华南理工环境科学课件第十五章离子交换文稿演示
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《离子交换分离法》幻灯片
洗出液 eluate
21
五、离子交换别离法的应用 1、制备去离子水
阳
离
子
H+
交
换
R-SO3H + M+ ⇌ R-SO3M + H+ RN+H3OH- + X- ⇌ RN+H3X- + OHH+ + OH- ⇌ H2O
阴 离 OH- 子 交 换
去离子水 de-ionized water
22
Anal. Chem.
— COOH 或 — SO3H 季 铵 碱 — N(CH3)+OH- 或 伯胺、仲胺或叔胺 磷酸三丁酯与苯乙烯— —二乙烯苯聚合物
1— 14 6— 14
0— 12 0— 9
弱酸—弱 碱
— 1— 14 6— 14 0— 12 0— 9
弱酸—弱 碱
交换容量
（干） m m ol/g
4— 5 9
2.5— 4 5— 9
例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th〔IV〕
〔2〕当离子价态一样时．亲和力随着水合离子半径减小而增大。
一价离子：Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜ Ag+＜Tl+
二价离子：UO22+＜Mg2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+ ＜Ni2+＜Ca2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2+
对性H高+，离适子用R 的于亲N 别合离(C 能强力3度H )强3不，同不的适有用机于碱强酸溶液，易用酸洗脱，选择
离子交换法演示文稿
12
第十二页，共43页。
“strong and weak” refer to the extent that the ionization
state of the functional groups varies with pH.
• The terms strong and weak do not refer to the strength with which the
19
第十九页，共43页。
（五）其它离子交换树脂 • 2、选择性交换树脂
第二十页，共43页。
应用：含重金属离子的废水
应用：除去色素
（氧化还原树脂，略）
20
第三节 离子交换动力学*
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第二十一页，共43页。
离子交换速度的影响因素：
• 1、树脂粒度：树脂粒度大，交换速度慢。 • 2、搅拌速度 • 3、树脂交联度：交联度大，交换速度低。 • 4、离子半径和离子价：离子每增加一个电荷，交
36
第三十六页，共43页。
洗脱方式
改变溶液pH及离子强度：
37
第三十七页，共43页。
思考题
• 1. 混合溶液中，待分离目的蛋白质T的pI为7.9，杂质蛋白A 的pI为5.4，杂质蛋白质B的pI为4.9，实验室现有SP Sepharose™ Fast Flow （一种强阳离子交换树脂）,请设 计一套实验方案，使用离子交换技术纯化目的蛋白质T。
functional groups bind to proteins. • Strong ion exchangers show no variation in ion exchange capacity with
change in pH .
《离子交换净化技术》课件
《离子交换净化技术》 PPT课件
欢迎来到《离子交换净化技术》的演示课件。通过本次课件，我们将深入讨 论离子交换净化技术的定义、原理以及在工业中的应用，以及它的优缺点。
什么是离子交换净化技术？
离子交换净化技术是一种通过交换树脂来去除水或其他液体中的离子和杂质 的技术。它可以提高水质、降低污染物浓度，并广泛应用于各个工业领域。
使用过程中需要消耗大量的盐酸或碱溶液， 对环境造成一定影响。
离子交换净化技术在工业中的应用
水处理
化学制造
离子交换净化技术被广泛应用于饮用水处理厂和工 业废水处理设施中，以提高水质和降低污染物浓度。
离子交换技术在化学制造过程中用于分离和纯化化 学物质，提高产品质量。
制药行业
离子交换净化技术用于药物的制备、纯化和检测， 确保药品的质量和安全。
发电厂
离子交换技术被应用于电力行业中的锅炉水处理和 脱盐，以防止水垢和腐蚀。
总结与展望
离子交换净化技术是一项关键的水处理技术，它在提高水质、保护环境和促进工业发展方面发挥着重要作用。 未来，我们可以期待该技术的进一步创新和应用。
离子交换原理
离子交换是指通过交换树脂上的功能基团与水溶液中可交换的离子进行置换的化学过程。这种置换过程可以将 有害离子转化为无害离子，从而达到净化的效果。
离子交换树脂的种类及应用
阳离子交换树脂
适用于除去水中的铵盐、重金属等离子。
阴离子交换树脂
适用于去除水中的硝酸盐、磷酸盐等离子。
混床交换树脂
同时适用于去除阳离子和阴离子。
离子交换过用洗脱液将吸附的离子从树脂上洗脱下
来，并获得纯净的水。
3
吸附
将待处理的水通过离子交换设备，在树 脂上吸附目标离子。
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什么是离子交换净化技术？
离子交换净化技术是一种通过交换树脂来去除水或其他液体中的离子和杂质 的技术。它可以提高水质、降低污染物浓度，并广泛应用于各个工业领域。
使用过程中需要消耗大量的盐酸或碱溶液， 对环境造成一定影响。
离子交换净化技术在工业中的应用
水处理
化学制造
离子交换净化技术被广泛应用于饮用水处理厂和工 业废水处理设施中，以提高水质和降低污染物浓度。
离子交换技术在化学制造过程中用于分离和纯化化 学物质，提高产品质量。
制药行业
离子交换净化技术用于药物的制备、纯化和检测， 确保药品的质量和安全。
发电厂
离子交换技术被应用于电力行业中的锅炉水处理和 脱盐，以防止水垢和腐蚀。
总结与展望
离子交换净化技术是一项关键的水处理技术，它在提高水质、保护环境和促进工业发展方面发挥着重要作用。 未来，我们可以期待该技术的进一步创新和应用。
离子交换原理
离子交换是指通过交换树脂上的功能基团与水溶液中可交换的离子进行置换的化学过程。这种置换过程可以将 有害离子转化为无害离子，从而达到净化的效果。
离子交换树脂的种类及应用
阳离子交换树脂
适用于除去水中的铵盐、重金属等离子。
阴离子交换树脂
适用于去除水中的硝酸盐、磷酸盐等离子。
混床交换树脂
同时适用于去除阳离子和阴离子。
离子交换过用洗脱液将吸附的离子从树脂上洗脱下
来，并获得纯净的水。
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吸附
将待处理的水通过离子交换设备，在树 脂上吸附目标离子。
环境监测课件离子交换
离子交换反应
任何离子交换反应都有三个特征：①和 其他化学反应一样服从当量定律，即以等 当量进行交换；②是一种可逆反应，遵循 质量作用定律；③交换剂具有选择性。交 换剂上的交换离子先和交换势大的离子交 换。在常温和低浓度时，阳离子价数愈高， 交换势就愈大；同价离子则原子序数愈大， 交换势愈大。强酸阳树脂的选择性顺序为：
以银型抗菌沸石(熔盐离子交换法)的合成为例: Na+(Z)+Ag+=== Ag+ (Z) + Na+ 式中:沸石为云峰人造沸石，交换盐为AgN03
(1)参照云峰沸石的电子能谱图 可知云峰人造沸石为钠型沸石，可交 换阳离子为Na+离子; (2)熔盐体系中，液相仅为熔融态AgN03，固相为沸石; (3)由于不存在其他竞争离子，可以认为在沸石表面:
始,[Na+(Z)] =1 始,[Ag+(Z)] =0 始,[Na+] =0 始,[Ag+] =1 平衡时，设 [Ag+(Z)]等于q(mmol/100g沸石)，则 [Na+(Z)]等于:(CEC一 q量)(，mm平o衡l/1时00沸g沸石石相)与。熔沸盐石相样中品，质各量组为分Gs摩，尔熔分盐数质如量下为，GAgNO3 ,M为摩尔质
阴离子交换树脂的亲和能力顺序： SO42- > NO3- > Cl- > HCO3- > HSiO3- > F我们学习过的半径大小比较，同主族周期大的半径大，应 该是r(Cl-) > r(F-)．而上述序反映出的是 r(F-) > r(Cl-).二者 矛盾明显．查数据发现，F-的水化半径为0.352nm ，而Cl的水化半径为0.332nm ,Br- 0.33nm , I- 0.331nm,它们的增减 趋势是相反的,F-的水合离子半径最大.
华南理工环境科学课件第十五章离子交换演示文稿
T2
饱和
cB=c0 T3
t
S1：交换工作容量 S2：到穿透点时尚 未利用的交换容量
树脂利用率
S1 100%
S1 S2
25
第25页，共40页。
离子交换器工作过程 – 交换(con’d)
工作层(交换区)的厚度δ取决于：
（1）所用的树脂 （2）B离子种类 （3）水流速度
假设: v1: 离子供应速度; v2: 离子交换速度, 对给定的 树脂和B：
固定床离子交换器工作过程 – 再生(con’d)
再生剂的用量： 理论: 1eq再生剂可 以恢复树脂1eq 的交
换容量
实际:再生剂用量是 理论值的2-5倍
30 第30页，共40页。
固定床离子交换器工作过程 – 再生(con’d)
再生方式：
顺流：
再生剂流向与交换时水流方向相同 设备简单，操作方便，工作可靠
T：交换周期, h
根据选定树脂的工作交换流量E(mol/m3(树脂))，计算树 脂体积VR(m3):
再生：
离子交换反应的可逆性交换的逆反应
18
第18页，共40页。
e.g. 称取1g强酸型干树脂，置于250mL锥形瓶中， 准确加入0.1 mol.L-1 NaOH标准溶液100 mL，塞紧 后振荡，放置过夜，移取上层清液25 mL，以酚酞为 指示剂，用0.1mol.L-1HCl标液12.5 mL滴定至红色消
出水Na+
进水Na+
进水Ca2++Mg2+ a
碱度
出水Ca2+ + Mg2+
b
t
出水碱度
27 第27页，共40页。
固定床离子交换器工作过程 – 反冲洗
离子交换分离法演示文稿
离子交换分离法演示文稿
1
第一页，共40页。
（优选）离子交换分离法
2
第二页，共40页。
4.1 离子交换剂的种类和性质
4.1.1种类
(1)无机离子交换剂： 天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄。 高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物。
(2)有机离子交换剂—离子交换树脂Ion exchange resins
床用核级离子交换树脂
D301 ：表示大孔苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂
D011×7：表示大孔苯乙烯系强酸性阳离子交换树
脂，其交联度为7％
产品分类代号 交联度
骨架代号 顺序号
第十四页，共40页。
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
D403大孔苯乙烯系鳌合型离子交换树脂
分子结构式：
在具有大孔隙结构的苯乙烯—二乙烯苯的共聚球体的苯环上带 有亚胺二乙酸基团[-N-(CH2COOH)2]的螯合型离子交换树脂。对 金属离子的选择性类同于EDTA，并高于强酸性或弱酸性阳离子交 换树脂。当溶液中共存+1价离子和+2价金属离子时，只选择性交换 +2价离子，这种树脂适用于电解食盐水中去除Ca2+、Mg2+，精制
pH= 0-14 pH =0-7
R—N(CH3)2
pH < 9.5
对OH-亲和力大，不易在碱性溶液中使用。
R NH2 H2O R NH3OH 水化作用
交换
R-NH3+OH- + CI-
R-NH3+CI- +OH-
洗脱
第八页，共40页。
3、 螯合树脂：含有螯合活性基团
适用于分离富集金属离子或某些有机化合物
标液12.5mL滴定至红色消失，计算树脂交换容量。
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第一页，共40页。
（优选）离子交换分离法
2
第二页，共40页。
4.1 离子交换剂的种类和性质
4.1.1种类
(1)无机离子交换剂： 天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄。 高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物。
(2)有机离子交换剂—离子交换树脂Ion exchange resins
床用核级离子交换树脂
D301 ：表示大孔苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂
D011×7：表示大孔苯乙烯系强酸性阳离子交换树
脂，其交联度为7％
产品分类代号 交联度
骨架代号 顺序号
第十四页，共40页。
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
D403大孔苯乙烯系鳌合型离子交换树脂
分子结构式：
在具有大孔隙结构的苯乙烯—二乙烯苯的共聚球体的苯环上带 有亚胺二乙酸基团[-N-(CH2COOH)2]的螯合型离子交换树脂。对 金属离子的选择性类同于EDTA，并高于强酸性或弱酸性阳离子交 换树脂。当溶液中共存+1价离子和+2价金属离子时，只选择性交换 +2价离子，这种树脂适用于电解食盐水中去除Ca2+、Mg2+，精制
pH= 0-14 pH =0-7
R—N(CH3)2
pH < 9.5
对OH-亲和力大，不易在碱性溶液中使用。
R NH2 H2O R NH3OH 水化作用
交换
R-NH3+OH- + CI-
R-NH3+CI- +OH-
洗脱
第八页，共40页。
3、 螯合树脂：含有螯合活性基团
适用于分离富集金属离子或某些有机化合物
标液12.5mL滴定至红色消失，计算树脂交换容量。
《离子交换技术》课件
《离子交换技术》PPT课 件
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
离子交换设备
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离子交换设备
离子交换设备
•
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•单柱 联
双柱串
离子交换设备
p 根据溶液进入交换柱（罐）的方向又 有正吸附和反吸附两种。
p 连续流动床是指溶液及树脂以相反方 向连续不断流入和离开交换设备，一 般也有单床、多床之分。
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离子交换设备
（一）离子交换 设备的结构
离子交换设备
设qv1、qv2、V1、V2分别表示小设备和大设备的溶 液体积流量及湿树脂体积，f1、f2表示交换罐负荷，
则：
且 f1=f2 则
故大设备中树脂体积为：
且qv1/qv2即为放大倍数，以m表示，则： V2=m·V1
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离子交换设备
取大设备与小设备几何相似，即相同的高径比， 由：
按树脂骨架的物理结构： 凝胶型树脂（亦称微孔树脂）、大网络树脂（亦称 大孔树脂）及均孔树脂
活性基团的电离程度： 强酸性、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性、弱碱性 阴离子交换树脂
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离子交换设备
二、离子交换树脂的理化性能
1．颗粒度
p 大多数商品树脂多制成球形，以提高机械 强度和减少流体阻力，其直径在0.2～ 1.2mm（70～16目）之间。
离子交换设备
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离子交换器
离子交换设备
（二）离子交换设备的计算
p 离子交换过程的平衡和速度常因所处理的物料性 质及操作条件不同而有很大差异。
p 发酵液中还含有较多的杂质，操作时间及接触方 式的限制，都影响树脂的交换容量。
p 实际生产中，为避免生物产品的损失，常控制发 酵液的上柱量不能达到饱和状态，一般控制树脂 的吸附量仅为树脂总交换容量的70％左右。
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%）
【精品课件教案ppt】 离子交换法以及应用24页PPT
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
Байду номын сангаас
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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【精品课件教案ppt】 离子交换法以及 应用
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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A+ AB++
A+
B+
阳离子交换：R A B R B A
阴离子交换： R A B R B A
离子交换剂分类
无机离子交换剂
天然沸石 人造沸石
有机离子交换剂 (离子交换树脂)
高分子聚合物电解质 使用最为广泛的一种离子交换剂
第二节 离子交换树脂
树脂的网络骨架
阳离子交换树脂结构
骨架(母体)
酸碱性:
酸型阳树脂在水中电离出H+ 碱型阴树脂在水中电离出OH-
再生：
离子交换反应的可逆性交换的逆反应
e.g. 称取1g强酸型干树脂，置于250mL锥形瓶中， 准确加入0.1 mol.L-1 NaOH标准溶液100 mL，塞 紧后振荡，放置过夜，移取上层清液25 mL，以 酚酞为指示剂，用0.1mol.L-1HCl标液12.5 mL滴 定至红色消失，计算树脂交换容量。
孔隙结构分凝胶型和大孔型两种
具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”
酸性树脂：名称前加“阳” 碱性树脂：名称前加“阴” e.g. 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂
型号以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的差异 第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异 大孔树脂：型号前加“D” 凝胶型树脂：交联度值在型号后用“×”号连接数字
阳离子交换树脂
强酸性： RSO 3HMe RSO 3MeH 弱酸性： RCO OMH e RCOO H M
母体 活性基团
阴离子交换树脂
可交换离子
强碱性：RN (C3)H 3O H A RN (C3)H 3A OH 弱碱性：RN3O H H A RN3A H OH
离子交换树脂的分类(con’d)
离子交换树脂的分类(con’d)
根据树脂的交联度
交联度：交联剂在树脂单体总量中所占质量分数
二乙烯苯（交联剂）
低交联度：2~4% 一般交联度：7~8% 高交联度：12~20% 最常用：7-12%
苯乙烯长链
《离子交换树脂分类、命名及型号》 (GB1631-79) 命名原则
全名称由分类名称、骨架名称、基本名称组成：
膨胀的现象 其它：机械强度、耐热性、孔结构
离子交换树脂化学性能
交换选择性：离子交换树脂对水溶液或 废水中某种离子优先交换的性能
强酸型阳离子交换树脂
不同价态：电荷越高，亲和力越大 Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）
离子价态相同：亲和力随着水合离子半径减小而增大 一价离子：Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Cs+＜Ag+ 二价离子：Mg2+＜Zn2+＜Cu2+＜Ca2+＜Pb2+＜Ba2+
根据树脂类型和孔结构：
凝胶型树脂：
干燥：内部无毛细孔 吸水：润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙(2-4 nm) 适合于吸附无机离子。
大孔型树脂：
有大量永久性微细孔和大网孔，润湿后孔径100～500nm 表面积大，活性中心多，离子扩散速度快，使用时的作用
快、效率高，所需处理 时间缩短 易吸附和交换有机大分子物质 抗污染力强，较容易再生
骨架
酚醛树脂
+
-
-
-+
+
-+
-
+
活动离子 活性基团
固定离子
OH + CH2O
聚乙烯树脂 交联剂
C H =C H 2
C H =C H 2
+
C H =C H 2
活性基团
酸性基团(-SO3H, -COOH) 碱性基团(-NR2, -N+R3) 特 殊基团
聚乙烯树脂
离子交换树脂的分类
根据树脂功能基团的性质：
离子交换树脂的命名及型号(con’d)
● ● ● ×● 凝 胶 型
交联度数值 顺序号 骨架代号
分类代号
００１×７
交联度为7%的强酸 性苯乙烯系凝胶型阳 离子交换树脂
大Ｄ●●● 孔 型
顺序号 骨架代号 分类代号
大孔型代号
Ｄ315
大孔型弱碱性丙烯 酸阴离子透明或半透明珠体； 大孔型： 乳白色或不透明珠体。
稀土元素：亲和力随原子序数增大而减小
离子交换树脂化学性能(con’d)
弱酸型阳离子交换树脂
H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型
强碱型阴离子交换树脂
F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜C1-＜NO2-＜ CN-＜Br-＜NO3-＜HSO4-＜I-＜CrO42-＜SO42＜柠檬酸根离子
交换容c量 NaOV ＝ HNaOHcHCVlHCl 干树脂(g质 ) 量
交换容量＝ (cV）NaOH(cV)HCl12050 m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.lg1)
1
离子交换平衡
n R A B n R nB nn A
离子交换平衡选择常数K
弱碱型阴离子交换树脂
F-＜C1-＜Br-＜I-＜CH3COO-＜PO43-＜AsO43＜NO3-＜酒石酸根离子＜ CrO42-＜SO42-＜OH-
离子交换树脂化学性能(con’d)
交换容量：
单位质量的干离子或湿离子交换剂所能吸附的一 价离子的物质的量(mmol)
总交换容量 > 平衡交换容量 > 工作交换容量
华南理工环境科学课件第十五章离子交换文稿演示
华南理工环境科学课件第十五 章离子交换
本章内容
第一节：概述 第二节：离子交换树脂 第三节：离子交换工艺过程及设备 第四节：离子交换系统的设计和应用
第一节：概述
离子交换法：借助于离子交换剂上的 离子和水中的离子进行交换反应而除 去水中有害离子的方法。
特点：
去除率高，可浓缩回收后用物质，设备 简单，操作容易
对预处理要求高，其应用受离子交换剂 品种、性能、成本的限制。
离子交换过程
A+
B+
A+
B+
AB++
B+ A+
AB++
B+ AB++
A+
B+
A+ AB++
A+ AB++ B+
A+ AB++
B+
AB++
A+ B+
AB++
AB+ +
A+
B+ AB++
粒度：0.3 ~ 1.2 m，影响交换速度，水流阻力和反洗 密度
湿真密度：树脂在水中充分溶解后的质量与真体积(不包括颗 粒孔隙体积)之比(1.04 ~ 1.3 g/L)
湿视密度：树脂在水中溶解后的质量和堆积体积之比 (0.60 ~ 0.85 g/ml)。
含水量：0.60 ~ 0.85g/ml 溶胀性：活性基团的水合作用使交联网孔增大，体积
A+
B+
阳离子交换：R A B R B A
阴离子交换： R A B R B A
离子交换剂分类
无机离子交换剂
天然沸石 人造沸石
有机离子交换剂 (离子交换树脂)
高分子聚合物电解质 使用最为广泛的一种离子交换剂
第二节 离子交换树脂
树脂的网络骨架
阳离子交换树脂结构
骨架(母体)
酸碱性:
酸型阳树脂在水中电离出H+ 碱型阴树脂在水中电离出OH-
再生：
离子交换反应的可逆性交换的逆反应
e.g. 称取1g强酸型干树脂，置于250mL锥形瓶中， 准确加入0.1 mol.L-1 NaOH标准溶液100 mL，塞 紧后振荡，放置过夜，移取上层清液25 mL，以 酚酞为指示剂，用0.1mol.L-1HCl标液12.5 mL滴 定至红色消失，计算树脂交换容量。
孔隙结构分凝胶型和大孔型两种
具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”
酸性树脂：名称前加“阳” 碱性树脂：名称前加“阴” e.g. 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂
型号以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的差异 第三位数字为顺序号用以区别基因、交联剂等的差异 大孔树脂：型号前加“D” 凝胶型树脂：交联度值在型号后用“×”号连接数字
阳离子交换树脂
强酸性： RSO 3HMe RSO 3MeH 弱酸性： RCO OMH e RCOO H M
母体 活性基团
阴离子交换树脂
可交换离子
强碱性：RN (C3)H 3O H A RN (C3)H 3A OH 弱碱性：RN3O H H A RN3A H OH
离子交换树脂的分类(con’d)
离子交换树脂的分类(con’d)
根据树脂的交联度
交联度：交联剂在树脂单体总量中所占质量分数
二乙烯苯（交联剂）
低交联度：2~4% 一般交联度：7~8% 高交联度：12~20% 最常用：7-12%
苯乙烯长链
《离子交换树脂分类、命名及型号》 (GB1631-79) 命名原则
全名称由分类名称、骨架名称、基本名称组成：
膨胀的现象 其它：机械强度、耐热性、孔结构
离子交换树脂化学性能
交换选择性：离子交换树脂对水溶液或 废水中某种离子优先交换的性能
强酸型阳离子交换树脂
不同价态：电荷越高，亲和力越大 Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）
离子价态相同：亲和力随着水合离子半径减小而增大 一价离子：Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Cs+＜Ag+ 二价离子：Mg2+＜Zn2+＜Cu2+＜Ca2+＜Pb2+＜Ba2+
根据树脂类型和孔结构：
凝胶型树脂：
干燥：内部无毛细孔 吸水：润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙(2-4 nm) 适合于吸附无机离子。
大孔型树脂：
有大量永久性微细孔和大网孔，润湿后孔径100～500nm 表面积大，活性中心多，离子扩散速度快，使用时的作用
快、效率高，所需处理 时间缩短 易吸附和交换有机大分子物质 抗污染力强，较容易再生
骨架
酚醛树脂
+
-
-
-+
+
-+
-
+
活动离子 活性基团
固定离子
OH + CH2O
聚乙烯树脂 交联剂
C H =C H 2
C H =C H 2
+
C H =C H 2
活性基团
酸性基团(-SO3H, -COOH) 碱性基团(-NR2, -N+R3) 特 殊基团
聚乙烯树脂
离子交换树脂的分类
根据树脂功能基团的性质：
离子交换树脂的命名及型号(con’d)
● ● ● ×● 凝 胶 型
交联度数值 顺序号 骨架代号
分类代号
００１×７
交联度为7%的强酸 性苯乙烯系凝胶型阳 离子交换树脂
大Ｄ●●● 孔 型
顺序号 骨架代号 分类代号
大孔型代号
Ｄ315
大孔型弱碱性丙烯 酸阴离子透明或半透明珠体； 大孔型： 乳白色或不透明珠体。
稀土元素：亲和力随原子序数增大而减小
离子交换树脂化学性能(con’d)
弱酸型阳离子交换树脂
H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型
强碱型阴离子交换树脂
F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜C1-＜NO2-＜ CN-＜Br-＜NO3-＜HSO4-＜I-＜CrO42-＜SO42＜柠檬酸根离子
交换容c量 NaOV ＝ HNaOHcHCVlHCl 干树脂(g质 ) 量
交换容量＝ (cV）NaOH(cV)HCl12050 m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.lg1)
1
离子交换平衡
n R A B n R nB nn A
离子交换平衡选择常数K
弱碱型阴离子交换树脂
F-＜C1-＜Br-＜I-＜CH3COO-＜PO43-＜AsO43＜NO3-＜酒石酸根离子＜ CrO42-＜SO42-＜OH-
离子交换树脂化学性能(con’d)
交换容量：
单位质量的干离子或湿离子交换剂所能吸附的一 价离子的物质的量(mmol)
总交换容量 > 平衡交换容量 > 工作交换容量
华南理工环境科学课件第十五章离子交换文稿演示
华南理工环境科学课件第十五 章离子交换
本章内容
第一节：概述 第二节：离子交换树脂 第三节：离子交换工艺过程及设备 第四节：离子交换系统的设计和应用
第一节：概述
离子交换法：借助于离子交换剂上的 离子和水中的离子进行交换反应而除 去水中有害离子的方法。
特点：
去除率高，可浓缩回收后用物质，设备 简单，操作容易
对预处理要求高，其应用受离子交换剂 品种、性能、成本的限制。
离子交换过程
A+
B+
A+
B+
AB++
B+ A+
AB++
B+ AB++
A+
B+
A+ AB++
A+ AB++ B+
A+ AB++
B+
AB++
A+ B+
AB++
AB+ +
A+
B+ AB++
粒度：0.3 ~ 1.2 m，影响交换速度，水流阻力和反洗 密度
湿真密度：树脂在水中充分溶解后的质量与真体积(不包括颗 粒孔隙体积)之比(1.04 ~ 1.3 g/L)
湿视密度：树脂在水中溶解后的质量和堆积体积之比 (0.60 ~ 0.85 g/ml)。
含水量：0.60 ~ 0.85g/ml 溶胀性：活性基团的水合作用使交联网孔增大，体积