FL09 06离子交换.ppt

概述 早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水.算是比较早的离子交换法.这些黏土主要是沸石，Thompson等人在研究土壤碱性物质交换过程中发现离子交换现象。 1935年B.A.Adams和Holmes研究合成了具有离子交换功能的高分子材料，第一批离子交换树脂。随后几年里又发展了多种类型离子交换树脂并在水处理方面得到应用。 离子交换树脂的大发展主要是在二次世界大战以后。 二战后美国和英国一些公司广泛进行了合成离子交换树脂的研究工作，G.F.达莱利奥成功地合成了聚苯乙烯系、聚丙烯酸系阳离子交换树脂，这时，离子交换树脂已经成为一类新型高分子材料，人们认识到，用它可以比较简单地达到离子性物质的分离、纯化和浓缩的目的，而不求助于结晶和消耗热能的蒸发工艺。 概述 六十年代、七十年代，离子交换树脂的发展又有了重要突破，新的聚合方法的发明和一些大公司的加盟如美国的(Rohm and Hass)和德国的(Bayer)等为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的前景。 目前，离子交换主要用于水处理(软化和纯化)；溶液（如糖液）的精制和脱色；从矿物浸出液中提取铀和稀有金属；在生物工业中，主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分子的提取分离上。近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。 “离子交换树脂之父”何炳林 1942年毕业于西南联合大学 1952年获美国印第安纳大学博士学位 1956年回国，南开大学教授 1980年当选为中国科学院院士 开创并发展了我国的离子交换树脂和吸附工业，发明了大孔离子交换树脂，系统研究了新型离子交换树脂和大孔新型吸附树脂的合成、结构、性质及应用。 2007年7月4日因病逝世，享年89岁。 离子交换法 离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。该方法主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中的电荷的微小差异而进行分离，具有较高的分离容量。 几乎所有的生物大分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换法已广泛用于生物大分子的分离纯化技术。 由于离子交换法分辨率高、工作容量大且易于操作，它已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化的一种重要方法。 特点 （1） 浓缩效应 （2） 成本低，设备简单，操作方便 （3）生产周期长，生产过程中pH 变化大 什么是离子交换剂？ 凡是能够进行离子交换的这类物质都称为离子交换剂. 离子交换剂分无机质类和有机质类两大类。无机质类又可分天然的——如海绿砂；人造的——如合成沸石。有机质类又分碳质和合成树脂两类。 有机离子交换剂的合成树脂（离子交换树脂）是在工业生产中应用最广的。 一、离子交换树脂——（一）定义1 什么是离子交换树脂？ 是一种不溶于酸碱和有机溶剂的固态高分子化合物 。 组成是什么样的？ 两部分： 骨架：不能移动的，多价的高分子基团，使树脂具有一定的溶解度和化学稳定的性质。 活性离子：是可移动的离子，在树经的骨架中进进出出，就发生离子交换现象。 一、离子交换树脂——（一）定义2 离子交换树脂是一类带有官能团的网状结构的高分子化合物，其结构由三部分构成： （1）不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架，使树脂具有化学和机械稳定性； （2）连接在骨架上的官能团 （3）官能团所需的相反电荷的可交换离子（活性离子）。 （二）分类 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 离子交换树脂的可交换官能团的活性离子决定此树脂的主要性能。因此，树脂可按活性离子分类。活性离子为阳离子，就是阳离子交换树脂，阴离子，就是阴离子交换树脂。 阳离子交换树脂 是一类骨架上结合有-SO3H或-COOH等酸性官能团的聚合物。又分强酸性（-SO3H）、弱酸性阳离子交换树脂（-COOH）。 强酸性阳离子交换树脂 这个反应，使树脂中的H+能与溶液中的阳离子互相交换。 使用时PH没有限制。 再生：强酸（HCl） 弱酸性阳离子交换树脂 这类树脂含有弱酸性基团，如-COOH，酚羟基-OH 在低PH下，难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中发挥作用。 再生：酸 阴离子交换树脂 是一类骨架上结合有季铵基、伯胺基、仲胺基、叔胺基的聚合物。分强碱性和弱碱性两类。 强碱性阴离子交换树脂 这类树脂含有强碱性基团，如季铵基-NR3OH， 使用PH没有限制。 再生：强碱（NaOH） 弱碱性阴离子交换树脂 含有弱酸基团：伯胺基（-NH2）、仲胺（-NHR）基、叔胺基（-NR2） 只能在低PH下工作，可以用Na2CO3、NH4OH等再生。 （三）转型 树脂一般就有前面的四种 使用时，常将树脂转变为其他离子型式，如强酸性转成钠型，强碱性转成氯型。再生用NaCl。 （四）其他类型的树脂 两性离子交换树脂：带阴、阳两种官能团。 选择性离子交换树脂：对某些离子有特殊选择性。 吸附树脂： 电子交