离子交换分离技术1

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1、第七章离子交换分离技术第一节概述第二节离子交换剂第三节离子交换原理第四节离子交换过程第五节在食品工业中的应用第一节概述离子交换分离法：通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而分离纯化方法。其主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异进行分离。即离子交换色谱分离技术：利用混合液中的离子与固定相中具有相同电荷例子的交换作用而进行分离的技术离子交换分离法主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分子的提取分离。近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。离子交换剂：一种多孔状的固体，不溶于水，也不溶于电解质溶液，但能从溶液中吸

2、取离子而进行离子交换。离子交换剂由基质、荷电基团和反离子构成，能释放出反离子，同时它与溶液中的其他离子或离子化合物相互结合，结合后不改变本身和被结合离子或离子化合物的理化性质。离子交换基质：是一类表面带有可交换离子的功能高分子材料，如树脂、纤维素、葡聚糖、琼脂糖等，不溶于水也不溶于电解质溶液。在高分子基质表面结合了大量的功能基团，功能基团由固定在骨架上的荷电基团和可交换的离子两部分组成，两者所带电荷相反，以静电力结合。可进行交换的离子成为反离子或抗衡离子，这种反离子可与溶液中带同种电荷的离子进行交换反应。离子交换过程示意图离子交换分离法的特点

3、分离效率高，选择性高。适用范围广。适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离，适用于微量组分的富集和高纯物质的制备，从痕量物质到工业用水，从少量样品到工业规模。操作简单，成本低。液固两相分开，操作简单。方法的缺点是操作周期长。第二节离子交换剂1.离子交换剂是常用的吸附剂之一，是用不溶性高分子物质（母体）上引入若干可解离基团（活性基团）而制成的含有若干活性基团的不溶性高分子物质。2.常见的离子吸附剂（1）离子交换树脂：其基质是人工合成的、与水结合力较小的树脂物质；用于生物小分子的回收与提取。（2）多糖基离子交

4、换剂：其基质是天然的或人工合成的、与水结合力较大的物质；用于生物大分子的回收与提取。一、离子交换剂基质（一）离子交换树脂离子交换树脂：以聚合物作为基质的离子交换剂。是固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。离子交换树脂结构骨架：接有功能基团，本身是惰性功能基团：连接在骨架上，可与相反离子结合待交换分子：在吸附阶段可与活性离子交换，与骨架上的功能基团结合活性离子：与功能基团所带电荷相反的可移动的离子苯乙烯(单体)+二乙烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R—SO3H固定离子可交换离子母体1.组成离子交换

5、树脂母体(骨架)活性基团固定离子可交换离子交联度：合成树脂时使用的交联剂在单体总量中所占质量分数交联剂含量百分数高：交联度高，树脂聚合较紧密，坚牢耐用，密度较高；内部孔隙度较少，对离子选择性较强，称为凝胶型树脂百分数低：交联度低，机械强度低，脆而易碎，密度较低；内部孔隙度大，对离子选择性较弱，称为大孔型树脂凝胶树脂遇水溶胀，水分子进入树脂的内部，产生孔隙。内部孔径平均为20Å—40Å，适用于离子半径<10Å的无机离子化合物。树脂干燥后失去交换能力（无孔状态），必须在水中溶胀后使用。不适用于油类物质。大孔树脂树脂内部有永久微孔，无论是湿态或干态

6、比凝胶树脂有更多、更大的孔道，表面积大，离子容易迁移扩散，富集速度快。孔径平均为200Å—1000Å，适用于无机、有机离子，特别适用于大分子物质的分离。可以应用于水体系和非水体系。不需溶胀的情况下可以使用。耐氧化、耐磨、耐冷热变化具有较高的稳定性。树脂的网络骨架图中以波形线条代表树脂的骨架，活性基团磺酸基（—SO3H）。聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂2.树脂分类按选择性按结构离子交换树脂凝胶型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔径为20—100nm，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔径5nm、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型离

7、子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH强碱性阴离子交换树脂RNOH弱酸性阳离子交换树脂R—COOH强酸性阳离子交换树脂R—SO3H活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂，与阳离子发生交换活性离子为阴离子，称阴离子交换树脂，与阴离子发生交换离子交换树脂的命名方式：离子交换产品的型号以三位阿拉伯数字组成第一位数字代表产品的分类第二位数字代表骨架的差异第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的差异。凝胶型离子交换树脂的型号由四个数字组成：001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂(其交联度为7)，图解如下：大孔型离子交换树

8、脂的型号D20l大孔型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂(交联度没有标出)，图解可下：国外一些产品用字母C代表阳离子树脂（C为cation的第一个字母），A代表阴离子树脂