离子交换分离72336

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,三、离子交换分离法,内 容,（一）离子交换分离法概述,（二）离子交换剂,（三）离子交换树脂的物理性能,（四）离子交换树脂的化学特性,（五） 离子交换实验技术,（六） 应用,（一）离子交换分离法概述,1,定义及原理,定义,离子交换分离法是利用,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。, 原理,离子交换分离法是,基于物质在固相与液相之间的分配,。,2,分离形式及特点,分离形式,：柱分离，电渗析隔膜，离子交换纸上色层，离子交换纤维薄层。,特点,：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。,应用：,离子交换法,分离对象广,，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。适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。,（二）离子交换剂,离子交换剂可分为,无机,和,有机,两大类，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,离子交换树脂。,1,离子交换树脂的结构,（,1,）,离子交换树脂的结构可分为,骨架（,基体） 以及,离子交换功能团,，其中骨架是,立体网状结构的高分子聚合物,。目前最常用的离子交换树脂是,苯乙烯,二乙烯苯的聚合物,，示意图为：,1,离子交换树脂的结构,（,2,）,交联剂：,由于二乙烯苯的加入，致使长链的聚苯乙烯构成了,立体网状结构,。因此，把二乙烯苯称为,交联剂,。,交联度：,交联剂在树脂单体总量中所占质量分数称为,交联度,。一般,交联度为,414,，常见为,8,。其中交联度的影响有：,（,1,）网状结构的紧密度 （,2,）孔径大小,（,3,）交换速度 （,4,）选择性,2,离子交换树脂的分类,（,1,）,按物理结构分类：,凝胶型（,孔径为,5nm);,大孔型,（孔径为,20100nm);,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、乙烯吡啶系。,2,离子交换树脂的分类,（,2,）,最常用的分类是,依据树脂离子交换功能团分,。主要可分为：,（,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,几种离子交换树脂,（,1,）,几种离子交换树脂,（,2,）,特殊作用的离子交 换剂,螯合树脂,：含有,特殊的活性基团,，可以有选择性地与某些金属离子进行交换。如：国产,#,401,型是属于氨羧基,N,（,CH,2,COOH,）,2,大孔树脂,：比一般的树脂有更多、更,大的孔道,比表面积大,，离子容易迁移扩散,富集速度快,耐氧化、耐磨、耐冷热变化等,具有较高的稳定性。,特殊作用的离子交 换剂,萃淋树脂,一种含有液态萃取剂的树脂,如,TBP,（磷酸三丁酯）萃淋树脂，可用于处理工业废水中的六价铬离子等。,氧化还原树脂，纤维交换剂等。,（三） 离子交换树脂的物理性能,1,粒度,有效粒径,是指筛分树脂时，,10%,体积的树脂颗粒通过，而,90%,体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。,均一系数,是指能通过,60%,体积树脂的筛孔直径与能通过,10%,体积的树脂的,筛孔直径之比,。均一系数越,接近,1,，表明树脂,颗粒越均匀,。在文献上常常见到用筛目数表示树脂粒度。,2,含水量,定义,：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除去外部水分，得到含平衡水的湿树脂，然后,105,o,C,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，这就是,含水量,。,含水量的大小取决于亲水基团的多少及树脂孔隙的大小,。对凝胶型树脂，交联度对含水量的影响比较大。,3,密度,真体积,V,真,质量为,w,1,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,=w,1,/ V,视,湿真密度：,d,视,=w,1,/ V,真,4,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,绝对膨胀度,；湿树脂从一种离子型态转变为另一种离子形态时的体积变化称为,相对膨胀度,。,树脂膨胀与下列因素有关：,（,1,）,可交换基因性质，易电离，水合程度高则膨胀程度高。,（,2,）,骨架，尤其与交联度，孔径有关 。,（,3,）,外部溶液性质。,机械性能,：即保持树脂颗粒完整的能力。,（四）离子交换树脂的化学特性,1,酸碱性,离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出,H,+,或,OH,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。不同类型离子交换树脂的,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,RSO,3,H,，交换容量为,5.2mmol/g,（干树脂），转化成,Na,型即,RSO,3,Na,，交换容量为,4.67mmol/g,（干树脂）,2,交换容量及化学稳定性,工作交换容量,：指在一定工作条件下,树脂所能发挥的交换容量。,化学稳定性：,主要指耐化学试剂、耐,氧化、耐辐射的性能。,3,交换容量的测定,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,1g,（准确至,0.001g,），置入,250ml,干燥的锥形瓶中，加入,100.00ml. 1 mol/LNaOH,标准溶液，密闭，静置,12h,后,移取上清液,25.00ml,于锥形瓶中,加,2-3,滴酚酞指示剂，用,0.1mol/L,的,HCl,标准溶液滴定至酚酞变色为终点：,4,例 题,称取,1.000g,干燥,OH,型阴离子交换树脂，置入干燥的锥形瓶中，加入,0.1242 mol/L HCl,标准溶液,200.0ml,，密闭，放置过夜。取上层清液,50.00ml,，加入甲基橙指示剂数滴，用,0.1010mol/LNaOH,标准溶液滴定至呈橙红色，用去,NaOH,溶液,48.00ml,，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：,一般离子交换树脂的交换容量约为,3,6mmol/g,5,离子交换剂的交换反应,阳离子交换反应：,Resin-SO,3,H + Na,+,= Resin-SO,3,Na + H,+,Resin-SO,3,Na + H,+,= Resin-SO,3,H + Na,+,阴离子交换反应：,Resin-N(CH,3,),+,3,OH,+ Cl,= N(CH3),+,3,Cl + OH,Resin-N(CH,3,),+,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交换。,（五）离子交换实验技术,1,树脂的选择及其处理,树脂的选择见上表,。,树脂的处理,：一般经过,晾干,；,研磨,；,洗涤,；,溶胀,的步骤。,2,装柱与装样交换,装柱,：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然沉积，,避免夹杂气泡现象,。,装样交换,：装样前，柱要预饱和。,3,洗 脱,洗脱一般采取,分步淋洗,或,梯度淋洗,，其中分步洗脱，是指先采用,洗脱能力较弱,的溶液，使,易,洗脱组分流出，然后依次使用,洗脱能力更强,的溶液，洗脱较,难,洗脱的组分。,4,树脂的再生,树脂的再生,（,2,）,（六）应 用,有机玻璃离子交换装置,FY,组合型净水器，集诤化杀菌为一体净水效果,各种型号的净水装置,1,水的净化,脱盐,2,含铬废水的处理,3,氨基酸的分离,采用交换树脂为,Dowo50,柱长,100cm,，柱径,0.9cm,，,Na,+,型树脂淋洗剂采用,pH,值逐步提高的柠檬酸钠缓冲液。,（其中,Asp,天冬氨酸，,Thr,苏氨酸，,Ser,丝氨酸，,Glu,谷氨酸，,Pro,脯氨酸，,Gly,甘氨酸，,Ala,丙氨酸，,Cys-Cys,胱氨酸，,Val,缬氨酸，,Met,蛋氨酸，,Ile,异亮氨酸，,Leu,亮氨酸，,Tyr,酪氨酸，,Phe,苯丙氨酸，,His,组氨酸，,Lys,赖氨酸，,Arg,精氨酸。）,氨基酸分离的淋洗曲线,