第五章 离子交换分离法

第五章离子交换分离法

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

授课主要内容：1）离子交换树脂的作用、性能和分类；2）离子交换的基本理论；3）离子交换分离操作方法；4）柱上离子交换分离法；5）离子交换分离实例；6）离子交换层析法

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

主要外语词汇：ion change resin; cation resin; anion resin

辅助教学情况：多媒体课件

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；4）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。5）什么是树脂的交联度？如何表示？参考教材：《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

课时安排：4学时

离子交换分离是目前最重要和应用最广泛的分离方法之一，不但能用于分离性质相近的无机离子，而且可以用来分离多种有机化合物，可用于分析分离，也可用于制备。

离子交换分离是应用极广的，如净化水，分离和提取物质，离子交换色谱等。

1850年，Thompson及Way最早发现和研究了离子交换现象，研究了土壤中Ca、Mg与水中K+、NH4+的交换现象。

1903年Harms合成了硼铝酸盐作为离子交换剂，Gans把天然及合成硅酸盐用于软化水及糖的净化，以后出现了磺化煤阳离子交换剂。

1933年Adams首先用人工合成酚醛类的阴阳离子交换树脂

1945年合成了聚乙烯树脂。

离子交换的理论研究在这时打下了基础。

离子交换分离的特点：

1、分离效率高（能用于带相反电荷离子分离，又能用于带相同电荷及性质相近离子的分离）

2、应用范围广（既可用于分离，又可用于富集，还可用高纯物制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化。无机、有机及高纯物的制备）

3、树脂可反复使用（具有再生能力）

4、操作烦，周期长，耗费洗脱液的量多（所以仅用于解决分析中较困难的分离问题）

第一节概论

离子交换剂：

1. 离子交换剂的类型

有有机、无机两种：

1）．无机离子交换剂

有磺化煤、活性炭，水合氧化物，氧化锆，Al2O3，氧化锡，氧化锑，高价金属盐、磷酸锆、钨酸锆、磷酸钛等

杂多酸盐、磷钼酸盐对Cs 选择性

亚铁氰化物：主要用于碱金属

铝硅酸盐。

这些都是现在正在发展的无机离子交换剂，以后还要介绍。最主要还是高分子聚合物的离子交换树脂。

无机离子交换剂的缺点：1、交换能力低；2、化学稳定性差；3、机械稳定性差

有机离子交换剂的特点：1、网状结构；2、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）；3、稳（热、机械、化学）；

4、含活性基团（-SO3H、-COOH、≡NOH）

1、离子交换反应与离子交换树脂的结构

离子交换法是利用溶液通过离子交换剂（离子交换树脂）时发生在溶液和离子交换剂之间的相同符号的离子交换作用而使离子分离的方法。

各种离子与离子交换树脂交换能力不同，被交换到树脂上的离子可选用适当的洗脱剂依次洗脱，从而达到分离目的。

阳离子交换反应：

Resin-SO3H+Na+=Resin-SO3Na + H+

Resin-SO3Na+H+=Resin-SO3H + Na+

阴离子交换反应：

Resin-N(CH3) 3OH + Cl- = N(CH3)3Cl+ OH+

Resin-N(CH3)3 Cl + OH- = N(CH3)3 OH + Cl-

离子交换反应发生在离子交换树脂上的具有可交换离子的活性基团上。离子交换树脂是以高分子聚合物为骨架，反应引入活性基团构成。高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球常见，可引入各种特性的活性基团，使之具有选择性。

Resin-SO3H（氢型）树脂的酸性最强，其Resin-SO3 Na （钠型）比氢型稳定，商品常为钠型，使用前用酸淋洗转型（再生）。阴离子交换树脂的Cl型稳定。

离子交换反应是一可逆反应。

离子交换树脂使用后需要进行再生处理。

2、种类

(1). 阳离子交换树脂

9强酸性：-SO3H应用广（酸、中、碱介质均可用）例：国产732#树脂

9弱酸性：-OOR、-OH对Ｈ＋亲合力大（不宜在酸介质中使用，但可用酸洗脱）例：国产724#树脂

9

9弱酸型阳离子树脂

(2).阴离子交换树脂

9弱碱性：≡N（叔胺基）对OH-的亲和力大（不宜在碱介质中使用）, =NH（仲胺基）,−NH2（伯胺基）例：国产704#树脂

9强碱性：≡N−（季胺碱，如R-N(CH3)Cl）应用广（酸、中、碱介质均可用）例：国产717#树脂

(3).螯合树脂：－（含有特殊螯合基团的树脂。如二肟类；8-羟基喹啉）螯合功能团 选择性高，制备成本高、难度大，交换容量低。

(4).大孔树脂：孔径大（类似泡沫塑料），表面积大，交换速度快

例：国产D202#钠型大孔阳离子交换树脂

(5).氧化还原树脂：－可逆的氧化还原基团可发生电子转移反应，但不引入杂质

(6).萃淋树脂：

（犹如将固定液涂抹于担体上 灵活)

例：TBP萃淋树脂可用于分离工业废水中的Cr(Ⅵ)

例： P507萃淋树脂可用于分离稀土元素

(7).纤维交换剂：在天然纤维素上接枝（对其上羟基脂化、磷酸化、羧基化后，即可得阳离子交换剂）表