第六章 离子交换分离技术
离子交换分离技术
Modern uses
• In recent decades, high performance synthetic ion exchange media was developed for purification of fluids used in the Nuclear Power, Petrochemical, Mining, Pharmaceutical, Chemical Processing, and Food & Beverage industries.
离子交换纤维素的优点
• 大分子物质能自由在骨架中扩散和交换， 亲水性强，表面积大，容易吸收分子，交 换基团稀疏但对大分子的实际交换容量大， 吸附力弱而使交换和洗脱条件缓和/不易引 起变性，分辨率强。
离子交换纤维素分类
• 阳离子和阴离子交换纤维素 • 强酸型、中强酸型、弱酸型 • 强碱型、中强碱型、弱碱型
• 向树脂中添加Y+，反应平衡向右移动，交换离子被 吸附到树脂上；向树脂中添加X+，反应平衡向左移 动，交换离子全部或大部分从树脂上释放出来。 • Adding Y+ to resin will shift the equilibrium to the right, and thus target ions are adsorbed to resin. Conversely, adding X+ will shift the equilibrium to the left, causing release of target ions from resin.
第六节 离子交换分离法
2. 磨碎与筛选
树脂粒度小，表面积大，分离效率 高，但阻力大，流速慢。要根据分离的 实际情况合理选择粒度大小。市售10～ 40目、50～100目或100～200目。分析 分离80～120目，离子色谱200～400目。 有干磨或湿磨，注意粒度范围不宜太宽。
3. 树脂的预处理
凝胶型树脂都需要经过浸泡后才能使
交换容量分为全交换容量和工作交换 容量。树脂所含可交换离子全部被交换， 称为全交换容量，它是树脂的特征常数， 不随实验条件变化。在一定操作条件下， 实际测得的交换容量，称为工作交换容量， 或有效交换容量，其大小与溶液中离子的 浓度、树脂床的高度、流速、树脂粒度的 大小以及交换基团的类型等因素有关。
1. 亲和力大小与离子性质的关系
亲和能力与水合离子的半径、电荷及 离子的极化程度有关。水合离子半径越小、 电荷越高、离子的极化程度越大，其亲和 力越大。
例如 Li+、Na+、K+ 水合离子的电荷相同， 但它们的水合离子半径依次减小，因此， 树脂对它们的亲和能力依次增强。实验证 明：在常温下，较稀的溶液（＜0.1mol/L） 中，树脂对不同离子的亲和力大致有如下 的顺序：
然后将流出液中的
SO
2 4
沉淀为BaSO4
进行测定。
2. 相同电荷离子的分离—离子交换色 谱分离法
如果有几种性质相近且带相同电荷的离子 同时被交换在柱上，可选择合适的洗脱剂， 将它们逐一洗脱并分离。这种方法称为离 子交换色谱分离法。所用的洗脱剂应该使 几种离子对树脂的亲和力有较显著的差异。 这些洗脱剂通常是络合剂或是用不同浓度 的酸或是两者同时使用。
无机离子交高 高 换价 价剂金 金属 属磷 水酸 合盐 氧 离子交换有剂机离子交大 凝 换孔 胶 剂型 型
离子交换分离技术之离子交换树脂课件
离子交换分离技术之离子交换树脂课件
概论
一、概论
（一）引言 • 多糖广泛用于食品等相关行业，用于改善食品质构和增加粘 度以及产品稳定性。 • 两种多糖特定混合得到的重组多糖比单一的原多糖具有更高 的粘度，因此广泛用于实现产品质地的改良，并能有效节约 成本。 • 在工业生产中，可能单一的多糖并不能形成凝胶，但是两种 多糖混合后能形成凝胶，如：黄原胶和半乳甘露聚糖各自都 不能形成凝胶，但是两种多种混合后却能形成凝胶。
• 结冷胶（GG）：在一定离子浓度条件下，自身能形成凝胶，是一种高分子线性多 糖，由4个单糖分子组成的基本单元重复聚合而成．其基本单元是由1，3—和1， 4—连接的2个葡萄糖残基，1，3—连接的1个葡萄糖醛酸残基，和1，4—连接的1 个鼠李糖残基组成。GG也有螺旋-线圈转变。
• 角叉胶：自身不能形成凝胶，其单位为角叉双糖(carrabiose)，由D-半半糖1分子及 3,6-脱水-D-半乳糖1分子构成。
• TSX/XG混合为第二类，他们两者各自都不能形成凝胶，因此，与第一类形式的凝 胶相比异型交联模型更容易接受，他们之间靠协调相互作用彼此交联形成凝胶。
• TSX/EGCG混合也属于第二类模型，其中EGCG为小分子，通过核欧佛豪瑟效应频 谱分析，这两种分子之间相互结合稳定，这结果证明了异型交联区域的存在。
• 表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）：茶叶中的儿茶素属多酚类物质，儿茶素与 没食子酸酯化形成。
离子交换分离技术之离子交换树脂课件
概论
（三）相关研究 • 如果黄原胶的分子量低于1,7000，则不能形成螺旋结构， 也没有螺旋-线圈转变，这表明线圈-螺旋转变是一个高 度协调的过程，角叉胶、黄原胶也是如此。 • 在对角叉胶和结冷胶的研究中相似的离子特异性，例 如:K＋较Na＋更能促进凝胶的形成；总离子浓度对螺旋线圈转变的发生也起着重要作用，而聚合物浓度并不是 必要因素等 • Morris认为，多糖混合物之间的协调相互作用有两个共 同特点：1）多糖进行着有序（coil-helix）的构想转 变;2）多糖混合物中的连接骨架都为β(1,4) 连接。
离子交换分离
7.1 概述1 基本概念离子交换分离法Ion Exchange• 离子交换剂：一种多孔状的固体，不溶于水， 也不溶于电解质溶液，但能从溶液中吸取离子 而进行离子交换。
• 离子交换：利用离子交换剂能吸附溶液中一种 离子同时放出另一种相同电荷的离子的特点， 使得交换剂和溶液之间进行同号离子相互交换 的现象。
• 离子交换分离法：利用离子交换剂与溶液中的 离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。
2离子交换技术的发展• (1) 1850年，英国农业化学家H.S.Tompson和 J.T.Way发现离子交换现象 • (2) 1935年，B.A.Adams和E.L.Holmes合成离 子交换树脂 • (3) 1945年，美国人G.F.d′Alelio磺化苯乙烯二乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯 酸树脂 • (4) 20世纪60年代以后，离子交换树脂的合成 与离子交换分离技术取得了突飞猛进的发展3 离子交换分离法的特点(1) 分离效率高，选择性高。
(2) 适用范围广。
适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于 带相同电荷或性质相近的离子之间的分离，适用 于微量组分的富集和高纯物质的制备，从痕量物 质到工业用水，从少量样品到工业规模。
(3) 操作简单，成本低。
液固两相分开，操作简单。
(4) 方法的缺点是操作周期长。
一般用它解决某些比 较复杂的分离问题。
7.2 离子交换分离理论1 分离原理基于物质在固相与液相之间的分配； 依据交换剂自身所带的能自由移动的离子与被处 理的溶液中的离子通过离子扩散来实现的； 推动离子交换的动力是离子间的浓度差和交换剂 上的功能基对离子的亲和能力 离子交换反应是可逆的，逆反应称之为再生。
离 子交换剂经再生后可反复使用。
• 无机离子交换剂的作用可以看作是一种溶液 中的电解质和不溶性电解质的固、液两相接 触时所进行的复分解反应。
例如以泡沸石软化水，泡沸石可以用Na2R来 表示，其中R表示极大的阴离子部分，而Na+ 则是可被置换的离子。
离子交换分离法
（四）离子交换树脂的化学特性
1．酸碱性 ．
离子交换树脂是聚电解质， 离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出 H+或OH–能力的不同表示它们的酸碱性。图中 能力的不同表示它们的酸碱性。 表示各种类型树脂的滴定曲线。 表示各种类型树脂的滴定曲线。不同类型离子 交换树脂的有效 范围。 有效PH范围 交换树脂的有效 范围。
2．离子交换树脂的分类（2） ． ）
最常用的分类是依据树脂离子交换功 最常用的分类是依据树脂离子交换功 能团分。主要可分为： 能团分。主要可分为： （1）强酸性阳离子交换树脂 ）强酸性阳 （2）弱酸性阳离子交换树脂 ）弱酸性阳 （3）强碱性阴离子交换树脂 ）强碱性阴 （4）弱碱性阴离子交换树脂 ）弱碱性阴
交 容 = 换 量
(200.00×0.1242) —4(0.1010×48.00) = 5.45mmol/ g
2．分离形式及特点 ．
①分离形式：柱分离，电渗析隔膜，离子交换纸 分离形式：柱分离，电渗析隔膜， 上色层，离子交换纤维薄层。 上色层，离子交换纤维薄层。 ②特点：吸附的选择性高，适应性强，处理对象 特点：吸附的选择性高，适应性强， 广，分离容易，使用设备简单。 分离容易，使用设备简单。 ③应用：离子交换法分离对象广，几乎所有无机 应用：离子交换法分离对象广， 分离对象广 离子以及许多结构复杂性质相似的有机化合物 都适用。适应工业生产大规模分离要求， 都适用。适应工业生产大规模分离要求，也适 合实验室超微量物质的分离。 合实验室超微量物质的分离。
2．交换容量及化学稳定性 ．
工作交换容量：指在一定工作条件下 工作交换容量： 树脂所能发挥的交换容量。 树脂所能发挥的交换容量。 化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐 化学稳定性：主要指耐化学试剂、 氧化、耐辐射的性能。 氧化、耐辐射的性能。
离子交换分离技术
• 离子交换分离法：通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交 换的离子进行交换而分离纯化方法。其主要依赖电荷间的相 互作用，利用带电分子中电荷的微小差异进行分离。 • 即 离子交换色谱分离技术：利用混合液中的离子与固定相中 具有相同电荷例子的交换作用而进行分离的技术 • 离子交换分离法主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分 子的提取分离。近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也 有应用。
• 离子交换剂：一种多孔状的固体，不溶于水，也
不溶于电解质溶液，但能从溶液中吸取离子而进
行离子交换。 • 离子交换剂由基质、荷电基团和反离子构成，能 释放出反离子，同时它与溶液中的其他离子或离 子化合物相互结合，结合后不改变本身和被结合 离子或离子化合物的理化性质。
• 离子交换基质：是一类表面带有可交换离子的
• 凝胶型离子交换树脂的型号由四个数字组 成：
• 001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂(其 交联度为7)，图解如下：
• 大孔型离子交换树脂的型号
• D 20l大孔型强碱性苯乙烯系阴离子交换树 脂(交联度没有标出)，图解可下：
• 国外一些产品用字母C代表阳离子树脂（C 为cation的第一个字母），A代表阴离子树 脂（A为Anion的第一个字母） • 如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴 树脂，亦分别代表阳树脂和阴树脂。
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:
第六章 离子交换分离技术
骨架（载体）：惰性、不溶、三维立体结构
构 成
活性基团：与载体相连、不能移动，功能基团
可交换离子(活性离子)：与功能基团带相反
电荷、可移动
离子交换现象方程式：
R-X+ + Y+
R-Y+ + X+
R-: 阳离子交换剂的功能基团和载体
X+: 平衡离子
Y+: 交换离子
离子交换过程是可逆的
氢型阳离子交换树脂与Na+的交换 羟型阴离子交换树脂与Cl-的交换
7. 树脂物理结构的影响 树脂的交联度增加，交换选择性增加。
大分子的吸附----应减小交联度 无机小离子不受空间因素的影响----控制交联度， 将大分子和无机小离子分开（分子筛方法）
8. 树脂与离子间的辅助力
凡能与树脂间形成辅助力如氢键、范德华力等 的离子，树脂对其吸附力就大。
辅助力常存在于被交换离子是有机离子的情况 下：有机离子的相对质量越大，形成的辅助力越 多，树脂对其吸附力越大。
（7）离子浓度：浓度 < 0.01 mol/L时，交换速度与 离子浓度成正比。到达一定浓度后，速度不再随浓度 上升。
四、离子交换操作方法 （一）离子交换树脂和操作条件的选择 （二）离子交换树脂的处理、转型、再生与保存 （三）基本操作方法
（一）离子交换树脂和操作条件的选择
1. 离子交换树脂的选择 （1）对阴阳离子交换树脂的选择：
四类树脂性能的比较
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
（二）命名
规定： ①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；第二位代表骨架； 第三位代表微顺序号。(101页表格) ②凝胶型离子交换树脂须标明载体的交联度 ③大孔型离子交换树脂须在型号前加字母“D”
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。
第六章离子交换分离法
第六章离子交换分离法一、本章的教学目的与要求了解离子交换分离法的原理及应用二、授课主要内容§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类1.离子交换树脂的性能和作用2.离子交换树脂的分类§6—2 离子交换的基本理论§6-3 离子交换分离操作方法1．离子交换树脂选择2．树脂的处理市售的树脂，其粒度往往不均匀或粒度太小或不符合要求，或含有杂质，使3．仪器装置§6—4 柱上离子交换分离法§6—5 离子交换分离实例1、去离子水的制备2、试样中总盐量的测定3、干扰组分的分离4、痕量组分的富集§6—6 离子交换层析法一．原理：二．分离条件的选择三．应用示例三、重点、难点及对学生的要求掌握离子交换分离法的原理及分离条件的选择四、主要外语词汇ion change resin; cation resin; anion resin五、辅助教学情况（多媒体课件）六、复习思考题习题：1、离子交换树脂的作用、性能和分类2、子交换树脂的分类3、离子交换树脂选择如何利用离子交换树脂进行去离子水的制备、试样中总盐量的测定、干扰组分的分离、痕量组分的富集4、什么是树脂的交联度？如何表示？七、参考教材references《工业分析》机械工业出版社、重庆大学出版社，1997年，第一版《分离及复杂物质分析》邵令娴编，化学工业出版社，1984年，第一版第六章离子交换分离法沸泡石软化水，Ca2++2Na+Z═2Na++Ca2+Z2 (1905年)，用亚硫酸钠处理过的纸浆纤维上结合了磺酸基团而具有交换能力。
§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类一、离子交换树脂的性能和作用离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有网状结构的骨架部分，树脂骨架十分稳定，对酸碱有机溶剂及一般弱的氧化剂不起作用，对热稳定，骨架上结合着许多可以交换的基团，如－SO3H、－COOH、季胺基、≡NOH等。
如聚苯乙烯酸基阳离子交换树脂，用苯乙烯和二乙烯基苯所得的聚合物经硫酸磺化制得。
离子交换分离操作技术
离子交换分离操作技术离子交换分别方式可分为静态和动态两类。
静态交换是将溶液和离子交换剂共同放入容器，利用振荡、搅拌等方式令它们充分接触。
达到平衡后，用倾析、过滤或离心等办法使固液两相分别，然后分离处理。
这种操作属于单次平衡，分别效率不高，目前只在测定分配系数等试验讨论中能够用到。
动态交换是指溶液与离子交换剂发生相对移动的分别方式。
可见，离子交换色谱法就属于这种分别方式。
动态交换属于多次平衡，分别效率高，可延续化操作，应用较广。
因此，下面就重点介绍动态交换的操作步骤。
(1)树脂的挑选和处理在分别和富集前应首先按照分别的对象和要求挑选适当类型和粒度的树脂。
市售的树脂颗粒大小往往不够匀称，故用法前应该先过筛以除去太大和太小的颗粒，也可以用水溶胀后用筛在水中选取大小一定的颗粒备用。
普通商品树脂都含有一定量的杂质，故在用法前还必需举行净化处理。
对强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，通常用4 mol/L HCl溶液浸泡1～2天，以溶解各种杂质，然后用蒸馏水洗涤至中性，浸入水中备用。
这样就得到在活性基团上含有可被交换的H+的氢型阳离子交换树脂或可被交换的Cl-的氯型阴离子交换树脂。
(2)装柱举行离子交换通常在离子交换柱中举行。
离子交换柱普通用玻璃制成，装柱时，在交换柱弥漫水的状况下，把经准备处理的树脂装入柱中，可小扣柱子使其装实，并防止树脂中夹有气泡。
始终保持液面高于树脂层，防止树脂干裂。
12-6所示，可保证树脂向来泡在液面下，不会进入气泡，但流速慢，还会使色谱峰稍有增宽。
图12-6 离子交换柱而图12-7的装置容易，但应注重勿使树脂层干枯而混入气泡。
图12-7 离子交换柱 (3)柱上分别将欲分别的试样溶液缓慢注入柱内，从上到下流经交换柱举行交换作用。
若试液中有几种离子同时存在，则亲和力大的离子先被交换到柱上，亲和力小的离子后被交换。
交换完成后，用蒸馏水或不含试样的空白溶液洗去残留的试液以及交换出来的离子。
《离子交换分离法》课件
化学键合法
将具有特定功能的有机物通过化学 键合作用固定在载体上，制备成具 有特定功能的离子交换剂。
离子交换剂的性能指标
交换容量
指单位质量的离子交换剂所 能交换离子的量，是衡量离 子交换剂性能的重要指标之 一。
在食品工业中的应用
食品添加剂生产
离子交换分离法可用于生 产食品添加剂，如柠檬酸 、苹果酸等，提高产品质 量和纯度。
果汁和乳制品加工
在果汁和乳制品加工过程 中，离子交换分离法可用 于去除杂质离子，提高产 品的口感和品质。
食品包装材料处理
离子交换分离法可用于食 品包装材料的处理，去除 其中的有害物质，提高食 品安全。
《离子交换分离法 》ppt课件
目 录
• 离子交换分离法简介 • 离子交换剂 • 离子交换分离法的基本操作 • 离子交换分离法的应用实例 • 离子交换分离法的优缺点及发展前景
01
CATALOGUE
离子交换分离法简介
离子交换分离法的定义
离子交换分离法是一种利用离子交换 剂与溶液中的离子进行可逆交换，从 而实现离子或离子的混合物分离的方 法。
选择性
指离子交换剂对不同离子的 选择性差异，通常用某一离 子的交换容量与另一离子的 交换容量的比值来表示。
平衡速度
指离子交换剂与溶液中的离 子达到平衡状态所需的时间 ，是衡量离子交换剂性能的 重要指标之一。
再生性能
指离子交换剂在使用过程中 经过多次再生后性能的保持 能力，是衡量离子交换剂性 能的重要指标之一。
05
CATALOGUE
离子交换分离法的优缺点及发展前景
离子交换分离法
2 、阴离子交换树脂
交换基是碱性基团， 交换基是碱性基团 能交换阴离子的树脂。 （ 1 ）强碱性阴离子交换树脂 具有强碱性的活泼基团： -CH2N(CH3)3+Cl -
特性
淡黄色的球状颗粒； 对强酸根和弱酸根都能交换； 对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定； 在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受 溶液中 pH 值影响。
§6.2
离 子 交 换 剂
离子交换剂：具有离子交换能力的所有物质，通 常指固体离子交换剂，固体离子交换剂又称为吸 着离子交换剂。 无机离子交换剂： 由天然的 ( 粘土、沸石类矿 物 ) 和合成的 ( 合成沸石、分子筛、水合金属氧化 物、多价金属酸性盐类、杂多酸盐等 ) 化合物构 成。 有机离子交换剂 ：人工合成的带有离子交换功能 团的高分子聚合物．其中应用最为广泛的是离子 交换树脂，其化学结构、类型、性质及其应用本 章将作重点介绍。
两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂； 均孔型离子交换树脂：主要是阴离子型凝胶离子交
离子交换树脂的命名方法
离子交换树脂命名法中分类代号和骨架代号 代号 0 1 2 3 4 5 6 分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螯合性 两性 氧化还原 骨架名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯哌啶系 脲醛系 氯乙烯系
§6.1
概述
一、离子交换分离法：
利用离子交换剂与溶液中的离子发生 交换反应进行分离的方法。
二、 特点
优点：分离效率高，设备简单，操作不复杂 ，树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、发展史
缺点：分离周期长，耗时过多。
§6.2
离 子 交 换 剂
一、离子交换树脂的结构性能和作用 二、离子交换树脂的种类
离子交换分离方法ppt
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
离子交换分离法
高效毛细管电泳分离
• 在充有电解质溶液的毛细管两端施加高电压，溶 解在电解质中的组分得以电泳分离。
• 3）、液膜分离和液-液萃取的关系
• （1）、机理相似 • （2）、液膜分离中还利用了反萃取 • （3）、液膜分离效率比溶剂萃取高 • 2、液膜分离的用途 • 1）、提取纯元素 • （1）、阳离子：钠、钾、铯、铜、锌、铅、 钴、铁、汞、镍、铀等 • （2）、阴离子：氯根、硫酸根、硝酸根、磷 酸根等
• 2、固定相和流动相 • 1）、固定相：有机萃取剂（涂渍或吸留在惰性载 体上）
• 2）、流动相：无机化合物水溶液
• 3、 影响分离的主要因素
• 三个：固定相、载体和流动相。
• 1）、对固定相的要求
• 有机萃取剂在流动相中不溶解 • 2）、对载体的要求 • 惰性 • 常用载体：硅藻土、硅胶、活性炭纤维等 • 3）、流动相 • 通常为无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸及其混合物
+ 已交换
未交换
1）、交联度
（1）、定义：二乙烯苯为交联剂，树脂中含有二 乙烯苯的百分率就是该树脂的交联度。 （2）、交联度小，溶涨性能好，交换速度快，选 择性差，机械强度也差；交联度大的树脂优缺点正相 反。一般4~14％适宜。 2）、交换容量
（1）、定义： 每克干树脂所能交换的物质的量。
（2）、交换容量表示树脂网状结构中活性基团的 数目，一般树脂的交换容量3~6 mmol/g。
平板色谱法
柱色谱法 离 子 交 换 色 谱 法
气 液 色 谱 法
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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。
15.离子交换选择性
离子化合价（离子交换树脂总是优先吸附高价离子，阳离子的被吸附顺序为：Fe3+>AI3+>Ca2+>Mg2+>Na+；阴离子的被吸附顺序为：柠檬酸根>硫酸根>硝酸根）
离子的水化半径
溶液浓度，在稀溶液中比较大
离子强度（尽可能采用低离子强度）
溶液的pH
树脂与离子间的辅助力
有机溶剂的影响
树脂物理结构的影响
16.离子交换速度的影响因素
数值力度，树脂的交联度，溶液流速，离子的化合价，离子浓度，温度，离子的大小（小离子的交换速度比较快）
17.对阴离子交换树脂的选择
一般根据被分离物质所带的电荷来决定选用哪种树脂?
如果被分离物质带正电荷，应采用阳离子交换树脂；被分离物质带负电荷，应采用阴离子交换树脂
对离子交换树脂强弱的选择
当目的物具有较强的碱性和酸性时，宜选用弱酸性或弱碱性的树脂以提高选择性并便于洗脱；如果目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质时，往往选用强碱性或强酸性树脂，以保证有足够的结合力，便于分部洗脱。
对于大多数蛋白质酶和其他生物大分子的分离多采用弱碱或弱酸性树脂，以减少生物大分子的变性有利于洗脱并提高选择性。
对离子交换树脂型的选择
使用弱酸或弱碱性数值分离物质时，不能使用H或OH型，因为这两种交换剂分别对这两种离子具有很大的亲和力，不容易被其他物质所代替，应选用钠型或氯型
18.离子交换树脂操作条件的选择
交换时的pH：合适的ph应具备三个条件：ph应在产物的稳定范围内；能使产物离子化；能使树脂解离
溶液中产物的浓度
洗脱条件
19.再生（名解）：让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程
20.阳离子树脂受有机物污染时可用处理再生溶液：10%NACI+2%~5%NaOH混合溶液
21.阴离子树脂可在1mol/L HCI中保存，阳离子在1mol/L NaOH中保存
22.离子交换的操作方式
静态操作：静态交换是将树脂与交换溶液混合置一定的容器中搅拌进行。
静态法操作简单、设备要求低，是分批进行
动态操作：是先将树脂装柱。
交换溶液以平流方式通过柱床进行交换。
该法不需要搅拌、交换完全、操作连续。
适合多组分分离
23.葡聚糖凝胶的分离是根据分子量不同。
能大量引入活性基团而骨架不被破坏，交换容量很大，是离子交换纤维素的3-4倍，外形呈球形，装柱后，流动相在柱内流动的阻力较小，流速理想，最适用于大分子的分离纯化。
24.离子交换葡聚糖命名时将活性基团写在前面，然后写骨架Sephadex，最后写原骨架的编号。
葡聚糖凝胶G-25（Sephadex G-25）孔径最小
25.普通的井水，自来水等都是含Ca2+、Mg2+的硬水。
利用钠型磺酸树脂除去水中的Ca2+、Mg2+等碱金属离子后即可制得软水。
26.一级交换：原水经过阴、阳树脂一次的交换
27.抗生素是发酵行业的一大类产品，利用离子交换树脂可以选择性吸附分离多种离子型抗生素，不仅回收率高，而且得到的产品纯度较好。
28.洗脱：离子交换完成后将树脂弱吸附的物质释放出来重新转入溶液的过程。