２４ １３ ）
作者简介：杜晓燕（９ ８） １７一，女，四川省人， 硕士研究生．
・ ・通讯联系人
维普资讯
・１４・ ９
Ｉｎ ｘ ｈｎ ｅ ｄ ｄ ｏｐｉｎ ｏ Ｅ ｃ ａ ｇ ａ Ａ ｓｒｔ ｎ ｏ
氮未监测到。
维普资讯
第 ２ 卷 第 ２期 ２
离子交换法制备催化剂
沸石分子筛的离子交换
交换温度：较高的温度可以保证交换度较高， 多在60-100℃
例：X或Y型分子筛中Na+的交换，六元环孔径 为0.22～0.24nm，La3+离子半径为0.102nm， La3+水合半径为0.396nm，80oC以上La3+可交 换到和六方柱笼
沸石分子筛
沸石分子筛是完整结晶的硅铝酸盐，是由基本单元硅 氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)-形成的立体网络结 构，其中含有用来中和负离子的阳离子(通常为Na+) Mn+·[(Al2O3)p·(SiO2)q]·wH2O M 是n价碱金属、碱土金属阳离子，特别是钠离子。p, q, w分别是氧化硅、氧化铝、结晶水的分子数。
同、空间位阻不同，交换速度受到扩散 速度控制
沸石分子筛的离子交换
离子交换速度和程度的影响因素 交换离子类型、大小、电荷，交换温度，
交换液浓度，pH值，阴离子性质，沸石 结构特性，SiO2/Al2O3比等。
沸石分子筛的离子交换
交换离子类型、大小、电荷 金属阳离子的选择性顺序 X型Ag+>Tl+>Cs+>K+>Li+; Y型上Tl+>Ag+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Li+ 稀土金属离子在X型和Y型上的交换顺序为：
X
16 32 38
Y
16 32 8
SI—16个位置，六柱笼 SII—32个位置，β笼中六元环附近 SIII—48个位置， β笼中四元环附近
工业废水膜分离法全解
13.6 扩散渗析
• 扩散渗析是使高浓度溶液中的溶质透过薄膜 向低浓度溶液中迁移的过程。扩散渗析的推动力 是薄膜两侧的浓度差。
• 最初扩散渗析使用的薄膜是惰性膜，大多用 于高分子物质的提纯。使用离子交换膜的扩散渗 析，利用膜的选择透过性，可以分离电解质。 扩散渗析的渗析速度与膜两侧溶液的浓度 差成正比。只有当原液的浓度大于10%时，扩散 渗折的回收效果才显著，才有实用价值。
离子交换树脂的种类
离子交换树脂按照功能基团的性质可分为：含有酸性基团的阳离 子交换树脂、含有碱性基团的阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的 整合树脂、含有氧化-还原基团的氧化还原树脂(或称电子交换树脂) 以及两性树脂等五种，还有新近发展起来的萃淋树脂(或称溶剂浸渍 树脂)等等。其中，阳、阴离子交换树脂按照活性基团电离的强弱程 度 ， 又 分 别 分 为 强 酸 ( 如 -SO3H) 、 弱 酸 ( 如 -COOH) 、 强 碱 ( 如 N(CH3)3+0H-)、弱碱(如-NH2)树脂。
两面装有反渗透膜。在压力作用下，透过膜的淡化水在 隔板内汇集并引出。
（2）管式
– 管式装置分为内压管式和外压管式两种。
– 内压管式将膜镶在管的内壁，含盐水在压力作用下在管 内流动，透过膜的淡化水通过管壁上的小孔流出；
– 外压管式将膜铸在膜的外壁，透过膜的淡化水通过管壁 上的小孔由管内引出。
（3）卷式
1、单程式
– 在单程式系统中，原水一次经过反渗透器 循环式系统有一部分浓水回流重新处理，可 提高水的回收率，但淡水水质有所降低。
3、多段式
– 多段式系统可充分提高水的回收率，用于产 水量大的场合，膜组件逐渐减少是为了保持 一定流速，以减轻膜表面的浓差极化现象。
食品分离技术(7) 离子交换技术
凡能与树脂间形成辅助力（氢键、范德华力等）的离子，树脂 对其吸附力就大；能破坏这些辅助力，离子从树脂上易洗脱。
33
4.4、离子交换过程和速度
离子交换反应是在动态下进行的，不 论溶液的运动情况怎样，在树脂表面上始 终存在着一层薄膜，起交换的离子只能借 分子扩散而通过这层簿膜。
21
4．弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(—NH2)、仲胺 基 (—NHR)或叔胺基(—NR2)，反应简式为：
R NH2 H2O R NH3 OH
离解能力较弱，只能在低pH值下工作，可用弱碱再生。
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四种基本类型树脂的实用型
1）将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠 型树脂；避免了溶液PH值下降和由此产生的副 作用，如对设备的腐蚀。进行再生时，用盐水 而不用强酸。
换带一般0.2—1m。B离子浓度高、操作温度低、料液流速 高、树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但有
限。
39
3、交换
始漏点：流出液中开 始出现未被交换的离 子（承接检验有试液 离子）
始漏量：达始漏点时， 被交换到柱子上的离 子的量（mmol）< 树脂的总交换容量
交界层：部分被交换 的树脂层称为交界层
R SO3 Na R SO3Na
强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶
液中都能离解和产生离子交换作用，因此使用时的
pH没有限制。
17
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化 学药品使树脂的官能团回复原来状态再次使用。 强酸性阳离子树脂是用强酸进行再生处理。
18
19
2．弱酸性阳离子树脂
这类树脂含有弱酸性基团，如羧基—COOH、 酚羟基 —OH，能在水中离解出H+而呈弱酸性。 反应简式为：
西交20秋《催化剂工程》在线作业【标准答案】
(单选题) 1: 离子交换剂包括无机离子交换剂和（）
A: 有机离子交换树脂
B: 有机离子交换剂
C: 无机离子交换树脂
D: 离子交换剂
正确答案: B
(单选题)2: 下列哪一个不是等温吸附时的物系特点( D )
A: 被吸收的组分量很少
B: 溶解热小
C: 吸收剂用量较大
D: 被吸收组分的浓度高
正确答案: D
(单选题)3: 采用时均化的处理方法描述湍流运动时,( )速度的时均值为零。
A: 瞬时
B: 时均
C: 脉动
正确答案: A
(单选题)4: 分子筛催化剂择形催化有()种类型。
A: 3
B: 5
C: 2
D: 4
正确答案: D
(单选题)5: 借助（）引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀的方法称为导晶沉淀法
A: 溶剂
B: 催化剂
C: 溶剂
D: 晶化导向剂
正确答案: D
(单选题)6: 在稳定地工业装置上以小口径侧线引出部分工艺气体，至催化剂测流反应器，进行评价实验。
反应后（）称为工业装置测流实验。
A: 气体返回原工业装置主流工艺气中继续使用
B: 直接废弃
C: 回收利用但不能用于原工业装置主流工艺气中
D: 洗涤之后再使用
正确答案: A
(单选题)7: 下列哪项是动力学的目的（）
A: 提供数学模型，弄清反应机理。
离子交换分离技术
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1．强、弱酸型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）
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。
4mol·L-1HCl 淋洗
Co2+
流出液: Mn2+
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有机离子交换剂
表 4—1 有机离子交换剂分类
分类
功能基团
使用 pH 范围
凝 阳 离 子 交 强酸性阳离子交换树脂
胶 换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
型 阴 离 于 交 强碱性阴离子交换树脂
树 换树脂
弱碱性阴离子交换树脂
脂 螯合（离子交换）树脂
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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三. 离子交换树脂的亲合能力
总原则
1．强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力 2．强、弱碱型阴离子交换树脂的亲和力
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总原则：
总原则：亲和力与水合离子的半径、电 荷及离子的极化程度有关。
水合离子的半径越小，电荷越高，离子 的极化程度越大，其亲和力也越大。
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)，一般树脂的交换容量位3—6mmol /g。
离子交换分离
三、离子交换的平衡理论
• (一)、离子交换过程的机理
阴离子交换 R+U-+X-↔R+X-+U平衡常数 [ RX ][ U ] KXU-= [ RU ][ X ]
阳离子交换 R-U++X+↔R-X++U+ 平衡常数 RX ][ KXU+= [[RU ][ U ]] X
三、离子交换平衡理论
(二)、影响离子交换的因素 1、颗粒大小 2、交联度(交联剂含量的多少) 3、温度 4、离子的化合价 5、离子的大小 6、搅拌速度 7、溶液浓度
阴 离 子 交 换 剂
离子交换基
强碱性基: 三甲氨基(trimethyl amine)
结构
─N+(CH3)3 C2H5
季氨乙基(Q, quaternary aminoethyl)
─(CH2)2─N+ CH2 CH CH3 C2H5
三乙氨乙基(TEAE, triethyl aminoethyl) 弱碱性基:
二、离子交换剂
阳离子交换剂(cation exchanger)
交换阳离子，活性基团为酸性；
强酸性和弱酸性阳离子交换剂
根据具有离子交换能力的pH范围不同，分为 强酸性阳离子交换树脂（磺酸基和次甲基磺酸基） 反应简式：R—SO3H↔R—SO3-+H+
R—SO3H+Na+↔R—SO3Na+H+
总交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中， 所有交换基团的总数。
注意：它是常数，不代表真实交换能力。
操作交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂 中，实际参加反应的活性基团的总数。单位： mmol/mL mmol/g
铷
铷及其研究概况一、铷的相关性质元素符号Rb，银白色稀有碱金属，在元素周期表中属IA族,原子序数37，原子量85.4678,立方晶体，常见化合价为+1。
铷是银白色金属，质软，可用小刀切割。
熔点38.89℃，沸点686℃，密度1.532克／厘米3(20℃) 。
化学性质比钾还要活泼，在室温和空气中能自燃，因此必须在严密隔绝空气情况下保存在液体石蜡中。
铷与水，甚至是与温度低到-100℃的冰相接触时，也能发生猛烈反应，生成氢氧化铷和氢气。
与有限量氧气作用，生成氧化铷，在过量氧气中燃烧，生成超氧化物。
铷也能与卤素反应。
氧化态为＋1，只生成＋1 价化合物。
铷离子能使火焰染成紫红色，可用焰色反应和火焰光度计检测。
铷在地壳中的含量为0.028 ％，但极其分散，至今尚未发现单纯的铷矿物，而是存在于其他矿物中，铷在锂云母中的含量为3.75％；铷在光卤石中的含量虽不高，但储量很大；海水中含铷量为0.121 克／吨,很多矿泉水、盐湖卤水中也含有较多的铷。
中国宜春锂云母含Rb2O 1.2～1.4％，四川自贡地下卤水也含有铷。
铷有两种天然同位素：铷85和铷87，后者具有放射性。
二、铷的应用人们最先发现铯和铷的重要的性质,是因为它们是“长眼睛”的金属——具有优异的光电性能。
由于碱金属的晶体中有活动性很强的自由电子,因而它们具有良好的导电性、导热性。
在一定波长光的作用下,铯和铷的电子可获得能量从金属表面逸出而产生光电效应。
将碱金属的真空光电管安装在宾馆或会堂的自动开关门上,当光照射时,由光电效应产生电流,通过一定装置形成的电流使门关上。
当人走在自动门附近时,遮住了光,光电效应消失,电路断开,门就会自动打开。
光线越强,光电流越大。
碱金属中铯和铷是制造光电管、光电池的最好材料。
铯和铷又是红外技术的必需材料,利用这些光电管、光电池可以实现一系列自动控制。
如铯在雾中或夜间有吸收红外线的能力,铯作成的光学仪器上装上红外线辐射光源,当飞机的影子落在光学元件的瞬间,能立即停止工作,故可作防空设备,还可制成红外望远镜,用于军事侦察、边防巡逻,军舰夜航等。
几种高选择性无机离子交换剂在放射性废水处理中的应用
传统 的 商用 离子 交 换剂 相 比， 至少 要 高 ２个数 量
级。
２ 无机 离子 交换 剂 的 特 性 Ⅱ 】
２ １Ｃ 离子交换 剂 ． ｓ ２ １ １特性 ．．
图 １ 出 了 Ｃ 离 子交 换 剂 、 钛 酸盐 、 给 ｓ 硅 沸石 和树 脂 等离子 交换剂 在不 同钠浓 度下 ， Ｃ 的吸 对 ｓ 附系数 的 比较 （ 附平 衡 时 ［ ｓ ［ ｓ 。 由图 １ 吸 Ｃ ３／Ｃ ｌ）
第 ２ ９卷第 ６ （ 期 总第 １４期 ） ７
・
辐 射 防护通讯
２０ ０９年 １ ２月
综
述 ・
几种高选择性无机离子交换剂在放射性废水处理中的应用
黄雅 文 （ 国辐射 防护研 究 院 ， 中 太原 ，３ Ｏ６ ＯＯＯ）
摘 要 介绍 了铯离子交换剂 、 锶离子交换剂和钴离子交换 剂的特性 、 水处理运行条件 、 选择 性吸 附交 换能力及其
放 射 性 废 水 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１０ —３６ ２０ ）６ ０ ６ ５ ０４６５ （０９０ — １－ ０ ０
在放射性废水处理 中的应用。
关 键词 ： 无 机 离 子 交换 剂 中 图分 类 号 ： Ｌ４ Ｔ９１
１ 引言
二十世 纪五 六 十 年代 ， 然 蛭 石 、 天 沸石 、 铁氰
・
・
含油 、 脂和 其它 杂质 体 系 ， 预先 过滤 。 需 Ｓ 离 子交 换剂 对帅 ｒ 有 很 高 的选 择 性 吸 附 ｒ Ｓ具
２ ２ ３选 择性 吸 附交换 能力 ．． 能 力 。 日本 原子 能研 究 所 （Ａ Ｒ ） Ｊ Ｅ Ｉ曾用 ｓ 离 子 交 ｒ 换 剂对 乏燃 料后 处 理 废 液 进 行 了净 化 处理 试 验 。
催化剂工程导论2离子交换法制备催化剂
•我国催化甲基叔丁基醚生产成功
2.5.2 由离子交换树脂制备催化剂
分类：
强酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 的磺酸基(－SO3H)
弱酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 羧基(－COOH)
阴离子交换树脂：在树脂中含有作为阴离子交换的季胺基型
成型必要性：催化剂的形状、尺寸不同，甚至表面粗糙度 不同，都会影响到催化剂的活性、选择性、强度、床层压 降、导热能力等性能。
改变形状的关键：是在保证催化剂机械强度及压降允许的 前提下，尽可能地提高催化剂的表面利用率。单位体积反 应器内所容纳的催化剂外表面越大，催化剂活性越高。
方法：催化剂异形化。即使催化剂的化学性质、物理结构 没有变化，也可以提高活性，减小压降，改善导热性能。
沸石分子筛的结构(II)
Mp/n[(AlO2)p (SiO2)q]·yH2O 式中p为铝氧四面体的数目， q为硅氧四面体的数目。 每个铝原子和硅原子平均有两个氧原子，如果M的化合价 n＝1，则M的原子数等于铝原子数，如果n＝2，则M的原 于数只是铝原子数的一半。
沸石分子筛的结构(II)
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]·ZH2O
笼示意图
笼及A型
以笼为结构单元，通过四元氧桥按立方晶格方式相互连 接起来；
笼总共由12个四元环、8个六元环和6个八元环组成的26
面体， 笼的直径为1.44 nm，空腔体积 0.76 nm3
笼及A型
A型沸石分子筛是 8个笼和12个 笼 联结而成，并形成 一个新的更大的笼 叫 笼。
八面沸石笼及X，Y型分子筛
八面沸石笼，以 笼为 结构单元，通过六元氧 环用六个氧桥按四面体 方式同其他四个笼联结 (类似金刚石结构)而构成 X，Y型分子筛的晶体结 构。 可以把八面沸石笼看作 是由笼和六角柱笼包围 而成的 。
离子交换树脂在水处理中的运用
2．水的软化 水中的Ca2+、Mg2+含量在0.4mmol／L以上时称为硬水。如 果硬水中含有HCO3-时，则加热时会产生CaCO3和MgCO3沉淀， 锅炉在使用这种水时在运行中会有结垢，造成危害。离子交 换法软化水，是将水中的Ca2+、Mg2+除去，使水软化，因此实 质是一种化学脱盐法。软化水系统一般以减少水中的钙镁离 子的含量为主，有些软化系统中还可以去掉水中的碳酸盐， 甚至还可以降低水中的阴阳离子的含量。
3．除盐水、纯水、高纯水的制备 (1)离子交换除盐工艺 用离子交换树脂制取去离子水的工艺过程是使原水先通过强 酸性阳离子交换树脂除去阳离子，再通过强碱性阴离子交换树 脂去掉阴离子。选用何种除盐水系统和设备主要依据出水质量 、系统产水量及进水水质情况。 (2)纯水、高纯水的制备 高纯水除对水中残余无机盐的含量要求极严格以外，对水中 的各种金属离子的含量、有机物的含量、微粒粒径、微生物的 数量均有严格的指标；纯水系统的对象与高纯水的相同，超纯 水系水质接近于理论值的纯水。
(2)处理含铜废水 较高浓度的铜对生物体有毒性，且排入水体的铜可通过食物 链被生物大量富集，人体摄入过量铜会导致腹痛、呕吐、肝硬化 等。离子交换树脂可有效地除去废水中的cu2+，以达到高度净化， 并有利于资源的再生。阳离子交换树脂001×7处理以Cu2+形式存 在的含铜废水，铜回收率达99％。阴离子交换树脂，如201×7、 Amberlite IRA68、IRA一93等已成为处理冶金、电镀等工业部门排 出的铜络离子废水的主要材料。螯合树脂对Cu2+具有很强的螯合 能力，因此，螯合树脂最适合于处理体系比较复杂、含铜量较低 的含铜废水。
4．工业废水的处理 (1)处理含汞废水 阳离子交换树脂，如00l×7、SG一1等可用于处理以Hg形 式存在的酸性废水，而对于碱性废水，可用弱酸树脂处理，如 KB4P-2对汞的交换容量最高达9mmol／g。强碱性阴离子交换 树脂，如Amberlite、IRA400、Vionite、AT2l等对[HgCl4]2-的亲和 力很强，被普遍应用于处理氯碱厂的含汞废水。 特点：用树脂交换法除汞作为化学法的二级处理系统，能保证 达到排放标准，且能实现封闭循环、连续稳定的运行，排放的 废水可作为冷却水加以回用；应用树脂交换法还能对废水起到 脱色作用，处理的水清晰透明。失效后的树脂不再回收，作为 汞废渣回收汞，防止了二次污染。因此，应用离子交换法处理 低浓度含汞废水，有明显的社会效益和经济效益。
4.3离子交换
强酸性
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、有机阴离子均可交换。
中等酸性
弱酸性
交换能力受酸度 的影响较大
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
（2）弱酸性阳离子交换树脂
• 功能团：-COOH，-OH (酚羟基） • 类 型：钠型树脂 • 交换反应：
树脂的网络骨架
(二) 树脂分类
按选择性 离子交 换树脂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H
弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH
强碱性阴离子交换树脂 R NOH
弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
按结构 凝胶型 离子交 换树脂 大孔型 等孔型
孔径5nm、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。 孔径为20—100nm，溶胀度小，交换速度高，抗
一、名词解释：离子交换法、交联度、选择性 二、填空题 1、离子交换树脂由 和 组成，其中后者又由 和 组成。 2、按离子交换的选择性，离子交换树脂可分为 、 、 、 。 3、离子交换树脂的物理性能有 、 、 、 、 、 、 。 4、离子交换树脂的化学性能有 、 、 、 、 。 5、离子交换操作过程包括 和 两个基本过程。 6、离子交换操作动态法可采用 床间歇操作 和 或 连续操作。 三、简答题 请写出强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂的选择性顺 序。
再生剂
再生剂的种类 强酸性阳树脂：用HCl、H2SO4、NaCl、Na2SO4再生； 弱酸性阳树脂：用HCl、H2SO4再生； 强碱性阴树脂：用NaOH、NaCl再生； 弱碱性阴树脂：用NaOH、Na2CO3、NaHCO3等再生。
再生剂的浓度 HCl：5～10% NaOH：10～12%、4～8%
离子交换分离技术
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。
2-离子交换剂
— CH—CH2—CH-CH2 CH-CH2—
— CH—CH2—
交联度：交联剂在高分子结构中所占的质量分数
交联度（D.V.B）
交联剂质量 100% 高分子质量 交联剂质量
◆我国以符号“×”后的数字表示。
例如强碱性树脂201×7表示交联度为7。
◆交联度大小反映了树脂网状结构的紧密程度，因此直接影响树脂
-CH-CH2-
SO3 H
反离子
2、离子交换树脂的分类
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
◆按功能基的性质分类
弱碱性阴离子交换树脂 螯合树脂 氧化还原树脂 两性树脂
◆强酸性阳离子交换树脂：树脂上带有强酸性功能团，如—SO3H，在酸
性介质中仍能电离出可交换离子H+，故能在pH=0-14下与溶液中的阳离 子进行交换；
CH2Cl
(CH3)2NH (CH3)3N
5、离子交换树脂的性能
1）化学性能 ◆交换容量 定义：一定数量（质量或体积）的离子交换树脂所带的交换基团或可交 换离子的数量。 单位：树脂的量以质量单位表示（多用于理论研究），或以体积单 位表示（多用于工程实践）；可交换离子数量以摩尔表示。也有以 克、公斤、克当量、毫克当量表示的。
◆按结构和树脂形态分类：凝胶型和大孔型离子交换树脂
凝胶型树脂:在溶胀状态下，其孔径一般为2-4nm；干燥状态下，微孔 缩紧闭合，丧失交换能力。 大孔型树脂:在干、湿状或收缩、溶胀态下，都存在着比凝胶型树脂更 多、更大的孔道，其孔径一般大于20nm（甚至达数千nm） 而且布满树脂内部;
比表面积大（20-130m2/g，而凝胶型约为5m2/g）;
◆弱碱性阴离子交换树脂：树脂上带有弱碱性功能团，如=NH2OH，在碱
分析化学中常用的分离和富集方法
分析化学中常用的分离和富集方法要求：了解分析化学中常用的分离方法；理解萃取分离法的基本原理、萃取条件的选择及主要的萃取体系；掌握分配比、分配系数和萃取率的计算；掌握各种色谱法分离的机理。
了解一些新的分离富集方法。
一、概述在分析中对分离的要求是，干扰组分应减少到不再干扰被测组分的测定，被测组分在分离过程中损失要小到可以忽略不计。
后者常用回收率来衡量。
%100⨯=原来所含待测组分质量质量分离后待测的待测组分回收率回收率越高越好，不同体系对回收率的要求不一。
二、沉淀分离法沉淀分离法是一种经典的分离方法，它是利用沉淀反应有选择地沉淀某些离子，而其他离子则留在溶液中，从而达到分离的目的。
常用方法有：常量组分的沉淀分离（氢氧化物沉淀分离：氢氧化钠法、氨水法、有机碱法、ZnO 悬浊液法；硫化物沉淀分离；利用有机沉淀剂进行分离；其他无机沉淀剂），痕量组分共沉淀分离和富集（无机共沉淀剂；有机共沉淀剂）。
三、挥发和蒸馏分离法挥发和蒸馏分离法是利用物质的挥发性的差异进行分离的一种方法，可以用于除去干扰组分，也可以使被测组分定量分出后再测定。
在无机物中，具有挥发性的物质并不多，因此这种方法选择性较高。
四、液—液萃取分离法1.萃取分离的原理：利用与水不相混溶的有机溶剂同试液一起震荡，一些组分进入有机相，另一些留在水相中，达到分离富集的目的。
2. 分配比和分配系数3. 萃取百分比%100⨯=被萃取物质的总量的总量被萃取物质在有机相中E即%100/00000⨯+=+=V V D D V C V C V C E w ww[] [::]D organic w aterO O D w wA A A c K D K A c D ==分配系数分配比ww V DV V m m +⋅=001若用0V （mL ）溶剂，萃取n 次，水相中剩余被萃取物为m n （g ），则DV DV V m m nw w n )]/([00+=，查表得出同量的萃取剂，分几次萃取的效率比一次萃取的效率高，但增加萃取次数会影响工作效率。
无机离子交换剂的Na-NH4+离子交换特性
无机离子交换剂的Na-NH4+离子交换特性背景介绍在化学实验中，离子交换技术常常被应用于水质处理、生化分离等领域。
无机离子交换剂则是进行离子交换的重要试剂之一。
其中，Na-NH4+离子交换特性是无机离子交换剂中的一种，该技术可被应用于空气净化、催化剂的制备和分离等方面。
本文将围绕无机离子交换剂的Na-NH4+离子交换特性展开讨论，从理论和实验两方面进行描述。
理论分析无机离子交换剂是由可交换离子的高分子合成而成。
当离子交换剂中的交换基团和溶液中的离子发生作用时，交换基团会插入到离子的氢键中并通过静电吸引力使离子和交换基团在离子交换剂中交换位置，从而实现离子交换作用。
Na-NH4+离子交换特性可由以下式子进行描述：NH4+ + Na+ ←→ NH3 + H+ + Na+其中，NH4+ 和 Na+ 分别代表置换前的离子，NH3、H+ 和 Na+ 则是置换后的离子。
通过观察上述方程式，我们可以发现Na-NH4+离子交换特性的示意图如下：NH4+ Na+↓↓NH3 + H+ Na+由此可以看出，在进行Na-NH4+离子交换特性时，Na+置换NH4+的过程中会产生NH3和H+作为副产物。
这些副产物会影响到离子交换剂的质量和结构，因此在进行离子交换实验时需要重点考虑这些因素。
实验操作以下是进行Na-NH4+离子交换特性实验的具体操作步骤：1.将离子交换树脂样品取出并洗涤，直到用去离子水进行洗涤后溶液的pH值稳定在7.0左右。
2.用去离子水制备一份样品溶液（10 mg/mL），该溶液中的Na+和NH4+的浓度应分别为10 mM。
3.将样品溶液与离子交换树脂混合，放置于70°C下震动2小时，使其充分交换；并于此过程中定期检测溶液的pH值。
4.将所得混合物过滤，并使用去离子水将残留物清洗出来。
5.收集洗涤后的树脂，并使用移液管加入少量NaCl溶液，使样品中的Na+和NH4+达到10 mM。
6.将可溶性离子过滤掉，并通过上述方法比较树脂交换了多少Na+和NH4+。
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无机离子交换剂
1. 简介
无机离子交换剂是一种用于水处理、环境保护和化学分离等领域的重要材料。
它们能够通过吸附和释放离子来改变溶液中的离子组成。
无机离子交换剂通常是多孔结构的固体材料，具有高度选择性和吸附能力。
2. 工作原理
无机离子交换剂的工作原理基于离子交换过程。
当溶液中的离子与交换剂表面的固定离子发生吸附和解吸过程时，离子会被交换剂固定离子替代或释放出来。
这种离子交换过程可以使溶液中的离子浓度发生变化，从而实现对溶液中离子组成的调控。
3. 交换剂类型
无机离子交换剂可以根据其结构和成分分为多种类型，如下所示：
3.1 强酸型交换剂
强酸型交换剂通常由硫酸树脂或磷酸树脂制成。
它们可以交换溶液中的阳离子，如钠离子、钾离子和镁离子等。
强酸型交换剂在水处理中常用于去除溶液中的金属离子和硫酸根离子。
3.2 强碱型交换剂
强碱型交换剂通常由氢氧化铝或氢氧化铁制成。
它们可以交换溶液中的阴离子，如氯离子、硝酸根离子和磷酸根离子等。
强碱型交换剂在水处理中常用于去除溶液中的氯离子和硝酸根离子。
3.3 高选择性交换剂
高选择性交换剂是一类具有特殊结构和功能的交换剂。
它们可以选择性地吸附和释放溶液中的特定离子，如重金属离子、放射性核素和有机污染物等。
高选择性交换剂在环境保护和化学分离领域具有广泛的应用前景。
4. 应用领域
无机离子交换剂在多个领域都有广泛的应用，包括水处理、环境保护和化学分离等。
4.1 水处理
无机离子交换剂在水处理中起到重要的作用。
它们可以去除水中的杂质离子，改善水的质量。
例如，强酸型交换剂可以去除水中的金属离子，如铁离子和锰离子，从
而改善水的味道和色泽。
强碱型交换剂可以去除水中的氯离子和硝酸根离子，减少水中的污染物含量。
4.2 环境保护
无机离子交换剂在环境保护中也有重要的应用。
它们可以用于处理废水和污染土壤，去除其中的有害离子和有机污染物。
高选择性交换剂尤其适用于去除重金属离子和放射性核素，减少环境污染的风险。
4.3 化学分离
无机离子交换剂在化学分离中起到关键的作用。
它们可以用于分离和纯化化学品、药品和生物制品等。
通过调整交换剂的选择性和吸附能力，可以实现对目标物质的高效分离和提纯。
5. 总结
无机离子交换剂是一种重要的材料，在水处理、环境保护和化学分离等领域发挥着关键作用。
它们通过离子交换过程改变溶液中的离子组成，具有高度选择性和吸附能力。
不同类型的交换剂可以用于不同的应用场景，如强酸型交换剂用于去除金属离子，强碱型交换剂用于去除氯离子。
高选择性交换剂则具有更广泛的应用前景，可以选择性地吸附和释放特定离子和有机污染物。
通过应用无机离子交换剂，我们可以改善水质、保护环境并实现高效的化学分离过程。