第六章常用的分离技术
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第六章离子交换分离技术1.离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂通过静电引力吸附在离子交换器上,然后用洗脱剂洗脱下来从而达到分离、浓缩、纯化的目的。
现已广泛应用于生物分离过程在原料液脱色、除臭、目标产物的提取,浓缩和粗分离等方面发挥着重要作用。
2.离子交换法要使用离子交换剂,常用的离子交换剂有两种:使用人工高聚物作载体的离子交换树脂是使用多糖做载体的多糖基离子交换剂3.离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。
4.离子交换树脂的构成:载体或骨架:功能基团;平衡离子或可交换离子5.离子交换反应是可逆的,符合质量作用定律6.离子交换树脂按照活性离子的分类树脂活性离子带正电荷,可与溶液中的阳离子发生交换,称为阳离子交换树脂树脂活性离子带负电荷,可以溶液中的阴离子发生交换,称为阴离子离子交换树脂7.离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附(进行吸附时具有较强的结合力)和分步洗脱这两个过程来实现8.强酸性阳离子交换树脂洗脱顺序:酸性<中性<碱性9.离子交换树脂的分类方法有4种按树脂骨架的主要成分分:聚苯乙烯型树脂;聚苯烯酸型树脂;多乙烯多氨-环氧氯苯烷树脂;酚-醛型树脂;按骨架的物理结构来分:凝胶型树脂(微孔树脂,呈透明状态,高分子骨架);大网格树脂(大树树脂,填充剂);均孔树脂(等孔树脂);按活性基团分类:阳离子交换树脂,对阳离子具有交换能力强酸性阳离子交换树脂:活性基团为硫酸基团(-SO3H)和次甲酸磺酸基团(-CH2SO3H)。
都是强酸性基团能在溶液中解离出H+。
弱酸性阳离子交换树脂:活性基团由羧基(-COOH)和酚羟基(-OH),交换能力差。
阴离子交换树脂:活性基团为碱性,对阴离子具有交换能力强碱性阴离子交换树脂:活性基团为季铵基团(-NR3OH),能在水中解离出OH-而呈碱性弱碱性阴离子交换树脂:伯氨基(-NH2)仲氨基(-NHR)或叔氨基(-NR2),能在水中解离出OH-,但解离能力较弱,交换能力差以上4种树脂是树脂的基本类型,各种树脂的强弱最好用其活性基团的pK来表示11.大孔型离子交换树脂的特点载体骨架交联度高,有较好的化学和物理稳定性和机械强度孔径大表面积大,表面吸附强孔隙率大,密度小12.离子交换树脂的命名由3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,第三位数字微顺序号13.离子交换树脂的理化性能:交联度;交换容量;粒度和形状(色谱用50到100目树脂,一般提取纯化用20到60目树脂);滴定曲线(是检验和测定离子交换树脂性能的重要数据);稳定性;膨胀性(膨胀度)14.交换容量(名解):是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数。
化学实验中的分离技术在化学实验中,分离技术是一项至关重要的技术手段。
它通过不同物质之间的物理或化学性质的差异,使得在混合物中将各个组分分离开来。
本文将介绍几种在化学实验中常用的分离技术,包括蒸馏、萃取、结晶、过滤和色谱等。
蒸馏蒸馏是一种通过液体的汽化和冷凝过程将混合物中的组分分离开的方法。
在蒸馏中,混合物被加热至其中某个组分的沸点,该组分蒸发成气体,然后冷凝回到液体状态。
蒸馏可以分为简单蒸馏和分馏两种形式。
简单蒸馏适用于分离沸点差异较大的混合物,如水和盐溶液的分离。
分馏适用于分离沸点接近的液体混合物,通过使用分馏柱可以更加高效地实现组分的分离。
萃取萃取是一种通过溶剂将混合物中的有机物或无机物分离出来的方法。
在实验室中,我们通常使用分液漏斗进行萃取。
首先,将混合物与适当的有机溶剂混合,使其中一部分组分溶解在有机溶剂中。
然后,通过重力或离心等方式分离有机相和水相。
最后,将有机相与适当的溶剂进行洗涤和干燥,即可得到所需的物质。
结晶结晶是一种通过溶解和再结晶来分离纯净晶体的方法。
它适用于分离固体混合物中溶质和溶剂之间溶解度差异较大的情况。
首先,将混合物溶解在适当的溶剂中,加热溶液使其达到饱和状态。
然后冷却溶液,使溶质逐渐结晶出来。
最后,通过过滤将结晶物与溶剂分离,获得纯净的晶体。
过滤过滤是一种通过筛选和分离杂质的方法。
在化学实验中,我们通常使用纸过滤和玻璃棉过滤。
纸过滤通过滤纸的孔隙进行分离,将固体颗粒留在过滤纸上,液体通过孔隙流过。
玻璃棉过滤则通过玻璃棉的缠绕和聚集,将悬浊液中的固体颗粒捕捉在其中。
该分离技术广泛应用于实验室中,具有简单、快速、适用于大部分混合物的特点。
色谱色谱是一种通过物质在固体或液体移动相和流动相之间分配不均来实现组分分离的方法。
色谱通常分为气相色谱和液相色谱两种形式。
气相色谱使用气体作为流动相,将混合物蒸发到气相中,并通过柱子上的固定相分离。
液相色谱使用液体作为流动相,将混合物溶解在液相中,并通过柱子上的固定相分离。
第六章离子交换分离法一、本章的教学目的与要求了解离子交换分离法的原理及应用二、授课主要内容§6-1 离子交换树脂的作用、性能和分类1.离子交换树脂的性能和作用2.离子交换树脂的分类§6—2 离子交换的基本理论§6-3 离子交换分离操作方法1.离子交换树脂选择2.树脂的处理市售的树脂,其粒度往往不均匀或粒度太小或不符合要求,或含有杂质,使3.仪器装置§6—4 柱上离子交换分离法§6—5 离子交换分离实例1、去离子水的制备2、试样中总盐量的测定3、干扰组分的分离4、痕量组分的富集§6—6 离子交换层析法一.原理:二.分离条件的选择三.应用示例三、重点、难点及对学生的要求掌握离子交换分离法的原理及分离条件的选择四、主要外语词汇ion change resin; cation resin; anion resin五、辅助教学情况(多媒体课件)六、复习思考题习题:1、离子交换树脂的作用、性能和分类2、子交换树脂的分类3、离子交换树脂选择如何利用离子交换树脂进行去离子水的制备、试样中总盐量的测定、干扰组分的分离、痕量组分的富集4、什么是树脂的交联度?如何表示?七、参考教材references《工业分析》机械工业出版社、重庆大学出版社,1997年,第一版《分离及复杂物质分析》邵令娴编,化学工业出版社,1984年,第一版第六章离子交换分离法沸泡石软化水,Ca2++2Na+Z═2Na++Ca2+Z2 (1905年),用亚硫酸钠处理过的纸浆纤维上结合了磺酸基团而具有交换能力。
§6-1 离子交换树脂的作用、性能和分类一、离子交换树脂的性能和作用离子交换树脂是一种高分子聚合物,具有网状结构的骨架部分,树脂骨架十分稳定,对酸碱有机溶剂及一般弱的氧化剂不起作用,对热稳定,骨架上结合着许多可以交换的基团,如-SO3H、-COOH、季胺基、≡NOH等。
如聚苯乙烯酸基阳离子交换树脂,用苯乙烯和二乙烯基苯所得的聚合物经硫酸磺化制得。
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答6膜分离第六章膜分离技术1、什么是膜分离过程,有哪些膜分离过程,各有什么特点,各分离过程分离离子的范围?答:若在流体内部或两流体间有一薄层凝聚相物质把流体分隔为两部分,则这一薄层物质称为膜,膜可以是固态、液态或气态。
膜分离是利用膜材料具有选择性渗透作用而使气体或液体混合物得到分离的一种方法。
膜分离技术具有以下优点:(1)能获得高纯度组分;(2)操作过程的能耗较低;(3)分离操作通常在常温或低温下操作,对热敏物料的分离尤其适宜。
2、说明膜分离过程的推动力及分离原理。
答:物质能选择性地透过膜的推动力有两种:一种是由外界提供能量,使物质能由低位向高位移动;另一种是因膜的存在造成被分离系统具有化学位差的作用下由高位向低位移动。
3、不同的膜分离过程适用于哪些场合?答:依据膜孔径的不同,分离的粒子颗粒直径也有差异。
4、膜组件有哪些形式,各有什么特点?答:(1)板框式膜组件板框式膜组件优点:组装方便,膜的清洗更换比较容易,料液流通截面较大,不易堵塞,可视生产需要组装膜组件。
缺点:密封边界长,板框和密封件的加工精度高;每块板上料液的流程短,通过板面的透过液量较少,(2)卷式膜组件与板框式膜组件相比,卷式膜组件优点是:膜组件比较紧凑;单位体积内的膜面积大;制作相对简单。
其缺点是:清洗不方便,膜损坏时,不易更换;卷式膜组件所用的膜必须是可焊接或可粘贴的膜。
(3)管式膜组件优点:结构简单;安装、操作方便;流体流动状态好,不易被堵塞。
缺点:单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为30~330m2/m3,除特殊场合外,一般不被使用。
(4)中空纤维膜组件优点:设备紧凑,组件单位体积内的有效膜面积高达16000~3000m2/m3缺点:中空纤维内径小阻力大,易堵塞,所以料液走纤维管间,透过液走纤维管内。
透过液侧流体能量损失大,压降可达数个大气压,膜污染难除去。
5、简要说明反渗透的原理,反渗透的操作压力与膜的类型有关吗?答:当纯水与盐水用一张能透过水的半透膜隔开时,纯水能透过膜向盐水一侧渗透,直到盐水一侧水位升高到一定高度为止,渗透过程达到动态平衡,这种现象称之为渗透现象。
高中化学中常见的分离方法
列举一些常见的分离方法及其应用:
1.纸上层析:一种基于混合物中各组分在固定相和流动相中的溶解度不同的分离方法。
2.过滤法:通过溶解性的差异,将不溶性固体和液体分开。
3.结晶和重结晶:利用物质在溶液中溶解度随温度变化较大的特性,通过加热和冷却使物质从溶液中析出,如NaCl和KNO3的分离。
4.蒸馏法:通过加热使混合物中的液体组分蒸发,再通过冷凝将蒸气转化为液体,从而分离出各组分,适用于沸点差异较大的混合物分离。
5.萃取法:利用溶质在两种不相溶溶剂中的溶解度差异,将溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂中,如用CCl4从I2的水溶液中萃取I2。
6.溶解法:将某些物质溶解在特定的溶剂中,再通过过滤、蒸发等步骤实现分离,如将Fe粉或Al粉溶解在过量的NaOH溶液中进行分离。
7.增加法:通过化学反应将杂质转化为所需的物质,如将CO2中的CO通过热的CuO 转化为CO2,或将CO2中的SO2通过NaHCO3溶液转化为Na2SO3。
8.吸收法:用于除去混合气体中的气体杂质,其中气体杂质必须被药品吸收,如用铜网吸收N2中的O2。
9.转化法:通过加入试剂使两种难以直接分离的物质变得容易分离,然后再还原回去,如将Al(OH)3溶解在NaOH溶液中过滤出Fe(OH)3,再用酸将NaAlO2转化为Al(OH)3。
这些方法的选择取决于混合物的性质以及所需分离的物质的特点。
在实际应用中,可能需要结合多种方法来达到最佳的分离效果。
需要注意的是,这些方法的使用需要遵循安全操作规程,确保实验过程的安全性。
有机化学实验中的分离技术在有机化学实验中,分离技术是一项非常重要的实验操作。
通过分离技术,我们可以将混合物中的不同组分分离出来,并获得纯净的有机物质。
本文将介绍几种常用的有机化学实验中的分离技术,包括提取法、结晶法、蒸馏法和色谱法。
提取法是有机化学实验中常用的一种分离技术。
它基于不同物质在溶剂中的溶解度差异,通过溶剂的选择和提取过程的控制,可以将需要分离的有机物质从混合物中提取出来。
提取法可以用于分离有机物与无机物的混合物,也可以用于分离不同有机物之间的混合物。
在实验操作中,通常使用漏斗进行液-液相分离,通过叠加分液仪可以方便地分离两相,从而获得纯净的有机物质。
结晶法是一种常用的纯化有机化合物的分离技术。
结晶法基于物质在溶剂中的溶解度随温度变化的差异。
通过逐渐降低溶液温度,使得溶质逐渐从溶液中析出结晶,从而实现对有机物质的纯化。
结晶法需要选择适宜的溶剂和恰当的结晶条件,如搅拌、过滤和干燥等操作,以获得高纯度的结晶产物。
蒸馏法是一种分离液体混合物的重要技术。
在有机化学实验中,蒸馏法通常用于分离液体的挥发性有机成分。
蒸馏法基于不同物质的沸点差异,通过加热混合物,使得具有较低沸点的物质先蒸发,然后再通过冷凝收集,从而实现对有机物质的分离。
在实验操作中,常用的蒸馏设备包括常压蒸馏和沸石蒸馏,通过控制温度和调节收集装置,可以得到纯净的有机产物。
色谱法是一种分离和纯化有机化合物的重要技术。
色谱法基于物质在固定相和流动相之间的分配行为,通过流动相的传递,使得不同组分在固定相上发生差异分离,从而实现对有机物质的分离。
常见的色谱技术包括薄层色谱、柱色谱和气相色谱。
在实验操作中,需要选择合适的固定相和流动相,根据物质的特性和需要的分离效果进行调节,最终通过检测不同位置的色斑或峰来获得纯净的有机产物。
综上所述,有机化学实验中的分离技术包括提取法、结晶法、蒸馏法和色谱法等。
这些技术在有机合成、纯化和分析等领域起着重要作用。