分离分析化学51离子交换分离法

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1、第五章离子交换分离法离子交换分离法利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法称为离子交换分离法5.1离子交换树脂的概念5.1.1离子交换树脂的定义5.1.2离子交换树脂的理化性质5.1.3离子交换树脂基体的组成5.1离子交换树脂的概念5.1.1离子交换树脂的定义离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成。离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和两性离子交换树脂。5.1.2离子交换树脂的理化性质离子交换树脂不溶于

2、水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。5.1.3离子交换树脂基体的组成离子交换树脂的基体，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类。苯乙烯系树脂是先使用的，丙烯酸系树脂则用得较后。强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂5.2离子交换树脂的基本类型5.2.1孔隙结构5.2.3基体的种类5.2.2化学活性基团的种类5.2离子交换树脂的基本类型5.2.1

3、按孔隙结构分类离子交换树脂按孔隙结构分凝胶型和大孔型两种。凝胶型树脂大孔型树脂5.2.1.1凝胶型树脂凝胶型树脂的高分子骨架，在干燥的情况下内部没有毛细孔。它在吸水时润胀，在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔。湿润树脂的平均孔径为2～4nm(2×10－6～4×10－6mm)。5.2.1.2大孔型树脂大孔树脂内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，离子交换速度也快很多，约比凝胶型树脂快约十倍。使用时的作用快、效率高，所需处理时间缩短。大孔吸附树脂5.2.2按树脂中化学活性基团的种类分类按化学活性基团首先区分为阳离

4、子树脂和阴离子树脂两大类。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类。阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类。5.2.2.1强酸性阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸性基团，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO32－，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。5.2.2.2弱酸性阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团，能在水中离解出H+而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交

5、换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH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(如pH5～14)起作用。5.2.2.3强碱性阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团季胺基（N+OH-），能在水中离解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。5.2.2.4弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团:伯胺基（-NH2）、仲胺基（NH）和叔胺基（N），它们在水中能离解出OH－而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶

6、液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。四种树脂性能的比较性能阳离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性弱酸性强碱性弱碱性活性基团磺酸羧基、酚羟基季胺伯仲叔胺pH影响无酸性中小无碱性中小盐稳定性稳定洗涤时水解稳定洗涤时水解再生*3-4倍1.5-2倍3-5倍1.5-2倍交换速度快慢快慢*再生剂用量是指该树脂交换容量的倍数。5.2.2.5离子树脂的转型树脂在实际使用上，常将这些树脂转变为其他离子型式运行，以适应各种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与Na

7、Cl作用，转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+，与溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附，除去这些离子。反应时没有放出H+，可避免溶液pH下降和由此产生的副作用(如设备腐蚀等)。特殊作用的离子交换剂●螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以有选择性地与某些金属离子进行交换。如：国产#401型是属于氨羧基［－N（CH2COOH）2］特殊作用的离子交换剂●萃淋树脂—一种含有液态萃取剂的树脂，如TBP（磷酸三丁酯）萃淋树脂，可用于处理工业废水中的六价铬离子等。●氧化还原树脂，纤维交换剂等。5.2.3按基体的种类分类离子交换树脂还可以根据其

8、基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。苯乙烯系树脂丙烯酸系树脂5.3离子交换剂的性能和作用5.3.1交联度5.3.2溶胀度5.3.3离子交换容量5.3.4离子交换作用5.3.