离子交换技术典型实例
离子交换技术在水处理中的应用
离子交换技术在水处理中的应用
简介
离子交换技术是一种常用的水处理方法,通过利用树脂等材料对水中离子进行吸附和交换,以达到去除杂质、软化水质等目的。
本文将介绍离子交换技术在水处理中的应用。
离子交换技术的原理
离子交换技术是一种通过树脂或其他吸附材料将水中的离子和分子有选择性地去除并替换的方法。
其原理是利用树脂上活性位点与水中离子发生化学反应,使水中的离子被树脂吸附并被其他离子替代的过程。
离子交换可以分为阴离子交换和阳离子交换两种方式。
水处理中的离子交换应用
水软化
离子交换技术在水处理中最常见的应用之一是水软化。
硬水是指含有大量钙、镁离子的水,经过离子交换处理后,可将硬水中的钙、镁等离子与树脂上的钠、氢等离子进行交换,从而软化水质,减少水垢的生成。
去除有害离子
离子交换技术还可以应用于去除水中的有害离子,如重金属离子、氟化物离子等。
通过选择性吸附和交换,可以有效地将有害离子从水
中去除,保证饮用水和工业用水的安全性。
水处理废水
离子交换技术也被广泛应用于水处理废水过程中。
通过离子交换
过程,可以有效去除废水中的金属离子、有机物等杂质,提高废水处
理效率,降低对环境的污染。
制备高纯水
在电子、光伏等领域,需要用到超纯水。
离子交换技术可以去除
水中的离子和微生物等,制备出高纯度的水,满足特定工艺对水质的
要求。
结语
离子交换技术在水处理中发挥着重要作用,不仅可以改善饮用水
质量,还可以保护环境、节约资源。
随着科学技术的不断进步,离子
交换技术在水处理领域的应用前景将更加广阔。
离子交换技术在大豆废水中应用
4
正文
采用离子交换技术,可以使废水中的金属离子交换吸附 在树脂上,废水可以再次进行生产回收利用。
离子交换分离技术
Fe2+ Ca2+
K+
离子交 换树脂
Mg2+
Fe3+
Al3+
2.转化原理
类溶于水
酒石酸盐 苹果酸盐
凝固剂 不凝固,残留废水中
柠檬酸盐
琥珀酸和磷酸盐 琥珀酸 有机酸盐阳离子Ca2+、Me2+、Fe2+等吸 附在树脂上,树脂上的氢离子交换到废水中。
离子交换柱
离子交换吸附
氢离子和有机酸 根结合形成有机酸, 使得成天然的有机酸 味与水果香味。
当树脂上的氢 离子大部分被金属 阳离子替换时,树 脂将失效。可以通 过加入盐酸使其从 新转换成氢型而被 利用。从而循环往 复,使得废水被逐 渐取代。
2(R‒SO3) H+(ROO)2Me
(R−SO3)2Me+2HCl
5.结论与讨论
1
用离子交换树脂可将“黄浆水”转变成有机酸, 并未引进杂质离子,完全保留了其原有的成分,可满足 人体一定的需要。
2
我们可以利用离子交换技术将“黄浆水”来生产 饮料,与配置的饮料相比,也有独特的优势。
3
Ph值是影响离子交换的一个主要因素,在对金属 离子交换吸附时,都有个“上升、下降”的这样变化过 程。
2
通过交换吸附 的金属离子测得的 含量,再根据树脂 的工作交换量1.6g 当量 /L,可得出理 论上可处理的“黄 浆水”的量,在这 个基础上可适当降 低15%左右。
3
通过测得流出 液的Ph值。当大 于4时,可认为交 换树脂已经失效, 需要经过氢型处理 后才能再次使用。
离子交换技术在水处理中的应用
离子交换技术在水处理中的应用水是人类生活中不可或缺的重要资源,而水质的好坏直接关系到人们的健康和生活质量。
然而,随着工业化的发展和人口的增长,水污染问题日益严重。
为了解决水质问题,离子交换技术应运而生。
本文将介绍离子交换技术在水处理中的应用,并探讨其优势和局限性。
离子交换技术简介离子交换技术是一种通过固定相与溶液中的离子进行交换的物理-化学过程。
在离子交换过程中,通过合适的树脂材料,将溶液中的杂质离子与树脂上的离子进行交换,从而达到除杂和提纯的目的。
离子交换技术可以应用于不同领域,包括水处理、制药和食品加工等。
离子交换技术在水处理中的应用1.水软化硬水是指含有高浓度钙、镁离子的水,使用硬水会导致水垢的产生,影响家电设备寿命和水管的畅通。
离子交换技术可以利用树脂材料将水中的钙、镁离子与树脂上的钠、氢离子进行交换,从而实现水软化。
水软化不仅可以提高家电设备的效率和寿命,还可以保护管道系统,提供更适合人体健康的饮用水。
2.水纯化水中的杂质离子对人体健康有潜在的威胁,因此水的纯化是至关重要的。
离子交换技术可以去除水中的重金属离子、有机物和微生物等污染物,从而提高水的纯度。
通过选择适当的树脂材料和优化操作条件,离子交换技术可以实现高效的水纯化效果,确保饮用水的安全性和健康性。
3.废水处理随着工业化的加速和城市化的推进,废水排放是当今社会面临的重要环境问题之一。
离子交换技术可以应用于废水处理,去除废水中的有害物质和重金属离子,从而减少对环境的污染。
通过离子交换技术对废水进行处理,可以实现废水的净化和资源化利用,达到可持续发展的目标。
离子交换技术的优势和局限性离子交换技术在水处理中具有许多优势,如高效、可控性强、操作简单等。
它可以去除水中的不同离子,适应不同的水质要求。
然而,离子交换技术也存在一些局限性,如成本较高、疏水性有机物去除效果较差等。
在使用过程中,树脂材料也需要定期的再生和更换,增加了运营成本和维护难度。
离子交换技术在水处理中的应用
离子交换技术在水处理中的应用离子交换技术是一种常用的水处理方法,通过离子交换树脂将水中的离子与树脂上的离子进行交换,从而达到去除水中杂质的目的。
离子交换技术在水处理中有着广泛的应用,本文将从硬水处理、去除重金属、软化水质和水纯化等方面介绍离子交换技术在水处理中的应用。
一、硬水处理硬水是指含有较高浓度的钙、镁等离子的水,长期饮用硬水会对人体健康产生不利影响。
离子交换技术可以通过树脂吸附水中的钙、镁离子,将硬水转化为软水。
这样不仅可以改善水的口感,还可以防止水垢的产生,延长水龙头、水管等设备的使用寿命。
二、去除重金属水中的重金属离子对人体健康有害,如铅、汞、镉等重金属离子会积累在人体内,导致中毒。
离子交换技术可以通过树脂吸附水中的重金属离子,将其去除。
这种方法不仅可以用于家庭自来水的净化,还可以应用于工业废水处理、地下水污染修复等领域。
三、软化水质水中的钙、镁离子会导致水质硬度增加,影响洗涤效果和皮肤健康。
离子交换技术可以通过树脂吸附水中的钙、镁离子,将水质软化。
软化水质后的水不仅可以提高洗涤效果,还可以减少洗衣机、热水器等设备的结垢,延长使用寿命。
四、水纯化离子交换技术还可以用于水的纯化,去除水中的有机物、无机盐等杂质。
通过选择合适的离子交换树脂,可以实现对水中不同离子的选择性吸附,从而达到水的纯化目的。
这种方法广泛应用于饮用水净化、制药工业、电子工业等领域。
总结:离子交换技术在水处理中的应用十分广泛,可以用于硬水处理、去除重金属、软化水质和水纯化等方面。
通过选择合适的离子交换树脂和优化操作条件,可以实现高效、经济、环保的水处理效果。
随着科技的不断进步,离子交换技术在水处理领域的应用将会越来越广泛,为人们提供更加清洁、健康的水资源。
离子交换树脂的应用实例
离子交换树脂的应用实例离子交换树脂是一种非常重要的化学技术,它可以应用于多种不同的领域,包括水处理、食品加工、制药、化妆品、环保、能源和医疗等行业。
在这篇文章中,我们将介绍一些离子交换树脂在各个领域中的应用实例。
1. 水处理离子交换树脂在水处理方面的应用是最广泛的。
它可以用于去除水中的离子、重金属、硝酸盐、铬、铅、氯等物质。
这些物质都是对人体健康非常有害的。
使用离子交换树脂可以有效地去除这些物质,使水质得到提高。
某工厂的工业废水中含有高浓度的铁、锌、铜等重金属离子,造成了地下水和土壤的污染。
为了解决这个问题,该工厂使用了一种特殊的离子交换树脂,将水中的重金属离子吸附下来,并将净水排放到环境中。
经过这种处理,地下水和土壤的污染问题得到了得到极大的改善。
2. 食品加工离子交换树脂在食品加工中也有着广泛的应用。
它可以用于纯净水的制作,去除水中的有害物质,保证食品的安全性。
离子交换树脂还可以用于去除水中的钠,使得制作的食品更加健康。
在一家制造糖果的工厂中,这种技术被用来去除糖浆中的杂质,提高糖果的质量和口感。
使用离子交换树脂可以使得糖浆中的杂质被去除,让糖果变得更加清澈透明,口感更加鲜美。
3. 制药离子交换树脂在制药领域中的应用同样是非常广泛的。
它可以用于制药原料的分离、纯化和精制。
一些抗生素类药品就需要使用离子交换树脂进行分离和纯化,以保证其品质和效果。
在药物制剂中添加离子交换树脂也可以使药物释放更加稳定、充分。
在某个制药厂内,生产出的某种药物含有较多的杂质,可能对患者产生严重的不良反应。
使用离子交换树脂可以有效地去除这些杂质,提高药品的纯度和质量,从而更好地保护患者的健康。
4. 化妆品离子交换树脂在化妆品制造中也有着非常重要的应用。
它可以用于提取出化妆品中的天然植物成分,同时去除不良成分。
这可以提高化妆品的有效成分含量,使其更加适合不同的肤质和需要。
一些具有美白功效的面霜就需要使用离子交换树脂提取出天然的美白成分,同时去除有害物质。
离子交换工艺流程实例详解,全面解析离子交换过程中的步骤和方法
离子交换工艺流程实例详解,全面解析离子交换过程中的步骤和方法Ion exchange is a widely used process in various industries, such as water treatment, pharmaceuticals, and food processing. It involves the exchange of ions between a solid resin and a liquid solution, resulting in the removal or separation of specific ions from the solution.The ion exchange process typically consists of several steps. First, the resin is prepared by washing and conditioning it to ensure optimal performance. This involves removing any impurities or unwanted ions from the resin.Next, the resin is loaded into a column or vessel, where the ion exchange takes place. The solution containing the desired ions is passed through the column, and the resin selectively adsorbs the target ions while releasing other ions into the solution.Once the resin becomes saturated with the target ions, it needs to be regenerated. This is done by passing a regenerant solution through the column, which displaces the target ions from the resin and replaces them with a different ion. The displaced ions are thenflushed out of the column.After regeneration, the resin is ready for another round of ion exchange. The process can be repeated multiple times until the resin's effectiveness diminishes, and it needs to be replaced.In summary, the ion exchange process involves resin preparation, ion exchange, regeneration, and resin replacement. It is an effective way to remove or separate specific ions from a solution.中文回答:离子交换是在水处理、制药和食品加工等各个行业广泛使用的一种工艺。
离子交换技术
操作条件如流速、温度等也会影响离子交换过程,需要根据实际 情况进行调整。
离子交换过程的动力学模型
扩散过程
在离子交换过程中,离子的扩散速度 是影响整个过程的重要因素之一。扩 散速度越快,离子越容易到达离子交 换剂的表面,从而进行交换反应。
反应过程
反应过程是离子交换过程中的另一个 重要因素。反应速度越快,离子越容 易与离子交换剂发生交换反应,从而 提高整个过程的效率。
使用方法
02
将离子交换剂填充在交换柱中,通过循环或静态方式进行离子
交换。
注意事项
03
注意离子交换剂的使用寿命,及时更换或再生。
离子交换剂的再生与处理
再生方法
通过化学反应或电化学反应使失效的离子交换剂恢复 交换能力。
处理方式
对失效的离子交换剂进行清洗、破碎、再加工等处理 ,以回收和再利用资源。
再生剂
用于离子交换剂再生的化学试剂,如酸、碱、盐等。
03
离子交换过程
离子交换过程的基本步骤
离子交换剂的预处理
对离子交换剂进行预处理,包括清洗、再生和活化等步骤,以确保其 性能和寿命。
离子交换剂的装填
将预处理后的离子交换剂装填到离子交换柱中,以便进行后续的离子 交换过程。
溶液的通过
将待处理的溶液通过离子交换柱,与离子交换剂进行离子交换反应。
提高离子交换技术的效率与效果的方法
优化工艺参数
通过实验研究,优化离子交换技术的工艺参数,如流速、溶液浓度 等,提高吸附效果和分离效率。
使用复合离子交换剂
研发新型复合离子交换剂,提高其对特定离子的吸附能力和选择性 。
强化再生过程
通过改进再生工艺和优化再生条件,提高离子交换剂的再生效率和 重复使用性能。
离子交换法废酸资源化回用工艺介绍及案例分析
近年来,表面处理行业废酸产量大、酸度高,且含有多种重金属离子,具有腐蚀性和毒性双重特性,如不进行及时妥善处理,将对环境造成不可逆转的损害,徐亚借助相关的技术处理工艺来提升废酸处置利用行业整体水平。
回收再生法主要包括焙烧法、冷冻结晶法、陶瓷膜法、离子交换法,其中离子交换树脂可交换表面处理废酸中的金属离子,降低或去除废酸中金属离子,使废酸达到回用要求,与传统再生法相比特种离子交换树脂吸附法优势明显。
技术工艺:无机酸吸附剂,用于酸和金属离子的高效分离,利用吸附剂对无机酸的高选择性,吸附过程中无机酸被吸附,而金属离子则可以通过,并且被吸附的无机酸可以用水再生回收。
最终酸和金属离子得到有效分离,分别实现循环利用。
材料使用寿命长,相比于其他吸附剂,运行成本低。
图1 工艺流程图技术特色1、工艺流程短、易操作、自动化程度高。
2、能耗低,常温处理,提高设备的使用寿命。
3、分离效果好,可实现无机酸90%以上的回收率。
4、后期维护少,运行成本低。
应用领域1、湿法冶金、化工生产过程产生的、金属表面处理产生的含金属废酸。
2、废酸催化剂中有机物去除、各种无机废酸纯化。
应用案例1、江苏某危废处理公司的含锌铁废酸,处理要求:锌铁分离。
处理效果如下表。
表1 处理效果/ 水量(立方/天)锌离子(mg/L)铁离子(mg/L)PH 颜色原废酸200 5000左右100000-120000 <1 黄色出水200 500 100000 <1 黄绿色图2 处理效果图依次为原废酸、出水(含铁酸液)、脱附液(含铁酸液)、脱附液(含锌酸液)2、江苏某企业含铅铁废酸,处理要求:铅铁分离。
处理效果如下表。
表2 处理效果/ 水量(立方/天)铅离子(mg/L)铁离子(mg/L)颜色原废酸10 1080 50000 深黄色出水10 <150 45000 浅黄色3、江苏某化工厂以浓硫酸作催化剂产生的废酸,处理要求:COD≤3500 mg/L。
化学工程中的离子交换技术应用
化学工程中的离子交换技术应用离子交换技术是一种在化学工程中应用广泛的处理技术,它主要是针对水中含有的各种离子,通过离子交换剂实现离子的分离和去除的一种技术。
这种技术对于纯水或纯液体的生产、在水处理系统中去除杂质和替代某些化学反应中用到的离子有很大的应用价值。
下面就来详细看看离子交换技术在化学工程中的应用。
一、离子交换的基本原理离子交换是一种通过离子交换剂溶液中的达到离子与固体表面发生化学吸附,从而实现离子分离的一种技术。
离子交换剂是一种树脂,离子交换树脂和其表面吸附质形成化学键,从而替换水溶液中的离子形成水合物,从而达到水溶液中离子分离的目的。
二、离子交换技术的应用1、水净化水净化就是利用离子交换技术滤除水中存在的各种杂质离子的过程。
例如,镁、钡、钙等离子是水中经常存在的主要污染物,易积累在水管壁、锅炉中,导致结垢和腐蚀,使用离子交换技术处理水可以去除这些离子,提高纯水的质量,用途更广泛,生产效益更高。
2、电子工业在电子工业中,离子交换技术可以用于生产高纯度的硅片、半导体材料和涂层电子元件,并可用于生产高纯度的金属离子和有机离子化合物。
这些化合物需要极高的纯度,可以通过离子交换技术去除其中的杂质,从而获得完美纯净的化合物。
3、食品和药品行业离子交换技术在食品和药品行业中也有着广泛的应用,可以用于澄清、分离和纯化食品和药品中的成分。
例如,利用硅胶和活性炭等吸附能力强的离子交换树脂可以去除豆浆中的苯乙烯酸和棕榈酸,从而提高豆浆的口感和质量。
此外,应用离子交换技术可以从动物和植物中提取出有效成分,如从茶叶中提取咖啡因,从鸡肉中提取肌肉蛋白等。
4、环保离子交换技术可以用于大气、水、土壤和废弃物等方面的环保工作。
例如,可以通过离子交换技术去除大气中的硝酸盐和二氧化硫等物质,达到保护大气环境的目的。
同时,它还可以去除水中的重金属和微量有害物质,治理污水。
可以将涂鸦、有毒或者危险废物中的溶液通过离子交换技术处理,使其在处理后达到树脂的使用寿命或达到废物处理标准,达到分析的科学极限。
离子交换技术典型实例42页PPT
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——联
离子交换技术典型实例
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀,青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ,卓为 霜下杰 。
13、归去来兮,田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑,菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝,秋熟靡王税。
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
k离子na离子交换机制
k离子na离子交换机制【原创实用版】目录1.引言2.K 离子和 Na 离子的定义和性质3.离子交换机制的原理4.K 离子和 Na 离子交换的实例5.结论正文1.引言在化学反应和生物过程中,离子交换机制起着重要的作用。
离子交换是一种常见的化学反应,涉及到离子间的电子转移。
在这篇文章中,我们将重点讨论 K 离子和 Na 离子的交换机制。
2.K 离子和 Na 离子的定义和性质K 离子(钾离子)和 Na 离子(钠离子)都是常见的金属离子。
它们具有相似的物理和化学性质,但在一些方面有所不同。
例如,K 离子的原子半径比 Na 离子大,因此 K 离子更容易失去一个电子,形成 K+离子。
同样,Na 离子也更容易失去一个电子,形成 Na+离子。
3.离子交换机制的原理离子交换机制是指在化学反应中,一个离子与另一个离子交换位置,形成新的化合物。
这种反应通常发生在具有相反电荷的离子之间。
例如,K+离子和 Na+离子之间的交换。
离子交换机制的原理可以通过以下步骤解释:(1)反应物离子(例如 K+和 Na+)在溶液中相遇。
(2)由于它们的电荷相反,反应物离子之间存在吸引力。
(3)这种吸引力导致反应物离子结合,形成一个不稳定的离子对(例如 K+和 Na+)。
(4)离子对中的一个离子(例如 K+)从另一个离子(例如 Na+)中夺取一个电子,形成新的离子(例如 Na)。
(5)新的离子与原始反应物离子之一结合,形成新的化合物(例如KNa)。
4.K 离子和 Na 离子交换的实例K 离子和 Na 离子交换的一个典型实例是氯化钾和氯化钠的反应。
在这个反应中,K+离子和 Na+离子交换,形成 KCl 和 NaCl。
5.结论总之,离子交换机制是一种重要的化学反应,涉及到离子间的电子转移。
K 离子和 Na 离子具有相似的物理和化学性质,但在一些方面有所不同。
离子交换机制的原理可以通过反应物离子之间的吸引力和电子转移来解释。
化学反应中的离子交换反应
化学反应中的离子交换反应化学反应是一种物质之间发生转化的过程,其中包含了许多重要的化学反应类型,如离子交换反应。
离子交换反应是一种质子交换或离子交换的反应,其中交换的离子必须具有相同的电荷。
本文将介绍离子交换反应的基本原理、应用和一些现实生活中的例子。
离子交换反应的基本原理离子交换反应是指一种离子与另一种离子之间交换电荷的过程。
这种反应通常发生在离子交换树脂中。
离子交换树脂是一种特殊的高分子材料,它具有许多表面带有交换不同离子的活性位点。
其原理是在活性位点上吸附和释放离子,从而实现离子交换。
离子交换树脂通常有两种类型:阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。
阴离子交换树脂通常呈现为一个带有正电荷的高分子,因此它可以吸附负离子,如磷酸根离子、硫酸根离子、硝酸根离子和氯根离子等。
阳离子交换树脂通常呈现为一个带有负电荷的高分子,因此它可以吸附正离子,如钠离子、钾离子、铵离子、铁离子等。
离子交换树脂中的离子交换反应通常是可逆的,这意味着可以通过改变反应条件或水的pH值来控制反应的方向和速率。
离子交换反应的应用离子交换反应在许多领域都有广泛的应用,如药物制剂、水处理、食品加工等。
其中,水处理行业是离子交换反应应用最广泛的领域之一。
水处理行业中,离子交换反应被用于将水中的钙、镁、铁等离子去除,从而软化水。
这种过程被称为水软化。
在水软化过程中,水经过阴离子交换树脂时会释放出氢离子,阴离子会被树脂吸附。
然后水经过阳离子交换树脂时,阳离子会被树脂吸附,树脂释放出钠离子或其他可溶于水的阳离子。
离子交换树脂还可以用于水中去除铀和锶等放射性离子。
这些离子的存在会导致水中的辐射水平超过安全标准。
离子交换树脂可以通过吸附这些放射性离子,从而减少辐射水平。
离子交换反应在现实生活中的例子离子交换反应在生活中可以发现的许多例子。
例如,牛奶在原始状态下富含钙离子,但经过处理后钙离子被取出,适量的维生素D被添加进去,然后再加回去。
这使得牛奶更易消化。
离子交换技术典型实例共42页
46、我们若已接受最坏的,就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首,不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功,谁就会和我一样成功。——莫扎特
Hale Waihona Puke 离子交换技术典型实例16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事, 只想现 在的事 。现在 有成就 ,以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人,心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前,莽撞的 人只能 引为烧 身,只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
离子交换技术典型实例
扁桃酸pKa=5.28
最适动态吸附条件 最适动态解吸条件
3.1 不同流速时,HZ801对扁桃酸的动态吸附特性
100
Mandelic acid concentration(mmol/L)
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
Solution volumn(BV)
0.5 BV/h
C18H37N5O10 C18H36N4O11
MW =483.54 [α]D =+130° MW =484.499 [α]D =+126°
卡那霉素离解常数( pKa值)
数据组别 1 2 3 4
平均值 文献值 相对偏差
表 2 卡那霉素 A 的离解常数计算结果与文献值的比较
pKa1
pKa2
pKa3
8.21
难点:离交过程的理论基础和选择性,格雷戈公式的推导 和离子交换机理及其数学表达式。
典型实例:卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取
提取原则: ①对目标产物亲和力强,而对杂质亲和力弱。
②或者相反,对目标产物亲和力弱,而对杂质亲和力强。
提取策略: ①化合物的理化性质(溶解度、pKa值(价态)、结构)
②树脂的筛选(交换容量、官能团形式、除杂效果)
△S/S1
60 40 20
0 20 30
水 三氯甲烷
40 50 T(℃)
苯 四氯化碳
60 70
环乙烷 乙醚
扁桃酸在极性溶剂中的溶解度曲线
S(g/l)
500
400
300
200
100
0
10
20
离子交换法及其应用
1.5 离子交换树脂的再生
• 离子交换与再生反应是一个可逆反应,树脂再生 就是使离子交换反应逆向进行,以恢复树脂的离 子交换性能。 • 一般用适当浓度的酸或碱进行洗涤可恢复到原状 态而重复使用。阳离子交换树脂可用稀硫酸、稀 盐酸淋洗;阴离子交换树脂可用氢氧化钠溶液处 理再生。
2 离子交换树脂处理重金属废水
3.2 离子交换法的应用前景
从目前掌握的离子交换法应用的实践以及当前技 术发展考虑,离子交换树脂法处理废水的发展方 向在于 : • 选择并开发具有高选择性、易于解吸、耐磨率高、 不易污染的新型功能树脂或复合树脂 • 在选择离子交换树脂时,应考虑各种树脂的优点 及适用范围,必要时采用几种树脂的组合处理 • 开发智能化的集成设备以控制离子交换树脂法的 吸附、解吸及再生过程
RH M RM H
交换 树脂 交换 离子 饱和 树脂
• 在平衡状态下,离子交换剂及溶液中的反应物浓度符合 下列关系式:
[RM][H ] K [RH][M ]
K 值的大小能定量地反映离子交换剂 对某两个固定离子交换选择性的大小。
1.2 离子交换基本理论
(1)离子交换过程 • 离子交换过程可以看作是固相的离子交换树脂与 液相(废水)电解质之间的化学置换反应。
1.3 离子交换剂
离 子 交 换 树 脂
阳离子交换树脂(cation resin)
如R-SO3H+,酸性基团上的H+可以电离,能与其他 阳离子进行等当量的离子交换
阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的
阴离子交换树脂(anion resin)
如R-NH2活性基团水合后形成含有可离解的OH-离子: R-NH2+H2O R-NH3+OH- OH- 可以和其 它阴离子交换
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
pKb1
pKb2
pKb3
pKb4
9.09
8.29
7.6
6.66
9.03
8.18
7.4
6.57
9.12
8.17
7.33
6.46
9.19
8.25
7.4
6.55
9.11
8.22
7.43
6.56
pKb5 5.58 5.63 5.62 5.61 5.61
卡那霉素离解曲线
树脂类型
强酸型阳树脂(如732): 弱酸型阳树脂(如DK110 、D186 、HZ-I):
提取策略: 卡那霉素理化性质:结构、 pKa值、价态
树脂筛选:强酸型、弱酸型
条件选择:溶液pH值、卡那霉素浓度、操作方式
卡那霉素结构式
图1 卡A: R1=OH R2= NH2
C18H36N4O11
MW=484.499 [α]D=+146°
卡B: R1= NH2 R2=NH2 卡C: R1= NH2 R2=OH
△S/S1
60 40 20
0 20 30
水 三氯甲烷
40 50 T(℃)
苯 四氯化碳
60 70
环乙烷 乙醚
扁桃酸在极性溶剂中的溶解度曲线
S(g/l)
500
400
300
200
100
0
10
20
乙醇 乙酸乙酯
30 T(℃)
丙酮 异丙醇
40
50
甲醇 水
扁桃酸在极性溶剂中的溶解度差值曲线
△S/S1
8 6 4 2 0
③离交条件的选择(溶液pH值、原液浓度、操作方式)
7.6 离子交换树脂的离子化、化合物的离子化、化合物的 稳定性 ②溶液浓度:扩散效应、亲和力、价态、离子大小 ③操作方式: 静态吸附、静态解吸
动态吸附、动态解吸、 动态串联方式
卡那霉素的分离纯化
提取原则: 采用对卡那霉素亲和力强的树脂,进行富集
2、溶液的pH值
合适的pH值必须达到下列条件: 使卡那霉素能解离 使732或DK110能离子化 卡那霉素能维持在稳定的范围内
①卡那解离问题
当PH=7.0时 在PH=5.0时 当PH=9.0时
②树脂解离问题
-SO3H型 732树脂 -COOH型 DK110
pK<1 pK 4~6
③卡那稳定性问题
目前多选择732强酸性阳树脂进行离交,溶液 pH值5.5,发 酵液原液浓度(约1000-1500 ug/ml)。为什么?
西索米星结构式
NH2
西索米星离解常数( pKa值)
西索米星的离解曲线
分布系数
1.2 1
0.8 0.6 0.4 0.2
0 0.00 -0.2
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
Solution volumn(BV)
难点:离交过程的理论基础和选择性,格雷戈公式的推导 和离子交换机理及其数学表达式。
典型实例:卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取
提取原则: ①对目标产物亲和力强,而对杂质亲和力弱。
②或者相反,对目标产物亲和力弱,而对杂质亲和力强。
提取策略: ①化合物的理化性质(溶解度、pKa值(价态)、结构)
②树脂的筛选(交换容量、官能团形式、除杂效果)
5、动态串联方式
西索米星的离子交换树脂提取
西索米星为弱碱性生物有机碱,分子中含有四个氨基,在水 溶液中存在四级离解平衡,在不同pH值的水溶液体系中能以 不同的电化学状态存在,随着溶液的pH值由高到低而出现逐 级解离。
在解离条件下,选用强酸性阳离子交换树脂,或选用弱酸型 阳树脂均可达到吸附西索米星阳离子的目的。
卡那稳定存在的pH=6~8。
732树脂离子交换时溶液pH=5.5~6.0;
DK110树脂离子交换时,溶液pH=6.8~ 7.2。
3、原液浓度
卡那是多元有机生物碱 离子交换理论分析 发酵水平
4、操作方式
国内 沿用732静态吸附, 3%NH4·OH动态洗脱法;
国外 采用DK110动态吸附, 2%NH4·OH动态解吸法
20
乙醇 乙酸乙酯
30
40
T(℃)
丙酮 异丙醇
50
甲醇 水
发酵液中R-扁桃酸的711-OH型离子交换提取
扁桃酸理化性质 树脂功能团 杂质影响
扁桃酸pKa=5.28
最适动态吸附条件 最适动态解吸条件
阴离子交换树脂的选择
OD220 value
1.4 1.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
离子交换技术典型实例
知识点:离交树脂的分类及其定义,离交树脂的合成(学 生自学),离交树脂的理化性能和测定方法,离交过程的 理论基础,离交过程的选择性,树脂和操作条件的选择及 运用举例。
重点:离子交换树脂的分类,概念及其适用范围,离子交 换树脂的理化性能和测定方法,格雷戈公式的推导和离子 交换机理及其数学表达式,离交速度的影响因素的影响情 况,离交过程的运用学理论和使离子层分层明显的三种常 用方法,能够熟练地据实际情况选择合适的树脂和操作方 式。
7.80
7.27
8.15
7.76
7.25
8.26
7.82
7.31
8.23
7.77
7.24
8.21
7.78
7.27
8.18
7.83
7.27
0.37%
0.64%
0
pka4 6.27 6.27 6.25 6.31 6.28 6.25 0.48%
数据组别 1 2 3 4
平均值
表 3 卡那霉素 B 离解常数的估算结果
siso4+ siso1+
pH
siso3+ siso0
siso2+
不同pH条件下西索米星的价态分布 pH≥9.7时 pH7.2~7.4时 pH值6.6~6.8时 pH≤4.6时
扁桃酸的离子交换树脂提取
提取策略: 扁桃酸理化性质:结构、 pKa值、溶解度 树脂筛选:强酸型、弱酸型
条件选择:溶液pH值、扁桃酸浓度、操作方式
C18H37N5O10 C18H36N4O11
MW =483.54 [α]D =+130° MW =484.499 [α]D =+126°
卡那霉素离解常数( pKa值)
数据组别 1 2 3 4
平均值 文献值 相对偏差
表 2 卡那霉素 A 的离解常数计算结果与文献值的比较
pKa1
pKa2
pKa3
8.21
扁桃酸结构式
OH O
OH
扁桃酸pKa值的测定
扁桃酸pKa值测定的物理意义 扁桃酸pKa值测定方法
扁桃酸在非极性溶剂中的溶解度曲线
S(g/L)
500 400 300 200 100
0 10 20
水 三氯甲烷
30 40 50 T(℃)
苯 四氯化碳
60 70
环乙烷 乙醚
扁桃酸在非极性溶剂中的溶解度差值曲线