第十四章离子交换分离法素材.ppt

第十四章 离子交换分离法 一 离子交换分离法概述 1.离子交换分离法的概念 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。 一 离子交换分离法概述 2.离子交换分离法的特点和应用 特点： 吸附的选择性高； 载体可以重复使用； 适应性强，处理对象广； 有机溶剂用量少； 设备简单。 应用： 氨基酸、蛋白质、多糖、抗生素等的分离纯化； 产品脱色、除盐等 制备软化水和去离子水等； 冶金、化工、原子能等科技领域。 一 离子交换分离法概述 离子交换剂可分为无机和有机两大类： Ⅰ无机离子交换剂： 天然海绿砂 合成沸石； 高价金属磷酸盐 高价金属水合氧化物； 一 离子交换分离法概述 离子交换剂可分为无机和有机两大类： Ⅱ有机离子交换剂： 多糖基离子交换剂 离子交换纤维素：DEAE-纤维素（强碱型）， CM-纤维素（弱酸型） 离子交换葡聚糖：Sephadex 离子交换剂。 离子交换琼脂糖：Sepharose离子交换剂 碳质交换剂，如磺化煤 离子交换树脂(人工合成的高聚物) 二 离子交换树脂的结构和分离机理 1.离子交换树脂的结构 离子交换树脂由三部分构成： ①惰性、不溶的具有三维空间立体结构的网络骨架，称为载体或骨架； ②与载体连成一体、不能移动的活性基团，又称功能基团，如-SO3-、-N(CH3)3+； ③与功能基团带相反电荷的可移动的活性离子，又称平衡离子或可交换离子，如H+、Na+、OH-、 Cl-。 二 离子交换树脂的结构和分离机理 1.离子交换树脂的结构 二 离子交换树脂的结构和分离机理 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4-14，常见为8。 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； 二 离子交换树脂的结构和分离机理 2.离子交换树脂的离子交换过程 二 离子交换树脂的结构和分离机理 3.离子交换树脂的分离机理 用离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附和分步洗脱这两个过程来实现。 选择性吸附：处理方法是使目的物离子带上相当数量的与活性离子相同的电荷，而使主要杂质离子带上与活性离子相反的或较少的电荷。 分步洗脱： ①调节洗脱液pH，使目的物离子失去电荷，甚至带相反电荷； ②用高浓度的同性离子根据质量作用定律将目的物离子取代下来。 二 离子交换树脂的结构和分离机理 3.离子交换树脂的分离机理 氨基酸的洗脱顺序： 阳离子:Th4+＞La3+＞Ni3+＞Co3+＞Fe3+＞Al3+＞Ra2+＞Hg2+＞Ba2+＞Pb2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ni2+＞Cd2+＞Cu2+＞Co2+＞Zn2+＞Mg2+＞Ba2+＞Tl+＞Ag+＞Cs+＞Rb+＞K+＞NH4+＞Na+＞Li+ ＞H+ 阴离子：C6H5O73-＞Cr2O72-＞SO42-＞C2O42-＞C4H4O52-＞AsO43-＞PO43-＞MoO42-＞ClO4-＞I-＞NO3-＞CrO42-＞Br-＞SCN-＞CN-＞HSO4-＞NO2-＞Cl-＞HCOO-＞CH3COO-＞F-＞HCO3-＞HSiO3- 三 离子交换树脂的分类和性能 1.分类 （1）依据合成树脂所用原料单体分类： ①苯乙烯系 ②丙烯酸系 ③酚醛系 ④环氧系 ⑤乙烯吡啶系 ⑥脲醛系 ⑦氯乙烯系 三 离子交换树脂的分类和性能 1.分类 （2）依据骨架的物理结构分类： ①凝胶型树脂（微孔树脂） ②大网格树脂（大孔树脂） 交联度高，有较高的理化稳定性和机械强度； 孔径大，交换速度快，抗污染能力强； 交换容量大 空隙率大，密度小，对小离子的体积交换量比凝胶型树脂小。 ③均孔树脂（等孔树脂） 三 离子交换树脂的分类和性能 1.分类 （3）依据树脂离子交换功能团分类: ①强酸性阳离子交换树脂 活性基团有：磺酸基(-SO3H)和次甲基磺酸基(-CH2SO3H) 电离度大，不受溶液pH变化的影响。 ②弱酸性阳离子交换树脂 活性基团有：羧酸基(-COOH)、氧乙酸基(-OCH2COOH)、酚羟基(-Ph-OH)等 交换能力随溶液pH下降而减少，随pH升高而增加，一般要求pH7.0。 三 离子交换树脂的分类和性能 1.分类 （3）依据树脂离子交换功能团分类: ③强碱性阴离子交换树脂 活性基团有：三甲胺[-N+(CH3)3OH-]和二甲基-β-羟甲基乙基胺[-N+(CH3)2(C2H2OH)OH-] 电离度大，不受溶液pH变化的影响。 ④弱碱性阴离子交换树脂 活性基团有：伯胺基(-NH2)、仲胺基(-NHR)或叔胺基(-NR2) 交换能力随溶液pH升高而减少，随pH