离子交换分离.ppt

2.离子交换（热力学）平衡常数简化的阳离子交换反应：离子上方的横线表示该离子存在于树脂相上述离子交换反应的热力学平衡常数为：第30页，共70页，星期日，2025年，2月5日3.浓度平衡常数（选择性系数）求热力学平衡常数，需在平衡状态下测定离子在两相中的活度，而离子在树脂相的活度是难以测定的。选择性系数（Na+对H+的选择性系数KNa+,H+）KNa+,H+表示Na+在给定的离子交换树脂上对H+的相对亲合力的大小。文献上通常以H+或Li+为阳离子参考离子，以Cl－或OH－为阴离子参考离子。参考离子不同，选择性系数的值也不同。第31页，共70页，星期日，2025年，2月5日3.选择性系数多价离子的选择性系数对于反应：对于一般反应：第32页，共70页，星期日，2025年，2月5日3.选择性系数不同离子间的选择性系数换算选择性系数越大，该离子在树脂上的保留越强。已知两种离子对于同一参考离子的选择性系数，即可计算该两种离子之间的选择性系数。例题：已知KNa,H=1.56,KK,H=2.28,计算KK,Na解：KK,Na=KK,H/KNa,H=2.28/1.56=1.46可以推导出：KA,B=KA,C?KC,B第33页，共70页，星期日，2025年，2月5日4.分配系数（D）在一定条件下（温度、酸度、络合剂种类、浓度等），达到交换平衡时，某种离子在树脂相和溶液相之间的浓度比称分配系数。也称分配比。通常的定义：D＝每克干树脂中某离子的摩尔数/每毫升溶液中该离子的摩尔数分配系数与选择性系数的关系：第34页，共70页，星期日，2025年，2月5日5.分离因子（分离系数）分离因子—两种离子在离子交换树脂中的分离程度。对于1价离子有：所以：第35页，共70页，星期日，2025年，2月5日6.离子交换选择性的一般规律离子交换反应的选择性主要由溶质离子与树脂交换基团的亲合力大小决定。离子电荷越大，亲合力越大。对于同价离子，水合离子半径越小，亲合力越大。对于可极化离子，极化度越高，亲合力越大。第36页，共70页，星期日，2025年，2月5日4.4离子交换分离实验技术1.操作方式静态交换—一种间歇式交换。将离子交换树脂与样品溶液放在同一容器中，充分混合（振荡、搅拌、鼓气等），平衡后分离树脂与溶液（倾析、过滤、离心等），从树脂上洗脱被分离物。静态交换效率低、操作繁琐、耗时，实用意义不大，只在测定分配系数等实验中用到。第37页，共70页，星期日，2025年，2月5日1.操作方式动态交换样品溶液与树脂相发生相对移动。其中，固定床柱式操作最有用。步骤：装柱?上样?洗脱?再生优点：分离效率高、操作简便柱分离第38页，共70页，星期日，2025年，2月5日常用离子交换柱第39页，共70页，星期日，2025年，2月5日2.固定床离子交换分离技术树脂的选择应考虑被分离离子的电荷性、分子大小与数量、共存离子的种类与性质。(1)根据样品离子所带电荷种类选择阴或阳离子交换树脂；(2)强吸附离子选用弱酸性或弱碱性树脂，避免过强吸附；(3)弱吸附离子选用强酸性或强碱性树脂，以增加保留；(4)大分子物质，宜选用大孔树脂。第40页，共70页，星期日，2025年，2月5日2.固定床离子交换分离技术树脂处理新的干树脂使用前须用水浸泡使之溶胀，并经酸碱处理除去杂质新树脂处理步骤（右图）新树脂水浸泡24h倾去水后洗至澄清除水后以2－3倍量2M盐酸搅拌2h或淋洗除酸后水洗至中性除水后以4－5倍量2MNaOH搅拌2h或淋洗除碱后水洗至中性备用第41页，共70页，星期日，2025年，2月5日2.固定床离子交换分离技术装柱(1)大型床或柱易装。而小型柱的手工装填有技巧。(2)防止“节”和“气泡”的形成。“节”是装填不均匀，造成树脂时松时紧所形成；“气泡”是装填时没有一定量的液体覆盖而混入气体。通液通液的目的可以是吸附（上样）、洗涤、洗脱和再生。流速控制是分离的关键步骤之一。分离过程中分步收集流出物以获得纯物质。第42页，共70页，星期日，2025年，2月5日2.固定床离子交换分离技术再生(1)再生可采用静态法和动态法。静态法是将树脂倾入容器内再生;动态法是在柱上通过淋洗再生。(2)要依据树脂失效的原因选择再生剂，通常情况下仍为酸或碱溶液再生。(3)柱