9-4离子交换分离法.ppt

* §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。 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。 返回 （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 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） 强碱型： 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 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 ) 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 （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200?—1000?，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： 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） 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。 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。 弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关 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。 解：干树脂（强酸型）与Na+交换，剩余NaOH用HCl滴定 阳离子交换树脂： 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 0.1000 mol/L NaOH溶液滴定,耗用12.5.00 mL,计算树脂的交换容量。 二、离子交换树脂的亲和力 （一）离子交换平衡 树脂吸附离子，主要靠静电力。将含阳离子A+的交换树脂RA+浸入到含阳离子B+的溶液中，交换反应为： R－A+ + B+ ? R—B+ + A+ KB/A1——说明什么？KB/A1——说明什么？ 同一类树脂，对不同离子的K不同（亲和力不同），即离子交换有一定的选择性，故KB/A又叫树脂的选择性系数 （二）影响亲和力的因素 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