离子交换与吸附.ppt

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关于离子交换与吸附一、离子交换平衡和选择性各种离子交换树脂相当于各种酸和碱,螯合树脂与氧化还原树脂相当于一般螯合试剂与氧化还原试剂。R:树脂骨架。各种树脂的典型反应可概括如下:(1)强酸树脂相当于硫酸一元酸R-SO3H+NaOH?R-SO3Na+H2OR-SO3H+NaCl?R-SO3Na+HClR-SO3Na+CaCl2?(R-SO3)2Ca+2NaCl(2)弱酸树脂相当于羧酸R-COOH+NaOH?R-COONa+H2OR-COONa+CaCl2?(R-COO)2Ca+2NaCl第2页,共27页,星期六,2024年,5月(3)强碱树脂相当于季铵R-N(CH3)3OH+HCl?R-N(CH3)3Cl+H2OR-N(CH3)3OH+NaCl?R-N(CH3)3Cl+NaOH2R-N(CH3)3Cl+H2SO4?[R-N(CH3)3]2SO4+2HCl(4)弱碱树脂相当于相应的(伯、仲、叔)胺R-NH2+HCl?RNH2·HClR-NH2·HOH+HCl?RNH2·HCl+H2OR-NH3Cl+H2SO4?(R-NH3)2SO4+2HCl(5)螯合树脂相当于螯合试剂R-N(CH2COONa)2+Cu2+?(R-NCH2COO)2Cu+2Na+第3页,共27页,星期六,2024年,5月各种树脂的离子交换反应是一种两相间的可逆反应。选择性系数:表示反应中树脂对各种离子亲和力的差别。考虑一种氢型的阳离子树脂同一价离子M+的交换反应:?,:树脂相以下写作,水相中离子略去电荷。反应平衡常数:相应组分的活度系数第4页,共27页,星期六,2024年,5月选择性系数是K略上f的值该值随溶液的浓度,温度变化。离子在树脂相与溶液相浓度之比和氢在树脂相与溶液相之比的比值。若此值大于1,则>表明M更倾向于留在树脂相,其亲和力更强,树脂倾向于选择性地将它吸附。反之,树脂对氢的亲和性更大些。第5页,共27页,星期六,2024年,5月对于n价离子Mn+与H+交换的选择性系数表示为:阴离子树脂的选择性系数常用OH-或Cl-作为参考离子。离子与树脂亲和能力的差别,与离子电荷多少及其半径的大小有关。不同价的离子亲和力大小顺序:Na+<Ca2+<Al3+<Th4+亲和力随电荷增多而增大对于同价离子:Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+,Mg2+<Ca2+<Sr2+<Ba2+即亲和力随水合离子半径的减小而增大。第6页,共27页,星期六,2024年,5月以上顺序是指稀溶液。溶液较浓时,选择性系数与顺序可能变化,酸的存在及浓度大小对选择性也有影响。树脂的交联度提高,一般会增加离子选择性,即增加筛分能力。二、分配系数和分离系数分配系数D:表示某一种离子在树脂相和液相得分配。通常定义为:第7页,共27页,星期六,2024年,5月分配系数:表示两种离子在离子交换中的分离程度。越偏离1,表明M1和M2越容易分离,=1时完全没有分离效果。对于1价离子,值等于该两离子间的选择性系数。第8页,共27页,星期六,2024年,5月三、离子交换的动力学离子交换反应发生在固、液相之间,反应速度较慢,所以反应速率对于分离情况影响较大。溶液中离子A与树脂上离子B发生交换反应时,整个过程分为以下五步:(2)离子A在树脂内扩散到交换位置。(3)A和B在交换位置上发生交换反应。(1)离子A到达树脂表面。溶液的搅拌或在树脂柱中的流动有利于此过程。(4)反应后释放出的B从交换位置扩散到树脂表面。(5)离子B从树脂表面通过液膜扩散到溶液中。第9页,共27页,星期六,2024年,5月为了保持电中性条件,(1)和(5)必须同时以同样的速度发生,(2)和(4)也是同时发生。实际上就是三个步骤:膜扩散、树脂颗粒内的扩散和化学交换。三个步骤中最慢的一步为控制步骤,决定了交换反应速度。这一步骤往往是两扩散步骤之一。扩散速度:单位时间内通过单位面积的离子量。C1,C2:表示扩散界面两侧的离子浓度,C1>C2;δ:界面层厚度;D:扩散系数,单位是cm2/s第10页,共27页,星期六,2

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