吸附与交换的基本原理
气体交换的四个过程及原理
气体交换的四个过程及原理气体交换是指不同气体之间或气体与其他物质之间发生的传质过程。
在自然界和工业生产中，气体交换是非常常见的现象，它涉及到气体的扩散、吸附、吸附-解吸和化学反应等过程。
下面，我将详细解释气体交换的四个主要过程及其原理。
1.气体扩散：气体扩散是指气体分子在非相干状况下由高浓度区域向低浓度区域传播的过程。
气体分子会通过自身的热运动，从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到达到浓度均匀的状态。
气体扩散的速率与气体分子的速率、浓度差和相对分子质量等因素有关。
2.吸附：吸附是指气体分子与固体表面之间的相互作用。
当气体分子接触到固体表面时，由于分子间的不平衡力，气体分子会进入固体表面的微孔和间隙中，并与表面形成相互作用。
吸附分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是通过范德华力使气体分子附着在固体表面，而化学吸附是通过化学键结合使气体分子与固体表面发生化学反应。
3.吸附-解吸：吸附-解吸过程是吸附气体分子在固体表面附着后，重新进入气相的过程。
当固体与气体接触时，气体分子会被固体表面吸附，形成吸附层。
随着温度的升高或压力的降低，吸附层中的气体分子会重新进入气相，这个过程被称为解吸。
吸附-解吸过程是一个动态平衡过程，当吸附速率和解吸速率相等时，吸附-解吸达到平衡。
4.化学反应：气体交换中的化学反应是指气体分子与其他物质之间发生化学变化的过程。
化学反应可以改变气体分子的组成和特性。
在化学反应中，气体分子与其他物质的分子发生相互作用，并且形成新的化学物质。
例如，氧气与可燃物质发生反应生成二氧化碳和水。
化学反应的速率取决于反应物浓度、温度和催化剂等因素。
总的来说，气体交换是气体分子之间或气体与其他物质之间发生的传质过程。
通过气体扩散、吸附、吸附-解吸和化学反应等过程，气体分子可以在不同区域之间传递、吸附和转化，从而实现气体交换。
了解气体交换的四个过程及其原理对于理解大气化学、环境污染和工业生产等问题具有重要意义。
第七章吸附与离子交换_图文
活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有 机溶剂中的吸附能力。 针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律： ①对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合
物； ②对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物； ③对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的
化合物； ④pH 值的影响 ；
7-3
7.2吸附过程的理论基础
7.2.1吸附原理
固体的分类：多孔和非多孔性 比表面的组成：多孔性固体的比表面是由“外表
面”和“内表面”所组成。表面积大并 且有较高的吸附势。 表面力的产生和吸附力的关系：见图7-4 界面分子的力场是不饱和的，能从外界吸附分 子、原子、或离子，形成多分子层或单分子层。 吸附过程中的几个名词： ⑴吸附作用 ⑵吸附剂 ⑶吸附物（质）
7.1概述
7.1.1什么叫吸附
吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸 附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。
吸附过程通常包括： 待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表
面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
001×7－交联度为7%的苯乙烯 系凝胶型强酸性阳离子交换树脂
骨架代号 Ｄ315：大孔型丙烯酸弱碱
分类代号
性阴离子交换树脂
大孔型代号
大孔型
代号 0 1 2 3 4 5 6
离子交换树脂命名法代号表
分类名称
骨架名称
强酸性
苯乙烯系
弱酸性
丙烯酸系
强碱性
酚醛系
弱碱性
环氧系
螯合性
乙烯吡啶系
现代离子交换与吸附技术
现代离子交换与吸附技术离子交换与吸附技术是一种重要的分离与纯化技术，广泛应用于水处理、废水处理、医药制造、食品加工等领域。
它们通过对溶液中的离子或分子与固体表面发生化学或物理作用，实现溶液组分的分离与富集。
本文将详细介绍现代离子交换与吸附技术的原理、应用以及未来的发展趋势。
一、离子交换技术离子交换技术是一种通过固定相上的功能基团与溶液中的离子发生置换反应，实现离子的分离与富集的方法。
离子交换材料通常是具有特定功能基团的聚合物或无机材料。
离子交换过程通常分为两个步骤：吸附和解吸。
在吸附阶段，离子与功能基团之间发生化学反应，被固定在固定相上；在解吸阶段，通过改变溶液条件，使离子与功能基团之间的化学键断裂，实现离子的解吸和再生。
离子交换技术在水处理中得到了广泛应用。
例如，通过阳离子交换树脂去除水中的钙、镁离子，可以软化水质，减少水垢的形成；通过阴离子交换树脂去除水中的硝酸盐、氯离子等有害物质，提高水质的安全性。
此外，离子交换技术还可用于药物分离纯化、金属离子富集等领域。
二、吸附技术吸附技术是一种通过固体表面与溶液中的分子或离子间的非化学作用力相互吸附，实现分离与纯化的方法。
吸附材料通常是具有特定吸附性能的多孔材料，如活性炭、硅胶等。
吸附过程主要取决于吸附材料的孔隙结构、表面化学性质以及溶液中物质的性质。
吸附技术在废水处理中具有重要的应用价值。
例如，活性炭是一种常用的吸附材料，可用于去除废水中的有机物、重金属离子等污染物，提高废水的处理效果。
此外，吸附技术还可用于气体分离、气体净化等领域。
三、现代离子交换与吸附技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，现代离子交换与吸附技术也在不断创新与改进。
以下是几个主要的发展趋势：1.新型材料的研发：研究人员正在不断开发新型离子交换树脂和吸附材料，以提高其选择性、吸附容量和再生性能，满足不同领域对分离与纯化的需求。
2.多功能材料的设计：研究人员正在致力于设计具有多种功能的离子交换与吸附材料，如具有吸附和催化功能的复合材料，以提高材料的综合性能。
吸附的技术原理及应用
吸附的技术原理及应用1. 吸附技术的概述吸附是一种通过基质表面上的物理或化学作用从气体或液体中吸附物质的过程。
它是一种常见的分离与纯化方法，被广泛应用于各个领域，如环境保护、化工、制药等。
吸附技术具有高效、低成本、易操作等优点，因此备受关注。
2. 吸附技术的原理吸附技术的原理基于物质表面的相互作用力，主要包括物理吸附和化学吸附两种方式。
2.1 物理吸附物理吸附是指在表面作用力的作用下，通过范德华力或静电吸引力将气体或液体中的物质吸附到固体表面上。
物理吸附的特点是吸附剂与吸附质之间的相互作用力较弱，吸附剂可重复使用。
常见的物理吸附材料包括活性炭、分子筛等。
2.2 化学吸附化学吸附是指吸附剂与吸附质之间发生化学反应，形成化学键而实现吸附。
化学吸附的特点是吸附剂与吸附质之间形成强化学键，吸附剂往往不能重复使用。
常见的化学吸附材料包括活性氧化铝、离子交换树脂等。
3. 吸附技术的应用吸附技术在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个常见的应用领域。
3.1 空气净化吸附技术在空气净化中起到重要作用。
通过选择适当的吸附剂，可以有效去除空气中的有害气体和颗粒物。
例如，活性炭可以去除空气中的甲醛、苯等有机污染物，而分子筛则可以去除水分子中的氧气和二氧化碳。
3.2 废水处理吸附技术也广泛应用于废水处理领域。
通过使用吸附剂将废水中的有机污染物吸附到固体表面上，可以实现废水的净化和回收利用。
离子交换树脂是常用的吸附材料，它可以吸附废水中的重金属离子和有机溶剂。
3.3 药物提纯在制药过程中，吸附技术被广泛用于药物的提纯。
通过使用特定的吸附剂，可以选择性地吸附目标物质，去除其他杂质。
这种方法不仅能够提高药物的纯度，还可以提高药物的产量和质量稳定性。
3.4 气体分离吸附技术在气体分离中也有广泛应用。
通过选择具有不同亲和性的吸附剂，可以实现对混合气体中特定成分的分离。
例如，PSA（Pressure Swing Adsorption）技术可以将二氧化碳从天然气中分离出来。
离子交换吸附的名词解释
离子交换吸附的名词解释离子交换吸附是一种重要的分离与纯化技术，广泛应用于化学、环境、医药、食品等多个领域。
它基于吸附剂与溶液中离子之间的相互作用，通过交换离子来实现分离、净化或浓缩目标物质。
在离子交换吸附过程中，吸附剂表面具有可交换离子的功能基团，可吸附和释放溶液中的离子，从而实现分离目的。
离子交换吸附的基本原理是：离子交换剂中的功能基团与溶液中的离子之间发生化学反应，形成离子交换反应。
吸附剂的功能基团通常是具有反应活性的具备亲离子或亲阴离子性质的有机或无机化合物。
这些功能基团有效地吸附和表现出选择性地交换溶液中的离子。
离子交换吸附过程主要依赖于两种力：电解吸引力和排斥力。
当溶液中的离子与吸附剂表面的交换位点发生吸附反应时，电解吸引力促使离子与功能基团结合。
相反，排斥力会使已吸附的离子从功能基团上释放出来。
通过控制吸附剂的选择、操作条件和溶液中的离子浓度，可以实现对目标离子的选择性吸附和脱附。
离子交换吸附的应用非常广泛。
在生物制药工业中，离子交换吸附被广泛用于药物分离纯化和蛋白质制备。
它可以有效去除溶液中的杂质、沉淀物和色素，提高产物的纯度和活性。
在环境科学领域，离子交换吸附被用于治理和净化废水和废气。
通过吸附剂选择性吸附污染物离子，可以实现对废水中有害物质的去除。
在食品工业中，离子交换吸附被用于食品酸甜剂、抗氧化剂和调味剂的提取和纯化。
它可以帮助提高产品品质和口感。
此外，离子交换吸附还可以应用于核工业、水处理和医学领域等。
离子交换吸附的吸附剂种类繁多，包括天然矿物、合成树脂、有机胶体、碳材料等。
其中，合成树脂是最常用的离子交换吸附材料，具有成本低、吸附能力强、化学稳定性好等优点。
不同的吸附剂适用于特定的吸附体系，根据目标离子和操作条件的要求进行选择。
虽然离子交换吸附被广泛应用，但依然存在一些挑战和问题。
首先，吸附剂的寿命和再生能力是重要的考虑因素。
吸附剂在长期使用后会逐渐失效，需要进行再生或更换。
离子交换吸附原理
离子交换吸附原理
离子交换吸附是指使用带电离子交换树脂将水中的离子吸附，并用其
他离子进行交换的过程。
离子交换吸附原理是离子交换树脂表面上存
在的功能性基团与水中的离子之间发生互相吸附的化学反应。
离子交
换树脂通常是高分子具有功能性基团的化学物质，如沸石等，它们在
水中的离子存在时可以与其发生反应，将水中的离子吸附于树脂表面。
树脂内的功能性基团可以选择性地吸附不同的离子，从而实现对水中
离子的分离和纯化。
离子交换吸附的原理基于离子交换平衡，当二者之间存在电荷交换时
就会发生化学反应。
离子交换树脂上存在着大量的阴阳离子交换基团，这些基团可以与水中的阴阳离子反应并结合到它们的表面上，形成离
子交换树脂。
通过向离子交换树脂中加入不同离子，可以迫使树脂释
放出已吸附离子并重新吸附其他离子，从而完成离子交换过程。
离子交换吸附技术被广泛应用于水处理、化学分离、生物化学分离等
领域。
随着先进分离技术的快速发展，离子交换吸附技术的应用也日
益广泛。
离子交换树脂通常具有高效、快速、选择性、稳定性等特点，这些特性使得它成为了绝大多数离子交换实验和工业系统的理想选择。
总之，离子交换吸附原理是离子交换树脂与水中离子之间的反应，通
过树脂功能性基团与水中离子的吸附与交换达到对离子的分离和纯化的目的。
随着人们对离子交换树脂特性的深入了解，它的应用将会更加广泛，其在化学、生物等领域的应用将会更加深入。
吸附和离子交换
吸附和离子交换吸附（Adsorption）：是指溶质从液相或气相转移到固相的现象。
固相—吸附剂（Adsorbent）：一般为多孔颗粒。
按吸附作用力的不同将吸附分为三个类型：物理吸附：依靠吸附剂表面与溶质间的范德华力化学吸附：吸附剂表面活性点与溶质间发生化学结合、产生电子转移现象离子交换：吸附剂表面含有离子或可离子化的基团通过静电力吸附带有相反电荷的离子吸附剂：主要指以物理吸附为主的固体吸附材料。
吸附原理：主要依靠吸附剂与待分离物质间的分子间引力，即范德华力。
特点：（1）选择性差（2）吸附和解吸速度快吸附本质：U范德华=U定向+U诱导+U色散定向力：由于极性分子的永久偶极矩产生的分子间的静电引力；诱导力：极性分子与非极性分子之间的吸引力，极性分子产生的电场会诱导非极性分子极化，产生诱导偶极矩。
色散力：指非极性分子间的引力◎离子交换剂原理：吸附剂表面由极性分子或离子组成，能够吸附溶液中带相反电荷的离子形成双电层，同时在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，同时要放出相应摩尔数的离子于溶液中。
溶质的电荷是交换吸附的决定因素，所带电荷越多，在吸附剂表面相反电荷点上的吸附力越强。
离子交换法是利用带电的被分离物质与离子交换填料上的离子交换能力的不同而进行分离的方法。
离子交换剂离子交换层析材料离子交换树脂离子交换剂的组成：三部分●惰性的不溶性的高分子固定骨架，也称载体；●与载体以共价键连接的不能移动的活性基团，也称功能基团；●与功能基团以离子键连接的可移动的活性离子，也称平衡离子。
◎离子交换剂的载体及其特点1、离子交换树脂载体：苯乙烯-二乙烯苯型最常用丙烯酸-二乙烯基苯酚醛树脂多乙烯多胺-环氧氯丙烷树脂特点：（1）强度好，流速较高（2）较高的离子交换当量（3）耐强酸、强碱（4）抗污染能力强适用范围：（1）中小生物物质的纯化：氨基酸、抗生素、部分中药有效成分等；（2）除盐、除重金属离子（如去离子水）、去色素等。
离子交换吸附原理
离子交换吸附原理
离子交换吸附原理是指在离子交换树脂中，当一种离子存在于水溶液中时，它会被树脂中对应的离子所吸附。
离子交换树脂是一种由诸多离子互相吸附形成的多孔材料，能够在水溶液中吸附、去除其中的离子，因此也被广泛应用于水处理、化工、制药等领域。
离子交换树脂的基本原理是靠离子交换实现的。
当材料表面的离子与水溶液中的离子发生交换时，会产生局部电荷平衡，吸附的离子会被交换树脂表面的对应离子所替代。
这个过程被称为“离子交换”。
交换的离子种类及其数量取决于水溶液中离子的种类、浓度、交换树脂的种类及其表面离子的数量等因素。
离子交换吸附原理的重要性在于它可以用来去除水中的离子，使水质得到改善。
例如，饮用水中含有的铁、锰等离子可以通过离子交换树脂的吸附去除，从而提高水质。
此外，离子交换树脂还可用于制备高纯度的化学品、分离、纯化以及催化等方面。
- 1 -。
吸附与离子交换
吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸附的数量等于解 吸数量时，则吸附质在液相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变，此时称为达到 吸附平衡。
吸附容量(adsorptivecapacity)：单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量， 一般用 q 表示，单位 mg/g 或 g/g。
过程：待分离的料液进入吸附剂；②吸附质被吸附在吸附剂表面；料液流出； 吸附质吸附剂再生
②的过程：吸附质从流体主题通过分子对流扩散穿过薄膜或边界层传递到吸 附剂的外表面，称之为外扩过程；吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微 孔结构的内表面，称之为内扩散过程；吸附质沿孔的表面进行扩散，被吸附在孔 的表面上。
6) 吸附牢固，解吸困难 1.2.2.3 离子交换吸附的特点
1) 指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置 换出原先固定在这些带电点上的其他离子。
2) 吸附力为静电引力 3) 有一定的选择性 4) 吸附热与物理吸附相近
1.2.3 吸附法的优缺点
优点： 1) 有机溶剂掺入少 2) 操作简便，安全，设备简单 3) pH 变化小，适于稳定性差的物质
1.3.2 吸附的工艺和设备
1.3.2.1 间歇吸附 1) 将料液和吸附剂放在容器内搅拌，平衡后排出吸余液 2) 槽式吸附操作适用于外扩散控制的吸附传质过程。 3) 使用搅拌使溶液呈湍流状态，颗粒外表面的膜阻力较少。
1.3.2.2 连续式 固定床 吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中 形式：是最普通和最重要的形式，用于大型生产过程。 设备、操作：固定床就是一根简单的、充满吸附剂颗粒的竖立管子，含目标
吸附与离子交换
吸附是放热过程，低温有利于吸附，升温 有利于脱附.
吸附工艺和设备
间歇式
操 作 方 式
连续式
将料液和吸附剂放在容器内搅拌，平衡后排 出吸余液
固定床 移动床
吸附剂固定填放在吸附柱(或 塔)中
在操作过程中定期地将接近饱 和的一部分吸附剂从吸附柱中 排出，并同时将等量的新鲜吸 附剂加入柱中
流化床
吸附与离子交换
概述
吸附（定义）
一种物质从一相转移到另外一相的现象称为吸附 物质从流体相浓缩到固体表面
固—液界面上的吸附： 吸附剂：具有吸附能力的固体物质。 吸附质：被吸附的物质。
典型பைடு நூலகம்吸附过程包括四个步骤：
待分离的料液 通入吸附剂
吸附质被吸附 在吸附剂表面
吸附质解吸 吸附剂再生
料液流出
吸附: 典型的表面现象
吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态， 悬浮于由下而上的水流中
吸附工艺
一、间歇吸附
吸附过程计算
Y0
W
W (Y0 Y1) L(X1 X0)
X0 Y1
A
Y0
－L / W
Y1
B
Y
X1
X0 X1
X 图 13－ 3 单 级 吸 附 操 作 流 程
W—溶液中溶剂的质量，kg L—吸附剂的质量，kg;
吸附工艺
大孔吸附树脂
极性大孔吸附树脂 (硫氧基、酰胺、N-O基、磺酸基)
酰胺基团 硫氧基团 N-O基团
大孔吸附树脂
吸附性原理
树脂本身具有吸附性 吸附力是范德华力或氢键作用的结果
筛选性原理
树脂为多孔性结构，具有分子筛的作用
有机化合物根据吸附力的不同及分子量的 大小，在树脂的吸附机理和筛分原理作用 下实现分离。
吸附与交换的基本原理
吸附与交换的基本原理吸附是指物质从气体或溶液中的流体相中迁移到固体表面或界面的过程。
吸附通常可以分为两种类型：物理吸附和化学吸附。
物理吸附（也称为吸附）主要通过范的力吸引物质到固体表面上。
它是一种较为弱的相互作用，可以通过改变温度和压力来改变吸附量。
物理吸附通常在低温和高压下发生，吸附剂与被吸附分子之间的相互作用主要是范德华力，如London分散力和取向的感应力等。
化学吸附（也称为化学反应吸附）涉及到吸附分子与吸附剂表面之间的化学键的形成，这种相互作用较强，并且一般具有更高的活性和选择性。
化学吸附通常发生在高温和低压下，例如在催化剂上的化学反应。
交换是指被吸附物质与吸附剂表面或孔隙中已经存在的物质之间的置换反应。
吸附剂表面上的吸附剂会与流体相中的溶质竞争吸附，从而形成一个新的吸附等温线。
在吸附交换过程中，溶质从溶液中被吸附到吸附剂的表面上，同时吸附剂上的其他物质被释放到流体相中。
吸附交换的平衡特性通常通过等温线来描述，包括吸附等温线和解吸等温线。
吸附和交换过程的动力学可以通过吸附速率和解吸速率来描述。
吸附速率是指单位时间内被吸附到固体表面的物质量，而解吸速率是指单位时间内从固体表面被释放的物质量。
吸附速率和解吸速率通常受到温度、浓度、压力、流速等因素的影响。
吸附和交换的动力学可以通过测量吸附和解吸过程的速率常数来研究。
此外，吸附和交换过程还受到吸附剂的孔隙结构、表面化学性质和溶质的分子结构等因素的影响。
吸附与交换在许多领域中具有重要的应用。
在分离技术中，吸附和交换可以用于从溶液中分离混合物的组分。
在催化反应中，吸附和交换可以通过提供活性位点来促进化学反应的进行。
在环境污染控制中，吸附和交换可以用于去除水或空气中的污染物。
在材料科学中，吸附和交换可以用于设计新的吸附剂、分离膜和催化剂。
综上所述，吸附和交换是一种重要的化学现象，具有广泛的应用前景。
通过研究吸附和交换的基本原理和特性，我们可以更好地理解这些过程的动力学和平衡特性，并将其应用于各种实际问题的解决。
离子交换吸附的基本原理
离子交换吸附的基本原理
离子交换吸附的基本原理如下:
离子交换是一种化学过程,通过一个离子交换体与溶液中的离子进行交换,从而去除或纯化溶液中的离子。
离子交换体是一种含有离子izable基团的高分子材料,这些基团可以与溶液中的离子发生可逆的交换反应。
在离子交换吸附过程中,溶液中的离子被吸附在固相离子交换体上的交换位点上,而离子交换体上的等量交换离子则被释放到溶液中。
这种离子的交换是建立在电荷平衡的基础上的。
影响离子交换吸附的主要因素有:
1. 离子交换体的类型。
通常包含阳离子交换体和阴离子交换体。
2. 交换离子的类型和浓度。
选择正确类型的离子交换体,以便它对目标离子有强烈的亲和力。
目标离子的浓度越高,吸附效果越好。
3. pH值。
pH会影响离子的电荷,进而影响离子交换的效果。
4. 温度。
升高温度可以加快离子交换动力学和扩大吸附容量,但太高会破坏结构。
总之,离子交换吸附是通过离子交换原理去除溶液中杂质离子的一个简单高效的方法。
正确选择离子交换体和工艺条件对获得好的除浊效果至关重要。
第九章吸附与离子交换
Langmuir假设：吸附剂表面均一，各处的吸附能相同；吸附 是单分子层的，当吸附剂表面为吸附质饱和时，其吸附量达到 最大值；在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动 ；达动态平衡状态时，吸附和脱附速度相等。
q qmk1c kc 1k1ce 1k1
1 1 1 q qmk1c qm
式中 q-平衡吸附量 c-液相平衡浓度 qm-与最大吸附量有关的常数； k1-与吸附能有关的常数。
一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面 的要求，应根据不同的场合选用.
36
（1）活性炭
• 活性炭是一种非极性吸附剂。 外观为暗黑色，由含炭为主的物质为原料，经高温炭 化和活化制得的疏水性吸附剂。
• 粒状(granular activated carboan, GAC) • 粉状(powder activated carboan, PAC)两种。 • 活性炭主要成分除碳外，还含有少量的氧、氢、硫等元
而减小，而活性炭的吸附容量却随着有机物在水 中溶解度的减少而增加，也即吸附量随有机物分 子量的增大而增加。 • 如活性炭对有机酸的吸附量按甲酸＜乙酸＜丙酸 ＜丁酸的次序而增加。 ②使液体表面自由能降低得越多的吸附质则越容 易被吸附。
（3）操作条件
①温度： 吸附是放热过程，低温有利于吸附。
②pH: pH值影响到溶质的存在状态(分子、离子、络合物)，
qecsce1 km q kce 1ce/cs
式中 cs—吸附质的饱和浓度； k—常数，与吸附剂和吸附质的相互作用能有关。
三、 吸附工艺和设备
间歇 式 操 作 方 式
将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌 30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液
固定床 (fixed bed)
连续式 移动床 moving bed
离子交换吸附原理
离子交换吸附原理
离子交换吸附原理是一种通过固定相上离子交换树脂或吸附剂与溶液中的离子之间发生反应的过程。
离子交换树脂是一种高分子化合物，具有特定的功能基团（通常是带电的），可以与溶液中的离子发生相互作用，并将其吸附在固体表面上。
在这个过程中，树脂表面的离子与溶液中的离子发生交换，生成新的离子组成。
这种吸附和交换过程可以通过控制反应条件（如温度、pH值、溶液浓度等）来调节和控制。
离子交换吸附原理可以用于水处理、分离纯化、离子选择性电极制备等领域。
在水处理中，离子交换树脂可以去除水中的杂质离子，如钠、铜、铵离子等，从而提高水的纯度。
在分离纯化中，离子交换树脂可以用于从复杂混合物中分离目标离子，如药物、蛋白质等。
在离子选择性电极制备中，离子交换树脂可以用于制备特定离子的选择性电极，用于测定溶液中的离子浓度。
离子交换吸附原理的关键是树脂表面的功能基团，它们可以选择性地与溶液中的离子发生反应。
吸附过程中，树脂表面上的功能基团与离子形成化学键，改变了离子的环境，从而达到吸附和交换的目的。
不同类型的离子交换树脂具有不同的功能基团，可选择性地吸附和交换特定的离子。
例如，硫酸基团的离子交换树脂可以吸附和交换阳离子，如钠离子；胺基团的离子交换树脂可以吸附和交换阴离子，如硝酸根离子。
这使得离子交换吸附在实际应用中具有很高的选择性和适用性。
总之，离子交换吸附原理是一种通过固定相上的离子交换树脂
与溶液中的离子之间发生反应的过程。
通过控制反应条件和选择适当的离子交换树脂，可以实现离子的吸附和交换，从而达到水处理、分离纯化和离子选择性电极制备等目的。
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第六讲吸附与离子交换6学时
一、通过本章学习应掌握的问题
1、什么是吸附过程？
2、吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？
3、常用的吸附剂种类有哪些？
4、什么是吸附等温线？其意义何在？
5、影响吸附过程的因素有哪些？
6、什么是亲和吸附？其特点有哪些？
7、常用的吸附单元操作有哪些方式？
8、什么是离子交换？
9、离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？
10、离子交换的机理是什么？
11、什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？
12、基本的离子交换操作是怎样的？
13、如何利用离子交换法分离蛋白质？
二、什么是吸附？（Adsorption）
1、吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。
2、吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。
三、常见的吸附类型及其主要特点
1、物理吸附：吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。
2、化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。
四、常用吸附剂种类
吸附剂通常应具备以下特征：对被分离的物质具有较强的吸附能力、有较高的吸附选择性、机械强度高、再生容易、性能稳定、价格低廉。
1、活性炭：是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力针对不同的物质，活性炭的吸附规律遵循以下规律：
（1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物
（2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物;
（3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物;
（4）pH值的影响碱性中性吸附酸性洗脱;
酸性中性吸附碱性洗脱;
（5）温度未平衡前随温度升高而增加;
2、大孔网状吸附剂
特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。
但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。
大孔网状吸附树脂的种类：
（1）非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。
（2）中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。
（3）极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。
吸附机理：
非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。
通常遵循以下规律：
（1）非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质；
（2）极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质；
（3）中等极性吸附剂兼有以上两种能力
四、吸附等温线
概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。
Langmuir 吸附等温线
qo 和K 是经验常数，c 代表溶液中溶质浓度
蛋白质分离提纯时适合此吸附方程
五、影响吸附的主要因素
c K c q q +=
1、吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、极性…
2、吸附质的性质：对表面张力的影响，溶解度，极性，相对分子量…
3、温度：吸附是放热过程，吸附质的稳定性
4、溶液pH值：影响吸附质的解离
5、盐浓度：影响复杂，要视具体情况而定
六、亲和吸附
1、亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间
特殊的化学作用，从而实现分离。
吸附剂由载体和配位体组成
2、亲和吸附的特点
（a）效率高：利用亲和吸附可以从粗提液
中一次性分离得到高纯度的活性物质。
（b）分离精度高：可用于分离含量极低，结构相近的化合物
（c）但通用性较差，洗脱条件苛刻3、影响亲和吸附的因素
（1）配基浓度配基浓度高有利；
（2）空间位阻加入“手臂链”以降低空间位阻的影响；
（3）配基与载体的结合位点就蛋白质等大分子作为配基时，与载体连接的键越少越好；
（4）载体孔径：孔道大小；
（5）微环境：载体或“手臂链”的极性、电性；
七、离子交换(ion exchange)
1、概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。
2、离子交换树脂的构成
（1）具有三维空间离体结
构的网络骨架
（2）联接在骨架上的活性
基团
（3）活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）
3、离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树脂(cation exchange)（含酸性基团）和阴离子交换树脂(anion exchange)（含碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳和强阴、弱阴
4、常用的离子交换树脂
（1）强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
（2）弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH，-OCH2COOH，C6H5OH 等弱酸性基团；
（3）强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基-ß-羟基乙基胺基；
（4）弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；
5、新型离子交换树脂
（1）大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂。
（2）多糖基离子交换树脂
固相载体为多糖类物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子物致变性作用
主要的多糖基离子交换树脂
（a）离子交换纤维素
树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类。
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有：
甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素（CMC）、二乙基氨基乙基纤维素（DEAE）（b）葡聚糖凝胶离子交换树脂
骨架为葡聚糖凝胶，如sepharose、sephadex，根据功能基团的不同，亦可分为阳离子交换和阴离子交换树脂
命名方法：交换活性基团+骨架+原骨架编号
特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能，提高了分离的效率常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂：
CM-sephadex C-25、DEAE-sephadex A-25等
6、离子交换树脂的理化性能
（1）外观：球形、浅色为宜，粒度大小为16~60目>90%；
（2）机械强度：>90%；
（3）含水量：0.3~0.7g/g 树脂；
（4）交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）；
（5）稳定性：化学稳定性、热稳定性；
（6）膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；
（7）湿真密度：单位体积湿树脂的重量；
（8）孔度、孔径、比表面积
7、离子交换机理
8、影响交换速度的因素
（1）颗粒大小：愈小越快
（2）交联度：交联度小，交换速度快
（3）温度：越高越快
（4）离子化合价：化合价与高，交换越快
（5）离子大小：越小越快
（6）搅拌速度：在一定程度上，越大越快
（7）溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，
浓度越大，交换速度越快
9、离子交换的选择性
离子交换常数：交换势或交换系数
A +自溶液中扩散到树脂表面
A +从树脂表面进入树脂内部的活性中心
A +与R
B 在活性中心上发生复分解反应
解吸附离子B +自树脂内部扩散至树脂表面
B +离子从树脂表面扩散到溶液中
s
s
B A B A R A B R K ]][[]][[--=[R-A]、[R-B]表示结合在树脂上的A 离子和B 离子浓度
[A]S 、[B]S 表示溶液中A 离子和B 离子
10、影响离子交换选择性的因素
（1）水合离子半径：半径越小，亲和力越大；
（2）离子化合价：高价离子易于被吸附；
（3）溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；（4）离子强度：越低越好；
（5）有机溶剂：不利于吸附；
（6）交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；
（7）树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；
11、离子交换操作方法
（1）树脂预处理
物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；
化学处理：转型（氢型或钠型）
阳离子树脂酸—碱—酸
阴离子树脂碱—酸—碱
最后以去离子水或缓冲液平衡
（2）离子交换吸附
静态：操作简单、但是分批操作，交换不完全
动态：离子交换柱，操作连续、交换完全，适宜多组份分离
柱式固定床
（3）洗脱
离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转入溶液的方法。