静态吸附分离法的应用静态离子交换分离技术一
水污染控制技术-吸 附
2. 弗兰德利希(Freundlich)
等温线
弗兰德利希等温线中X/M和C的含义 与兰格缪尔等温线中的相同，而常数 k与n取决于一些环境因素。取上式两 边的对数，即可重写为直线形式。 根据lg(X/M)对应lgC做一条直线，这 条直线的截距为lgK，斜率为1/n。 1/n越小，吸附性能越好。一般认为 1/n=0.1～0.5时，吸附处理出水水质 较好；1/n>2时，出水水质较差。但 当1/n较大时，由于吸附质平衡浓度 较高，故吸附量较大，吸附能力发挥 得也越充分，这种情况最好采用连续 式吸附操作。当1/n较小时，多采用 间歇式吸附操作。
（2）沉淀池
该厂含汞废水量每天有10—20m3，沉淀池能容纳1—2天的废水总量。沉淀池的作用，一是调节水量 和水质；二是将泥砂、杂质以及一部分汞化物 (如氧化汞、硫化汞) 沉淀下来。
（3）吸附池
有两个，每个能容纳约40m3废水，废水流人池1#到40m3后停止进水，用3—4个大气压力的压缩空气 搅拌30min，然后静置二个小时，取水样测量含汞浓度，若小于0．03 mg/L，则直接排放；若大于0．05 mg/L，还要进入池2#进一步吸附净化，操作条件同池1#。一般经过2—3次吸附处理后就能达到排放标淮。 第一个池子吸附了95％以上的汞，第二、三次吸附的汞量较少，出水也较干净了。
（二）吸附剂的再生
吸附
1. 加热再生法
（1）低温法 适于吸附浓度较高的简单低分子量的碳氢化合物和芳香族有机物的活性炭的再生 （2）高温法 适用于水处理粒状炭的再生
2. 药剂再生法
（1）无机药剂再生法 （2）有机溶剂再生法 （3）氧化再生法 ①湿式氧化法。吸附饱和的粉状炭可采用湿式氧化法进行再生。饱和炭用高压泵经换热器和水 蒸气加热器送入氧化反应塔。在塔内被活性炭吸附的有机物与空气中的氧反应，进行氧化分解， 使活性炭得到再生。再生后的炭经热交换器冷却后，再送入再生贮槽。 ②电解氧化法。将炭作阳极，进行水的电解，在活性炭表面产生的氧气把吸附质氧化分解。 ③臭氧氧化法。利用强氧化剂臭氧，将被活性炭吸附的有机物加以氧化分解。 ④生物氧化法。利用微生物的作用，将吸附在活性炭上的有机物氧化分解。
离子交换吸附
离子交换吸附离子交换吸附法指的是两种以上离子性物质之间的相互交换，即溶液（矿浆）中的离子与固体离子交换剂(树脂)之间的可逆离子交换过程。
交换过程分两步，首先是溶液中的离子选择性地转入固相（即吸附剂），然后用适当的试剂淋洗固相，使其中被吸附的离子重新转入液相（即淋洗解吸）。
从而达到富集目的组分或净化浸出液的效果。
矿浆吸附离子交换法是化学选矿对浸出液的处理方法之一。
离子交换吸附技术，人类最早是利用天然沸石净水。
从1880年用活性炭从溶液中回收金，至今已有愈百年的历史。
从20世纪30-40年代离子交换技术随着离子交换树脂合成的成功和应用的不断发展，已广泛应用于生产。
20世纪60年代后期至今炭浆法提金才规模化用于生产。
紧接着用离子交换树脂从铀浸出液中提取铀，再用硝酸或硝酸铵溶液淋洗树脂，达到富集铀的目的。
如今用离子交换技术已能分离、工业用水软化、废水净化、制取高纯水及从稀溶液中提取金属成分。
离子交换树脂在水中时，树脂交换基因团上的可交换离子即电离，并与溶液中电性相同的离子进行离子交换。
交换树脂为多孔高分子化合物，可吸附某些组分。
活性炭具有很大的活性比表面积，可选择性吸附溶液中的某些目的组分，但也兼有某些离子交换作用。
两者的吸附工艺有许多相似之处。
离子交换吸附方法分为清液吸附和矿浆吸附。
离子交换装置和工作方式可分为静态和动态两大类。
静态交换是指液体料流与离子交换树脂相对静止，而并不排斥搅拌运动。
静态交换在工业上应用不多，但在试验室内，作为一种分批试验方法，应用于小规模的初步试验，却是比较方便的。
操作时需要首先了解料液的成分和酸度，根据料液中欲回收的离子状态，选用离子交换树脂。
离子交换吸附法分离、净化和回收金属组分具有选择性高、作业回收率高及作业成本低等特点。
但交换吸附剂容量小，吸附速率小，循化周期长，只适用于从稀溶液中提取、分离目的组分。
吸附与离子交换
吸附等温线
在一定T下,q随平衡浓度C变化的曲线 q=f C 叫吸附等温线，用数学公式描述则叫吸附等 温方程，
气相吸附平衡—吸附等温方程 三种
朗谬尔公式 Langmuir
费兰德利希公式 Freundlich
BET公式
25
1 Langmuir方程
假定：1 均匀表面， 2 单分子层吸附， 3 吸附分子间无作用力， 4 吸附机理相同，
聚合化学反应 共聚型树脂
缩聚型树脂
骨架的物理结构 凝胶型树脂
大网格树脂
均孔树脂
活性基团
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
螯合树脂
氧化还原树脂
两性树脂
45
a. 强酸性阳离子交换树脂
✓ 功能基团：—SO3H；—CH2SO3H ✓ 交换容量与介质的pH值无关 ✓ 转为H+型困难 ✓ 转为Na+型,水洗可至pH中性
有机物
多糖类
亲水性骨架
有机聚合物
树脂类 苯乙烯类、酚醛类等
多糖类 葡聚糖、琼脂糖、纤维素等
有机聚合物 聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等
43
2 骨架结构
微孔型 普通型、凝胶型 大孔型 均孔型
3 功能基团
酸性基团 —阳离子 强、弱 碱性基团—阴离子 强、弱 两性
44
2.离子交换树脂
树脂骨架
聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂
程的动力学和热力学关系, ④溶质和吸附剂之间的相互关系有时非常复杂， 2
吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、 吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附 质解吸回收等四个过程，
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
静态吸附仪的原理和应用
静态吸附仪的原理和应用静态吸附仪是一种常用的表征材料或气体的实验设备，它基于物质静电吸附的原理进行测量和分析。
静态吸附仪主要用于测定气体在固体表面上的吸附量、吸附等温线、吸附热等参数，从而研究气体分子与固体表面之间的相互作用、吸附机制等。
静态吸附仪的原理基于物质吸附在固体表面的特性，即气体分子在接触固体表面时，会在表面上形成一个气体分子与固体表面之间的物理或化学吸附层。
吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是气体分子与固体表面通过范德华力或静电作用力相互作用而形成的吸附层。
化学吸附是气体分子与固体表面发生化学键结而吸附在表面上。
根据吸附剂的特性和试验需求，可以选择不同的吸附剂和实验条件来实现对吸附过程的控制。
静态吸附仪的主要部件包括样品舱、吸附剂、高真空系统、控制系统等。
在实验开始前，需要将样品舱和高真空系统抽空，以确保实验环境为高真空状态。
然后，通过控制系统将试样与吸附剂置于样品舱内，根据实验需求将气体以一定的压力加入进样系统，使其与试样发生接触，并进行一定时间的静置，使吸附过程得以进行。
随后，通过恢复初始状态的操作，将样品舱抽空，使试样与吸附剂分离。
最后，使用适当的分析方法来测量和分析吸附剂上的吸附量、吸附等温线等参数。
静态吸附仪的应用范围广泛，常用于材料科学、化学工程、环境科学等领域的研究和实验中。
例如，通过测量不同温度下气体在固体表面的吸附等温线，可以确定气体分子与固体相互作用的特性，进而优化吸附材料的设计和应用。
静态吸附仪还可以用于研究催化剂的活性、表面酸碱性等方面的性能，对催化反应机理进行探究。
此外，静态吸附仪也可以用于环境污染物的监测和处理，例如检测水中的有机污染物、工业废气中的有害气体等。
总之，静态吸附仪通过测量和分析气体在固体表面的吸附量、吸附等温线等参数，可以研究气体分子与固体表面之间的相互作用和吸附机制。
它在材料科学、化学工程、环境科学等领域具有重要的应用价值，为相关领域的研究和实验提供了重要的技术支持。
样品处理分离技术—离子交换分离法(分析制样技术课件)
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
静态吸附仪的原理和应用
静态吸附仪的原理和应用一、静态吸附仪简介静态吸附仪是一种用于测试材料吸附性能的仪器。
它通过将待测试材料暴露在特定气体环境中，测量其吸附能力来评估材料的吸附性能，包括吸附速度、吸附量和吸附选择性等指标。
这些指标对于许多应用领域，如气体分离、储气和催化剂等都具有重要意义。
二、静态吸附仪的工作原理静态吸附仪的工作原理基于材料与气体之间的吸附作用。
当待测试材料接触到气体时，气体会被吸附在材料表面上。
在静态吸附仪中，通常会选择纯净的气体作为测试气体，并控制所施加的压力和温度。
静态吸附仪的测试流程如下： 1. 将待测试材料置于吸附仪中，并将测试气体通入吸附仪中。
2. 控制测试气体的压力和温度，并保持稳定。
3. 在一定时间内（通常为几分钟到几小时），允许测试气体与材料表面接触，实现吸附过程。
4. 通过测量测试气体中的浓度变化，计算出材料的吸附能力。
三、静态吸附仪的应用静态吸附仪广泛应用于许多领域，以下列举了一些主要的应用：1. 气体分离静态吸附仪可以用于评估吸附材料在气体分离中的性能。
例如，吸附材料可用于去除空气中的污染物、分离甲烷和二氧化碳等。
通过测试其在特定气体组分中的吸附选择性，可以评估材料在不同气体分离应用中的适用性。
2. 储气静态吸附仪也可用于评估吸附材料在储气中的应用性能。
吸附材料可以吸附、储存和释放气体，在能源储存和气体输送等领域具有潜在应用。
静态吸附仪可以测试吸附材料的吸附容量和释放速度等指标，评估其在储气领域的潜力。
3. 催化剂静态吸附仪还可用于评估催化剂的性能。
催化剂常常需要具备高表面积和可调控的吸附能力。
静态吸附仪可以通过测试催化剂对特定气体的吸附能力来评估其活性。
这对于开发更高效的催化剂和优化催化过程具有重要意义。
4. 材料研究静态吸附仪在材料研究中也有广泛应用。
通过测试吸附材料的吸附能力，可以评估材料的孔隙结构、表面性质和吸附特性等。
这对于研究材料吸附性能与结构之间的关系以及开发新型吸附材料具有重要意义。
聚合物静态吸附
聚合物静态吸附聚合物静态吸附是一种广泛应用于化学、生物、材料等领域的分离和纯化技术。
它利用聚合物材料对溶液中目标分子的亲和性，通过静态吸附的方式将目标分子从复杂的混合物中分离出来。
在本文中，我们将介绍聚合物静态吸附的原理、应用和发展前景。
一、原理聚合物静态吸附的原理基于材料与目标分子之间的亲和作用。
聚合物材料通常具有一些特定的化学基团，如羟基、氨基、酰胺基等，这些基团可以与目标分子中的相应基团发生氢键、离子键、范德华力等相互作用，从而使目标分子与聚合物材料发生吸附。
聚合物静态吸附的过程通常分为三个步骤：吸附、洗脱和再生。
在吸附阶段，目标分子在溶液中与聚合物材料发生亲和作用，被吸附在材料表面上。
在洗脱阶段，可以通过改变溶液的条件，如pH值、离子强度等，使目标分子从聚合物材料表面解吸出来。
在再生阶段，聚合物材料可以通过一些特定的方法，如酸碱处理、高温处理等，使其再次变得可用。
二、应用聚合物静态吸附在化学、生物、材料等领域中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 生物制药聚合物静态吸附可以用于生物制药中对蛋白质、抗体等生物大分子的分离和纯化。
通过选择合适的聚合物材料和溶液条件，可以实现对目标分子的高效分离和纯化。
2. 水处理聚合物静态吸附可以用于水处理中对重金属、有机物等污染物的去除。
聚合物材料可以选择具有亲和性的基团，如羟基、氨基等，吸附污染物，从而达到净化水质的目的。
3. 化学分析聚合物静态吸附可以用于化学分析中对目标分子的富集和分离。
例如，可以利用聚合物材料对环境中的微量有机物进行富集，然后通过一些分析方法，如质谱、红外光谱等，对目标物质进行鉴定和定量。
三、发展前景随着科学技术的不断发展，聚合物静态吸附在各个领域中的应用也在不断扩展。
未来，聚合物静态吸附有望在以下几个方面得到进一步发展：1. 材料开发未来，聚合物材料的开发将更加注重其选择性和效率。
例如，可以通过改变聚合物材料的结构和化学基团，来实现对目标分子的更为精准的识别和吸附。
常见的吸附剂
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 粉末活性炭 小 大 大 吸附 量 大 洗脱 难
颗粒活性炭
锦纶活性炭
较小
大
较大
小
较小
小
较小
小
难
易
（二）白陶土 （三）磷酸钙凝胶 （四）氢氧化铝凝胶 （五）氧化铝 （六）硅胶 （七）滑石粉
（八）硅藻土 （九）皂土 （十）沸石 （十一）聚酰胺粉 （十二）大网格聚合物吸附剂
活性炭吸附高锰酸钾
•
U形管中放入约1/3容积的小块木炭，两管 口同时加脱脂棉一团，实验时从左管口加 入稀高锰酸钾溶液。不久右管上层液面渐 渐升高，观察右管上层液面颜色。
第二节 静态离子交换分离技术
一、静态离子交换操作方法
（一）离子交换树脂的预处理（二）离子交换过程 （三）洗脱过程 1、物理处理 （四）树脂的再生 2、化学处理 （五）树脂贮存及运输 3、转型
树脂再生
是指让使用过的树脂重新获得使用性能的
处理过程。其实是交换吸附的逆反应。 再生方法： 酸性阳离子树脂 酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗
活性炭动态吸附胡萝卜色素
• 1、选深红色，质地紧密，色素含量高的红心胡萝 卜切碎打浆，过滤得含胡萝卜色素的溶液。 • 2、直通管中段全部用活性炭装满，两端堵上纱布 棉团，上面单孔塞装上漏斗，下面单孔塞加一个短 导管作为滤液出口，实验前将这套装置固定于铁架 台上，把含有萝卜色素的溶液放入漏斗中，观察下 面接受器中收集到的溶液颜色。
碱性阴离子树脂 碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗
二、静态离子交换分离法的应用
• 静态离子交换的效率是很差，主要因为离子交换 反应存在可逆的平衡，交换不容易完全，必须经 过多次重复，所以该法并不经常应用。一般只是 在试探性实验、测定交换平衡常数、某些交换动 力学的研究、交换分配系数的测定、络合物离解 常数的测定、滴定曲线的研究、某些催化反应的 试探性研究、除去盐溶液中过剩的酸和碱、吸附 溶液中所含的高分子量物质等方面可能用到。
离子交换分离技术
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1．强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力
强酸型
a. 不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。
例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）
b. 当离子价态相同时．亲和力随着水合离子半径减小 而增大。
4mol·L-1HCl 淋洗
Co2+
流出液: Mn2+
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有机离子交换剂
表 4—1 有机离子交换剂分类
分类
功能基团
使用 pH 范围
凝 阳 离 子 交 强酸性阳离子交换树脂
胶 换树脂
弱酸性阳离子交换树脂
型 阴 离 于 交 强碱性阴离子交换树脂
树 换树脂
弱碱性阴离子交换树脂
脂 螯合（离子交换）树脂
弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关
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三. 离子交换树脂的亲合能力
总原则
1．强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力 2．强、弱碱型阴离子交换树脂的亲和力
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总原则：
总原则：亲和力与水合离子的半径、电 荷及离子的极化程度有关。
水合离子的半径越小，电荷越高，离子 的极化程度越大，其亲和力也越大。
树脂的交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大， 交换反应速度快；交换的选择性差；机械强度也差。
树脂的交联度一般4％一14％为宜。
b. 交换容量 ：
交换容量是指每克干树脂所能交换的物质的量 (mmol/g)，一般树脂的交换容量位3—6mmol /g。
静态吸附法的名词解释
静态吸附法的名词解释静态吸附法是一种广泛应用于化学、材料科学和环境工程领域的实验方法，旨在研究物质分子或离子在固体表面上的吸附行为。
它基于物质分子与固体表面之间的相互作用力，通过将待吸附物质暴露于固体表面上，观察和测量其在固体表面的吸附量，从而推断出吸附过程的特性和机制。
静态吸附法通常分为两种常用方法：等温吸附法和非等温吸附法。
在等温吸附法中，温度保持恒定，吸附介质在平衡状态下与固体表面进行反应。
这种方法常用于测量物质在常温下的吸附量和吸附等温线。
而非等温吸附法则考虑了温度对吸附过程的影响，通过在不同温度下进行吸附实验，从而得到吸附与温度的关系，研究吸附热力学及动力学特性。
静态吸附法的实验操作相对简单，首先需要准备好待吸附物质和吸附材料，确保它们的纯度和质量。
然后，选取适当的实验条件，包括温度，吸附介质的浓度，固体材料的形态和比表面积等因素。
在实验过程中，将待吸附物质与固体材料接触一段时间，使其达到平衡状态。
通过测量样品前后的吸附物质的浓度或质量差异，可以计算出吸附量。
静态吸附法不仅可以用于理解和解释吸附过程的机理，还可以评估吸附材料的吸附性能和应用潜力。
它广泛应用于环境领域，例如探究水体中有害物质的吸附行为，研究气体中的污染物吸附特性等。
此外，在化学过程中，静态吸附法也可用于催化反应的研究，例如催化剂的吸附性能评价与优化。
除了纯实验研究外，静态吸附法还具有一定的应用价值。
例如，根据吸附物质与固体表面的亲疏水性，可以制备各类功能性材料，如吸附剂、分离膜、催化剂等。
通过更好地理解和掌握静态吸附法，人们可以开发出更高效、更环保的吸附材料。
值得注意的是，静态吸附法虽然在理论研究和实际应用中都具有重要意义，但它仅仅是研究吸附过程的一种方法之一。
在实际应用中，还需要综合考虑实际环境因素、材料的可再生性以及吸附过程的经济性等因素。
总而言之，静态吸附法作为一种研究物质在固体表面吸附行为的实验方法，为我们提供了深入理解吸附过程和开发吸附材料的重要手段。
污水处理中的静态吸附技术应用
利用吸附剂的表面活性，使污染物从 污水中转移到吸附剂表面，从而实现 污染物的去除。
静态吸附技术的分类
根据吸附剂性质
活性炭吸附、硅藻土吸附、膨润土吸附等。
根据吸附方式
静态间歇吸附、静态连续吸附等。
根据吸附剂更换频率
可更换式吸附、不可更换式吸附等。
静态吸附技术的优缺点
优点
操作简单、能耗低、处理效果好、适用于多种污染物去除等 。
02
选择合适的吸附剂需要根据具体 的污水处理需求和条件进行评估 和试验，以达到最佳的处理效果 。
04
静态吸附技术的实际应用 案例
城市污水处理案例
城市污水处理
静态吸附技术被广泛应用于城市污水 处理中，通过吸附剂吸附污水中的有 机物、重金属等污染物，达到净化水 质的目的。
技术优势
成功案例
某市采用静态吸附技术处理生活污水 ，处理后水质达到国家排放标准，有 效改善了当地水环境。
沸石
01
沸石是一种天然的铝硅酸盐矿 物，具有规则的晶体结构和稳 定的化学性质，能够吸附多种 阳离子和阴离子。
02
沸石的吸附性能受其晶体结构 和离子交换能力影响，可以通 过加热或化学方法进行活化或 改性。
03
沸石的再生性能较好，可以重 复使用，降低处理成本。
其他吸附剂
01
其他常见的吸附剂包括陶粒、活 性氧化铝、活性铁氧体等，这些 材料也具有较好的吸附性能，适 用于不同的污染物处理。
表面修饰
对吸附剂表面进行功能化修饰，以增强其对目标 污染物的亲和力和选择性。
降低吸附剂的成本
资源化利用
01
利用工业废弃物、农业废弃物等低成本原料制备吸附剂，降低
生产成通过改进吸附剂的制备工艺，实现规模化生产，从而降低单位
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。
分离血红蛋白的方法
分离血红蛋白的方法血红蛋白是一种重要的蛋白质，在人体内起着不可或缺的作用。
然而，在某些情况下，需要分离出血红蛋白，以便进行进一步的研究或治疗。
本文将介绍几种分离血红蛋白的方法。
一、离心法离心法是一种简单易行的分离血红蛋白的方法。
将血液样品离心，使得红细胞和血清分离出来。
使用离心管和离心机，可以通过控制离心速度和离心时间，来达到分离红细胞和血清的目的。
离心分离出的红细胞可以通过化学方法进一步分离出血红蛋白。
二、溶解法溶解法是将红细胞中的血红蛋白溶解，并通过某种方法分离出来。
其中一种方法是用生理盐水将红细胞洗涤，使其膜破裂，让血红蛋白溶解在生理盐水中。
然后再通过化学方法将血红蛋白分离出来。
另外一种方法是使用高浓度的盐溶解红细胞，使血红蛋白溶解在盐溶液中。
然后通过恰当的方法去除盐，获得纯净的血红蛋白。
三、离子交换层析法离子交换层析法是一种静态吸附层析法，可以用于分离血红蛋白。
本方法是通过离子交换树脂静态吸附分离血红蛋白。
血红蛋白具有正电荷，因此可以用阴离子交换树脂来分离。
而离子交换树脂和血红蛋白之间的相互作用是由电荷的吸引力和排斥力来实现的。
离子交换法一般需要多次的洗脱操作，才能得到较为纯净的血红蛋白。
四、凝胶过滤法凝胶过滤法是一种能够分离不同分子量的蛋白质的方法。
通过分子量大小的不同，使得不同的蛋白质在凝胶柱中的渗透系数不同，从而实现分离。
血红蛋白相对分子量较大，因此凝胶过滤法可以有效地分离血红蛋白。
以上是分离血红蛋白的几种方法，每种方法都有它的优缺点，需要根据具体的情况选择合适的方法。
需要注意的是，在进行分离血红蛋白的过程中，需要严格按照正确的操作方法进行，保证实验结果的可靠性和准确性。
离子交换技术
操作条件如流速、温度等也会影响离子交换过程，需要根据实际 情况进行调整。
离子交换过程的动力学模型
扩散过程
在离子交换过程中，离子的扩散速度 是影响整个过程的重要因素之一。扩 散速度越快，离子越容易到达离子交 换剂的表面，从而进行交换反应。
反应过程
反应过程是离子交换过程中的另一个 重要因素。反应速度越快，离子越容 易与离子交换剂发生交换反应，从而 提高整个过程的效率。
使用方法
02
将离子交换剂填充在交换柱中，通过循环或静态方式进行离子
交换。
注意事项
03
注意离子交换剂的使用寿命，及时更换或再生。
离子交换剂的再生与处理
再生方法
通过化学反应或电化学反应使失效的离子交换剂恢复 交换能力。
处理方式
对失效的离子交换剂进行清洗、破碎、再加工等处理 ，以回收和再利用资源。
再生剂
用于离子交换剂再生的化学试剂，如酸、碱、盐等。
03
离子交换过程
离子交换过程的基本步骤
离子交换剂的预处理
对离子交换剂进行预处理，包括清洗、再生和活化等步骤，以确保其 性能和寿命。
离子交换剂的装填
将预处理后的离子交换剂装填到离子交换柱中，以便进行后续的离子 交换过程。
溶液的通过
将待处理的溶液通过离子交换柱，与离子交换剂进行离子交换反应。
提高离子交换技术的效率与效果的方法
优化工艺参数
通过实验研究，优化离子交换技术的工艺参数，如流速、溶液浓度 等，提高吸附效果和分离效率。
使用复合离子交换剂
研发新型复合离子交换剂，提高其对特定离子的吸附能力和选择性 。
强化再生过程
通过改进再生工艺和优化再生条件，提高离子交换剂的再生效率和 重复使用性能。
吸附与离子交换分离
迎头法 顶替法 洗脱法
样品液 大量、连续 适量
极少量
“流动相” 样品液
顶替剂
流动相
分离结果 纯溶剂 一个纯组分 n个纯组分
吸附与离子交换分离
常见吸附分离（吸附剂）
● 活性炭和分子筛 ● 巯基棉纤维和泡沫塑料 ● 大孔性吸附树脂 ● 硅胶、氧化铝等吸附剂 ● 纳米材料 ● 壳聚糖 ● 磁微球等
吸附与离子交换分离
吸附与离子交换分离
聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料对Au、Tl的吸附
聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料由于含有聚醚氧结构，适 宜于接受1，2价络阴离子，它的吸附类似于阴离子交 换树脂的行为，有较好的选择性。等以离子形式存在 时，几乎不被泡塑吸附，只有以（MeX4）-型络离子 时，泡塑吸附才有可能。
环境样物质的吸附和脱 附作用的差异。
离子交换分离法是利用溶液中离子与离 子交换剂发生交换反应进行分离的方法。
在分析测试中，离子交换分离技术是最有 实用价值的前处理方法。
吸附与离子交换分离
6.1 分离操作方式
1) 分批操作法
2) 吸附剂片过滤吸附法
3) 柱式法
吸附与离子交换分离
样品液
过分离柱，开始各组分被留在
柱上，待饱和后就流出分离柱。
开始出现的是亲和力最小的，
分离柱
各得到一部分纯物质。然后各
组分依亲和力逐步增加的顺序
出现，最终各组分的浓度与样
品中相同。
迎头法可用于吸附那与离些子交分换分离离场合？
穿透曲线与穿透量（break-through capacity）
C = C0
交界层
C=0
L
0
1.0
C/C0
吸附与离子交换分离
影响柱分析容量的因素：
《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
离子交换树脂固定固定化酶
离子交换树脂固定固定化酶离子交换树脂是一种常见的固定化酶载体，通过电荷相互作用将酶固定在树脂上。
它具有许多优点，如高效稳定、重复使用等特点，被广泛应用于生物技术、医药、食品工业等领域。
离子交换树脂是一种具有阳离子或阴离子功能团的高分子材料，通过这些功能团与酶表面上的电荷相互作用来实现固定化酶的目的。
树脂的功能团通常为磺酸、胺基、羟基等，具有独特的亲和性，可以与酶表面上相应的电荷相互吸引。
当酶与树脂接触时，它们之间的静电相互作用会使酶分子与树脂表面发生吸附，从而实现固定化。
离子交换树脂固定化酶具有许多优势。
首先，离子交换树脂可以提供高度的酶稳定性。
由于酶与树脂之间存在较强的静电相互作用，酶在固定化过程中往往处于较为稳定的构象，避免了酶的构象变化和活性丧失。
其次，离子交换树脂可实现酶的重复使用。
固定化酶可以通过简单的洗脱和再固定化步骤来进行循环使用，与溶液中的底物反应完毕后，酶可以在树脂上长期稳定。
另外，离子交换树脂还可以提供大量的固定位点，因此可以固定化大量的酶，并显著提高酶的固定效率。
离子交换树脂固定化酶的方法多种多样。
常见的方法包括静态吸附法、固定化酶浸渍法和固定化酶交联法等。
静态吸附法是将酶和树脂悬浮在一定浓度的缓冲液中，在一定的时间内使它们相互作用，然后进行分离和洗脱。
这种方法适用于酶和树脂之间的吸附速率相近的情况。
固定化酶浸渍法是将树脂浸泡在含有酶的溶液中，利用酶自发吸附在树脂上的性质来实现固定化。
这种方法适用于酶与树脂之间吸附速率相差较大的情况。
固定化酶交联法是在树脂固定化酶的基础上，进行交联处理，提高固定化酶的稳定性和抗脱落性。
这种方法适用于酶与树脂之间的静电相互作用较弱的情况。
离子交换树脂固定化酶的应用广泛。
在生物技术领域，离子交换树脂固定化酶常用于细胞代谢途径的研究和高效酶法合成等方面。
在医药领域，离子交换树脂固定化酶被应用于药物代谢研究、催化剂开发等方面。
在食品工业中，离子交换树脂固定化酶可以用于食品添加剂的生产以及葡萄酒、酸奶等发酵食品的制作。
静态吸附分离法的应用静态离子交换分离技术一
常用的离子交换树脂
• 强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和CH2SO3H（次甲基磺酸基）； • 弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团； • 强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺 基或二甲基-ß-羟基乙基胺基；
• 弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较 弱；
浸泡提取
• 将海藻或海带加20倍量自来水，室温浸泡2～ 3h，用手搓洗将藻体或海带上的甘露醇洗入 水中，收集的浸泡液用作第二批原料的提取 溶液，一般浸泡4批后浸泡液中的甘露醇含量 已较大。
碱化、酸化
• 1、将浸泡液倒入不锈钢锅中，边搅拌边用30％ NaOH调pH10～11，静置0.5h； • 2、凝集沉淀多糖类黏性物，待黏性物充分凝聚沉 淀后，虹吸上清液，用1：1H2S04-H20中和至 pH6～7，过滤进一步除去胶状物，得中性提取液。
鉴别
取所制得的甘露醇纯品饱和溶液1ml，加1mol／L 三氯化铁溶液与1mol／LNaOH溶液各0.5ml，即生 成棕黄色沉淀，振摇不消失，滴加过量的1mol／L NaOH溶液，即溶解成棕色溶液。符合此现象，可 初步断定为甘露醇。
注意事项
1、精制时浓缩液相对密度对结晶效果有影响， 应掌握好，可测量。
（一）活性炭 1.活性炭的类型
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 粉末活性炭 小 大 大 吸附 量 大 洗脱 难
颗粒活性炭
锦纶活性炭
较小
大
较大
小
较小
小
较小
小
难
易
（二）白陶土 （三）磷酸钙凝胶 （四）氢氧化铝凝胶 （五）氧化铝 （六）硅胶 （七）滑石粉
（八）硅藻土 （九）皂土 （十）沸石 （十一）聚酰胺粉 （十二）大网格聚合物吸附剂
离子交换分离技术
3．密度
真体积V真 质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观 察排开水的量，即得到树脂的真体积V真。
视体积V视 将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积 达极小，得树脂空间体积，即为视体积V视。
湿视密度d视：树脂的湿视密度d视=w1/ V视 湿真密度： d视=w1/ V真
• *萃取时间，一般从30s到数分钟不等。
（二）分层
• 萃取后应让溶液静置数分钟，待其分层，然后将 两相分开。
• 注意：在两相的交界处，有时会出现一层乳浊液 产生原因：因振荡过于激烈或反应中形成某种微溶 化合物 消除方法：增大萃取剂用量、加入电解质、改变溶 液酸度、振荡不过于激烈
（三）洗涤
• 所谓洗涤：就是将分配比较小的其它干扰组分 从有机相中除去。
E（弱碱）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
强碱性
1-12
弱碱性
0-7
不同类型离子交换树脂的
各种类型离子交换树脂的滴定曲线
有效PH范围
2．交换容量及化学稳定性
•定义： 每克干树脂能交换离子的物质的量，以mmol （毫摩尔）为单位。
总交换容量或称全交换容量、极限交换容 量、最大交换容量。它是由树脂中功能基含 量所决定的。交换容量应注明树脂的离子形 态。如R–SO3H，交换容量为5.2mmol/g（干 树脂），转化成Na型即R–SO3Na，交换容量 为4.67mmol/g（干树脂）
通常用60一125mL的梨形分液漏斗进行萃取，萃取一般在几 分种内可达到平衡，分析多采用这种方式。
b．多级萃取 又称错流萃取。
将水相固定，多次用新鲜的有机相进行萃取，提高分离效果。
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第二节 静态离子交换分离技术
一、静态离子交换操作方法
（一）离子交换树脂的预处理（二）离子交换过程 （三）洗脱过程 1、物理处理 （四）树脂的再生 2、化学处理 （五）树脂贮存及运输 3、转型
树脂再生
是指让使用过的树脂重新获得使用性能的
处理过程。其实是交换吸附的逆反应。 再生方法： 酸性阳离子树脂 酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗
实验八 活性炭吸附分离色素实验
1 2 2 3
目的要求
实验原理 材料用具 操作方法 注意事项
5
4 5
目的要求
了解吸附基本原理。
掌握活性炭和木炭简单的静态及动态吸 附的基本操作。
原理
活性炭具有较大的比表面，在水溶液中比一般 固态物质吸附能力强得多，故可以吸附许多物 质的分子及离子。本实验用活性炭、木炭静态 和动态吸附溶液中的色素及气体。
（一）活性炭 1.活性炭的类型
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 粉末活性炭 小 大 大 吸附 量 大 洗脱 难
颗粒活性炭
锦纶活性炭
较小
大
较大
小
较小
小
较小
小
难
易
（二）白陶土 （三）磷酸钙凝胶 （四）氢氧化铝凝胶 （五）氧化铝 （六）硅胶 （七）滑石粉
（八）硅藻土 （九）皂土 （十）沸石 （十一）聚酰胺粉 （十二）大网格聚合物吸附剂
常用的离子交换树脂
• 强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和CH2SO3H（次甲基磺酸基）； • 弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团； • 强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺 基或二甲基-ß-羟基乙基胺基；
• 弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较 弱；
三、静态吸附分离法的应用
第二节 静态离子交换分离技术
• 一、离子交换的原理 • （一）离子交换过程和离子交换速率 • 离子交反应换过程可用下面方程式表示（以阳离 子交换反应为例）： • R-A++B+ R-B++A+ • 式中R-表示阳离子交换剂的活性基团和载体。A+ 为平衡离子。B+为交换离子。离子交换反应同样 符合质量作用定律。当正反应、逆反应速率相等 时，溶液中各种离子的浓度不再变化而达平衡状 态，即称为离子交换平衡。
材料用具
红心萝卜8kg、活性炭粉8kg、脱脂棉1包
石蕊试剂500ml；浓硝酸500 ml；铜屑400g； 高锰酸钾400g 组织捣碎机、大烧杯、小烧杯、U形管、漏斗、 直通管、导管、漏斗架、滤纸、玻璃棒 锥形瓶、 胶塞、导管、玻璃管、橡皮圈、小试管等
• 活性炭静态吸附石蕊
• 将石蕊稀释液放在小烧杯中，加活性炭粉 两匙然后搅拌片刻，放入过滤器中过滤， 用另一烧杯或试管收换树脂的单元结构由三部分构成： ①惰性的不溶性的高分子固定骨架，又称载 体； ②与载体以共价键联结的不能移动的活性基 团，又称功能基团； ③与功能基团以离子键联结的可移动的平衡 离子，亦称活性离子。
如聚苯乙烯磺酸型钠树脂，其 骨架是聚苯乙烯高分子塑料， 活性基团是磺酸基，平衡离子 为钠离子。
碱性阴离子树脂 碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗
二、静态离子交换分离法的应用
• 静态离子交换的效率是很差，主要因为离子交换 反应存在可逆的平衡，交换不容易完全，必须经 过多次重复，所以该法并不经常应用。一般只是 在试探性实验、测定交换平衡常数、某些交换动 力学的研究、交换分配系数的测定、络合物离解 常数的测定、滴定曲线的研究、某些催化反应的 试探性研究、除去盐溶液中过剩的酸和碱、吸附 溶液中所含的高分子量物质等方面可能用到。
活性炭吸附高锰酸钾
•
U形管中放入约1/3容积的小块木炭，两管 口同时加脱脂棉一团，实验时从左管口加 入稀高锰酸钾溶液。不久右管上层液面渐 渐升高，观察右管上层液面颜色。
第六章 静态吸附与离子交换分离技术
第一节 静态吸附分离技术
一、吸附的原理 （一）产生吸附原因 （二）吸附的类型 1.物理吸附 2.化学吸附 3.交换吸附
（三）影响吸附的因素
1.吸附剂的性质 2.吸附质的性质 （1）溶质分子的结构 （2）溶质在溶液中的溶 解度 （3）解离情况 （4）形成氢键情况 （5）溶剂的影响 3.吸附条件 （1）温度 （2）pH值 （3）吸附质的浓度与吸 附剂的量 （4）盐的浓度 总之，在生产中吸附条 件的选择主要应靠实 践来确定。
活性炭动态吸附胡萝卜色素
• 1、选深红色，质地紧密，色素含量高的红心胡萝 卜切碎打浆，过滤得含胡萝卜色素的溶液。 • 2、直通管中段全部用活性炭装满，两端堵上纱布 棉团，上面单孔塞装上漏斗，下面单孔塞加一个短 导管作为滤液出口，实验前将这套装置固定于铁架 台上，把含有萝卜色素的溶液放入漏斗中，观察下 面接受器中收集到的溶液颜色。
离子交换过程：
①A+从溶液中扩散到树脂表面； ②A+从树脂表面再扩散到树脂内部的交换中心；薄膜树脂B+A+离子交换机理示 意图 ③A+与R-B+在交换中心发生交换反应； ④解吸B+从树脂内部的交换中心扩散到树脂表面； ⑤B+再从树脂表面扩散到溶液中。
离子交换机理示意图
（二）影响离子交换的因素
1.影响选择性的因素 2.影响交换速率的因素 （1）颗粒大小 （2）交联度 （3）温度 （4）离子化合价 （5）离子的大小 （6）搅拌速率或流速 （7）离子浓度 （8）被分离组分料液的性质溶液黏度越大，交换速率越小。 （9）树脂被污染 3.影响交换效率的因素
• 离子交换树脂的活性基团 是决定其交换特点的主要 物质基础。它决定了树脂 是酸性的阳离子交换剂还 是碱性的阴离子交换剂， 以及交换能力等诸多因素。 同时也是离子交换树脂分 类的主要依据。
（一）离子交换树脂的分类
1. 强酸性阳离子交换树脂 2.弱酸性阳离子交换树脂 3. 强碱性阴离子交换树脂 4.弱碱性阴离子交换树脂 5.两性树脂
（四）溶剂与洗脱
• 溶剂和洗脱剂应符合以下条件： • 1.纯度合格，因为杂质常会影响洗脱及吸附 能力； • 2.与样品或吸附剂不发生化学变化； • 3.能溶解样品中的各成分； • 4.溶剂被吸附剂吸附得愈少愈好； • 5.粘度小，易流动，不致使洗脱太慢； • 6.容易与目的物成分分开。
二、常见的吸附剂