制药分离工程第十章_离_子_交_换.ppt

第二节 离子交换树脂 (六) 交换容量 单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表示法)可发生交换的活性基团数量。 容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW ×[湿比重×(1-含水率)] 全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。 工作交换容量： 在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。 第二节 离子交换树脂 三、树脂的选择 根据处理对象选择对应类型的树脂。 注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。 离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别 树脂选择 选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。 树脂保存 树脂宜在0～40℃下存放，通常强性树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存，弱碱树脂以游离胺型保存。 树脂使用 树脂在使用前应进行适当的预处理，以除去杂质。最好分别用水、5％HCl、2％～4％NaOH反复浸泡清洗两次，每次4～8h。 一、道南理论 1、树脂在水中溶胀后，树脂表面和外界溶液之间的界面可以看成是一个半透膜，膜的一边是树脂相，膜的另一边是液相。 2、树脂网状上的固定离子不能透过膜，而平衡离子则可以通过膜进行扩散。 3、由于树脂中的固定离子的存在，使能通过膜的可交换离子在膜的两边处于不均匀的平衡状态。 第三节 离子交换原理 聚苯乙烯型磺酸基Na型阳离子交换树脂，树脂的骨架为聚苯乙烯聚合的长碳链由二乙烯苯交联起来的网状结构，活性基团是 磺酸基阳离子（—SO3Na），固定离子： —SO3- ，平衡离子：Na+ [Na+]内 [Cl-]内 ＝ [Na+]外 [Cl-]外 … …① [Na+]外 ＝ [Cl-]外 [Na+]内 ＝ [Cl-]内 + [R-]内 … …② ②代入①得： [Cl-]外2 ＝ [Cl-]内2 + [Cl-]内 [R-]内… …③ [Cl-]外? [Cl-]内 [Na+]内? [Na+]外 第三节 离子交换原理 二、离子交换反应 b(R—A)a++aBb+ ? a(R—B)b++bAa+ 特点： 符合质量作用定律; 等当量进行的同性离子的互换反应; 具有饱和性; 树脂母体和固定离子不发生变化。 如果在交换柱上交换，随着溶液下移，这种交换不断进行，直到溶液中的阳离子全部交换完毕为止。此时再向交换柱的顶端注入合适的洗提液时，则洗提液将树脂上己吸附的阳离子再交换到溶液中。 当这部分溶液与下层树脂相接触时，又会与树脂发生交换．溶液中吸附能力强的阳离子把树脂上吸附能力弱的阳离子交换出来。如此反复进行，于是阳离子的移动速度有了差别，吸附能力弱的离子优先随洗提液流出，而吸附能力强的离子则后流出，这就构成了离子交换色谱分离的基础。 第三节 离子交换原理 三、离子交换平衡 b(R—A)a++aBb+? a(R—B)b++bAa+ 有： 式中：f 为活度系数。 某氢型阳离子交换树脂，与溶液中阳离子发生交换反应，即： nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+ 交换达到平衡： [M]r、[H]r— 平衡时，Mn+、H+在树脂相中浓度 （mmol/g) [M]s、[H]s— 平衡时，Mn+、H+在水溶液中浓度（mmol/mL) 第三节 离子交换原理 三、离子交换选择性 在一定条件下，平衡常数K值的大小表示树脂对Mn+的吸附能力的强弱，即树脂对离子亲和力的大小。 : 表示树脂对Mn+的亲和力大于树脂对H+的亲和力；即Mn+比较牢固的结合在树脂上。 : 表示树脂对Mn+的亲和力小于树脂对H+的亲和力；即H+比较牢固的结合在树脂上。 :树脂对Mn+和H+的亲和力相同。 若溶液中各种离子的浓度相同，则亲和力大的离子先被交换上去，亲和力小的后被交换上去。 若选用适宜的洗提液洗脱时，则后被交换上去的离子先洗脱下来，从而使各种离子彼此分离。 金属离子Mn+对离子交换树脂的选择系数。 表示同一种离子交换树脂对不同离子的吸附选择性，不同类型树脂的K值不同。 也可用来表示两种离子对树脂亲和力的差别 影响离子交换的选择性 1 在常温、稀溶液中 离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。 Cr3+＞Ca2+＞Na+