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1、关于离子交换分离技术(2)第1页，讲稿共75张，创作于星期二内内 容容（一）离子交换分离法概述（一）离子交换分离法概述（二）离子交换剂（二）离子交换剂（三）离子交换树脂的物理性能（三）离子交换树脂的物理性能（四）离子交换树脂的化学特性（四）离子交换树脂的化学特性（五）（五）离子交换实验技术离子交换实验技术（六）（六）应用应用第2页，讲稿共75张，创作于星期二（一）离子交换分离法概述（一）离子交换分离法概述第3页，讲稿共75张，创作于星期二1定义及原理定义及原理 定义定义离子交换分离法是利用离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应中的离子之间所发生的交换反
2、应进行分离进行分离的方法。的方法。原理原理离子交换分离法是离子交换分离法是基于物质在固相与液相基于物质在固相与液相之间的分配之间的分配。第4页，讲稿共75张，创作于星期二2分离形式及特点分离形式及特点分离形式分离形式：柱分离，电渗析隔膜，离子交换纸上色：柱分离，电渗析隔膜，离子交换纸上色层，离子交换纤维薄层。层，离子交换纤维薄层。特点特点：吸附的选择性高，适应性强，处理对象广，：吸附的选择性高，适应性强，处理对象广，分离容易，使用设备简单。分离容易，使用设备简单。应用：应用：离子交换法离子交换法分离对象广分离对象广，几乎所有无机离子，几乎所有无机离子以及许多结构复杂性质相似的有机化合物都适用。
3、适以及许多结构复杂性质相似的有机化合物都适用。适应工业生产大规模分离要求，也适合实验室超微量物应工业生产大规模分离要求，也适合实验室超微量物质的分离。质的分离。第5页，讲稿共75张，创作于星期二（二）离子交换剂（二）离子交换剂离子交换剂可分为离子交换剂可分为无机无机和和有机有机两大类，两大类，目前用的最多的是人工合成的有机高分目前用的最多的是人工合成的有机高分子聚合物的离子交换剂子聚合物的离子交换剂离子交换树离子交换树脂。脂。第6页，讲稿共75张，创作于星期二1离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构（1）离子交换树脂的结构可分为离子交换树脂的结构可分为骨架（骨架（基体）基体）以及以及离子交换功能
4、团离子交换功能团，其中骨架是，其中骨架是立体网状结立体网状结构的高分子聚合物构的高分子聚合物。目前最常用的离子交换树。目前最常用的离子交换树脂是脂是苯乙烯苯乙烯二乙烯苯的聚合物二乙烯苯的聚合物，示意图为：，示意图为：第7页，讲稿共75张，创作于星期二1离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构（2）交联剂：交联剂：由于二乙烯苯的加入，致使长链的聚苯乙烯由于二乙烯苯的加入，致使长链的聚苯乙烯构成了构成了立体网状结构立体网状结构。因此，把二乙烯苯称为。因此，把二乙烯苯称为交联剂交联剂。交联度：交联度：交联剂在树脂单体总量中所占质量分数称为交联剂在树脂单体总量中所占质量分数称为交联度交联度。一般。一般交联
5、度为交联度为414，常见为，常见为8。其中交联。其中交联度的影响有：度的影响有：（1）网状结构的紧密度）网状结构的紧密度 （2）孔径大小）孔径大小（3）交换速度）交换速度 （4）选择性）选择性第8页，讲稿共75张，创作于星期二2离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类（1）按物理结构分类：按物理结构分类：凝胶型（凝胶型（孔径为孔径为5nm);大孔型大孔型（孔径为（孔径为20100nm);按合成的树脂所用原料单体分类：按合成的树脂所用原料单体分类：苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、乙烯吡啶系。乙烯吡啶系。第9页，讲稿共75张，创作于星期二2离子交换树脂的分类离子
6、交换树脂的分类（2）最常用的分类是最常用的分类是依据树脂离子交换功依据树脂离子交换功能团分能团分。主要可分为：。主要可分为：（1）强酸性强酸性阳阳离子交换树脂离子交换树脂 （2）弱酸性弱酸性阳阳离子交换树脂离子交换树脂 （3）强碱性强碱性阴阴离子交换树脂离子交换树脂 （4）弱碱性弱碱性阴阴离子交换树脂离子交换树脂 第10页，讲稿共75张，创作于星期二类型类型结构结构活性机团活性机团使用使用pH值值商品号商品号强酸型强酸型交联的聚交联的聚苯乙烯苯乙烯SO3H（磺酸基）（磺酸基）014国国产产#732Amberlite1R-120(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶
7、1号（日）号（日）弱酸型弱酸型聚丙烯酸聚丙烯酸COOH（羧基）（羧基）OH（酚羟基）（酚羟基）不能小不能小4不能小于不能小于9.5国国产产#724几种离子交换树脂几种离子交换树脂（1）第11页，讲稿共75张，创作于星期二几种离子交换树脂几种离子交换树脂（2）类型类型 结构结构 活性基团活性基团 使用使用 pH值值 商品号商品号强碱型强碱型交联的交联的聚苯乙烯聚苯乙烯N（CH3）3Cl（磺酸基）（磺酸基）014国国产产#717国国产产#201Amberlite1RA-400（410）(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶801（日）（日）弱碱型弱碱型交联的交联的聚苯
8、乙烯聚苯乙烯NH（CH3）2OHNH2（CH3）OH07国国产产#704和和#330Amberlite1R-45（410）(美美)Dowex 3(美美)Zerolit H第12页，讲稿共75张，创作于星期二特殊作用的离子交特殊作用的离子交 换剂换剂 螯合树脂螯合树脂：含有：含有特殊的活性基团特殊的活性基团，可以，可以有选择性地与某些金属离子进行交换。如：有选择性地与某些金属离子进行交换。如：国产国产#401型是属于氨型是属于氨羧羧基基N（CH2COOH）2 大孔大孔树树脂脂：比一般的：比一般的树树脂有更多、更脂有更多、更大大的孔道的孔道,比表面比表面积积大大，离子容易迁移，离子容易迁移扩扩散散
9、,富集速度快富集速度快,耐氧化、耐磨、耐冷耐氧化、耐磨、耐冷热变热变化等化等,具有具有较较高的高的稳稳定性。定性。第13页，讲稿共75张，创作于星期二特殊作用的离子交特殊作用的离子交 换剂换剂 萃淋萃淋树树脂脂一种含有液一种含有液态态萃取萃取剂剂的的树树脂脂,如如TBP（磷酸三丁（磷酸三丁酯酯）萃淋）萃淋树树脂，脂，可用于可用于处处理工理工业废业废水中的六价水中的六价铬铬离子离子等。等。氧化还原树脂，纤维交换剂等。氧化还原树脂，纤维交换剂等。第14页，讲稿共75张，创作于星期二（三）（三）离子交换树脂的物理性能离子交换树脂的物理性能第15页，讲稿共75张，创作于星期二1粒度粒度 有效粒径有效粒
10、径是指筛分树脂时，是指筛分树脂时，10%体体积的树脂颗粒通过，而积的树脂颗粒通过，而90%体积的树脂体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。颗粒保留的筛孔直径。均一系数均一系数是指能通过是指能通过60%体积树体积树脂的筛孔直径与能通过脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂体积的树脂的的筛孔直径之比筛孔直径之比。均一系数越。均一系数越接近接近1，表，表明树脂明树脂颗粒越均匀颗粒越均匀。在文献上常常见到。在文献上常常见到用筛目数表示树脂粒度。用筛目数表示树脂粒度。第16页，讲稿共75张，创作于星期二2含水量含水量 定义定义：树脂颗粒在水中吸收水分达到：树脂颗粒在水中吸收水分达到平衡后用离心法在规定转速和时间内
11、除去平衡后用离心法在规定转速和时间内除去外部水分，得到含平衡水的湿树脂，然后外部水分，得到含平衡水的湿树脂，然后105oC烘干，比较烘干前后的重量，即得烘干，比较烘干前后的重量，即得到平衡含量占湿树脂的重量百分数，这就到平衡含量占湿树脂的重量百分数，这就是是含水量含水量。含水量的大小取决于亲水基团的多少含水量的大小取决于亲水基团的多少及树脂孔隙的大小及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂，交联。对凝胶型树脂，交联度对含水量的影响比较大。度对含水量的影响比较大。第17页，讲稿共75张，创作于星期二3密度密度真体积真体积V真真 质量为质量为w1的含有平衡水的湿树脂的含有平衡水的湿树脂加到水中，观察排加到水
12、中，观察排开水的量，即得到树脂的开水的量，即得到树脂的真体积真体积V真真。视体积视体积V视视 将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积达极小，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，即为得树脂空间体积，即为视体积视体积V视视。湿视密度湿视密度d视视：树脂的湿视密度树脂的湿视密度d视视=w1/V视视 湿真密度：湿真密度：d视视=w1/V真真第18页，讲稿共75张，创作于星期二4膨胀度及机械性能膨胀度及机械性能 干燥的树脂接触溶剂后的体积变化称为干燥的树脂接触溶剂后的体积变化称为绝对膨绝对膨胀度胀度；湿树脂从一种离子型态转变为另一种离子形；湿树脂从一种离子型态转变为另一种离
13、子形态时的体积变化称为态时的体积变化称为相对膨胀度相对膨胀度。树脂膨胀与下列因素有关：树脂膨胀与下列因素有关：（1）可交换基因性质，易电离，水合程度高则膨胀可交换基因性质，易电离，水合程度高则膨胀程度高。程度高。（2）骨架，尤其与交联度，孔径有关骨架，尤其与交联度，孔径有关。（3）外部溶液性质。外部溶液性质。机械性能机械性能：即保持树脂颗粒完整的能力。：即保持树脂颗粒完整的能力。第19页，讲稿共75张，创作于星期二（四）离子交换树脂的化学特性（四）离子交换树脂的化学特性第20页，讲稿共75张，创作于星期二1酸碱性酸碱性 离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出H
14、+或或OH能力的不同表示它们的酸碱性。图中表能力的不同表示它们的酸碱性。图中表示各种类型树脂的滴定曲线。不同类型离子交换示各种类型树脂的滴定曲线。不同类型离子交换树脂的树脂的有效有效PH范围范围。第21页，讲稿共75张，创作于星期二2交换容量及化学稳定性交换容量及化学稳定性定义：定义：每克干树脂能交换离子的物质的量，以每克干树脂能交换离子的物质的量，以mmol（毫（毫摩尔）为单位。摩尔）为单位。总交换容量总交换容量或称全交换容量、极限交换容量、或称全交换容量、极限交换容量、最大交换容量。它是由树脂中最大交换容量。它是由树脂中功能基含量功能基含量所决定所决定的。交换容量应注明树脂的离子形态。如的
15、。交换容量应注明树脂的离子形态。如RSO3H，交换容量为，交换容量为5.2mmol/g（干树脂），转化成（干树脂），转化成Na型即型即RSO3Na，交换容量为，交换容量为4.67mmol/g（干树（干树脂）脂）第22页，讲稿共75张，创作于星期二2交换容量及化学稳定性交换容量及化学稳定性工作交换容量工作交换容量：指在一定工作条件下：指在一定工作条件下 树脂所能发挥的交换容量。树脂所能发挥的交换容量。化学稳定性：化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐主要指耐化学试剂、耐 氧化、耐辐射的性能。氧化、耐辐射的性能。第23页，讲稿共75张，创作于星期二3交换容量的测定交换容量的测定 阳离子交换树脂交换容量的
16、测定步骤：称取干阳离子交换树脂交换容量的测定步骤：称取干燥的氢型阳离子交摸树脂燥的氢型阳离子交摸树脂1g（准确至（准确至0.001g），），置入置入250ml干燥的锥形瓶中，加入干燥的锥形瓶中，加入100.00ml.1 mol/LNaOH标准溶液，密闭，静置标准溶液，密闭，静置12h后后,移取上移取上清液清液25.00ml于锥形瓶中于锥形瓶中,加加2-3滴酚酞指示剂，用滴酚酞指示剂，用0.1mol/L的的HCl标准溶液滴定至酚酞变色为终点：标准溶液滴定至酚酞变色为终点：第24页，讲稿共75张，创作于星期二4例例 题题称取称取1.000g干燥干燥OH型阴离子交换树脂，置入干型阴离子交换树脂，置入
17、干燥的锥形瓶中，加入燥的锥形瓶中，加入0.1242 mol/L HCl标准溶液标准溶液200.0ml，密闭，放置过夜。取上层清液，密闭，放置过夜。取上层清液50.00ml，加入甲基橙指示剂数滴，用加入甲基橙指示剂数滴，用0.1010mol/LNaOH标标准溶液滴定至呈橙红色，用去准溶液滴定至呈橙红色，用去NaOH溶液溶液48.00ml，该树脂交换容量是多少，该树脂交换容量是多少?解：根据交换容量的概念及测定数据可得：解：根据交换容量的概念及测定数据可得：一般离子交换树脂的交换容量约为一般离子交换树脂的交换容量约为3 36mmol/g6mmol/g第25页，讲稿共75张，创作于星期二5离子交换剂
18、的交换反应离子交换剂的交换反应阳离子交换反应：阳离子交换反应：Resin-SO3H +Na+=Resin-SO3 Na+H+Resin-SO3Na +H+=Resin-SO3 H+Na+阴离子交换反应：阴离子交换反应：Resin-N(CH3)+3OH+Cl =N(CH3)+3 Cl +OHResin-N(CH3)+3 Cl+OH =N(CH3)+3 OH+Cl 阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴离子阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴离子交换。交换。第26页，讲稿共75张，创作于星期二（一）萃取方式（一）萃取方式 在实验室中进行萃取分离主要有以下三种方式。在实验室中进行萃
19、取分离主要有以下三种方式。a a单级萃取单级萃取 又称间歇萃取法。又称间歇萃取法。通通常常用用6060一一125mL125mL的的梨梨形形分分液液漏漏斗斗进进行行萃萃取取，萃萃取取一一般般在在几几分分种种内可达到平衡，分析多采用这种方式。内可达到平衡，分析多采用这种方式。b b多级萃取多级萃取 又称错流萃取。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。将水相固定，多次用新鲜的有机相进行萃取，提高分离效果。c c连续萃取连续萃取 使使溶溶剂剂得得到到循循环环使使用用，用用于于待待分分离离组组分分的的分分配配比比不不高高的的情情况况。这这种种萃萃取取方方式式常常用用于于植植
20、物物中中有有效效成成分分的的提提取取及及中中药药成成分分的的提提取取研究。研究。*萃取时间，一般从萃取时间，一般从30s到数分钟不等。到数分钟不等。第27页，讲稿共75张，创作于星期二（二）分层（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。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 消消除除方方法法：增增大大萃萃取取剂剂用用量量、加加入入电电解解质质、改改变变溶溶液液酸酸度、振荡不过
21、于激烈度、振荡不过于激烈第28页，讲稿共75张，创作于星期二（三）洗涤（三）洗涤所所谓谓洗洗涤涤：就就是是将将分分配配比比较较小小的的其其它它干干扰扰组组分分从从有机相中除去。有机相中除去。洗洗涤涤方方法法：洗洗涤涤液液的的基基本本组组成成与与试试液液相相同同，但但不不含试样。将分出的有机相与洗涤液一起振荡。含试样。将分出的有机相与洗涤液一起振荡。注注意意：此此法法使使待待测测组组分分有有一一些些损损失失，故故适适用用于于待待测测组组分分的的分分配配比比较较大大的的条条件件下下，且且一一般般洗洗涤涤1212次。次。第29页，讲稿共75张，创作于星期二（四）反萃取（四）反萃取反反萃萃取取：破破坏
22、坏被被萃萃物物的的疏疏水水性性后后，将将被被萃萃物物从从有有机机相相再转入水相，然后再进行测定。再转入水相，然后再进行测定。反反萃萃取取液液：酸酸度度一一定定（与与原原试试液液不不同同），或或加加入入一些其它试剂的水溶液。一些其它试剂的水溶液。选选择择性性反反萃萃取取：采采用用不不同同的的反反萃萃液液，可可以以分分别别反反萃萃有有机机相相中中不不同同待待测测组组分分提提高高了了萃萃取取分分离离的的选选择性。择性。第30页，讲稿共75张，创作于星期二第四章第四章 离子交换分离法离子交换分离法一一.概述概述二二.离子交换剂的种类和性质离子交换剂的种类和性质三三.离子交换树脂的亲和能力离子交换树脂的
23、亲和能力四四.离子交换分离操作离子交换分离操作五五.离子交换分离法的应用离子交换分离法的应用第31页，讲稿共75张，创作于星期二一一.概述概述何谓离子交换分离法：何谓离子交换分离法：利利用用离离子子交交换换剂剂与与溶溶液液中中的的离离子子之之间间所所发发生生的的交交换换反反应应进进行分离的方法。是一种固行分离的方法。是一种固液分离法。液分离法。离子交换分离法特点：离子交换分离法特点：（1 1）分离效率高）分离效率高（2 2）适适用用于于带带电电荷荷的的离离子子之之间间的的分分离离*，还还可可用用于于带带电电荷与中性物质的分离荷与中性物质的分离制备等。制备等。（3 3）适）适用于微量组分的富集和
24、高纯物质的制备用于微量组分的富集和高纯物质的制备（4 4）方方法法的的缺缺点点是是操操作作较较麻麻烦烦，周周期期长长。一一般般只只用用它它解解决决某某些比较复杂的分离问题些比较复杂的分离问题。第32页，讲稿共75张，创作于星期二二二.离子交换剂的种类和性质离子交换剂的种类和性质（一）离子交换剂的种类（一）离子交换剂的种类（二）离子交换树脂的结构（二）离子交换树脂的结构具有网状结构且在网状结构的骨架上有可以与被交具有网状结构且在网状结构的骨架上有可以与被交换离子起交换作用的活性基团换离子起交换作用的活性基团（三）交联度和交换容量（三）交联度和交换容量第33页，讲稿共75张，创作于星期二（一）离子
25、交换剂的种类（一）离子交换剂的种类无机离子交换剂无机离子交换剂：（1）天然沸石：交换容量小，使用）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄值范围窄（2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物有机离子交换剂：有机离子交换剂：（1）有网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交换作有网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交换作用的活性基团用的活性基团（2）难溶于水、酸和碱，对有机溶剂、氧化剂、还原剂和其）难溶于水、酸和碱，对有机溶剂、氧化剂、还原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性。对热也较稳定。它化学试剂具有一定的稳定性。对热也较稳定。第34页，讲稿共75张，创作于星期二第35
26、页，讲稿共75张，创作于星期二有机离子交换剂有机离子交换剂第36页，讲稿共75张，创作于星期二凝胶树脂凝胶树脂遇水溶胀，水分子进入树脂的内部，产遇水溶胀，水分子进入树脂的内部，产生孔隙。生孔隙。内部孔径平均为内部孔径平均为2040，适用于离子，适用于离子半径半径10的无机离子化合物。的无机离子化合物。树脂干燥后失去交换能力（无孔状态），树脂干燥后失去交换能力（无孔状态），必须在水中溶胀后使用。必须在水中溶胀后使用。不适用于油类物质。不适用于油类物质。第37页，讲稿共75张，创作于星期二大孔树脂大孔树脂树树脂脂内内部部有有永永久久微微孔孔，无无论论是是湿湿态态或或干干态态比比凝凝胶胶树树脂脂有有
27、更更多多、更更大大的的孔孔道道，表表面面积积大大，离离子子容容易易迁迁移移扩扩散散，富富集速度快。集速度快。孔孔径径平平均均为为20020010001000，适适用用于于无无机机、有有机机离离子子，特特别适用于大分子物质的分离。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。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。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。耐氧化、耐磨、耐冷热变化具有较高的稳定性。第38页，讲稿共75张，创作于星期二阳离子交换树脂阳离子交换树脂n R一一SO3H+Mn+(R一一SO3)nM+n H+适用于酸性、中性和碱性溶液适用于酸
28、性、中性和碱性溶液n R一一COOH+Mn+(R一一COO)nM+nH+弱酸性阳离子交换树脂对弱酸性阳离子交换树脂对H+离子的亲合能力离子的亲合能力强强,不适用于强酸溶液，但同时易用酸洗脱不适用于强酸溶液，但同时易用酸洗脱,选择性高选择性高,适用于强度不同的有机碱适用于强度不同的有机碱第39页，讲稿共75张，创作于星期二阴离子交换树脂阴离子交换树脂R-N(CH3)3+OH+NO3-=R-N(CH3)3+NO3+OH-RNH2+H2O=RNH3+OH-+H+RNH3+OH-+SO42-=(RNH3+)2SO4+OH-第40页，讲稿共75张，创作于星期二螯合离子交换树脂螯合离子交换树脂树脂含有特殊
29、的活性基团，可与某些金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形成螯合物，适用于分离富集金属离子或某些有机化合物属离子或某些有机化合物树脂的特点是选择性高树脂的特点是选择性高交换容量低交换容量低制备难度大，成本高制备难度大，成本高第41页，讲稿共75张，创作于星期二氧化还原离子交换树脂氧化还原离子交换树脂这类树脂含可逆的氧化还原基团，可与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，实现分溶液中离子发生电子转移反应，实现分离富集的作用离富集的作用在树脂上进行氧化还原反应在树脂上进行氧化还原反应,而不引入杂而不引入杂质，提高产品纯度质，提高产品纯
30、度第42页，讲稿共75张，创作于星期二（三）交联度和交换容量（三）交联度和交换容量 a a交联度：交联度：树树脂脂中中所所含含交交联联剂剂(如如二二乙乙烯烯苯苯)的的质质量量百百分分率率，就就是是树树脂脂的交联度。的交联度。树树脂脂的的交交联联度度小小，则则对对水水的的溶溶胀胀性性能能好好，网网眼眼大大，交交换换反反应速度快；交换的选择性差；机械强度也差。应速度快；交换的选择性差；机械强度也差。树脂的交联度一般树脂的交联度一般4一一14为宜。为宜。b.交换容量交换容量：交交换换容容量量是是指指每每克克干干树树脂脂所所能能交交换换的的物物质质的的量量(mmol/g)，一般树脂的交换容量位一般树脂
31、的交换容量位36mmol/g。它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。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。交换容量可以用实验的方法测得。弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关值有关第43页，讲稿共75张，创作于星期二三三.离子交换树脂的亲合能力离子交换树脂的亲合能力总原则总原则1强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力2 2强、弱碱型阴离子交换树脂强、弱碱型阴离子交换树脂的亲和力的亲和力第44页，讲稿共75张，创作于星期二总原则：总原则：总原则：亲和力与水合离子的半径、电总原则：亲和力与水合离
32、子的半径、电荷及离子的极化程度有关。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。的极化程度越大，其亲和力也越大。示例：示例：Li+，Na+，K+的水合离子的电荷的水合离子的电荷数目相同，但它们水合离子半径依次减数目相同，但它们水合离子半径依次减小，树脂对它们亲和力依次增强。小，树脂对它们亲和力依次增强。第45页，讲稿共75张，创作于星期二1强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力强、弱酸型阳离子交换树脂的亲和力强酸型强酸型a.不同价态离子，电荷越高，亲和力越大不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。例如：例如：Na+Ca2+A
33、l3+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当离子价态相同时亲和力随着水合离子半径减小而增大。增大。例如；例如；Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+c.二价离子的亲和力顺序：二价离子的亲和力顺序：UO22+Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+d稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小。稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小。La3+Ce3+Pr3+Nd3+Sm3+Eu3+Gd3+Tb3+Dy3+Y3+Ho3+Er3+Tm3+Yb3+Lu3+Sc3+弱酸型：弱酸型：H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型。的亲和力比其它
34、阳离子大，其它同强酸型。第46页，讲稿共75张，创作于星期二2 2强、弱碱型阴离子交换树脂强、弱碱型阴离子交换树脂强碱型常见阴离子的亲和力顺序为：强碱型常见阴离子的亲和力顺序为：F F-OHOH-CHCH3 3COOCOO-HCOOHCOO-C1C1-NONO2 2-CNCN-BrBr-C C2 2O O4 42-2-NONO3 3-HSOHSO4 42-2-I I-CrOCrO4 42-2-SOSO4 42-2-柠檬酸根离子柠檬酸根离子弱碱型常见阴离子的亲和力顺序为：弱碱型常见阴离子的亲和力顺序为：F F-C1C1-BrBr-I I-CHCH3 3COOCOO-Mo0Mo05 52-2-P0
35、P04 43-3-AsOAsO4 43-3-NONO3 3-酒石酸根离子酒石酸根离子CrOCrO4 42-2-SOSO4 42-2-OHOH-第47页，讲稿共75张，创作于星期二四四.离子交换分离操作离子交换分离操作静态法静态法柱上操作法柱上操作法（一）树脂的选择、预处理和装柱（一）树脂的选择、预处理和装柱（二）交换过程（二）交换过程（三）洗涤过程（三）洗涤过程（四）洗脱过程（四）洗脱过程（五）树脂再生（五）树脂再生第48页，讲稿共75张，创作于星期二（一）树脂的选择、预处理和装柱（一）树脂的选择、预处理和装柱1.树脂的选择：树脂的选择：树脂的种类、粒度（树脂的种类、粒度（80100目）目）2
36、.树脂的预处理树脂的预处理 凝胶树脂凝胶树脂水浸泡（水浸泡（12d）23倍倍2mol/L HCl浸浸泡（泡（12d）水洗至中性水洗至中性得得H+阳离子交换树脂阳离子交换树脂或或Cl-阴离子交换树脂（可以继续使用阴离子交换树脂（可以继续使用NaCl或或NH4Cl溶液溶液处理）处理）3.装柱装柱L：1030cm。i.d：1cm 细长的柱子比粗短的柱子分离效细长的柱子比粗短的柱子分离效果好果好第49页，讲稿共75张，创作于星期二离子交换树脂柱离子交换树脂柱1.离子交换树脂离子交换树脂2.玻璃纤维玻璃纤维3.烧结玻璃板烧结玻璃板第50页，讲稿共75张，创作于星期二（二）交换过程（二）交换过程交换过程：
37、将欲分离的试液缓慢注入交换柱内，并以交换过程：将欲分离的试液缓慢注入交换柱内，并以一定的流速由上向下流经柱子进行交换。一定的流速由上向下流经柱子进行交换。始漏量：随着试液不断地流经柱子，交换了的树脂层始漏量：随着试液不断地流经柱子，交换了的树脂层越来越厚，继续加试液于交换柱中，则流出液中开始越来越厚，继续加试液于交换柱中，则流出液中开始出现末被交换的离子此时交换过程达到了出现末被交换的离子此时交换过程达到了“始漏点始漏点”，被交换到柱上的离子的量，被交换到柱上的离子的量(mmol)称为该交换柱在称为该交换柱在此条件下的此条件下的“始漏量始漏量”。交换容量与始漏量：交换柱的总交换容量大于始漏量。
38、交换容量与始漏量：交换柱的总交换容量大于始漏量。（由于达到始漏点时，柱上还有未交换的树脂）。（由于达到始漏点时，柱上还有未交换的树脂）。第51页，讲稿共75张，创作于星期二交换过程示意图交换过程示意图交界层：部分被交换交界层：部分被交换的树脂层称为交界层的树脂层称为交界层第52页，讲稿共75张，创作于星期二在柱上加压或减压的装置在柱上加压或减压的装置第53页，讲稿共75张，创作于星期二（三）洗涤过程（三）洗涤过程洗涤过程：洗涤过程：将离子交换树脂柱上的残留试液（包括将离子交换树脂柱上的残留试液（包括未与树脂发生交换作用的物质）及被树未与树脂发生交换作用的物质）及被树脂交换出的离子洗去的过程。脂
39、交换出的离子洗去的过程。洗涤剂：不含试样的、其它成分及酸度洗涤剂：不含试样的、其它成分及酸度与试样溶液相同的与试样溶液相同的“空白空白”试液或水。试液或水。第54页，讲稿共75张，创作于星期二（四）洗脱过程（四）洗脱过程洗脱洗脱(淋洗淋洗)过程：过程：将交换到树脂上的离子，用洗脱剂将交换到树脂上的离子，用洗脱剂(或淋洗剂或淋洗剂)置换下来置换下来的过程，是交换过程的逆过程。的过程，是交换过程的逆过程。洗脱曲线洗脱曲线(淋洗曲线淋洗曲线)：以流出液中该离子浓度为纵坐标，洗脱液体积为横坐标作图，以流出液中该离子浓度为纵坐标，洗脱液体积为横坐标作图，可得到如图可得到如图83根据洗脱曲线。根据洗脱曲线
40、。几种离子同时被交换在柱上，洗脱过程也就是分离过几种离子同时被交换在柱上，洗脱过程也就是分离过程：程：亲和力小的离子先被洗脱而亲和力最大的离子后被洗脱亲和力小的离子先被洗脱而亲和力最大的离子后被洗脱。第55页，讲稿共75张，创作于星期二洗脱过程和洗脱曲线洗脱过程和洗脱曲线V1：开始流出：开始流出被交换上离子被交换上离子的洗脱液体积。的洗脱液体积。V2：流出的洗：流出的洗脱液中检测不脱液中检测不到被交换离子到被交换离子的洗脱液体积的洗脱液体积第56页，讲稿共75张，创作于星期二（五）树脂再生（五）树脂再生树脂再生树脂再生：将树脂恢复到交换前的形式这将树脂恢复到交换前的形式这个过程称为树脂再生。有
41、时洗脱过程就是再个过程称为树脂再生。有时洗脱过程就是再生过程。生过程。阳离子交换树脂可用阳离子交换树脂可用3mol/L盐酸处理，将其盐酸处理，将其转化为转化为H+型；型；阴离于交换树脂可用阴离于交换树脂可用l mol/L氢氧化钠处理，氢氧化钠处理，将其转化成将其转化成OH-型备用。型备用。第57页，讲稿共75张，创作于星期二五五.离子交换分离法的应用离子交换分离法的应用1.电解质与非电解质的分离：电解质与非电解质的分离：牛奶中重金属离子的牛奶中重金属离子的分离富集。分离富集。2.水的净化水的净化去离子水的制备去离子水的制备 复柱法：阳离子交换柱复柱法：阳离子交换柱阴离子交换柱阴离子交换柱混合柱
42、（阴混合柱（阴阳离子交换容量阳离子交换容量1：2装柱，分别再生）装柱，分别再生）3.微量组分的分离富集微量组分的分离富集4.干扰组分的分离干扰组分的分离5.相同电荷离子的分离相同电荷离子的分离第58页，讲稿共75张，创作于星期二3.微量组分的分离富集微量组分的分离富集矿石中痕量铂、钯的测定：矿石中痕量铂、钯的测定：（1）矿石溶解矿石溶解（2）加入较浓的）加入较浓的HCl，Pt(IV)，Pd(II)转化为转化为PtCl62-或或Pd Cl42-阴离子阴离子（3）试液通过装有）试液通过装有Cl-强碱性阴离子交换树脂微型交强碱性阴离子交换树脂微型交换柱换柱（4）PtCl62-或或Pd Cl42-被交
43、换于树脂上被交换于树脂上（5）取出树脂）取出树脂高温灰化高温灰化王水浸取残渣王水浸取残渣定容定容（6）分光光度法测定）分光光度法测定Pt(IV)，Pd(II)。第59页，讲稿共75张，创作于星期二4.干扰组分的分离干扰组分的分离（1）重量法测定硫酸根：）重量法测定硫酸根：当有大量当有大量Fe3+存在时，产生严重的共沉淀现象，而影响测存在时，产生严重的共沉淀现象，而影响测定。用阳离子交换树脂消除定。用阳离子交换树脂消除Fe3+的干扰，的干扰，测定流出液中测定流出液中HSO4-。（2）比色法测定钢铁中的）比色法测定钢铁中的Al3+或铸铁中或铸铁中Mg2+：大量大量Fe3+干扰测定。可将试样溶解于干
44、扰测定。可将试样溶解于9N的的HCl溶液中，溶液中，使使Fe3+以以Fe Cl42-形式存在，然后以阴离子交换树脂消除形式存在，然后以阴离子交换树脂消除Fe3+的干扰，测定流出液中的干扰，测定流出液中Al3+和和Mg2+。（3）酸碱滴定法测定硼镁矿中的硼酸碱滴定法测定硼镁矿中的硼 使用阳离子交换树脂消除矿石中阳离子的干扰，测定使用阳离子交换树脂消除矿石中阳离子的干扰，测定流出液中流出液中H3BO3。第60页，讲稿共75张，创作于星期二5.相同电荷离子的分离相同电荷离子的分离Li+，Na+，K+的分离：的分离：（1）含有）含有Li+，Na+，K+的混合溶液通过强酸型阳离子交换树的混合溶液通过强酸
45、型阳离子交换树脂柱，三种离子都被树脂吸附。脂柱，三种离子都被树脂吸附。（2）用）用0.1mol/L的的HCl淋洗，三种离子都被洗脱。淋洗，三种离子都被洗脱。（3）根据树脂对这三种离子亲和力的不同，淋洗曲线见图）根据树脂对这三种离子亲和力的不同，淋洗曲线见图84。（4）将洗脱下来的）将洗脱下来的Li+，Na+，K+分别用容器收集后进行分别用容器收集后进行测定。测定。第61页，讲稿共75张，创作于星期二Li+，Na+，K+离子淋洗曲线离子淋洗曲线第62页，讲稿共75张，创作于星期二（五）离子交换实验技术（五）离子交换实验技术第63页，讲稿共75张，创作于星期二1树脂的选择及其处理树脂的选择及其处理
46、树脂的选择见上表。树脂的处理：一般经过阴干；研磨；洗涤；溶胀的步骤。第64页，讲稿共75张，创作于星期二2装柱与装样交换装柱与装样交换装柱装柱：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然沉：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然沉积，积，避免夹杂气泡现象避免夹杂气泡现象。装样交换装样交换：装样前，柱要预饱和。：装样前，柱要预饱和。第65页，讲稿共75张，创作于星期二3洗洗 脱脱 洗脱一般采取洗脱一般采取分步淋洗分步淋洗或或梯度淋洗梯度淋洗，其中，其中分步洗脱，是指先采用分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱洗脱能力较弱的溶液，的溶液，使使易易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更洗脱
47、能力更强强的溶液，洗脱较的溶液，洗脱较难难洗脱的组分。洗脱的组分。第66页，讲稿共75张，创作于星期二4树脂的再生树脂的再生第67页，讲稿共75张，创作于星期二树脂的再生树脂的再生（2）第68页，讲稿共75张，创作于星期二（六）应（六）应 用用第69页，讲稿共75张，创作于星期二有机玻璃离子交换装置有机玻璃离子交换装置FYFY组合型净水器，集诤化杀菌组合型净水器，集诤化杀菌为一体净水效果为一体净水效果 各种型号的净水装置第70页，讲稿共75张，创作于星期二1水的净化水的净化脱盐脱盐第71页，讲稿共75张，创作于星期二2含铬废水的处理含铬废水的处理第72页，讲稿共75张，创作于星期二3氨基酸的分
48、离氨基酸的分离 采用交换树脂为采用交换树脂为Dowo50,柱长柱长100cm，柱径，柱径0.9cm，Na+型树脂，淋洗剂采用型树脂，淋洗剂采用pH值逐步提高的柠檬酸钠缓冲值逐步提高的柠檬酸钠缓冲液。液。（其中（其中Asp天冬氨酸，天冬氨酸，Thr苏氨酸，苏氨酸，Ser丝氨酸，丝氨酸，Glu谷氨谷氨酸，酸，Pro脯氨酸，脯氨酸，Gly甘氨酸，甘氨酸，Ala丙氨酸，丙氨酸，Cys-Cys胱氨胱氨酸，酸，Val缬氨酸，缬氨酸，Met蛋氨酸，蛋氨酸，Ile异亮氨酸，异亮氨酸，Leu亮氨酸，亮氨酸，Tyr酪氨酸，酪氨酸，Phe苯丙氨酸，苯丙氨酸，His组氨酸，组氨酸，Lys赖氨酸，赖氨酸，Arg精氨酸。）精氨酸。）第73页，讲稿共75张，创作于星期二氨基酸分离的淋洗曲线氨基酸分离的淋洗曲线第74页，讲稿共75张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第75页，讲稿共75张，创作于星期二