第十一章 离子交换法.ppt

第十一章 离子交换法 概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组 分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利 用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的 目的。 优点：成本低，工艺操作方便，提炼效率较高，设备结构简 单，以及节约大量的有机溶剂等。 缺点：不一定能找到合适的树脂，生产周期长，生产过程中pH 值变化较大。 第一节 离子交换原理及分类 第二节 离子交换树脂的理化性能和测定 第三节 离子交换过程的理论基础 第四节 离子交换的应用 第五节 生化用离子交换剂的特点和种类 第一节 离子交换原理及分类 一、离子交换原理 离子交换的推动力 骨架上的活性离子在水溶液中发生离解，可在较大的范围内自 由移动，扩散到溶液中；同时，溶液中的同类型离子也能扩散 到骨架的网格或孔内。当这两种离子浓度差较大时，就产生一 种交换的推动力，使它们之间产生交换作用。利用这种浓度差 的推动力能使树脂上的可交换离子发生可逆交换反应。 二、离子交换树脂分类 1 强酸性阳离子树脂： 这类树脂含有强酸性基团，如磺酸基—SO3H， 能在溶液中离解H+而呈强酸性。反应简式为： 树脂中的SO3 -基团能吸附溶液中的其他阳离子如： 强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中都能离解和产生离子交换作用，因此使用时的pH没有限制。 以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基 — PHO(OH)作为活性基团的树脂具有中等强度的酸性。 树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使树脂的官能团回复原来状态再次使用。强酸性阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而复原。 2．弱酸性阳离子树脂 这类树脂含有弱酸性基团，如羧基—COOH、酚羟基 —OH，能在水中离解出H+而呈弱酸性。反应简式为： R-COO－能与溶液中的其它阳离子吸附结合，而产生阳离子交换作用。 这类树脂由于离解性较弱，在低pH值下，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(羧基 pH＞6，酚羟基PH＞9)。这类树脂也是用酸进行再生。 3．强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团，如季铵基—NR3OH，能在水中离解出—OH-而呈碱性，反应简式为： 树脂中的离解基团能与溶液中其它阴离子吸附结 合，产生阴离子交换作用。 这类树脂的离解性很强，使用的pH范围没有限制， 再生一般用强碱（如NaOH）进行。 4．弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(—NH2)、仲胺基 (—NHR)或叔胺基(—NR2)，它们在水中能离解出OH-而呈弱碱性。反应简式为： 离解能力较弱，只能在低pH值下工作，可以用Na2CO3、NH4OH等弱碱进行再生。 四种基本类型树脂的实用型 1）将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂；避免了溶液PH值下降和由此产生的副作用，如对设备的腐蚀。进行再生时，用盐水而不用强酸。 2）弱酸性树脂生成的盐RCOONa很易水解，呈碱性，所以用水洗不到中性，一般只能洗到pH9—10左右。但是弱酸性树脂和氢离子结合能力很强，再生成氢型较容易，耗酸量少。 3）强碱性阴离子树脂可先转变为氯型，工作时用Cl-交换其他阴离子，再生只需用食盐水。 4 ）弱碱性树脂生成的盐RNH3Cl同样易水解。这类树脂和OH-离子结合能力较强，所以再生成羟型较容易，耗碱量少。 强酸性树脂和强碱性树脂在转变成钠型和氯型后，在使用时就不再有强酸性及强碱性。但它们仍具有这些树脂的其他典型性能，如强离解性和工作的pH范围宽等。 四、树脂的命名 第二节 离子交换树脂的 理化性能和测定 3.化学稳定性 离子交换树脂主要性能测定： 1）含水量： 将树脂在105—110℃干燥至恒重就可以测定其含水量。 将树脂离心 (400g, 30min)，所失去的 水分称为溶胀水。它和树脂的交联度有关， 可作为测定交联度的一种方法。 离子交换树脂主要性能测定 2)膨胀度： 干树脂加水，不时摇动，24h后，测定树脂体积，前后体积之比，称为膨胀系数。 膨胀系数与交联度、交换量、可交换容量、溶液中离子性质有关。 离子交换树脂主要性能测定 3)密度： 树脂的密度有干真密度、湿真密度、视密度等。 湿真密度： 取所需型式的湿树脂，在布氏漏斗中抽干。迅速称取2—5g抽干树脂，入密度瓶中，加水至