离子交换分离法

离子交换分离法
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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。
脂
螯合（离子交换）树脂
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
氧化还原（离子交换）树脂
含氧化或还原基团
大 阳 离 子 交 强 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 — S O 3H 孔 换 树 脂 弱 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 — COOH 或 — OH
型 阴 离 子 交 强 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂 季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 树 换树脂 弱碱性阴离子交换树脂 伯胺、仲胺或叔胺
•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。
（2）交换容量 ：
•交换容量是指每克干树脂所能交换离子相当于一价离子的物 质的量(mmol/g)，一般3～6mmol /g。
•它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。
•交换容量可以用实验的方法测得。
n R一SO3H + Mn+＝(R一SO3- ) nM +n H + 适用于酸性、中性和碱性溶液 弱酸型： n R一COOH，R－OH n R一COOH + Mn+＝(R一COO ) nM + nH +
对H+离子的亲合能力强，不适用于强酸溶液，易用酸洗脱，选择性高，适用于分 离强度不同的有机碱
（2）阴离子交换树脂（活性交换基团为碱性，用于交换溶液中的阴离子）
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（4）大孔树脂 树脂内部有永久微孔，无论是湿态或干态比凝胶树脂有更多、 更大的孔道，表面积大，离子容易迁移扩散，富集速度快。 孔径平均为200Å—1000Å，适用于无机、有机离子，特别适用于 大分子物质的分离。 可以应用于水体系和非水体系。 不需溶胀的情况下可以使用。 耐氧化、耐磨、耐冷热变化具有较高的稳定性。 （5）氧化还原树脂：
§9－4离子交换分离法
利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行 分离的方法。是一种固—液分离法。
离子交换分离法特点： （1）分离效率高 （2）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相同电 荷或性质相近的离子之间的分离 （3）适用于微量组分的富集和高纯物质的制备 （4）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决某些 比较复杂的分离问题。
强碱型： RN(CH 3)3在中性、酸性、碱性溶液中都可使用
弱碱型：R-NH2 R-NHCH3 RN(CH3)2 对OH-亲和力大，不易在碱 性溶液中使用
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将阴离子树脂水化后，如RN+(CH3)3OH-所联的OH-可交换阴离子
交换反应：R-N(CH3 ) 3+OH
+
NO3-
＝
R-N(CH3
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有机离子交换剂分类
分类
功能基团
使 用 pH 范围
凝 阳 离 子 强 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 — S O 3H 胶 交 换 树 弱 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 — COOH 或 — OH
型脂
树 阴 离 子 强 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂 季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 脂 交 换 树 弱碱性阴离子交换树脂 伯胺、仲胺或叔胺
解：干树脂（强酸型）与Na+交换，剩余NaOH用HCl滴定
(cV）NaOH 交换容量＝
(cV)HCl12050
m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.lg1)
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阳离子交换树脂： 交换容c量 NaOV ＝ HNaOHcHCVlHCl
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 0.100 mol/L HCl 100 mL浸泡一昼夜。用移液管吸取25.00 mL 上层 清液,以甲基红为指示剂,用 离0子.1交0换0分0离m法 ol/L NaOH溶液滴定,耗9 用 12.5.00 mL,计算树脂的交换容量。
1— 14 6— 14
0— 12 0— 9
弱酸—弱 碱
— 1— 14 6— 14 0— 12 0— 9
弱酸—弱 碱
交换容量
（干） m m ol/g
4— 5 9
2.5— 4 5— 9
4— 5 —9 3— 4 —5
4
（1）阳离子交换树脂（活性基团为酸性，用于交换溶液中的阳离子）
强酸型： n R一SO3H
)
+ 3
NO3
+
OH
-
R—NH2 + H2O＝ R—NH3+OH- + H +
R—NH3+OH- + SO42- ＝ (R—NH3+ ) 2SO4 + OH –
（3）螯合树脂
树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物，适用 于分离富集金属离子或某些有机化合物
树脂的特点：①是选择性高②交换容量低③制备难度大，成本高
脂 螯合（离子交换）树脂
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
纤维交换剂 萃淋树脂
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
— C O O H 或 — S O 3H 季 铵 碱 — N (C H 3)+O H -或 伯胺、仲胺或叔胺
有 机 高 分 子 大 孔 结 构 与 离子磷交酸换三分离丁法酯 与 苯 乙 烯 — 萃取剂的共聚物型树脂 —二乙烯苯聚合物
这类树脂含可逆的氧化还原基团，可与溶液中离子发生电子转 移反应，实现分离富集的作用 在树脂上进行氧化还原反应,而不引入杂质，提高产品纯度 （6）其它树脂（萃淋树脂、纤维交换剂等）
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2、离子交换树脂的特性
（1）交联度
二乙烯苯（交联剂）
苯乙烯长链 树脂中所含交联剂(如二乙烯苯)的质量百分率，就是树脂的交 联度。
•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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P284下划下
例、称取1g干树脂，置于250mL锥形瓶中，准确加入0.1 mol.L-1 NaOH标准溶液100 mL，塞紧后振荡，放置过夜，移取上层清液 25 mL，以酚酞为指示剂，用0.1mol.L-1HCl标液12.5 mL滴定至 红色消失，计算树脂交换容量。