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1、水处理离子交换分离现在学习的是第1页，共90页v离子交换分离离子交换分离是利用是利用离子交换剂离子交换剂与溶液中欲分离的与溶液中欲分离的离子离子之间发生之间发生交换反应交换反应而实现分离的方法，是在固液而实现分离的方法，是在固液两相中进行的单元操作。两相中进行的单元操作。v阳离子交换反应：阳离子交换反应：Resin-SO3H +Na+=Resin-SO3Na+H+Resin-SO3Na +H+=Resin-SO3H +Na+v阴离子交换反应：阴离子交换反应：Resin-N(CH3)3OH+Cl-=Resin-N(CH3)3Cl+OH-Resin-N(CH3)3Cl+OH-=Resin-N(CH
2、3)3OH+Cl 离子交换反应是一可逆反应。离子交换反应是一可逆反应。2022/10/152现在学习的是第2页，共90页离子交换过程的特点：离子交换过程的特点：选择性高：主要去除选择性高：主要去除离子化的物质离子化的物质，并进行等，并进行等物质的量交换；物质的量交换；去除效率高；去除效率高；适用性强，应用范围广适用性强，应用范围广(无机、有机及高纯物的无机、有机及高纯物的制备）；制备）；交换剂可反复使用；交换剂可反复使用；操作简便，分离容易操作简便，分离容易2022/10/153现在学习的是第3页，共90页3.1 3.1 离子交换的基本理论离子交换的基本理论现在学习的是第4页，共90页v离子交
3、换离子交换热力学热力学平衡问题，反应的平衡问题，反应的方向和限度方向和限度v离子交换离子交换动力学动力学速率问题，反应的速率问题，反应的历程和达到平衡的时间历程和达到平衡的时间3.1 3.1 离子交换机理离子交换机理2022/10/155现在学习的是第5页，共90页几点假设：几点假设：a.把树脂看作是凝胶吸水溶涨；c.树脂上的树脂上的可交换离子可交换离子和外部和外部溶液中的溶液中的离子离子，可通过半透，可通过半透膜相互扩散；树脂骨架上的膜相互扩散；树脂骨架上的固定离子固定离子不能扩散不能扩散b.树脂颗粒和外部溶液之间的界树脂颗粒和外部溶液之间的界面看作是一种半透膜，膜的面看作是一种半透膜，膜的
4、一边是树脂相，另一边是溶一边是树脂相，另一边是溶液相；液相；一、一、道南理论道南理论(Donnan Theory)膜平衡理论膜平衡理论 d.当膜内外同类型离子扩散透过半透膜的速率相等时，离子交换过程达到平衡。2022/10/156现在学习的是第6页，共90页以以H型阳离子交换树脂为例：型阳离子交换树脂为例：道南原则：道南原则：将将H型阳离子交换树脂浸入型阳离子交换树脂浸入盐酸（盐酸（HCl）溶溶液，则树脂上的液，则树脂上的H+可以进入外部溶液，而外部溶液中可以进入外部溶液，而外部溶液中的的H+和和 Cl-也可以进入内部溶液。当膜内外也可以进入内部溶液。当膜内外H+和和Cl-扩散扩散通过半透膜的
5、速度相等时，交换达到了平衡。通过半透膜的速度相等时，交换达到了平衡。根据唐南原则，阳离子只能交换阳离子根据唐南原则，阳离子只能交换阳离子,不能交换阴离子不能交换阴离子;阴离子也只能交换阴离子阴离子也只能交换阴离子,不能交换阳离子。不能交换阳离子。一、一、道南理论道南理论(Donnan Theory)2022/10/157现在学习的是第7页，共90页v离子交换过程也适用质量作用定律 H+内内Cl-内内=H+外外Cl-外外 由于膜两边电荷呈中性，即由于膜两边电荷呈中性，即 H+外外=Cl-外外，H+内内=Cl-内内+R-将将H+外外H+内内代入质量作用定律，得代入质量作用定律，得 Cl-外外2=C
6、l-内内*Cl-内内+R-v由于由于膜内有较多的固定离子存在膜内有较多的固定离子存在,因此因此R-很大，则很大，则 Cl-外外 Cl-内内,H+内内H+外外一、一、道南理论道南理论(Donnan Theory)2022/10/158现在学习的是第8页，共90页vv离子交换过程可看作是固相的交换树脂和液相中电解质之离子交换过程可看作是固相的交换树脂和液相中电解质之离子交换过程可看作是固相的交换树脂和液相中电解质之离子交换过程可看作是固相的交换树脂和液相中电解质之间的化学置换反应。其反应一般是可逆的。间的化学置换反应。其反应一般是可逆的。间的化学置换反应。其反应一般是可逆的。间的化学置换反应。其反
7、应一般是可逆的。阳阳离子交换：离子交换：R-A+B+=R-B+A+阴阴离子交换：离子交换：R+C-+D-=R+D-+C-v如：树脂上有可交换离子如：树脂上有可交换离子Na+，溶液中有溶液中有Ca2+Ca2+与与树脂上的树脂上的Na+交换交换 Na+进入进入溶液。溶液。当溶液当溶液Na+浓度很高时浓度很高时 Na+又置换树脂上的又置换树脂上的Ca2+二、二、二、二、离子交换离子交换离子交换离子交换平衡平衡平衡平衡2022/10/159现在学习的是第9页，共90页二二、离子交换离子交换平衡平衡 离子交换反应的界面过程离子交换反应的界面过程2022/10/1510现在学习的是第10页，共90页vv由
8、于离子交换反应是可逆的，进行的方向主要取决由于离子交换反应是可逆的，进行的方向主要取决于树脂相和溶液相中各种离子的于树脂相和溶液相中各种离子的相对浓度相对浓度。vv树脂相和溶液相中树脂相和溶液相中离子浓度差离子浓度差作为推动力，推动着作为推动力，推动着交换反应的进行。当反应进行到一定程度时，就达交换反应的进行。当反应进行到一定程度时，就达到了到了离子交换平衡状态离子交换平衡状态。此时，。此时，每一种物质在树脂每一种物质在树脂相中的化学势与在溶液相中的化学势相等，即：相中的化学势与在溶液相中的化学势相等，即：二二、离子交换离子交换平衡平衡2022/10/1511现在学习的是第11页，共90页 离
9、子交换平衡可用离子交换平衡可用平衡常数平衡常数来来表示。表示。例如：将树脂例如：将树脂R-A浸入含有浸入含有B的溶液中，的溶液中，B+与与A+能通过半透膜进行能通过半透膜进行交换：交换：RA+内内+B+外外=RB+内内+A+外外 达到平衡后，平衡常数达到平衡后，平衡常数 如果如果 KAB 1，表示，表示B+比较牢固地结合在树脂上；比较牢固地结合在树脂上；如果如果 KAB C2O42-I-NO3-CrO42-Br-SCN-Cl-Ac-F-(4)H+对对强强酸酸性性离离子子交交换换树树脂脂的的亲亲和和力力在在Na+与与Li+之之间间，离离子子交交换换树树脂脂的酸性越弱，的酸性越弱，H+与其亲和力越
10、大；与其亲和力越大；(5)OH-对对强强碱碱性性离离子子交交换换树树脂脂的的亲亲和和力力在在Ac-与与F-之之间间，离离子子交交换换树脂的碱性越弱，树脂的碱性越弱，OH-与其亲和力越大；与其亲和力越大；2022/10/1516现在学习的是第16页，共90页三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题 影响离子交换选择性的因素很多，目前最令人满意的是影响离子交换选择性的因素很多，目前最令人满意的是Eisenman理论。理论。现在从最简单的现在从最简单的碱金属碱金属的交换选择性入手来进行讨论。的交换选择性入手来进行讨论。由实验可知，对同一种由实验可知，对同一种Li+-型型强酸性强酸性阳离子交换树脂
11、，各种阳离子交换树脂，各种阳阳离子离子的平衡系数按下列顺序增加：的平衡系数按下列顺序增加：Li+Na+K+Rb+Cs+Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+但是，在含有但是，在含有-COOH的的弱酸性弱酸性阳离子交换树脂上，上述离子交换阳离子交换树脂上，上述离子交换的的平衡系数的大小刚好相反平衡系数的大小刚好相反。2022/10/1517现在学习的是第17页，共90页 一方面，由于离子半径最小的一方面，由于离子半径最小的Li+，静电引力静电引力最强。因此它最强。因此它吸引水分子形成水合离子的现象最显著，所形成的吸引水分子形成水合离子的现象最显著，所形成的水合离子水合离子的半径最大的半径最大，
12、于是水合了的，于是水合了的Li+静电场引力最弱。而静电场引力最弱。而Cs+离子裸半离子裸半径最大的，静电场引力最弱，于是水合的径最大的，静电场引力最弱，于是水合的Cs+半径就最小，水合了半径就最小，水合了的的Cs+静电引力就最强，与树脂的亲和力最强。静电引力就最强，与树脂的亲和力最强。另一方面，离子交换树脂上的活性基团，在电离以后也存在着静另一方面，离子交换树脂上的活性基团，在电离以后也存在着静电引力。但是不同的活性基团静电场的强弱不同，电引力。但是不同的活性基团静电场的强弱不同，-COO-与与 SO3-比较，前者强，后者弱。比较，前者强，后者弱。三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题2
13、022/10/1518现在学习的是第18页，共90页所以：所以：对于具有弱静电引力的对于具有弱静电引力的强酸性强酸性阳离子交换树脂，它和水合阳离子交换树脂，它和水合Cs+间的间的引力将最大，引力将最大，交换亲和力交换亲和力最大；和水合最大；和水合Li+间的引力将最小，间的引力将最小，交换交换亲和力亲和力最小。因而碱金属离子的交换亲和力顺序是：最小。因而碱金属离子的交换亲和力顺序是：Li+Na+K+Rb+Cs+但对于但对于弱酸性弱酸性阳离子交换树脂，例如含有阳离子交换树脂，例如含有-COO-的树脂，由于的树脂，由于它具有较强的静电引力场，它将和水分子竞争阳离子，结果它从水合它具有较强的静电引力场
14、，它将和水分子竞争阳离子，结果它从水合分子中夺取出阳离子来而与之结合。这时离子裸半径最小的结合能最分子中夺取出阳离子来而与之结合。这时离子裸半径最小的结合能最大，离子交换亲和力最大，离子裸半径最大的交换亲和力最小。此时大，离子交换亲和力最大，离子裸半径最大的交换亲和力最小。此时亲和力的顺序是：亲和力的顺序是：Cs+Rb+K+Na+Li+三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题2022/10/1519现在学习的是第19页，共90页v定义定义:离子与树脂上的活性基团的离子与树脂上的活性基团的交换能力交换能力称离子对称离子对树脂的树脂的亲和力亲和力。v总规律总规律：离子与树脂的亲和力大小与离子与
15、树脂的亲和力大小与水合离子的半径水合离子的半径、电荷电荷数数、离子的、离子的极化程度极化程度有关：有关：稀溶液中，离子电荷越大，亲和力越大稀溶液中，离子电荷越大，亲和力越大 例：例：Na+Ca2+Al3+Th()相同电荷时，水合半径越小，亲和力越大相同电荷时，水合半径越小，亲和力越大 例例：Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题2022/10/1520现在学习的是第20页，共90页1.强酸型强酸型阳离子交换树脂阳离子交换树脂(1)不同价态的离子，电荷越高，亲和力越大不同价态的离子，电荷越高，亲和力越大；例如：例如：Na+Ca2+Al3+
16、Th()(2)价态相同时，水合离子半径越小，亲和力越大价态相同时，水合离子半径越小，亲和力越大;例如：例如：Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+(3)二价离子二价离子的亲和力顺序：的亲和力顺序：UO2 2+Mg 2+Zn 2+Co 2+Cu 2+Cd 2+Ni 2+Ca 2+Sr 2+Pb 2+Ba 2+(4)稀土元素稀土元素的亲和力顺序：随原子系数增多而减少：的亲和力顺序：随原子系数增多而减少：La 3+Ce 3+Pr 3+Nd 3+Sm 3+Eu 3+Gd 3+Tb 3+Dy 3+Y 3+Ho 3+Er 3+Tm 3+Yb 3+Lu 3+Sc 3+三、离子交换选择性问题三、
17、离子交换选择性问题2022/10/1521现在学习的是第21页，共90页2、弱酸型弱酸型阳离子交换树脂阳离子交换树脂v H+的亲和力比其它阳离子大，其他同强酸型，即：的亲和力比其它阳离子大，其他同强酸型，即：H+Li+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题2022/10/1522现在学习的是第22页，共90页 3.强碱型强碱型阴离子交换树脂阴离子交换树脂 v常见的常见的强碱型强碱型阴离子树脂的亲和力顺序为：阴离子树脂的亲和力顺序为：FOHCH3COOHCOO Cl NO2 CNBrHSO4ICrO4SO4柠檬酸根离子柠檬酸根离子v OH-在在Ac
18、-与与F-之间，离子交换树脂的碱性越弱，之间，离子交换树脂的碱性越弱，OH-与其亲和力越大。与其亲和力越大。三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题2022/10/1523现在学习的是第23页，共90页 4.弱碱型弱碱型阴离子交换树脂阴离子交换树脂v常见的常见的弱碱型阴离子弱碱型阴离子的亲和力顺序为：的亲和力顺序为：vFClBrICH3COOMoO42PO43 AsO43 NO3酒石酸根离子酒石酸根离子CrO42SO42C2O42-I-NO3-CrO42-Br-SCN-Cl-Ac-F-三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题2022/10/1524现在学习的是第24页，共90页2.影响
19、亲和力的因素影响亲和力的因素v离子价数离子价数：树脂优先选择：树脂优先选择高价高价的反离子，价的反离子，价数越高，与树脂的静电吸引力越大，亲和力数越高，与树脂的静电吸引力越大，亲和力也越大；也越大；v颗粒内部的颗粒内部的膨胀力膨胀力：离子的水化产生膨胀力，：离子的水化产生膨胀力，水化半径越小越好；水化半径越小越好；v树脂的交联度：交联度越大影响就越大树脂的交联度：交联度越大影响就越大三、离子交换选择性问题三、离子交换选择性问题2022/10/1525现在学习的是第25页，共90页三、离子交换动力学三、离子交换动力学1.离子交换反应离子交换反应v离子交换反应离子交换反应通常指离子交换树脂与溶液中
20、的离子发通常指离子交换树脂与溶液中的离子发生互换的反应。生互换的反应。RA+内内+B+外外=RB+内内+A+外外分解反应分解反应复分解反应复分解反应中和反应中和反应成盐反应成盐反应2022/10/1526现在学习的是第26页，共90页 1.离子交换速率离子交换速率 RA+内内+B+外外=RB+内内+A+外外v离子交换的离子交换的五个步骤五个步骤：溶液中的离子溶液中的离子B+扩散通过树脂外表面的扩散通过树脂外表面的液膜液膜到达树脂表面；到达树脂表面；（膜扩散膜扩散or外扩散外扩散）离子离子B+扩散透过树脂表面的半透膜到达交换位置；扩散透过树脂表面的半透膜到达交换位置；（颗粒扩散颗粒扩散or内扩散
21、内扩散）离子离子B+和树脂上的可交换离子和树脂上的可交换离子A+发生交换反应；发生交换反应；（化学反应化学反应）反应后释放出的反应后释放出的A+离子从交换位置扩散到树脂的表面；离子从交换位置扩散到树脂的表面；（颗粒扩散颗粒扩散or内扩散内扩散）离子离子A+从树脂表面扩散通过液膜到达溶液从树脂表面扩散通过液膜到达溶液中。中。（膜扩散膜扩散or外扩散外扩散）四、离子交换动力学四、离子交换动力学2022/10/1527现在学习的是第27页，共90页v浓度稀时（小于浓度稀时（小于0.01mol/l），为），为膜扩散控制膜扩散控制慢慢；v浓度浓时（大于浓度浓时（大于0.1mol/l），为颗粒扩散控制；，
22、为颗粒扩散控制；v当在当在0.010.1mol/l之间时，两种扩散速度相差不大，离子之间时，两种扩散速度相差不大，离子交换速度由两种扩散速度共同控制。交换速度由两种扩散速度共同控制。2022/10/1528现在学习的是第28页，共90页v影响交换速率的因素影响交换速率的因素树脂的树脂的粒度粒度：粒度小且均匀的树脂交换速率高；：粒度小且均匀的树脂交换速率高；树脂的树脂的交联度交联度：交联度越大，树脂的溶胀性越差，：交联度越大，树脂的溶胀性越差，影响了离子在树脂内部的扩散；影响了离子在树脂内部的扩散；温度温度：提高温度利于交换；：提高温度利于交换；溶液溶液浓度浓度：提高浓度有利于增加膜扩散速率；：
23、提高浓度有利于增加膜扩散速率；搅拌搅拌强度强度：适当提高搅拌速度可提高扩散速率；：适当提高搅拌速度可提高扩散速率；待交换离子的待交换离子的性质性质：价态和半径的大小：价态和半径的大小四、离子交换动力学四、离子交换动力学2022/10/1529现在学习的是第29页，共90页3.2 离子交换剂现在学习的是第30页，共90页离子交换剂离子交换剂是指带有可交换离子（阴是指带有可交换离子（阴离子或阳离子离子或阳离子）的不溶性）的不溶性固体固体，它能与，它能与溶液中带有同种电荷离子进行置换。溶液中带有同种电荷离子进行置换。v如：如：Resin-SO3H、Resin-N(CH3)3OH等等3.2 离子交换剂
24、离子交换剂2022/10/1531现在学习的是第31页，共90页 一、离子交换剂的一、离子交换剂的分类分类 分为无机和有机两大类：分为无机和有机两大类：天然：海绿石、粘土、天然沸石等，性能不够天然：海绿石、粘土、天然沸石等，性能不够 无机类无机类 稳定，交换容量小，颗粒易破碎；稳定，交换容量小，颗粒易破碎；人造：人工合成沸石、分子筛、杂多酸等，在选人造：人工合成沸石、分子筛、杂多酸等，在选 择性、交换容量、物理性能均有改进择性、交换容量、物理性能均有改进;天然：磺化煤天然：磺化煤 有机类有机类 人造：人造：离子交换树脂离子交换树脂是以高分子聚合物为骨是以高分子聚合物为骨是以高分子聚合物为骨是以
25、高分子聚合物为骨 架，反应引入活性基团构成的。架，反应引入活性基团构成的。架，反应引入活性基团构成的。架，反应引入活性基团构成的。3.2 离子交换剂离子交换剂2022/10/1532现在学习的是第32页，共90页v无机无机离子交换剂的离子交换剂的缺点缺点：1、交换能力低、交换能力低 2、化学稳定性差、化学稳定性差 3、机械稳定性差、机械稳定性差有机有机离子交换剂的离子交换剂的特点特点：l具有空间网状结构；具有空间网状结构；l难溶于水、酸、碱和有机溶剂；难溶于水、酸、碱和有机溶剂；l较稳定（热、机械、化学）；较稳定（热、机械、化学）；l含活性基团含活性基团（-SO3H、-COOH、NOH等等）3
26、.2 离子交换剂离子交换剂2022/10/1533现在学习的是第33页，共90页离子交换树脂离子交换树脂是一类具有特殊交换性能是一类具有特殊交换性能的的有机高分子聚合物有机高分子聚合物，具有多孔结构的，具有多孔结构的固体固体球形颗粒球形颗粒，粒径一般为，粒径一般为0.3-1.2mm，不溶于，不溶于水和电解质。水和电解质。二、二、离子交换树脂离子交换树脂2022/10/1534现在学习的是第34页，共90页1、树脂的结构树脂的结构：由由 树脂树脂骨架骨架+活性基团活性基团 组成组成v树脂骨架树脂骨架具有空间网状结构的高分子聚合物，在离子交换过程中不具有空间网状结构的高分子聚合物，在离子交换过程中
27、不发生反应；发生反应；高分子聚合物以苯乙烯高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球最为常见。二乙烯苯共聚物小球最为常见。骨架中含有一定量的骨架中含有一定量的交联剂交联剂，作用是使树脂骨架形成立体的，作用是使树脂骨架形成立体的网状结构。网状结构。v活性基团活性基团以化学键与骨架相连，由固定离子以化学键与骨架相连，由固定离子+反离子组成。反离反离子组成。反离子即可交换离子，它与固定离子通过离子键结合，在离子交换过程中反子即可交换离子，它与固定离子通过离子键结合，在离子交换过程中反离子被溶液中的离子置换。离子被溶液中的离子置换。活性基团是树脂具有交换选择性的原因。活性基团是树脂具有交换选择性的原因。
28、二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1535现在学习的是第35页，共90页SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H-SO3H：活性基团（：活性基团（-SO3固定离子，固定离子，H+交换离子交换离子）：树脂基体（骨架）：树脂基体（骨架）树脂的结构树脂的结构二、二、离子交换树脂离子交换树脂2022/10/1536现在学习的是第36页，共90页例例：制备制备聚苯乙烯聚苯乙烯磺酸基磺酸基阳离子阳离子交换树脂交换树脂nnnn聚合反应式中有二乙烯苯反应式中有二乙烯苯2022/
29、10/1537现在学习的是第37页，共90页浓浓H2SO4Ag2SO4SO3HSO3HSO3HSO3Hnn nn二、二、离子交换树脂离子交换树脂2022/10/1538现在学习的是第38页，共90页 2、离子交换树脂的、离子交换树脂的分类分类（1）阳离子）阳离子 交换树脂交换树脂（2）阴离子）阴离子 交换树脂交换树脂（3）特种离子交换树脂）特种离子交换树脂v 凝胶树脂凝胶树脂v 大孔树脂大孔树脂v 螯合树脂螯合树脂v 氧化还原树脂氧化还原树脂v 萃淋树脂萃淋树脂 二、二、离子交换树脂离子交换树脂2022/10/1539现在学习的是第39页，共90页 a a.阳离子阳离子交换树脂：交换树脂：活性
30、基团是活性基团是活性基团是活性基团是酸性酸性酸性酸性的，能与溶液中的阳离子的，能与溶液中的阳离子的，能与溶液中的阳离子的，能与溶液中的阳离子交换，如交换，如交换，如交换，如RSORSO3 3HH，HH+可电离，与其他阳离子交换；可电离，与其他阳离子交换；可电离，与其他阳离子交换；可电离，与其他阳离子交换；R-SO3H +Na+=R-SO3Na+H+v强酸性强酸性：活性基团为强酸性的，如活性基团为强酸性的，如SO3H，在酸、中、碱介质，在酸、中、碱介质均可用，交换速度快。均可用，交换速度快。v中等酸性：中等酸性：含含PO3H v弱酸性弱酸性：如：如COOH,酚羟基酚羟基-OH等，能在酸度较低的溶
31、液中离解出等，能在酸度较低的溶液中离解出H+而呈弱酸性。而呈弱酸性。对对亲合力大亲合力大，不宜在酸介质中使用，但选择性好。，不宜在酸介质中使用，但选择性好。vvResin-SOResin-SO3 3HH（氢型）树脂（氢型）树脂（氢型）树脂（氢型）树脂的酸性最的酸性最的酸性最的酸性最强，其钠型比氢型稳定，故商强，其钠型比氢型稳定，故商强，其钠型比氢型稳定，故商强，其钠型比氢型稳定，故商品树脂常为钠型，使用前用品树脂常为钠型，使用前用品树脂常为钠型，使用前用品树脂常为钠型，使用前用酸淋洗转型（再生）。酸淋洗转型（再生）。酸淋洗转型（再生）。酸淋洗转型（再生）。二、离子交换树脂二、离子交换树脂202
32、2/10/1540现在学习的是第40页，共90页 b.阴离子阴离子交换树脂交换树脂：活性基团是活性基团是活性基团是活性基团是碱性碱性碱性碱性的，能与溶液中的阴的，能与溶液中的阴的，能与溶液中的阴的，能与溶液中的阴离子交换，如离子交换，如离子交换，如离子交换，如RNHRNH2 2，-NH-NH2 2水合后形成含有可离解的水合后形成含有可离解的水合后形成含有可离解的水合后形成含有可离解的-OH-OH-，和，和，和，和其他的阴离子交换其他的阴离子交换其他的阴离子交换其他的阴离子交换。R-N(CH3)3OH+Cl-=R-N(CH3)3Cl +OH-v强碱性强碱性：N（季胺基，如（季胺基，如-NR3OH
33、）离解性很强，使用的）离解性很强，使用的pH没没有限制，一般用强碱进行再生；有限制，一般用强碱进行再生；R-NR3OH=R-NR3+OH-v弱碱性：弱碱性：伯胺基（伯胺基（-NH2），仲胺基），仲胺基(-NHR)，叔胺基，叔胺基(-NR2),对对OH-的亲和力大，在碱性溶液中，失去交换能力，故不宜在碱介的亲和力大，在碱性溶液中，失去交换能力，故不宜在碱介质中使用，用质中使用，用Na2CO3等再生。等再生。vvClCl型的阴离子交换树脂较稳定型的阴离子交换树脂较稳定型的阴离子交换树脂较稳定型的阴离子交换树脂较稳定。二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1541现在学习的是第41页，共9
34、0页 c.螯合树脂螯合树脂：螯合树脂是一种对螯合树脂是一种对金属离子金属离子具有高选择性的离具有高选择性的离子交换树脂。子交换树脂。在树脂中引入能与金属离子螯合的活泼基团在树脂中引入能与金属离子螯合的活泼基团在树脂中引入能与金属离子螯合的活泼基团在树脂中引入能与金属离子螯合的活泼基团常含有常含有O、N、S、P和和As等原子，它们与金属离子往往形成等原子，它们与金属离子往往形成多配位络合物。多配位络合物。特点：选择性高，但交换容量低，制备成本高、难特点：选择性高，但交换容量低，制备成本高、难度大。度大。v螯合树脂的分类螯合树脂的分类（按螯合基团分）（按螯合基团分）亚氨基二乙酸型树脂亚氨基二乙酸型
35、树脂8-羟基喹啉型树脂和羟基喹啉型树脂和8-氨基喹啉型树脂氨基喹啉型树脂水杨酸型水杨酸型 冠醚型冠醚型 二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1542现在学习的是第42页，共90页螯合树脂的特点螯合树脂的特点 高高选选择择性性：这这主主要要是是由由于于树树脂脂中中引引入入具具有有一一定定选选择择性性的的活活性性能能团。团。稳稳定定性性：正正如如普普通通的的离离子子交交换换树树脂脂一一样样，螯螯合合树树脂脂具具有有较较高高的的稳定性。稳定性。交交换换速速度度：螯螯合合树树脂脂与与金金属属离离子子的的交交换换过过程程较较为为缓缓慢慢，这这不不仅仅与与树树脂脂交交联联度度/孔孔径径有有关关
36、，而而且且与与树树脂脂骨骨架架的的特特性性有有关关。使使用用亲亲水水性性交交换换剂，或使用纤维状吸附剂，可能大幅度提高吸附速度。剂，或使用纤维状吸附剂，可能大幅度提高吸附速度。2022/10/1543现在学习的是第43页，共90页v从分离的角度看，高选择性的螯合树脂是离从分离的角度看，高选择性的螯合树脂是离子交换树脂的发展方向。子交换树脂的发展方向。例如：例如：新合成的氨羧型新合成的氨羧型LZ-85树脂能选择性地从大量钴中分树脂能选择性地从大量钴中分离出微量镍。离出微量镍。又如：又如：含亚氨基二乙酸基的树脂，对含亚氨基二乙酸基的树脂，对Cu2、Co2、Ni2具有高选择性具有高选择性。2022/
37、10/1544现在学习的是第44页，共90页 d.凝胶型树脂凝胶型树脂 吸水后溶胀，水分子进入树脂内部，形吸水后溶胀，水分子进入树脂内部，形成细微孔隙成细微孔隙，平均孔径为，平均孔径为20A40A，适于，适于分离半径分离半径10A的无机离子。的无机离子。特点：树脂干燥后特点：树脂干燥后失去交换能力（无孔失去交换能力（无孔状态），必须在水中溶胀后方可使用，不状态），必须在水中溶胀后方可使用，不适于油类的物质。适于油类的物质。二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1545现在学习的是第45页，共90页 e.大孔树脂大孔树脂 树脂内部有永久微孔，比凝胶树脂具有更多、更大的树脂内部有永久微孔
38、，比凝胶树脂具有更多、更大的树脂内部有永久微孔，比凝胶树脂具有更多、更大的树脂内部有永久微孔，比凝胶树脂具有更多、更大的孔道和比表面积，离子容易迁移扩散，交换速度快孔道和比表面积，离子容易迁移扩散，交换速度快孔道和比表面积，离子容易迁移扩散，交换速度快孔道和比表面积，离子容易迁移扩散，交换速度快适于大分子物质的分离。适于大分子物质的分离。适于大分子物质的分离。适于大分子物质的分离。特点：可溶于水和非水体系，不需溶胀，耐氧特点：可溶于水和非水体系，不需溶胀，耐氧特点：可溶于水和非水体系，不需溶胀，耐氧特点：可溶于水和非水体系，不需溶胀，耐氧化、耐磨、耐冷热变化，具有较高的稳定性。化、耐磨、耐冷热
39、变化，具有较高的稳定性。化、耐磨、耐冷热变化，具有较高的稳定性。化、耐磨、耐冷热变化，具有较高的稳定性。例：例：国产国产D202#钠型大孔阳离子交换树脂钠型大孔阳离子交换树脂二、二、离子交换树脂离子交换树脂2022/10/1546现在学习的是第46页，共90页大孔性吸附树脂大孔性吸附树脂大孔性树脂的特性大孔性树脂的特性 大大孔孔吸吸附附树树脂脂是是一一种种不不含含交交换换基基团团的的,具具有有大大孔孔结结构构的的高高分分子子吸吸附附剂剂。这这是是一一种种新新型型的的介介于于离离子子交交换换树树脂脂和和活活性性炭炭之之间间的的优优良良吸吸附附剂剂。通通常常大大孔孔性性树树脂脂是是聚聚苯苯乙乙烯烯
40、和和二二乙乙烯烯苯苯的的共共聚聚物物，它它们们具具有有多多孔孔性性的的巨巨大大网网状结构。状结构。2022/10/1547现在学习的是第47页，共90页f.氧化还原树脂氧化还原树脂（电子交换树脂）（电子交换树脂）含有可逆的氧化还原基团，可与溶液中离子发生含有可逆的氧化还原基团，可与溶液中离子发生电子转移反应，而不引入杂质。电子转移反应，而不引入杂质。例例：如聚乙烯氢醌树脂，：如聚乙烯氢醌树脂，E0=+0.23 v，离子通过树脂，离子通过树脂时按时按E的大小发生氧化或还原，可用此树脂除水中的大小发生氧化或还原，可用此树脂除水中DO。二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1548现在学习
41、的是第48页，共90页 g.萃淋树脂萃淋树脂 一含有液态萃取剂的树脂，一含有液态萃取剂的树脂，犹如将萃取液犹如将萃取液涂抹于载体上，涂抹于载体上，兼有离子交换和萃取法的优点，用兼有离子交换和萃取法的优点，用于贵金属制备分离。于贵金属制备分离。例例：TBP萃淋树脂可用于分离工业废水中的萃淋树脂可用于分离工业废水中的Cr()；P507 萃淋树脂可用于分离稀土元素。萃淋树脂可用于分离稀土元素。二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1549现在学习的是第49页，共90页 h.纤维交换剂纤维交换剂(离子交换纤维素离子交换纤维素)：在天然纤维素上在天然纤维素上接上活性基团，对其上的羟基进行脂化、
42、磷酸化、羧基接上活性基团，对其上的羟基进行脂化、磷酸化、羧基化后，即可得离子交换纤维。化后，即可得离子交换纤维。特点特点：颗粒较小，亲水性强，颗粒较小，亲水性强，表面积大表面积大(均是开放性长均是开放性长链链)，大分子能自由地进入和迅速地扩散，大分子能自由地进入和迅速地扩散，稳定，交换速稳定，交换速度快，度快，容易洗涤。容易洗涤。例：巯基棉例：巯基棉 -SH、黄原酯棉黄原酯棉二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1550现在学习的是第50页，共90页 离子交换纤维素离子交换纤维素特别适用于分离那些特别适用于分离那些水溶性的大分子物质，如蛋白质、多糖、酸水溶性的大分子物质，如蛋白质、多
43、糖、酸性多糖等。性多糖等。v常用的离子交换纤维素有三种：常用的离子交换纤维素有三种：二乙基氨基乙基（二乙基氨基乙基（DEAE）纤维素）纤维素 羧甲基（羧甲基（CM）纤维素）纤维素 ECTEOLA纤维素纤维素2022/10/1551现在学习的是第51页，共90页 3、离子交换树脂的、离子交换树脂的性能指标性能指标（1）交换容量交换容量即树脂交换能力的大小。即树脂交换能力的大小。重量法表示：单位重量干树脂中离子交换基团的重量法表示：单位重量干树脂中离子交换基团的数量，用数量，用mmol/g 或或 mol/kg 表示。表示。容积法表示：容积法表示：单位体积湿树脂中离子交换基团的单位体积湿树脂中离子交
44、换基团的数量，用数量，用mmol/L 或或 mmol/m3表示表示。（常用）。（常用）它取决于树脂网状结构所含的活性基团的数目，交换容量可用它取决于树脂网状结构所含的活性基团的数目，交换容量可用实验方法测定。弱酸性或弱碱性树脂的交换容量与实验方法测定。弱酸性或弱碱性树脂的交换容量与pH值有关。值有关。二、离子交换树脂二、离子交换树脂2022/10/1552现在学习的是第52页，共90页（1）交换容量交换容量v全全交换容量：交换容量：指树脂中能够起交换作用的活性基团的总数。一般树指树脂中能够起交换作用的活性基团的总数。一般树脂的交换容量为脂的交换容量为36 mmol/g。v工作工作交换容量：交换
45、容量：指在动态工作条件下，所测得的能发挥交换作用指在动态工作条件下，所测得的能发挥交换作用的活性基团的数量。的活性基团的数量。由于运行条件的限制，不同条件下测得的工作容由于运行条件的限制，不同条件下测得的工作容量不同。量不同。v有效有效交换容量：交换容量：工作交换容量减去因正、反洗损失的交换容工作交换容量减去因正、反洗损失的交换容量。量。二、离子交换树脂二、离子交换树脂3、离子交换树脂的性能指标、离子交换树脂的性能指标2022/10/1553现在学习的是第53页，共90页 交换容量的交换容量的测定方法测定方法可参看国家标准：可参看国家标准：GB5760-86阴离子阴离子交换树脂交换容量测定方法
46、、交换树脂交换容量测定方法、GB8144-87阳离子阳离子交换树脂交换容量测定方法、交换树脂交换容量测定方法、GB11992-89氯型氯型强碱性离子交换树脂交换容量测定方法。强碱性离子交换树脂交换容量测定方法。三、离子交换树脂的性能指标三、离子交换树脂的性能指标2022/10/1554现在学习的是第54页，共90页例：例：强酸性强酸性阳离子交换树脂交换容量测定方法阳离子交换树脂交换容量测定方法 称称 1 g 干树脂于干树脂于 250 mL 干燥锥形瓶中干燥锥形瓶中,加入加入 100 mL 0.1 mol/L NaOH 后后,塞紧塞紧,充分振荡充分振荡,放置放置 24 h。吸取。吸取 25 mL
47、 上清液于另一干净的锥形瓶中上清液于另一干净的锥形瓶中,加入酚酞溶液加入酚酞溶液,用用0.1 mol/L HCl 滴定至无色为终点。滴定至无色为终点。3、离子交换树脂的性能指标、离子交换树脂的性能指标交换容量的测定交换容量的测定2022/10/1555现在学习的是第55页，共90页 将强酸型离子交换树脂处理成将强酸型离子交换树脂处理成H型，装柱，用型，装柱，用水洗至中性。将水洗至中性。将5.10 mL 0.2340 mol/L的的CaCl2溶液加入到该树脂柱中，再用水洗至中性。淋洗溶液加入到该树脂柱中，再用水洗至中性。淋洗液用液用 0.1020 mol/L NaOH滴定，消耗滴定，消耗20.5
48、0 mL。Ca2+在该树脂上的交换率为在该树脂上的交换率为 。交换率的测定交换率的测定3、离子交换树脂的性能指标、离子交换树脂的性能指标2022/10/1556现在学习的是第56页，共90页（2）交联度交联度 树脂中所含交联剂的质量百分率。树脂中所含交联剂的质量百分率。它反映了树脂骨架中网反映了树脂骨架中网孔的大小，是离子交换树脂的重要性质之一。孔的大小，是离子交换树脂的重要性质之一。v例如：例如：用用用用8888份苯乙烯与份苯乙烯与份苯乙烯与份苯乙烯与1212份二乙烯苯合成的树脂，其交联度为份二乙烯苯合成的树脂，其交联度为份二乙烯苯合成的树脂，其交联度为份二乙烯苯合成的树脂，其交联度为 12
49、%12%。v交联度小，溶胀性能好，网眼大，交换速度快，但选择性差交联度小，溶胀性能好，网眼大，交换速度快，但选择性差，机械强度也差。机械强度也差。v通常，树脂的交联度以通常，树脂的交联度以4-14%为宜为宜。3、离子交换树脂的性能指标、离子交换树脂的性能指标2022/10/1557现在学习的是第57页，共90页（3）溶胀性）溶胀性vv树脂的溶胀树脂的溶胀树脂的溶胀树脂的溶胀用水浸泡树脂，由于水的渗入，活性用水浸泡树脂，由于水的渗入，活性用水浸泡树脂，由于水的渗入，活性用水浸泡树脂，由于水的渗入，活性基团发生离解、水合作用，使树脂的网眼增大，体积膨基团发生离解、水合作用，使树脂的网眼增大，体积膨
50、基团发生离解、水合作用，使树脂的网眼增大，体积膨基团发生离解、水合作用，使树脂的网眼增大，体积膨胀。胀。胀。胀。v溶胀率溶胀率溶胀前后的体积差与溶胀前体积之比溶胀前后的体积差与溶胀前体积之比v交联度大，溶胀性小；交联度大，溶胀性小；v溶胀率大，交换容量就大。溶胀率大，交换容量就大。3、离子交换树脂的性能指标、离子交换树脂的性能指标2022/10/1558现在学习的是第58页，共90页（4）含水）含水率率v充分溶胀的湿树脂所含的溶胀水的重量占湿树脂总重充分溶胀的湿树脂所含的溶胀水的重量占湿树脂总重的百分比。一般在的百分比。一般在5%左右。左右。v树脂中也有树脂中也有游离水游离水或或表面水表面水，