离子交换分离法1

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1、第四章离子交换分离法§4.1概述§4.2离子交换剂§4.3离子交换分离法的基本原理§4.4离子交换分离法的基本操作技术§4.5应用§4.1概述一、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。二、特点优点：分离效率高，设备简单，操作不复杂，树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。缺点：分离周期长，耗时过多。三、发展史一、离子交换树脂的结构性能和作用二、离子交换树脂的种类§4.2离子交换剂§4.2离子交换剂离子交换剂：具有离子交换能力的所有物质，通常指固体离子交换剂，固体离子交换剂又称为吸着离子交换剂。无机离子交换剂：由天然的(粘土、沸石

2、类矿物)和合成的(合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、多价金属酸性盐类、杂多酸盐等)化合物构成。有机离子交换剂：人工合成的带有离子交换功能团的高分子聚合物．其中应用最为广泛的是离子交换树脂，其化学结构、类型、性质及其应用本章将作重点介绍。一、离子交换树脂的结构性能和作用1、离子交换树脂的化学结构性能由两部分组成：1)骨架：是立体网状结构的高分子聚合物，化学性质稳定，对酸、碱和一般的溶剂都不起作用。2)活性基团：连接在骨架上可以电离的、可被交换的基团。它对离子交换剂的交换性质起着决定性作用，可与溶液中的离子进行离子交换反应。例如：聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂是聚苯乙

3、烯与二乙烯苯的共聚所得的聚合物，再经浓H2SO4磺化而制得强酸性阳离子交换树脂：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R代表树脂的骨架，与Na+发生交换交换过程：洗脱或再生离子交换树脂可简写为：R-H2、树脂的性质（1）外型颜色：白、黄、黑和褐。形状：大多为球形。大小：通常用树脂在水中膨胀后通过筛的大小表示。（2）溶胀性离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。（3）密度表观密度：指树脂在交换柱中的装填密度。一般离子交换树脂的表观密度为：0.6~0.9g/mL;真密度为：1.2~1.4g/mL.真密度：指树脂颗粒本

4、身密度。(4)、交联度交联度就是指树脂的交联程度，通常用加入树脂中交联剂的百分含量表示。树脂的交联度一般在4~14%之间。例如：国产强酸型树脂112，表示是强酸型树脂，编号1，交联度12%。操作交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中，实际参加反应的活性基团的总数。单位：mmol/mLmmol/g（6）允许pH范围和允许温度范围查相关手册！注意：它是常数，不代表真实交换能力。（5）交换容量总交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中，所有交换基团的总数。二、离子交换树脂的种类离子交换树脂阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂阴离子交换树脂强碱性

5、阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂特殊的离子交换树脂1、阳离子交换树脂交换基是酸性基团,它的H+能交换阳离子的树脂为阳离子交换树脂。据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。OH强酸性中等酸性弱酸性(1)强酸性阳离子交换树脂含有强酸性活泼基团-SO3H,可分为聚苯乙烯型和酚醛型。特点：淡黄色球状颗粒；化学稳定性好，耐磨性好；在酸性、碱性和中性介质中都可使用；交换反应速度快；无机、有机阴离子均可交换。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂（2）弱酸性阳离子交换树脂含有弱酸性活泼基团，如：-COOH、-OH等。此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。磺酸型阳离子交换树脂与钠离子的交

6、换反应:R—SO3H+Na+＝R-SO3Na+H+式中R代表树脂的骨架交换基是碱性基团，能交换阴离子的树脂。2、阴离子交换树脂（1）强碱性阴离子交换树脂具有强碱性的活泼基团：-CH2N(CH3)3+Cl-特性淡黄色的球状颗粒；对强酸根和弱酸根都能交换；对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定；在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受溶液中pH值影响。（2）弱碱性阴离子交换树脂具有弱碱性的活泼基团：-CH2NH3+Cl--CH2NH2(CH3)+Cl--CH2NH(CH3)2+Cl-此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂3、特殊的离子交换树

7、脂螯合树脂特点：高选择性和高稳定性。稳定性是由于它与金属离子形成了内络盐的缘故，选择性主要决定于树脂中螯合基的结构。分类：螯合树脂按其含有的官能团区分，大致分为亚氨二乙酸型树脂，偶氮、偶氮胂、8-羟基喹啉类树脂、水杨酸树脂、葡萄糖型树脂等。具有高选择性的离子交换树脂选择性好，可用于阴、阳离子的分离。微孔树脂（凝胶型树脂）：网孔2-4nm，比表面一般为2—120m2/g。大孔径树脂（大网树脂）：网孔20-120nm，比表面一般为0.1m2/g。有较好的机械性能。大孔径树脂D403大孔隙鳌合型苯乙烯离子交换树脂在具有大孔隙结构的苯乙烯—二乙烯苯的共聚球体的苯环上带有亚

8、胺二乙酸基