第六章 吸附与离子交换精要.doc

第六章 吸附与离子交换分离原理 第一节 吸附 一、概念：指流体与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔表面并附着 1935年亚当斯、霍姆斯开始创制离子交换树脂，我国南开大学何炳林教授为鼻祖 例子：制备软水、各种抗生素（大孔网状树脂）的制备等 一、交换原理 应用合成的离子交换树脂作为载体，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到反应、分离、浓缩、提纯的目的。画示意图说明交换过程。 二、交换特点 树脂无毒性、能再生使用、基本不用溶剂，设备简单，操作方便。 三、用途 反应、产物分离提纯、脱色、转盐、去盐、制备软水等 四、离子交换树脂的组成 具有网状立体结构，含有高分子活性基团的高分子聚合物（不溶、稳定） 单元结构的组成：网络骨架（R）、功能活性基（-SO3，-N(CH)3-）、与活性带相反电荷的活性离子（可交换H+、OH-、Na+） 第二节 离子交换树脂的分类及理化性能 一、分类（不同的分法有四种） 1．按树脂骨架（R）分：烯型（聚苯乙烯）、酸型（聚丙烯酸）、烷型（聚环氧氯丙烷）、胺型（环氧氯丙烯型多烯多胺型）、酚-醛型等 2．按树脂合成的方式：共聚（加成）型（聚苯乙烯）、缩聚型（酚-醛） 3．按骨架的物理结构 微孔（凝胶型）：2~4nm，分子链间距拉开，水干后闭合，孔为暂时性的。 大孔：100~1000nm，孔径大小不受外界条件影响，孔为永久性的。 等孔：树脂内部的孔道大小均匀， Frieded-Grafts反应生成二次甲基桥链 4．按活性基团 含酸性基团的阳离子交换树脂、含碱性基团的阴离子交换树脂 5．其他树脂 敖合树脂：含有敖合能力基团，对某些离子具有特殊选择力。 两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂，主要勇于苦咸水的淡化及废水处理。 二、活性基团分类的四种类型树脂 1．强酸基团的阳离子交换树脂 活性基：-SO3H、-CH2SO3H、-PO(OH)2、-PHO(OH)次磷酸基团 树脂特点：稳定、电离程度不受PH的影响，任何情况下可发生交换，交换快，再生剂用量较大3~5倍。 2．弱酸阳离子交换树脂 -COOH、-OCH2COOH（氧乙酸基团）、-C6H4OH、-COCH2COCH3（β-双酮基团） 树脂特点：电离程度受溶液PH的影响，在酸性溶液中几乎不发生交换，只能在碱性溶液中发生交换，交换能力随PH↑而↑，再生剂用量小为树脂的1~1.5倍。 3．强碱阴离子交换树脂 活性基：季铵基团、三甲胺基团RN+(CH3)3OH-（I型）、二甲基-β-羟基乙基胺基团RN+(CH3)2(C2H4OH)OH-（II型） I型：热稳、抗氧化性强、机械强度强，使用寿命大于II型，但再生难 II型：抗有机污染好 树脂特点：稳定、电离程度不受PH的影响，任何情况下可发生交换，交换快，再生剂用量较大3~5倍。 4．弱碱阴离子树脂 伯、仲、叔胺，-NH2、-NHR、-NR2、吡啶C6H5N 树脂特点：电离程度受溶液PH的影响，在碱性溶液中几乎不发生交换，只能在酸性溶液中发生交换，交换能力随PH↑而减弱，再生剂用量小为树脂的1~1.5倍。 5．几种树脂性能比较，见书上表 6．附录介绍了国内生产的一些树脂的基本性能 三、命名 1．20世纪60年代 2.1977年我国石化部统一命名 1~100 强酸阳离子型 微孔型 001х7 大孔树脂D201 101~200 弱酸阳离子 第一位 分类代号（强酸） D：大孔型代号 201~300 强碱阴 第二位 骨架（苯乙烯） 2：分类（弱酸） 301~400 弱碱阴 第三位 顺序号 0：骨架 缺点：不知骨架 Х 联接符 1：顺序号 交联度 3．命名法联用 四、树脂理化性能 不溶于水及一般酸碱、有机溶剂，有良好的化学稳定性的高分子化合物。 在买的过程中，需考察什么样的指标来选择？ 1．外观、粒度：0.2~1.2mm（16~70目），无定形、膜状、粉末状，主要为球形 2．交换容量 1）理论交换容量：单位质量/单位体积树脂所交换离子的量，交联度↑，交换容量↓ 2）工作交换容量（实际交换）：在一定操作条件下，树脂表现出来的交换量。 3）再生交换容量：在指定的再生剂用量条件下的交换容量。 注意三者之间的关系：3）=0.5~1.0倍1） 2）=0.3~0.9倍3） 4）离子交换树脂利用率（%）=2）/3） 如2）=1）则4）=2）/1） 3．机械