13第十三章离子交换、吸附与层析分离设备-161讲述
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测定机械强度的方法一般是将离子交换树脂先经过酸、碱 溶液处理后，将一定量的树脂置于球磨机或震荡筛机中撞 击、磨损，一定时间后取出过筛，以完好树脂的重量百分 率来表示。
五.离子交换树脂的理化性质
5.膨胀度（视膨胀率） 干树脂在水或有机溶剂中溶胀，湿树脂在功能基离子转型或再生后水 洗涤时有溶胀现象。 膨胀现象的产生：当树脂浸在水溶液中时，活性离子因热运动可在树 脂空隙的一定距离内运动，由于内部和外部溶液的浓度差，存在着渗 透压。这种压力使外部水分渗入内部促使树脂骨架变形，空隙扩大而 使数值体积发生膨胀。
2.外观和粒度（颗粒度） 大多数商品树脂呈球形，直径为0.2~1.2mm(16~70目)。树 脂的色泽随合成原料、工艺条件不同而异，一般有白、黄、 黄褐及红棕等几种色泽。为便于观察交换过程中色带的分 布情况，以选用浅色树脂为宜。
五.离子交换树脂的理化性质
3.交换容量（交换当量） 交换容量：反应离子交换树脂交换能力的大小。一定量树脂
第十三章
离子交换、吸附与层析 分离设备
离子交换过程与设备
一.离子交换法的基本概念
离子交换法是利用溶液中各种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。
离子交换法必须使用离子交换剂。
带电粒子与离子交换剂之间的作用力是静电力(库仑力)。 它们的结合是可逆的，即在一定的条件下能够结合，条件 改变后也可以被释放出来。
其中各类交换剂均可按其可解离的交换基团性质 分为阳离子交换剂（强酸、弱酸型）与阴离子交 换剂（强碱、弱碱）两大类。
三.离子交换树脂的分类与特点
1.阳离子交换树脂
按照酸性强弱可以分为三类。
1.1强酸性树脂
酸宽主根的要(p是CHH磺范2S酸围O型内3H树都)。脂能其。很交功好换能地能基解力团离不为，受磺保环酸持境根良p(好H-S的值O交的3H换影)及能响甲力，基。在磺很
四.离子交换树脂的命名
1977年石油化学工业部拟定的离子交换树脂命名法草案， 各类树脂命名编号如下：
离子交换树脂的全名称： 由分类名称、骨架(或基团)名称、基本名称排列组成。
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
代号 0 1 2 3 4 5 6
中所含的交换基团或可交换的阳离子(或阴离子)的毫克当 量数。 交换量，是指在某一指定的应用条件下树脂表现出来的交换 量，交换基团未被完全利用。 再生交换容量：树脂失效后就要再生才能重新使用，出于经 济原因，一般并不再生完全，因此，再生剂用量对工作交 换容量影响很大，在指定的再生剂用量条件下的交换容量 就称再生交换容量。
一.离子交换法的基本概念
离子交换剂由三部分组成： (1)载体:惰性的不溶性的高分子固定骨架； (2)功能基团:与载体以共价键联结的不能移动的活性基团； (3)平衡离子：与功能基团以离子键联结的可移动的活性离子。 例如：聚苯乙烯磺酸钠树脂，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。
分类名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
四.离子交换树脂的命名
交联度数值 连接符号 顺序号 骨架代号 分类代号
D001x 7代表大孔型强酸性苯乙烯系离子交换树脂， 交联度为7
五.离子交换树脂的理化性质
1.溶解性：离子交换树脂是一种不溶于水及一般酸、碱溶液 和有机溶剂，并具有良好化学稳定性的高分子聚合物。
平衡离子带正电荷的为阳离子交换树脂，平衡离子带负电荷的 为阴离子交换树脂。
一.离子交换法的基本概念
离子交换现象可用下面的方程式表示：
R-X+ + Y+
R-Y+ + X+
R-：阳离子交换剂的功能基团和载体； X+：为平衡离子； Y+：为交换离子。
一.离子交换法的基本概念
在分离过程中：使目的物粒子具有较强的结合力，而其它 粒子没有结合力或结合力较弱。 例如：调节溶液的pH值，使目的蛋白质、核酸或氨基酸这 类两性物质的粒子带有相当数量的静电荷（如正电荷）， 而主要杂质粒子带相反电荷或较弱的电荷（正电荷）。然 后选择适宜的树脂（如阳离子交换树脂），便可使目的物 被离子交换树脂吸附，而不吸附或较少吸附杂质。
五.离子交换树脂的理化性质
3.交换容量（交换当量） 一般情况下，交换容量、工作交换容量和再生交换容量三 者的关系： 再生交换容量=0.5~1.0倍交换容量； 工作交换容量=0.3~0.9倍再生交换容量。
离子交换树脂利用率（%）：工作交换容量与再生交换容量 之比。
五.离子交换树脂的理化性质
4.机械强度（不破损率%）
强碱Ⅰ型：含三甲胺基； 强碱Ⅱ型：含二甲基-β-羟基-乙胺基团 Ⅰ型的碱性比Ⅱ型强，但再生较困难， Ⅱ 型树脂稳定性较差。
三.离子交换树脂的分类与特点
2.弱碱性阴离子交换树脂 活性基团是伯、仲、叔胺基，即-NH2，-NHR，-NR2，吡啶
基等。 适用于在中性及酸性环境中使用。
3.中强碱性阴离子交换树脂 兼有以上两类活性基团。
一.离子交换法的基本概念
从树脂上洗脱目的物的方法有两种：
(1)调节洗脱液的pH值，使目的物粒子在此pH下失去电荷， 甚至带相反电荷，从而丧失与原离子交换树脂的结合能力 而被洗脱。
(2)用高浓度的同性离子根据质量作用定律将目的物离子取代 下来。
• 对于阳离子交换树脂而言，目的物的pK值愈大（愈碱）， 将其洗脱下来所需溶液的pH值也愈高。
• 对于阴离子交换树脂而言，目的物的pK值愈小，洗脱液之 pH值也愈低。
பைடு நூலகம்
一.离子交换法的基本概念
• 在pH大于物质的等电点的适当离子强度溶液中，物质带 负电荷，可以与阴离子交换剂进行交换。
• 在pH小于等电点时，物质带正电荷可以与阳离子交换剂 进行交换。
二.离子交换剂的分类
常见的离子交换剂有： 离子交换树脂，离子交换纤维素，葡聚糖凝胶离 子交换剂等。
1.2中酸性树脂
主要是磷酸型树脂，功能基团为(-PO3H2)。 1.3弱酸性树脂
主要是羧酸型树脂和酚型树脂，
功能基团分别为羧基(-COOH)和酚基(
OH )。在碱性
或中性环境中有较好的交换能力，在酸性环境中解离受到
限制。
三.离子交换树脂的分类与特点
2.阴离子交换树脂 根据功能基团的种类不同分为三类 2.1强碱性阴离子交换树脂 功能基团多为季胺盐 N+ R3 两种强碱性阴离子交换树脂：
五.离子交换树脂的理化性质
5.膨胀度（视膨胀率） 干树脂在水或有机溶剂中溶胀，湿树脂在功能基离子转型或再生后水 洗涤时有溶胀现象。 膨胀现象的产生：当树脂浸在水溶液中时，活性离子因热运动可在树 脂空隙的一定距离内运动，由于内部和外部溶液的浓度差，存在着渗 透压。这种压力使外部水分渗入内部促使树脂骨架变形，空隙扩大而 使数值体积发生膨胀。
2.外观和粒度（颗粒度） 大多数商品树脂呈球形，直径为0.2~1.2mm(16~70目)。树 脂的色泽随合成原料、工艺条件不同而异，一般有白、黄、 黄褐及红棕等几种色泽。为便于观察交换过程中色带的分 布情况，以选用浅色树脂为宜。
五.离子交换树脂的理化性质
3.交换容量（交换当量） 交换容量：反应离子交换树脂交换能力的大小。一定量树脂
第十三章
离子交换、吸附与层析 分离设备
离子交换过程与设备
一.离子交换法的基本概念
离子交换法是利用溶液中各种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。
离子交换法必须使用离子交换剂。
带电粒子与离子交换剂之间的作用力是静电力(库仑力)。 它们的结合是可逆的，即在一定的条件下能够结合，条件 改变后也可以被释放出来。
其中各类交换剂均可按其可解离的交换基团性质 分为阳离子交换剂（强酸、弱酸型）与阴离子交 换剂（强碱、弱碱）两大类。
三.离子交换树脂的分类与特点
1.阳离子交换树脂
按照酸性强弱可以分为三类。
1.1强酸性树脂
酸宽主根的要(p是CHH磺范2S酸围O型内3H树都)。脂能其。很交功好换能地能基解力团离不为，受磺保环酸持境根良p(好H-S的值O交的3H换影)及能响甲力，基。在磺很
四.离子交换树脂的命名
1977年石油化学工业部拟定的离子交换树脂命名法草案， 各类树脂命名编号如下：
离子交换树脂的全名称： 由分类名称、骨架(或基团)名称、基本名称排列组成。
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
代号 0 1 2 3 4 5 6
中所含的交换基团或可交换的阳离子(或阴离子)的毫克当 量数。 交换量，是指在某一指定的应用条件下树脂表现出来的交换 量，交换基团未被完全利用。 再生交换容量：树脂失效后就要再生才能重新使用，出于经 济原因，一般并不再生完全，因此，再生剂用量对工作交 换容量影响很大，在指定的再生剂用量条件下的交换容量 就称再生交换容量。
一.离子交换法的基本概念
离子交换剂由三部分组成： (1)载体:惰性的不溶性的高分子固定骨架； (2)功能基团:与载体以共价键联结的不能移动的活性基团； (3)平衡离子：与功能基团以离子键联结的可移动的活性离子。 例如：聚苯乙烯磺酸钠树脂，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。
分类名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
四.离子交换树脂的命名
交联度数值 连接符号 顺序号 骨架代号 分类代号
D001x 7代表大孔型强酸性苯乙烯系离子交换树脂， 交联度为7
五.离子交换树脂的理化性质
1.溶解性：离子交换树脂是一种不溶于水及一般酸、碱溶液 和有机溶剂，并具有良好化学稳定性的高分子聚合物。
平衡离子带正电荷的为阳离子交换树脂，平衡离子带负电荷的 为阴离子交换树脂。
一.离子交换法的基本概念
离子交换现象可用下面的方程式表示：
R-X+ + Y+
R-Y+ + X+
R-：阳离子交换剂的功能基团和载体； X+：为平衡离子； Y+：为交换离子。
一.离子交换法的基本概念
在分离过程中：使目的物粒子具有较强的结合力，而其它 粒子没有结合力或结合力较弱。 例如：调节溶液的pH值，使目的蛋白质、核酸或氨基酸这 类两性物质的粒子带有相当数量的静电荷（如正电荷）， 而主要杂质粒子带相反电荷或较弱的电荷（正电荷）。然 后选择适宜的树脂（如阳离子交换树脂），便可使目的物 被离子交换树脂吸附，而不吸附或较少吸附杂质。
五.离子交换树脂的理化性质
3.交换容量（交换当量） 一般情况下，交换容量、工作交换容量和再生交换容量三 者的关系： 再生交换容量=0.5~1.0倍交换容量； 工作交换容量=0.3~0.9倍再生交换容量。
离子交换树脂利用率（%）：工作交换容量与再生交换容量 之比。
五.离子交换树脂的理化性质
4.机械强度（不破损率%）
强碱Ⅰ型：含三甲胺基； 强碱Ⅱ型：含二甲基-β-羟基-乙胺基团 Ⅰ型的碱性比Ⅱ型强，但再生较困难， Ⅱ 型树脂稳定性较差。
三.离子交换树脂的分类与特点
2.弱碱性阴离子交换树脂 活性基团是伯、仲、叔胺基，即-NH2，-NHR，-NR2，吡啶
基等。 适用于在中性及酸性环境中使用。
3.中强碱性阴离子交换树脂 兼有以上两类活性基团。
一.离子交换法的基本概念
从树脂上洗脱目的物的方法有两种：
(1)调节洗脱液的pH值，使目的物粒子在此pH下失去电荷， 甚至带相反电荷，从而丧失与原离子交换树脂的结合能力 而被洗脱。
(2)用高浓度的同性离子根据质量作用定律将目的物离子取代 下来。
• 对于阳离子交换树脂而言，目的物的pK值愈大（愈碱）， 将其洗脱下来所需溶液的pH值也愈高。
• 对于阴离子交换树脂而言，目的物的pK值愈小，洗脱液之 pH值也愈低。
பைடு நூலகம்
一.离子交换法的基本概念
• 在pH大于物质的等电点的适当离子强度溶液中，物质带 负电荷，可以与阴离子交换剂进行交换。
• 在pH小于等电点时，物质带正电荷可以与阳离子交换剂 进行交换。
二.离子交换剂的分类
常见的离子交换剂有： 离子交换树脂，离子交换纤维素，葡聚糖凝胶离 子交换剂等。
1.2中酸性树脂
主要是磷酸型树脂，功能基团为(-PO3H2)。 1.3弱酸性树脂
主要是羧酸型树脂和酚型树脂，
功能基团分别为羧基(-COOH)和酚基(
OH )。在碱性
或中性环境中有较好的交换能力，在酸性环境中解离受到
限制。
三.离子交换树脂的分类与特点
2.阴离子交换树脂 根据功能基团的种类不同分为三类 2.1强碱性阴离子交换树脂 功能基团多为季胺盐 N+ R3 两种强碱性阴离子交换树脂：