离子交换分离技术2011PPT课件
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离子交换分离法ppt课件
纤维交换剂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
萃淋树脂
有机高分子大孔结构与 萃取剂的共聚物型树脂
— SO 3H — COOH 或 — OH
1— 14 6— 14
季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺
0— 12 0— 9
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
含氧化或还原基团
1
一、离子交换剂的种类和性质 1、离子交换剂的种类 无机离子交换剂： （1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄 （2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物 有机离子交换剂——即离子交换树脂 离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物， 网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。 在网的各处都有许多可被交换的活性基团。
La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+＞Tb3+＞Dy3+＞ Y3+＞Ho3+ ＞Er3+＞Tm3+ ＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+ 2、弱酸型阳离子交换树脂
解：干树脂（强酸型）与Na+交换，剩余NaOH用HCl滴定
(cV）NaOH(c 交换容量＝
V)HCl12050
m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.gl1)
1
阳离子交换树脂： 交换容cN 量 aOVH ＝ NaOHcHCV lHCl
干树脂(g质 ) 量
练习：称取某OH-型阴离子交换树脂1.00 g置于锥形瓶中,加入
2
返回
3
有机离子交换剂分类
分类
萃淋树脂
有机高分子大孔结构与 萃取剂的共聚物型树脂
— SO 3H — COOH 或 — OH
1— 14 6— 14
季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺
0— 12 0— 9
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
含氧化或还原基团
1
一、离子交换剂的种类和性质 1、离子交换剂的种类 无机离子交换剂： （1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄 （2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物 有机离子交换剂——即离子交换树脂 离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物， 网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。 在网的各处都有许多可被交换的活性基团。
La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+＞Tb3+＞Dy3+＞ Y3+＞Ho3+ ＞Er3+＞Tm3+ ＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+ 2、弱酸型阳离子交换树脂
解：干树脂（强酸型）与Na+交换，剩余NaOH用HCl滴定
(cV）NaOH(c 交换容量＝
V)HCl12050
m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.gl1)
1
阳离子交换树脂： 交换容cN 量 aOVH ＝ NaOHcHCV lHCl
干树脂(g质 ) 量
练习：称取某OH-型阴离子交换树脂1.00 g置于锥形瓶中,加入
2
返回
3
有机离子交换剂分类
分类
离子交换层析分离技术.ppt
三、“以”的连词用法
１、连接形容词，表示并列关系，译为“而”、“又”、 “而且”等。
①主严以明，将知以武。（《战国策·楚策一》） ②夫夷以近，则游者众；险以远，则至者少。《游褒禅 山记》 ２、连接动词或动词短语，表示动作行为的承接或先后， 可译为“而”或“来”，或者不译。 ①若潜师以来，国可得也。（《左传·僖公三十二年》） ②晋灵公不君，厚敛以彫墙。
3、连接状语和中心语，不译。 ①黔无驴，有好事者船载以入。
②倚柱而笑，箕踞以骂。（《史记·刺客列传》））
4、用在复句中，用来说明原因、目的 1）表示目的关系、结果关系，可译为“而”、“来”、 “用来”、“以致”等。 ①广故数言欲亡，忿恚尉，令辱之，以激怒其众。《陈 涉世家》 ②思厥先祖父,暴霜露、斩荆棘,以有尺寸之地。（苏洵 《六国论》） 2）表示因果关系，可译为“因为”。 ①晋侯秦伯围郑，以其无礼于晋，且贰于楚也。（《僖 公三十年》） ②诸侯以公子贤，多客，不敢加兵谋魏十余年。（《魏 公子列传》）
４、引进主动者，可译为“被”。 ①有决渎于殷周之世者，必为汤武笑矣。《五蠹》 ②身死人手，为天下笑者，何也？（《过秦论》）
三、“为”的连词用法
１、用在假设复句中，可译为“如果”、“假如”。 ①王甚喜人之掩口也，为见王，必掩口。（《韩非子·内 储说下》） ②秦为知之，必不救也。（《战国策·秦策四》）
美于徐公。（《战国策·齐策一》）
二、“以”的介词用法
１、引进动作“拿”、“凭”、“按照”、 “凭……身份”等。
①愿以十五城请易璧。（《史记·廉颇蔺相如列传》） ②余船以次俱进。（《资治通鉴·赤壁之战》） ③余朝京师，生以乡人子谒余。（宋濂《送东阳马生序》 ） 2、引进动作、行为所处置或涉及的对象。 可译为“把”。 ①复以弟子一人投河中。（《史记·滑稽列传》） ②秦亦不以城予赵，赵亦终不予秦璧。（《廉颇蔺相如列 传》
样品处理分离技术—离子交换分离法(分析制样技术课件)
(2)含水率
单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一股用百分数表示。 树脂产品固有的性质之一。
分析制样技术
因素
类别
结构
酸碱性
交联度
交换容量
离子形态
01 物理性质
分析制样技术
链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等
含水量
树脂含水量的变化反映出树脂内在质量的变化
01 物理性质
分析制样技术
(3)溶胀性
结 构
（2)
与网络骨架以共价键相连的活性基团，不能自由移动 （通常用M表示）
（3)
与活性基团以离子键联结的可移动的活性离子 (即可交换离子，如H+、OH-等)
离子交换树脂的结构
与酸、碱、某 些有机溶剂和 单体 一般弱氧化物 都不起作用， 对热也较稳定。
网状结构的高分子聚合物
聚苯乙烯型树脂
交联剂
骨架
H
H
H
H
H
H
离子交换过程
03 步骤3：加入料液进行离子交换
分析制样技术
C0 C0 C0 C0 C0
○ 未交换
A BCDE
C
C0
c
f
e
d
+ 未交换
0
abc
h
V
交换柱中离子浓度分布规律和流出液中离子浓度变化曲线
04
步骤4：洗涤
研磨、过筛 使粒度符合要求。
树脂粒度不足时
浸泡 使树脂充分溶胀。
减少杂质。 净化
01 步骤1：树脂预处理
分析制样技术
新树脂
去离子水浸泡24小时
倾去水后洗至澄清
去离子水洗涤至中性
3~5mol/L的盐酸溶液浸泡24~48小时
单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一股用百分数表示。 树脂产品固有的性质之一。
分析制样技术
因素
类别
结构
酸碱性
交联度
交换容量
离子形态
01 物理性质
分析制样技术
链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等
含水量
树脂含水量的变化反映出树脂内在质量的变化
01 物理性质
分析制样技术
(3)溶胀性
结 构
（2)
与网络骨架以共价键相连的活性基团，不能自由移动 （通常用M表示）
（3)
与活性基团以离子键联结的可移动的活性离子 (即可交换离子，如H+、OH-等)
离子交换树脂的结构
与酸、碱、某 些有机溶剂和 单体 一般弱氧化物 都不起作用， 对热也较稳定。
网状结构的高分子聚合物
聚苯乙烯型树脂
交联剂
骨架
H
H
H
H
H
H
离子交换过程
03 步骤3：加入料液进行离子交换
分析制样技术
C0 C0 C0 C0 C0
○ 未交换
A BCDE
C
C0
c
f
e
d
+ 未交换
0
abc
h
V
交换柱中离子浓度分布规律和流出液中离子浓度变化曲线
04
步骤4：洗涤
研磨、过筛 使粒度符合要求。
树脂粒度不足时
浸泡 使树脂充分溶胀。
减少杂质。 净化
01 步骤1：树脂预处理
分析制样技术
新树脂
去离子水浸泡24小时
倾去水后洗至澄清
去离子水洗涤至中性
3~5mol/L的盐酸溶液浸泡24~48小时
第4章 离子交换分离法
（2）弱碱性阴离子交换树脂
具有弱碱性的活泼基团：-CH2NH3+Cl -CH2NH2(CH3)+Cl -CH2NH(CH3)2+Cl 此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
3、特殊的离子交换树脂
具有高选择性的离子交换树脂
选择性好，可用于阴、阳离子的分离。
螯合树脂
特点：高选择性和高稳定性。
据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。
OH
R SO3 H R SO3 H R CH 2 SO3 H R PO3 H 2 R COOH R OH强酸性来自中等酸性弱酸性
(1) 强酸性阳离子交换树脂 含有强酸性活泼基团-SO3H, 可分为聚苯乙烯型和酚醛型。
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
例如：聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂是聚苯 乙烯与二乙烯苯的共聚所得的聚合物，再经浓 H2SO4磺化而制得强酸性阳离子交换树脂：
聚苯乙烯型磺酸基 阳离子交换树脂 图中以波形线条代表树 脂的骨架，活性基团 磺酸基（—SO3H）。
R代表树脂的骨架，与Na+发生交换
交换过程：
RSO RSO 3 H Na 3 Na H
一、唐南膜理论
二、离子交换的亲和力 三、离子交换平衡 四、离子交换反应动力学
§4.3
离子交换分离法的基本原理
一、唐南膜理论
1、树脂在水中溶胀后，树脂表面和外界溶液之 间的界面可以看成是一个半透膜，膜的一边是 树脂相，膜的另一边是液相。
2、树脂网状上的固定离子不能透过膜，而平衡 离子则可以通过膜进行扩散。 3、由于树脂中的固定离子的存在，使能通过膜 的可交换离子在膜的两边处于不均匀的平衡状 态。
离子交换法ppt课件
为7%。
三、离子交换树脂的骨架（载体）
（一）苯乙烯型离子交换树脂 • 由苯乙烯与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
（二）丙烯酸型离子交换树脂 由丙烯酸甲酯与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成
（三）多乙烯多胺——环氧氯丙烷树脂
弱碱301树脂，同时含有伯、仲、叔胺，还含有少量季铵基团。
载体：惰性的不溶性高分子固定骨架。 第二节 离子交换树脂的结构和种类 弱碱型阴离子交换树脂（在碱性环境中解离度受到抑制）
• Strong ion exchangers show no variation in ion exchange capacity with change in pH .
• Strong ion exchangers include Q (anionic), S and SP (cationic).
三、基本操作方法
洗脱液
• 酸、碱洗脱液：改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团
的解离状态，以消除静电结合力，迫使目的物被释放
出来；
• 盐类洗脱液：通过高浓度的同种电荷的离子与目的物竞
争树脂上的活性基团，使吸附物游离。
洗脱方式
改变溶液pH及离子强度：
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。
• 目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质时， 3、有机溶剂：减弱树脂对有机离子的吸附能力。
二、影响树脂性能的几个因素 弱碱型阴离子交换树脂（在碱性环境中解离度受到抑制）
宜选用强酸强碱树脂（氨基酸的分离）。 酸、碱洗脱液：改变吸附物的电荷或改变树脂活性基团的解离状态，以消除静电结合力，迫使目的物被释放出来；
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。
《离子交换分离法》课件
将含有所需离子的化合物溶解在溶 剂中，再加入凝胶剂形成溶胶，经 过老化、凝胶化、干燥等步骤制备 成离子交换剂。
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
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
第六章离子交换法分离稀土元素-PPT课件
金属离子与树脂的作用是静电引力作用 ，作用力的大小与 金属离子在溶液中的有效半径成反比。所以有效半径小、 电荷多的金属离子，相对来说，树脂对其作用力要大，吸 附能力要强。 金属离子对树脂相对亲合力的大小有如下几条经验规律： （1）在常温、稀溶液中，阳树脂对金属离子的亲合力：离 子电荷高的。亲合力大，如 Th4+>RE3+>Ca2+>H+ 离子的有效半径小的，则亲合力也大，如三价稀土离子的半径随 La3+ Lu3+减小，但它们的水合离子半径则从La3+ Lu3+而 增大，树脂对它们的亲合力则随La3+ Lu3+而减小。
C、扩散进入树脂颗粒内部的离子与树脂中可交换离子（功 能基的可理解的离子）发生交换反应。
D、被交换下来的离子在树脂交联网孔内向树脂表面扩散。 E、被交换下来的离子从树脂表面向溶液中扩散。
上述五个步骤中的A、B、D和E均为扩散过程，C是离子交换 过程。一般来说，无机离子交换反应是较快的，因此总的离 子交换过程受扩散过程控制。
RSO3H +1/n Mn+
1/n(RSO3)nM +H+
1n
S O M H R 3 n K Mn H n 1n M S OH R 3
选择系数可表示树脂的选择性，选择系数越大，树脂对金属离 子的选择性越强。树脂对各种金属离子选择性强弱的原因还不 十分清楚。强酸阳树脂对金属离子的差异可用树脂和金属的相 互作用以及金属离子和水的相互作用来解释。
（2）离子交换平衡 当离子交换反应中离子的吸附速度和解吸速度相等时，交换 反应达到平衡： 3RSO3H(阳离子交换树脂) + RE3+ 其平衡常数为：
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%）
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• 根据其解离性大小分：强、弱。
-
13
阳离子交换剂
• 解离基团主要有磺酸（-SO3H）、磷酸（PO3H2）、 羧酸（-COOH）和酚羟基（OH）等酸性基团。
• 强酸性：R-SO3-H+＋Na+→R-SO3-Na++H+ • 弱酸性：R-COOH＋Na+ →R-COONa＋H+
-
14
阴离子交换剂
• 可解离基团主要有伯胺(-NH2)、仲胺(-NHCH3)、 叔胺[N-(CH3)2]和季胺[-N(CH3)3]、DEAE等碱 性基团。
• 加聚法制造的树脂，一般结构确定，常为单功能团的， 树脂一般性能好，多为球形，以二乙烯苯等为交联剂。
• 加聚法树脂制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类。
• 丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素，脱色容量 大，而且吸附物较易洗脱，便于再生。苯乙烯系树脂擅 长吸附芳香族物质，善于吸附多酚类色素(包括带负电 的或不带电的)，但在再生时较难洗脱。
字。
□□□×◇
D □□□
交联度数值 顺序号 骨架代号 分类代号
-
顺序号
骨架代号
分类代号
大孔型代号
8
00l×7
离子交换树脂产品的分类代号
代号 0 1 2 3
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性
代号 4 5 6
分类名称 螯合性 两性
氧化还原
D315
离子交换树脂骨架分类代号
代号
骨架分类
代号
骨架分类
0
• 基质表面结合了大量功能基团，功能基团由固定在 骨架上的荷电基团和可交换的离子两部分组成，二 者所带电荷相反，以静电力结合。
• 可进行交换的离子称为反离子或抗衡离子，这种反 离子可与溶液中带同种电荷的离子进行交换反应。
• 离子交换反应是可逆的，- 是平衡反应
1
历史回顾
• 1814年英国Thompson和Way发现铵离子 与土壤中钙离子的交换现象开始的
-
11
（二）多糖类基质
• 以多糖材料为基体，通过接枝引入交换基团而制 成的离子交换材料。
• 特点：有开放性支持骨架，大分子可以自由进入 和迅速扩散，因而交换空间大；亲水性强，吸附 力弱，洗脱时不需要剧烈的条件，对生物大分子 物质变性作用小。
• 以纤维素为基质：甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维 素（CMC）、二乙基氨基乙基（DEAE）纤维素
• 1870年Lemberg的实验又证明离子交换过 程的可逆性和当量关系
• 软化水始于20世纪初期，德国化学家Gens 应用沸石软化水及处理蔗糖浆以除去钙离 子
• 1935年Adams和Holmes合成了酚醛型离 子交换树脂
-
2
第二节 离子交换剂
• 离子交换剂是由基质、荷电基团和反离子 构成
• 一、离子交换剂基质 • 离子交换剂基质是一类不溶于水和电解质
溶液的大分子物质： • 通用型聚合树脂类：以聚合树脂作为基质
(基体，matrix)的离子交换剂。 • 多糖类基质：以多糖材料为基体，通过接
枝引入交换基团而制成的离子交换材料。
-
3
-
4
（一）通用型聚合树脂类
• 聚合树脂的制造方法：缩聚法 、加聚法
• 缩聚法制得的树脂一般稳定性较差，多半为无定形(或 球状)，以甲醛等作为交联剂，树脂的交联度不易控制， 反应复杂，结构不十分确定，大多为多功能团。
苯乙烯系
4
乙烯吡啶系
1
丙烯酸系
5
2
酚醛系
6
脲醛系 氯乙烯系
3
环氧系
-
9
001×7苯乙烯系强酸性离子交换树脂
用于：硬水软化、脱盐水、纯 水制备、稀有元素分离、分离 和提取氨基酸制糖、制药可作 为催化剂和脱水剂
-
10
– 国内外离子交换树脂相应牌号对照
704 = 311×2 717 = 201×7 732 = 001×7 711 = 201×4 703 = D311 HD42 = 001
-
• 其他有机单体聚合树脂。 -
5
OH H2SO 4
OH
OH OH
HCHO CH 2
SO 3H
SO 3H SO 3H
C2HCH +C2HCH
C2HCH DVB
C2HCHC2HCH C2HCH
H 2S4 O H S3 O Cl
S3 O
-
6
• 二乙烯苯百分数：高，则交联度高，树脂聚合得 比较紧密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较 少，对离子的选择性较强。
• 以葡聚糖凝胶为基质：Sephadex G25和 Sephadex G50
• 琼脂糖凝胶：Sepharose，
命名：交换活性基团+骨架+原骨架编号
-
12
CM-sephadex C-25、DEAE-sephadex A-25
二、离子交换基团
• 根据可交换离子的种类分 ： • 阳离子交换剂、阴离子交换剂
-
7
离子交换树脂的命名
在国外主要是以公司来命名，国内则根据石油化 学工业部1977年制定的《离子交换树脂产品分类、 命名及型号》部颁标准，根据离子交换树脂功能 性质不同将其分为七类。
命名规定：由分类名称，骨架(或基团)名称，基本名称
排列组成。
对大孔型离子交换树脂，在型号的前面加“D”表示，
凝胶型离子交换树脂在型号的后面用“×”接阿拉伯数
第一节 概 述
离子交换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。 • 在食品和制药工业中，很多原料和产品是极性的，
在一定条件下可以使其带电，带电后则可用离子交 换法进行分离和纯化。
• 离子交换剂是由基质、荷电基团和反离子构成，在 水中呈不溶解状态，能释放出反离子。
• 离子交换基质是一类表面带有可交换离子的功能高 分子材料，如树脂、纤维素、葡聚糖、琼脂糖等， 不溶于水也不溶于电解质溶液。
• 强碱性： • R-N+(CH3)3 OH-＋Cl-→R-N+(CH3)2 Cl-＋OH• 弱碱性： • R-NH(CH3) OH＋Cl-→R-NH(CH3)Cl＋OH-
-
15
三、其他类型的树脂
• 含有一种以上的活性基团。 • Eg:同时含羧基和酚羟基的树脂、既含有酸
性基团，又含有碱性基团的两性树脂 • 螯合树脂
• 低，则树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度 较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低， 比较脆而易碎。
• 交联度一般不低于4%，用于脱色的交联度一般不 高于8%，单纯用于吸附无机离子的树脂，其交联 度可较高。
• 凝胶型树脂：二乙烯苯百分数高
• 大孔型树脂：交联度低（交联剂的百分比低）， 孔隙大，树脂内部表面积大，因此适宜于吸附大 分子和用做催化剂。
-
13
阳离子交换剂
• 解离基团主要有磺酸（-SO3H）、磷酸（PO3H2）、 羧酸（-COOH）和酚羟基（OH）等酸性基团。
• 强酸性：R-SO3-H+＋Na+→R-SO3-Na++H+ • 弱酸性：R-COOH＋Na+ →R-COONa＋H+
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阴离子交换剂
• 可解离基团主要有伯胺(-NH2)、仲胺(-NHCH3)、 叔胺[N-(CH3)2]和季胺[-N(CH3)3]、DEAE等碱 性基团。
• 加聚法制造的树脂，一般结构确定，常为单功能团的， 树脂一般性能好，多为球形，以二乙烯苯等为交联剂。
• 加聚法树脂制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类。
• 丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素，脱色容量 大，而且吸附物较易洗脱，便于再生。苯乙烯系树脂擅 长吸附芳香族物质，善于吸附多酚类色素(包括带负电 的或不带电的)，但在再生时较难洗脱。
字。
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D □□□
交联度数值 顺序号 骨架代号 分类代号
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顺序号
骨架代号
分类代号
大孔型代号
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00l×7
离子交换树脂产品的分类代号
代号 0 1 2 3
分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性
代号 4 5 6
分类名称 螯合性 两性
氧化还原
D315
离子交换树脂骨架分类代号
代号
骨架分类
代号
骨架分类
0
• 基质表面结合了大量功能基团，功能基团由固定在 骨架上的荷电基团和可交换的离子两部分组成，二 者所带电荷相反，以静电力结合。
• 可进行交换的离子称为反离子或抗衡离子，这种反 离子可与溶液中带同种电荷的离子进行交换反应。
• 离子交换反应是可逆的，- 是平衡反应
1
历史回顾
• 1814年英国Thompson和Way发现铵离子 与土壤中钙离子的交换现象开始的
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（二）多糖类基质
• 以多糖材料为基体，通过接枝引入交换基团而制 成的离子交换材料。
• 特点：有开放性支持骨架，大分子可以自由进入 和迅速扩散，因而交换空间大；亲水性强，吸附 力弱，洗脱时不需要剧烈的条件，对生物大分子 物质变性作用小。
• 以纤维素为基质：甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维 素（CMC）、二乙基氨基乙基（DEAE）纤维素
• 1870年Lemberg的实验又证明离子交换过 程的可逆性和当量关系
• 软化水始于20世纪初期，德国化学家Gens 应用沸石软化水及处理蔗糖浆以除去钙离 子
• 1935年Adams和Holmes合成了酚醛型离 子交换树脂
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第二节 离子交换剂
• 离子交换剂是由基质、荷电基团和反离子 构成
• 一、离子交换剂基质 • 离子交换剂基质是一类不溶于水和电解质
溶液的大分子物质： • 通用型聚合树脂类：以聚合树脂作为基质
(基体，matrix)的离子交换剂。 • 多糖类基质：以多糖材料为基体，通过接
枝引入交换基团而制成的离子交换材料。
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（一）通用型聚合树脂类
• 聚合树脂的制造方法：缩聚法 、加聚法
• 缩聚法制得的树脂一般稳定性较差，多半为无定形(或 球状)，以甲醛等作为交联剂，树脂的交联度不易控制， 反应复杂，结构不十分确定，大多为多功能团。
苯乙烯系
4
乙烯吡啶系
1
丙烯酸系
5
2
酚醛系
6
脲醛系 氯乙烯系
3
环氧系
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001×7苯乙烯系强酸性离子交换树脂
用于：硬水软化、脱盐水、纯 水制备、稀有元素分离、分离 和提取氨基酸制糖、制药可作 为催化剂和脱水剂
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10
– 国内外离子交换树脂相应牌号对照
704 = 311×2 717 = 201×7 732 = 001×7 711 = 201×4 703 = D311 HD42 = 001
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• 其他有机单体聚合树脂。 -
5
OH H2SO 4
OH
OH OH
HCHO CH 2
SO 3H
SO 3H SO 3H
C2HCH +C2HCH
C2HCH DVB
C2HCHC2HCH C2HCH
H 2S4 O H S3 O Cl
S3 O
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• 二乙烯苯百分数：高，则交联度高，树脂聚合得 比较紧密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较 少，对离子的选择性较强。
• 以葡聚糖凝胶为基质：Sephadex G25和 Sephadex G50
• 琼脂糖凝胶：Sepharose，
命名：交换活性基团+骨架+原骨架编号
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CM-sephadex C-25、DEAE-sephadex A-25
二、离子交换基团
• 根据可交换离子的种类分 ： • 阳离子交换剂、阴离子交换剂
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离子交换树脂的命名
在国外主要是以公司来命名，国内则根据石油化 学工业部1977年制定的《离子交换树脂产品分类、 命名及型号》部颁标准，根据离子交换树脂功能 性质不同将其分为七类。
命名规定：由分类名称，骨架(或基团)名称，基本名称
排列组成。
对大孔型离子交换树脂，在型号的前面加“D”表示，
凝胶型离子交换树脂在型号的后面用“×”接阿拉伯数
第一节 概 述
离子交换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。 • 在食品和制药工业中，很多原料和产品是极性的，
在一定条件下可以使其带电，带电后则可用离子交 换法进行分离和纯化。
• 离子交换剂是由基质、荷电基团和反离子构成，在 水中呈不溶解状态，能释放出反离子。
• 离子交换基质是一类表面带有可交换离子的功能高 分子材料，如树脂、纤维素、葡聚糖、琼脂糖等， 不溶于水也不溶于电解质溶液。
• 强碱性： • R-N+(CH3)3 OH-＋Cl-→R-N+(CH3)2 Cl-＋OH• 弱碱性： • R-NH(CH3) OH＋Cl-→R-NH(CH3)Cl＋OH-
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三、其他类型的树脂
• 含有一种以上的活性基团。 • Eg:同时含羧基和酚羟基的树脂、既含有酸
性基团，又含有碱性基团的两性树脂 • 螯合树脂
• 低，则树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度 较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低， 比较脆而易碎。
• 交联度一般不低于4%，用于脱色的交联度一般不 高于8%，单纯用于吸附无机离子的树脂，其交联 度可较高。
• 凝胶型树脂：二乙烯苯百分数高
• 大孔型树脂：交联度低（交联剂的百分比低）， 孔隙大，树脂内部表面积大，因此适宜于吸附大 分子和用做催化剂。