第8章+离子交换
第八章 土壤胶体与土壤离子交换-胶体性质
土壤胶体的结构和性质
4. 土壤胶体的吸附性和交换能力
由于胶体的巨大表面能，使其对周围分 子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电 性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子 有交换能力。
比表面积 （cm2·g-1）
45,200
226,000
452,000
2,260,000
很显然,土粒越细比表面越大,土壤中颗粒的形状多种多样. 只有砂粒近 似球形,但其表面大多不平,大部分粘粒多为片状,棒状,针状, 实际上胶 体的表面积比光滑的球体大得多。
由于土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。
立方体数 目 1 103 106 109 1012 1015 1018 1021
总表面积
6cm2 60cm2 600cm2 6000cm2 6m2 60m2 600m2 6000m2
比表面积 （cm2·cm-3）
6 6×10 6×102 6×103 6×104 6×105 6×106 6×107
土壤胶体的结构和性质
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构； 相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚， 胶粒互相排斥而成溶胶状。 常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差， 栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下， 施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤， 改良土性，有明显效果。
H2SiO3
HSiO3- +H+
SiO32-+H+ （带正电）
土壤胶体的结构和性质
《化工原理》教案
《化工原理》教案第一章：绪论1.1 课程介绍解释化工原理的概念和重要性概述课程的目标和内容1.2 化工过程的基本类型介绍化工过程的四个基本类型：单元操作、单元过程、化学反应和物理变化解释每种类型的特点和应用1.3 化工工艺流程图介绍化工工艺流程图的符号和表示方法分析一个简单的化工工艺流程图1.4 化工生产中的安全和环保强调化工生产中的安全措施和注意事项讨论环保在化工生产中的重要性第二章：流体力学基础2.1 流体的性质介绍流体的定义和分类解释流体的密度、粘度和表面张力等基本性质2.2 流体力学方程介绍流体力学的基本方程，如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程解释这些方程在化工中的应用2.3 流体的流动讨论流体的层流和湍流流动分析流速、流量和流阻等概念2.4 泵与风机的原理及应用介绍泵和风机的分类和工作原理讨论泵和风机在化工生产中的应用和选择第三章：热力学基础3.1 热力学基本概念介绍热力学的定义和基本术语，如系统、状态、过程和能量解释热力学第一定律和第二定律3.2 热力学方程介绍热力学方程，如状态方程、焓方程和熵方程分析这些方程在化工中的应用3.3 相平衡讨论相平衡的基本原理和相图解释单组分系统和多组分系统的相平衡条件3.4 热传递介绍热传递的类型和方式，如导热、对流和辐射分析热传递的数学表达式和计算方法第四章：化学平衡与反应工程4.1 化学平衡的基本概念介绍化学平衡的定义和基本原理解释化学平衡常数和勒夏特列原理4.2 化学平衡的计算介绍化学平衡的计算方法和步骤分析化学平衡计算中的限制条件和优化问题4.3 反应动力学介绍反应动力学的定义和基本方程解释零级反应、一级反应和二级反应的特点和计算方法4.4 反应器设计介绍反应器的类型和设计原则分析反应器的操作条件、效率和优化问题第五章：分离工程5.1 分离方法概述介绍分离工程的概念和重要性概述常见的分离方法，如过滤、离心、吸附和蒸馏5.2 过滤原理与设备介绍过滤原理和过滤介质的选择分析过滤设备的设计和操作条件5.3 离心分离原理与设备解释离心力产生的原理和离心分离的适用范围讨论离心分离设备的设计和操作条件5.4 蒸馏原理与设备介绍蒸馏原理和蒸馏塔的设计分析蒸馏操作的条件和蒸馏效率的优化第六章：膜分离技术6.1 膜分离原理介绍膜分离技术的定义和基本原理解释膜的筛选作用和选择性分离机制6.2 膜材料的类型及选择讨论膜材料的种类，如聚合物膜、陶瓷膜和生物膜分析膜材料的选择依据和应用领域6.3 膜分离过程及设备介绍常见的膜分离过程，如微滤、超滤、纳滤和反渗透分析膜分离设备的设计和操作条件6.4 膜污染与清洗讨论膜污染的类型和影响因素介绍膜清洗的方法和技术第七章：吸附工程7.1 吸附原理介绍吸附的概念和吸附等温线解释吸附剂的选择和吸附过程的类型7.2 吸附平衡与动力学分析吸附平衡的数学表达式和影响因素讨论吸附动力学的基本方程和特点7.3 吸附塔的设计与操作介绍吸附塔的类型和设计原则分析吸附塔的操作条件、效率和优化7.4 吸附应用实例探讨吸附技术在化工、环境保护等领域的应用实例第八章：离子交换与电解8.1 离子交换原理介绍离子交换的定义和基本原理解释离子交换树脂的选择和离子交换过程的类型8.2 离子交换设备及操作介绍离子交换设备的类型和操作条件分析离子交换效率和优化问题8.3 电解原理与设备解释电解的概念和电解池的类型讨论电解设备的设计和操作条件8.4 电解应用实例探讨电解技术在化工、能源等领域的应用实例第九章：热泵与制冷工程9.1 热泵原理与分类介绍热泵的概念和分类，如空气源热泵、水源热泵和地源热泵解释热泵的工作原理和性能评价指标9.2 热泵系统的设计与运行介绍热泵系统的设计方法和运行条件分析热泵系统的能效比和优化问题9.3 制冷原理与设备解释制冷的概念和制冷循环的类型讨论制冷设备的设计和操作条件9.4 制冷应用实例探讨制冷技术在空调、食品保鲜等领域的应用实例第十章：化工过程控制与优化10.1 过程控制的基本概念介绍过程控制的目标和基本原理解释控制器、传感器和执行机构等基本组成部分10.2 常用过程控制策略讨论常用的过程控制策略，如比例-积分-微分控制（PID控制）和模糊控制分析这些策略在化工过程中的应用10.3 过程优化方法介绍过程优化的基本方法和算法，如线性规划、非线性规划和小肠曲线法解释这些方法在化工过程中的应用和效果10.4 过程控制与优化的案例分析探讨实际化工过程中过程控制与优化的案例，分析其效果和经济效益第十一章：化工过程强化的途径11.1 过程强化的意义强调过程强化在提高化工生产效率和降低成本中的重要性讨论过程强化的目标和方法11.2 反应工程强化技术介绍反应工程中常用的强化技术，如微反应器、固定床反应器和流动床反应器分析这些技术在提高反应速率和选择性方面的应用11.3 分离工程强化技术讨论分离工程中常用的强化技术，如膜分离、吸附和离子交换分析这些技术在提高分离效率和降低能耗方面的应用11.4 能量工程强化技术介绍能量工程中常用的强化技术，如热泵、热交换器和制冷循环分析这些技术在提高能源利用效率和降低运行成本方面的应用第十二章：化工过程中的节能与减排12.1 节能的意义与途径强调节能对于化工生产的重要性讨论节能的途径和方法，如过程优化、设备改进和能源管理12.2 减排的意义与途径强调减排对于环境保护的重要性讨论减排的途径和方法，如废物利用、污染物控制和清洁生产12.3 节能减排技术的应用介绍节能减排技术在化工生产中的应用实例分析这些技术的经济效益和环境效益12.4 节能减排的政策与法规讨论国家和地方关于节能减排的政策和法规分析遵守这些政策和法规的重要性及应对措施第十三章：化工过程中的危险与防护13.1 危险源识别与风险评价介绍危险源识别和风险评价的方法和步骤分析化工过程中可能遇到的危险和风险13.2 安全技术与措施介绍化工过程中常用的安全技术和措施，如泄压装置、防火防爆设施和紧急停车系统分析这些技术和措施在防止事故发生和减轻事故损失方面的作用13.3 职业健康与防护强调职业健康在化工生产中的重要性讨论化工过程中职业病的类型和防护方法13.4 应急预案与救援介绍应急预案的编制和实施分析化工事故应急救援的方法和措施第十四章：化工企业的管理与组织14.1 企业管理的基本原理介绍企业管理的基本原理和方法，如目标管理、绩效评价和组织结构设计分析这些原理在化工企业中的应用和效果14.2 企业战略与规划强调企业战略和规划在化工企业发展中的重要性讨论企业战略的类型和制定方法14.3 企业技术创新与管理介绍企业技术创新的途径和方法分析企业技术创新在提高竞争优势和适应市场需求方面的作用14.4 企业文化建设与员工培训强调企业文化建设在提高员工凝聚力和促进企业发展中的重要性讨论员工培训的方法和内容第十五章：化工行业的现状与展望15.1 化工行业的现状分析全球化工行业的总体状况和发展趋势讨论我国化工行业的发展现状和存在问题15.2 化工行业的挑战与机遇强调化工行业面临的挑战和机遇分析应对这些挑战和机遇的方法和策略15.3 化工行业的发展方向介绍化工行业未来发展的趋势和方向分析低碳经济、绿色化学和可持续发展在化工行业发展中的重要性15.4 化工行业的技术创新与人才培养强调技术创新和人才培养在推动化工行业发展中的重要性讨论技术创新和人才培养的途径和方法重点和难点解析重点：1. 化工过程的基本类型和特点2. 流体力学、热力学和化学平衡的基础知识3. 常见单元操作和单元过程的原理和应用4. 泵与风机、膜分离技术、吸附工程、离子交换与电解、热泵与制冷工程的基本原理和设备设计5. 过程控制与优化的基本概念和方法6. 化工过程强化的途径、节能与减排的措施和技术7. 化工过程中的危险与防护、管理与组织、行业的现状与展望难点：1. 流体力学方程在复杂情况下的应用2. 热力学第二定律和熵的概念理解3. 化学平衡的计算和反应工程的优化4. 分离工程中膜污染和清洗的技术5. 吸附工程中吸附等温线和动力学的分析6. 离子交换与电解设备的设计和操作7. 过程控制中的PID控制和优化算法8. 化工过程强化、节能减排技术的实际应用和效果评估9. 化工企业管理和组织结构的优化10. 化工行业面临的挑战和机遇，以及低碳经济和可持续发展的实践这些重点和难点涵盖了教案《化工原理》的主要内容，学生在学习和理解这些知识点时，需要充分的实践和老师的指导。
第8章 土壤阳离子交换量分析.ppt.Convertor
第八章土壤阳离子交换性能的分析P152第一节概述土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。
当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子（例如铵离子）的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca 2+、Mg2+、K+、Na+等交换性阳离子。
在交换中还可能有少量的金属微量元素和铝。
Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子，因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。
土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量[cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。
土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。
土壤交换性能是土壤胶体的属性。
土壤胶体有无机胶体和有机胶体。
土壤有机胶体腐殖质阳离子交换量200～400cmol·kg -1。
无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。
因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。
例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1：这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。
阳离子交换量的测定受多种因素影响。
例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。
作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba 2+，亦有选用H+作为指示阳离子。
各种离子的置换能力为：Al 3+ > Ba2+> Ca 2+> Mg 2+> NH4+> K+> Na+。
生物制药工艺学习题第八章离子交换法
第八章离子交换法一、填空题1、离子交换剂由、和组成。
平衡离子带为阳离子交换树脂，平衡离子带称阴离子交换树脂。
2、常见的离子交换剂有，，等。
3、离子交换树脂的基本要求有、、、和。
4、影响离子交换选择性的因素主要有、、、、等。
5、请写出下列离子交换剂的名称和类型：CM-C的名称是，属于交换纤维素; DEAE-C的名称是，属于交换纤维素;。
6、色谱聚焦（chromatofocusing）是一种高分辨的新型的蛋白质纯化技术。
它是根据，结合，能分离几百毫克蛋白质样品，洗脱峰被聚焦效应浓缩，分辨率很高，操作简单。
7、写出下列离子交换剂类型：732 ，724 ，717 ，CM-C ,DEAE-C ，PBE94 。
8、在采用多缓冲阴离子交换剂作固定相的离子交换聚焦色谱过程中，当柱中某位点之pH 值下降到蛋白质组分值以下时，它因带电荷而，如果柱中有两种蛋白组分，pI值较者会超过另一组分，移动至柱下部pH较的位点进行。
9、影响离子交换选择性的因素有、、、、。
二、选择题1、用钠型阳离子交换树脂处理氨基酸时，吸附量很低，这是因为（）A.偶极排斥B.离子竞争C.解离低D.其它2、在酸性条件下用下列哪种树脂吸附氨基酸有较大的交换容量（）A.羟型阴B.氯型阴C.氢型阳D.钠型阳3、在尼柯尔斯基方程式中，K值为离子交换常数，K＞1说明树脂对交换离子吸引力（）A.小于平衡离子B.大于平衡离子C.等于平衡离子D.其它三、名词解释1、蛇笼树脂：2、尼柯尔斯基方程式：3、偶极离子排斥作用：四、问答题1、简述离子交换纤维素的特点有哪些？2、请以CM-C为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。
3、请以DEAE-C为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。
4、由下图，利用给出的两种离子交换剂（E1，E2）分离3种蛋白质（P1、P2、P3），用箭头流程图表示(并指出E1，E2的类型)。
有色冶金原理第八章溶剂萃取和离子交换
溶剂萃取应用范围
溶剂萃取被广泛应用于有色冶金中的金属提取、有机物的分离等领域。
离子换基本原理
离子交换是利用固体层状材料具有特定化学结构和吸附性能，通过吸附和解 吸过程实现目标物质的分离提取。
离子交换应用范围
离子交换广泛应用于有色冶金中的离子分离、水处理、废水处理等方面。
溶剂萃取与离子交换的比较
溶剂萃取和离子交换都是重要的分离和提取技术，具有各自的优势和适用范 围。
总结与展望
溶剂萃取和离子交换在有色冶金中发挥着重要作用，随着技术的不断发展， 它们的应用将不断扩大和深化。
有色冶金原理第八章溶剂 萃取和离子交换
本章将介绍有色冶金中重要的分离和提取技术，包括溶剂萃取和离子交换， 并探讨它们的原理、应用范围以及比较等方面。
原理概述
溶剂萃取和离子交换是在有色冶金中广泛使用的分离和提取技术。
溶剂萃取基本原理
溶剂萃取是通过溶剂将目标物质从溶液中分离提取出来的过程，主要利用物 质在不同溶剂中的溶解度差异实现分离。
生化技术第八章 聚焦层析
pH
pH
6
6
pH
7 pH8
pH
pH
6
6
Байду номын сангаас
pH9
pH8
pH7
pH6
柱中的pH变化：
高→梯度形成→梯度下移→梯度消失（低）
2.蛋白质行为
蛋白质存在于“风云变幻”的层析柱中。
（1）环境pH＜蛋白质pI时，蛋白质带正电荷，不 与阴离子交换剂结合，以很快的速度向前移动；
（2）当在某一距离时，环境pH＞蛋白质pI，蛋白 质带负电荷，并与阴离子交换剂结合；
柱内发生何种变化？
中和作用—多缓冲液中的大部分酸性成分与与阴离子交 换剂的碱性基团结合。 结果：随淋洗过程的进行，柱内每一点的pH都在下降； 一段时间后，柱内自上而下形成了pH6-9的梯度。
pH9
一
起
段
始
时
间
后
pH9
pH6 pH9 pH9
最后，继续淋洗，pH梯度逐渐下移，直至底部流出液 pH由9 降至6 并恒定于此值时，柱中的pH梯度随即消 失。
4. 加样和洗脱 洗脱液浓度和洗脱体积可参考表8-2 ，控制流速在3040cm/h
5.样品中多缓冲剂的去除 固体硫酸铵法使蛋白质沉淀，与多缓冲剂分开； 通过Sephadex G-25柱可把大于5000Da的蛋白质与 多缓冲剂分开； 通过亲和层析和疏水层析把蛋白质与多缓冲剂分开
2. 多缓冲交换剂的选择与处理
根据pH梯度范围确定多缓冲交换剂与起始缓冲液。
起始缓冲液的pH要比pH梯度上限高约0.4个pH 单位，以克服因起始缓冲液与洗脱液之间pH差值引 起的pH波动。
3. 样品的准备 加样量：通常每10ml床体积可以加100mg左右的样品 样品浓度: 由于有聚焦效应，样品浓度可低些
生物制药工艺学第8章离子交换08-4-1
离子交换树脂的骨架
（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。
交联度
17
18
（二）丙烯酸型离子交换树脂
丙烯酸型阳离子交换树脂：是由丙烯酸甲酯 与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
19
丙烯酸型阳离子交换树脂
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。 724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲
34
交换容量测定方法
阳离子交换树脂（氢型）的测定方法：一定量 树 脂 中加 入 NaOH溶 液 ， 一 天 或数 天 后测 定 NaOH剩余量，从消耗的碱量求交换容量。
阴离子交换树脂（氯型）的测定方法：一定量 树脂装柱，用过量Na2SO4溶液进行离子交换， 测定流出液中氯离子总量，求交换容量。
盐类洗脱液是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。
57
洗脱方式
动态洗脱： 1、 溶液pH及离子强度不变。 2、分阶段改变溶液pH及离子强度。 3、连续改变溶液pH及离子强度。
梯度洗脱：自动化的梯度仪
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梯度洗脱
梯度混合器: A瓶为低浓度盐溶液 B瓶为高浓度盐溶液 C=CA―（CA―CB）VAA/AB
选择合适的树脂（如阳离子交换树脂），便 可使目的物被离子交换树脂吸附，而杂质较 少被吸附。
3
洗脱
（1）调节洗脱液的pH值。 （2）用高浓度的同性离子将目的物离子取
代下来。
对阳离子交换树脂而言，目的物的pI值愈大 （愈碱），将其洗脱下来所需溶液的pH值也 愈高。
4
离子交换树脂吸附和洗脱过程
第八章 离子交换法(ion-exchange)
第8章-(6)-液体吸附与离子交换
第8章液体吸附与离子交换吸附与离子交换都是相间传质过程，物质传递方向是由液相到固相。
1 液体吸附1.1 吸附作用和吸附剂1.1.1 吸附作用利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体中的一个或几个组分，从而使流体混合物得以分离的单元操作。
分离的依据：各组分的吸附力不同。
吸附剂：具有吸附作用的物质；吸附质：被吸附的组分。
固相具有吸附能力的根本原因是固体表面分子处在一个不平衡力场中，也既是表面力在起作用。
物理吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力仅为分子间引力的吸附；化学吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力为化学键力的吸附。
物理吸附的特点：①放热过程；②吸附无选择性；③吸附速度快，易达平衡；④可以是多分子层吸附；⑤可逆过程，解吸容易。
化学吸附的特点：①放热过程；②吸附有选择性；③吸附速度慢，不易达平衡；④单分子层吸附；⑤解吸困难。
1．1．2 吸附剂及其性能吸附剂的来源：①天然矿产：活性白土、漂白土、硅藻土、凹凸棒等；②人工制品：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛、吸附树脂等。
食品工业中常用的吸附剂有：(1)活性炭包括粉末活性炭和颗粒活性炭两种。
(2)活性白土(3)硅胶包括球形、无定形、粉末状及加工成型四种。
(4)膨润土(5)分子筛(6)吸附树脂食品工业对吸附剂的要求主要有：①吸附量大；②选择性好。
一些常用吸附剂的性能见表8-1。
1．2 吸附理论1．2．1 吸附平衡(1)单组分吸附 吸附剂只选择性的吸附一个组分（溶质）。
可用等温吸附方程（弗氏方程）表示： n kC 1*=ω式中：ω-吸附质在固相中的浓度，kg 吸附质/kg 吸附剂；C *-吸附质与固相浓度成平衡的液相质量浓度，kg 吸附质/m 3。
k ，n-与吸附剂（质）性质、温度有关的常数。
一般n 在2～10之间易吸附，小于0.5时，吸附困难。
吸附浓度较低时，可用线性方程表示：*ω=kC参见下图，活性炭对醋酸（水容液）和苯甲酸（苯溶液）的吸附：从图中可以看出，吸附质不同，吸附平衡浓度不同；另外，浓度低时ω～C*基本为线性关系。
教材《无机化学》第8章酸碱解离平衡
• 酸碱解离平衡概述 • 酸碱解离平衡的表示方法 • 影响酸碱解离平衡的因素 • 酸碱解离平衡的应用 • 酸碱解离平衡的实验研究 • 总结与展望
01
酸碱解离平衡概述
酸碱解离平衡的定义
01
酸碱解离平衡是指酸或碱在水溶 液中，由于溶剂的作用，使酸或 碱的解离平衡的基本原理，了解影响酸 碱解离平衡的因素，加深对酸碱反应本质的理解。
实验原理
酸碱解离平衡是溶液中酸和碱的离子化过程，受到离子强度 、同离子效应等因素的影响。通过实验测定不同条件下的酸 碱解离常数，可以进一步探究酸碱反应的规律。
实验步骤与操作
01
02
03
04
步骤一
其他因素的影响
总结词
络合、沉淀、氧化还原等反应影响酸碱解离平衡。
详细描述
除了温度、浓度和同离子效应外，其他一些因素也会对酸碱解离平衡产生影响。例如，络合反应可以与酸碱分子 结合形成络合物，沉淀反应可以形成不溶于水的物质，这些都会影响酸碱的解离平衡。此外，氧化还原反应也会 改变酸碱的解离平衡。
04
酸度常数的计算方法
实验测定
通过实验测定不同浓度下的pH值， 再根据pH值计算出Ka值。
理论计算
根据酸或碱的分子结构，利用量子 化学计算方法计算出Ka值。
应用软件
利用一些专门用于化学计算的软件， 如ChemOffice等，也可以方便地计 算出Ka值。
酸度常数的应用
判断酸或碱的强弱
Ka值越大，表示酸或碱的解离程度越大，酸性或 碱性越强。
THANKS
感谢观看
在药物研发中的应用
药物代谢
药物在体内的代谢过程中，常常 涉及到酸碱解离平衡，影响药物
生物制药工艺学习题集离子交换法
第八章离子交换法一、填空题1、离子交换剂由、与组成。
平衡离子带为阳离子交换树脂，平衡离子带称阴离子交换树脂。
2、常见的离子交换剂有，，等。
3、离子交换树脂的根本要求有、、、与。
4、影响离子交换选择性的因素主要有、、、、等。
5、请写出以下离子交换剂的名称与类型：CM-C的名称是，属于交换纤维素; DEAE-C的名称是，属于交换纤维素;。
6、色谱聚焦〔chromatofocusing〕是一种高分辨的新型的蛋白质纯化技术。
它是根据，结合，能别离几百毫克蛋白质样品，洗脱峰被聚焦效应浓缩，分辨率很高，操作简单。
7、写出以下离子交换剂类型：732 ，724 ，717 ，CM-C ,DEAE-C ，PBE94 。
8、在采用多缓冲阴离子交换剂作固定相的离子交换聚焦色谱过程中，当柱中某位点之pH值下降到蛋白质组分值以下时，它因带电荷而，如果柱中有两种蛋白组分，pI值较者会超过另一组分，移动至柱下部pH较的位点进展。
9、影响离子交换选择性的因素有、、、二、选择题1、用钠型阳离子交换树脂处理氨基酸时，吸附量很低，这是因为〔〕A. 偶极排斥B.离子竞争C. 解离低D. 其它2、在酸性条件下用以下哪种树脂吸附氨基酸有较大的交换容量〔〕3、在尼柯尔斯基方程式中，K值为离子交换常数， K＞1说明树A. 小于平衡离子B.大于平衡离子C. 等于平衡离子D. 其它三、名词解释1、蛇笼树脂：2、尼柯尔斯基方程式：3、偶极离子排斥作用：四、问答题1、简述离子交换纤维素的特点有哪些？2、请以CM-C为例说明离子交换纤维素别离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。
3、请以DEAE-C为例说明离子交换纤维素别离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。
4、由以下图，利用给出的两种离子交换剂〔E1，E2〕别离3种蛋白质〔P1、P2、P3〕，用箭头流程图表示(并指出E1，E2的类型)。
5、以下图为离子交换法应用实例，请填写生产工艺流程中的空格〔可选因素：阴离子交换树脂，阳离子交换树脂， 0.05mol/L 氨水，0.1mol/L氨水，2mol/L氨水〕。
10第八章-生物制药工艺学-离子交换
功能基团:
与载体共价结合 的固定的活性基团
平衡离子:
与功能基团 以离子键联结 可移动的活性离子
平衡离子带正电荷的为阳离子交换树脂，带负电荷者称阴离子交换树脂。
在介质中带正电的物质用阳离子交换剂；带负电物质用阴离子交换剂。
一、离子交换树脂的分类
强酸型树脂：功能基团 为磺酸根(-SO3H)及甲基 磺酸根(-CH2SO3H)，有 好的解离能力。
❖ 在特定溶液条件下，电荷密度、电荷种类不同
4
基本原理
❖ 离子交换法：利用溶液中带电粒子与离子交换
剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。 ❖ 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静电力。 ❖ 离子交换是可逆的。
5
离子交换剂
❖ 离子交换剂：由惰性的不溶性载体、功能基团和平 衡离子组成。
❖ 阳离子交换剂：平衡离子带正电荷。 ❖ 阴离子交换剂：平衡离子带负电荷。
（3）多孔性，表面积大、交换容量大，分离效率 高，回收率高，可用于分离和制备。
（4）设备简单，操作不复杂，应用广泛。 （5）树脂具有再生能力，可反复使用。
❖ 缺点：
分离周期长，耗时过多。
离子交换技术是分离精制生化药物的重要手段
17
第二节 离子交换树脂的结构和种类
离子交换剂
平衡离子 决定树脂正负
不溶性载体:
Sample application and wash
--
-
+
+ -+
-+
++-
离子交换法过程
洗脱Elution
-
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第八章 土壤胶体和土壤离子交换
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H+ K+
Ca+2 H+
Mg+2
第八章+离子交换
第八章 离子交换8-1 概述8.1.1 离子交换的处理对象与功能1、处理对象水处理中，用于软化（去除水中能引起结垢的钙、镁离子）和除盐（去除水中所有阴、阳离子）。
废水处理中，用于去除金属离子。
2、功能满足更高的用水水质要求；实现水或废水的深度处理，利于回用。
8.1.2 离子交换的实质Ion exchange is a reversible chemical reaction wherein an ion from solution is exchanged for a similarly charged ion attached to an immobile solid particle. These solid ion exchange particles are either naturally occurring inorganic zeolites or synthetically produced organic resins. The synthetic organic resins are the predominant type used today because their characteristics can be tailored to specific applications.离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中其它同样离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆的化学吸附。
（1）利用不溶性离子化合物（即离子交换剂）上的可交换离子与废水中的其它同性离子所具有的交换能力，将废水中有害离子去除的交换反应过程。
（2）是一种特殊的可逆化学吸附过程。
（3）离子交换剂是实现此过程的执行者。
反应式可表达为：平衡时，有：K—平衡常数。
K越大，越有利于交换反应。
K值能定量地表示离子交换选择性的大小，故亦称为选择性系数。
8.1.3 离子交换的过程Ion exchange is a reversible chemical reaction in which one type of ion (electrically charged atoms or molecules) is exchanged for another.During the process, a solution containing the ionic materials to be separated is exposed to an insoluble solid. When contact is made, an exchange of ions takes place.▲Movement of the ions from bulk of solution▲Diffusion of the ions through the laminar film▲Diffusion of the ions through the pores▲ Ion exchange▲Diffusion of the exchanged ions outward▲Diffusion of the exchanged ions through laminar layer▲Movement of exchanged ion into bulk of solution8-2 离子交换剂及其特性水处理中常用的离子交换剂为磺化煤和离子交换树指，废水处理中主要用树指。
第8章-土壤元素的生物地球化学循环
✓这些磷酸盐在土壤溶液中大多以H2PO4-、
HPO42-、PO43-离子形态存在。
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各种磷酸根离子的pH分布图 40
2.吸附态磷
➢ 吸附态磷是指那些通过库仑力、分子引力、化学键 能等各种作用力被土壤固相表面吸附的磷酸根阴离 子。土壤固相表面对磷酸根的吸附以专性吸附即配 位体交换较为重要。
✓ 有机态氮矿化释放的氨在土壤中转化为铵（NH4+） 离子，部分被带负电荷的土壤粘粒和有机胶体吸附，
部分被植物直接吸收。
✓ 土壤中大部分铵离子通过微生物的作用氧化成亚硝 酸盐和硝酸盐。
✓ 第一步：先把铵离子转化成亚硝态氮，称为亚硝化 作用，反应式为：
2NH 4
3O2
亚硝化微生物 (以Nitrosomonas为主)
氮素供应足时，可增强叶绿素的形成，光合作 用加强，叶色浓绿。
在作物生产中，作物对氮的需要量较大，土壤 供氮不足是引起农产品产量下降和品质降低的 重要因素。
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水稻缺氮，植株矮小，僵化。自下而上叶片 黄化，无光泽。
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硝酸盐淋失（Nitrate Leaching) 氮素肥料施用过剩会造成江湖水体富营养化、 地下水硝态氮积累及毒害等。
➢第一阶段：复杂的含氮化合物如蛋白质、核 酸、氨基糖等，在细菌、真菌、放线菌等微 生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单 的氨基化合物，称为氨基化阶段（氨基化作 用）。
➢第二阶段：在微生物作用下，各种简单的氨 基化合物分解成氨，称为氨化阶段（氨化作 用）,氨化作用在好气、嫌气条件下均可进 行。
第8章 离子交换
7、耐磨性
影响其实用性能指标之一，一般年耗损应不超过37%。
2)化学性质
1、酸碱性
.有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱 性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。 表8.1 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型 有效pH值范围 强酸性 0~14 弱酸性 4~14 强碱性 0~14 弱碱性 0~7
△C---脱除CO2的平均解析推动力
C、除碳器所需鼓风量W（m3/h)及所需进风压力P0（kPa)
风量 20～30 m3/ m3（水） 据风量，风压选风机
空气阻力0.2～0.5 KPa／m， 其它局部阻力0.4 KPa
8.4 离子交换的应用
8.4.1 水的软化
1．Na＋离子交换软化法
优点：处理过程中不产生酸； 再生剂为食盐，设备和防腐设施简单； 碱度不变，适应于碱度低，只须软化的场合，硬度高， 碱度大，难以满足要求
2）按结构特征分类
凝胶型（均相高分子凝胶结构）、 大孔型（形成大量毛细孔道，有利去除高分子有机物） 均孔型树脂（改良型大孔树脂） 3）按单体种类分类
3.离子交换树脂的命名
根据国家标准《离子交换树脂产品分类、命名及型号》而制 定， 名称：由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称依次排列 型号：以三位阿拉伯数字组成，第一位产品分类，第二位骨架 组成，第三位为顺序号 例：常用的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 001×7 大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂型号：D111
3、交联度 指交联剂在离子交换树脂内的重量百分含量。以7-10%为宜。
4．密度
5．含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分 比（约50%） 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 6．溶胀性和转型体积改变率 干树脂+水→湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度
离子交换法3.ppt
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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：
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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
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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；
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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）
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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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第8章 离子交换
一、选择题。
1、H 离子交换软化法，原水中碳酸盐硬度在交换过程中形成碳酸，因此除了软化外还能去除（ ）。
非碳酸盐硬度在交换过程中，除软化外生成相应的（ ）。
由于H 离子交换出水经常为酸性，一般总是和（ ）交换联合使用，或与其他措施（如加碱中和相结合）。
A.酸；碱度；Na 离子
B.碱度；酸；Na 离子
C. 酸；Na 离子；碱度
D. 碱度；Na 离子；酸
2、纯水制备方法主要有蒸馏法、反渗透法、电渗析法、冷冻法和离子交换法。
其中（ ）的联合使用可制备高纯度去离子水。
A.离子交换法、电渗析法或反渗透法
B. 电渗析法、蒸馏法、冷冻法
C. 蒸馏法、反渗透法
D. 反渗透法、蒸馏法、冷冻法
3、水的软化处理主要有：一是基于（ ），加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀。
这一方法
称为水的药剂软化法或沉淀软化法。
二是基于（ ），利用某些离子交换剂所具有的阳离子（Na +或H +）与水中钙、镁离
子进行交换反应，达到软化的目的，称为水的离子交换软化法。
A.沉淀原理；离子交换原理
B.溶度积原理；离子交换原理
C.离子交换原理；溶度积原理
D. 溶度积原理、置换原理
4、下列叙述中错误的是（ ）
A ．深井水无污染，它是软水
B ．利用离子交换法使暂时硬水和永久硬水都能软化
C ．在暂时硬水中，若加入适量的稀盐酸使HCO 3-转化成CO 2气体，则该暂时硬水已软化
D ．用磺化煤处理硬水时，Ca 2+、Mg 2+等阳离子被Na +离子代替，但溶液中阴阳离子总电荷数仍然相同
5、若1L 水中溶有bmol/L Mg(HCO 3)2和2bmol/L CaCl 2，则能把溶液中的Mg 2+和Ca 2+除去的合适试剂是（ ）。
A.NaHCO 3 B ．Na 2CO 3C ．NaOH D ．Ca(OH)2
二、填空题。
1、根据活性基团性质不同，离子交换树脂可分为两大类，凡与溶液中阳离子进行交换反应的树脂成为 ；凡与溶液中的阴离子进行交换反应的树脂称为 。
2、树脂含水率越大，表示树脂的孔隙率越 ，其交联度越 。
3、离子交换可分为 和 两个互逆的反应过程。
4、离子交换装置的种类很多，一般可分为 离子交换器和 。
离子交换器两大类。
5．磺化煤(表示式NaR)是一种钠离子型离子交换剂，它能使硬水中的Ca2+、Mg2+离子交换除去而软化。
现代海水的淡化方法；使海水按顺序通过两种离子交换剂，其流程图如图2-3所示：
(1)现有氢型离子交换树脂(HR)和羟型阴离子交换树脂(ROH)，则在图中离子交换柱中应分别装入的离子交换树脂是(填表示式)A 柱________，B 柱________。
(2)说明上述顺序的理由_________________________________。
三、名词解释。
1、离子交换平衡
2、交联度
3、湿真密度
4、湿视密度
5、有效粒径
6、均一系数
7、全交换容量
8、工作交换容量
四、简答题。
1、以H 型强酸性阳离子交换树脂对水中Na +进行交换为例，简述其五步动力学过程。
2、试述顺流再生离子交换器的5个操作步骤。
3、与顺流再生相比，逆流再生为何能使离子交换出水水质显著提高？
4、实现逆流再生的关键是什么？
5、移动床式离子交换器的优点与缺点各是什么？
6、混合床有哪些优点？
7、影响离子交换速度的因素有哪些？
五、计算题。
1．氢型阳离子交换树脂的主要反应可用下式表示：2R －H+Mg 2+→MR 2+2H +
，若将100mL 水经过氢型阳离子交换树脂交换后，
流出液用0.01mol/L 的NaOH 溶液中和，完全反应后用去NaOH 溶液20mL ，若此水中存在的阳离子只有Ca 2+，则100mL 水中含
有Ca 2+多少毫克?
2．经分析，某水样含Ca 2+为0.003mol/L ，含HCO 3-为0.004mol/L ，软化这种水1m 3(最大限度地除去这两种离子)应加入Ca(OH )2和Na 2CO 3各多少克？
3、需软化水量200 m 3/h ，软化后剩余碱度为0.3mmol/L （以HCO 3-
计），试计算：
（1）采用RH —RNa 并联系统，各自流经的水量为多少（RH 以钠泄漏为控制点）。
（2）若采用RH —RNa 串联系统，各自流经的水量为多少？
水质分析资料如下：
Ca 2+ 80mg/L ； Mg 2+
36mg/L ； Na + 4.6mg/L ； HCO 3- 150mg/L ； SO42- 85 mg/L ； Cl -
138mg/L ；
（原子量：Ca 40，Mg 24，Na 23，S 32， C 12， Cl 35.5）。