当前位置：文档之家 › 第4章 离子交换和吸附分离

第4章 离子交换和吸附分离

  • 格式：ppt
  • 大小：5.76 MB
  • 文档页数：83

下载文档原格式

  / 83

合集下载

离子交换吸附

离子交换吸附

离子交换吸附离子交换吸附法指的是两种以上离子性物质之间的相互交换，即溶液（矿浆）中的离子与固体离子交换剂(树脂)之间的可逆离子交换过程。

交换过程分两步，首先是溶液中的离子选择性地转入固相（即吸附剂），然后用适当的试剂淋洗固相，使其中被吸附的离子重新转入液相（即淋洗解吸）。

从而达到富集目的组分或净化浸出液的效果。

矿浆吸附离子交换法是化学选矿对浸出液的处理方法之一。

离子交换吸附技术，人类最早是利用天然沸石净水。

从1880年用活性炭从溶液中回收金，至今已有愈百年的历史。

从20世纪30-40年代离子交换技术随着离子交换树脂合成的成功和应用的不断发展，已广泛应用于生产。

20世纪60年代后期至今炭浆法提金才规模化用于生产。

紧接着用离子交换树脂从铀浸出液中提取铀，再用硝酸或硝酸铵溶液淋洗树脂，达到富集铀的目的。

如今用离子交换技术已能分离、工业用水软化、废水净化、制取高纯水及从稀溶液中提取金属成分。

离子交换树脂在水中时，树脂交换基因团上的可交换离子即电离，并与溶液中电性相同的离子进行离子交换。

交换树脂为多孔高分子化合物，可吸附某些组分。

活性炭具有很大的活性比表面积，可选择性吸附溶液中的某些目的组分，但也兼有某些离子交换作用。

两者的吸附工艺有许多相似之处。

离子交换吸附方法分为清液吸附和矿浆吸附。

离子交换装置和工作方式可分为静态和动态两大类。

静态交换是指液体料流与离子交换树脂相对静止，而并不排斥搅拌运动。

静态交换在工业上应用不多，但在试验室内，作为一种分批试验方法，应用于小规模的初步试验，却是比较方便的。

操作时需要首先了解料液的成分和酸度，根据料液中欲回收的离子状态，选用离子交换树脂。

离子交换吸附法分离、净化和回收金属组分具有选择性高、作业回收率高及作业成本低等特点。

但交换吸附剂容量小，吸附速率小，循化周期长，只适用于从稀溶液中提取、分离目的组分。

吸附分离的原理

吸附分离的原理

吸附分离的原理
吸附分离是一种物质分离的常用方法，其原理是通过物质在吸附剂上的不同吸附性质，实现目标物的分离纯化。

吸附剂通常是一种多孔固体材料，具有大量的微观孔隙结构。

这些微孔能够提供大表面积，以增加目标物与吸附剂之间的接触面积。

吸附剂可以选择性地吸附目标物，使其他组分通过，实现目标物的分离。

不同的吸附剂对目标物的选择性吸附是基于物质间的相互作用力。

吸附分离的原理可以归结为两种主要类型：物理吸附和化学吸附。

物理吸附是指目标物与吸附剂之间的非化学吸附，主要通过范德华力、静电力和疏水作用来实现。

物理吸附的主要特点是吸附剂与目标物之间的吸附力较弱，可以通过改变温度和压力等条件来实现目标物的解吸。

化学吸附是指目标物与吸附剂之间发生化学键的吸附，吸附剂与目标物之间形成比较稳定的化学络合物。

化学吸附的主要特点是吸附力较强，不易被改变的外界条件所影响。

在吸附分离的实际应用中，通常需要考虑多种因素，包括吸附剂的选择、操作条件的优化以及吸附剂的再生等。

此外，也可以将不同类型的吸附剂进行组合，以提高分离效果。

总之，吸附分离是一种基于物质在吸附剂上的不同吸附性质实
现目标物分离纯化的方法。

通过选择适当的吸附剂和调节操作条件，可以高效地实现物质的分离纯化。

离子交换的五个过程

离子交换的五个过程

离子交换的五个过程离子交换是一种广泛应用于水处理、化学制品生产和生物科学领域的分离和纯化技术。

离子交换过程可以分为五个步骤：吸附、洗脱、再生、去除和回收。

第一步，吸附。

吸附是离子交换的第一步，即将混合物中的离子吸附到离子交换树脂的表面上。

离子交换树脂是一种高分子化合物，具有一定的亲和力，可以吸附离子。

吸附过程中，树脂会与离子之间发生化学反应，形成化学键，因此吸附是可逆的。

第二步，洗脱。

洗脱是指将吸附在离子交换树脂上的离子从树脂表面洗脱出来。

洗脱过程中，需要使用一定的溶剂或者其他化学物质，使离子交换树脂表面的离子与溶剂中的离子发生竞争作用，从而将离子从树脂表面洗脱出来。

第三步，再生。

再生是指将用过的离子交换树脂进行再生，使其恢复吸附能力。

离子交换树脂在吸附离子的过程中，随着时间的推移，会逐渐失去吸附能力。

因此需要对离子交换树脂进行再生，将其表面的离子去除，恢复其吸附能力。

第四步，去除。

去除是指将离子交换树脂中吸附的杂质离子去除，使其保持高纯度。

在离子交换过程中，离子交换树脂不仅吸附目标离子，也会吸附一些杂质离子。

因此需要对离子交换树脂进行去除，将其表面的杂质离子去除，使其保持高纯度。

第五步，回收。

回收是指将离子交换树脂中吸附的目标离子回收利用。

在一些应用中，离子交换树脂中吸附的目标离子具有一定的价值，因此需要将其回收利用。

回收过程中，需要对离子交换树脂进行洗脱，将吸附的离子从树脂表面洗脱出来，并进行后续的处理和利用。

离子交换是一种重要的分离和纯化技术，可以应用于许多领域。

离子交换过程中需要进行吸附、洗脱、再生、去除和回收等五个步骤，每个步骤都具有其独特的作用和意义。

通过离子交换，可以实现混合物中的离子的分离和纯化，促进各个领域的发展。

离子交换吸附概念

离子交换吸附概念

离子交换吸附概念
离子交换吸附，是吸附类型中的一种现象，其过程中，吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置换出原先固定在这些带电点上的其它离子。

这是一个可逆过程，能进行离子交换吸附的吸附剂被称为离子交换剂。

离子交换吸附在生物方面的主要应用体现在植物根部细胞表面吸附的阳离子、阴离子与土壤溶液中阳离子、阴离子的交换过程；而在工业上，它主要通过借助于离子交换剂上的离子和废水中的离子进行交换反应，从而去除废水中的有害离子。

此外，离子交换也可以用于水处理等领域，是一种属于传质分离过程的单元操作。

例如，离子交换树脂可以充夹在阴阳离子交换膜之间形成单个处理单元，并构成淡水室。

这种液固相反应过程涉及到物质在液相和固相中的扩散过程。

4 离子交换

4 离子交换
x—平衡时,水相中B+的分率,其值为：y=[B+]/([A+]+[B+])。
二阶对一阶离子交换反应通式为：
2RA B2 R2 B 2 A
其离子交换选择系数为
K
B* A
[ R 2 B][ [RA]2[
A ]2 B2 ]
y (1 y)2
. (1 x)2 x
E C
0 0
.K
B A
式中
K
B* A
—表观选择性系数；
✓ 按设备的功能分为：阳离子交换器、阴离子交换器和混
合比离子交换器
✓ 固定床离子交换器间歇工作过程
1. 离子交换过程
在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真 正工作的只有交换区内树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、 离子种类和浓度以及工作条件。
从交换带来讲， 要经历两个阶段： 1）形成阶段； 2）下移阶段。
Na+
Na+
OH Na+
CO+lH--++OOH+H－Cl-+ +
ClOH
－
OH-Cl- Na+
交换前
交换达到平衡后
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
阳离子交换树脂的强弱顺序：
R—SO3H＞R—CH2SO3H＞R—PO3H2＞R—COOH＞R—OH 磺酸基 次甲基磺酸基 磷酸基 羧酸基 酚基
1.非中性盐的分解反应：
R(COOH)2+Ca(HCO3)2 → R(COO)2Ca+2H2CO3 R=NH2OH+NH4CL → R=NH2CL+ NH4OH
2.强酸或强碱的中和反应：

第四章离子交换法

第四章离子交换法

离子交换树脂的结构 离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间
网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团所构成。 活性基团遇水电离，分成：固定部分和活动部分
2020/7/9/00:29:39
5
树脂的网络骨架
2020/7/9/00:29:38
6
2.2离子交换树脂的分类 一般按树脂所带功能团的性质不同分为阳离子交换树
2020/7/9/00:29:38
1
离子交换法的应用： （1）从贫液中富集和回收有价金属：贵金属和稀有金属； （2）提纯化合物和分离性质相似的元素：稀土分离； （3）处理某些工厂的废水； （4）生产软化水。
2020/7/9/00:29:38
2
第二节 离子交换树脂及其性能
2.1离子交换树脂的结构
（1）高分子部分：聚苯乙烯或聚丙烯酸酯等。连接树脂 的功能团的作用。
柱上离子交换分为运动树脂床和固定树脂床。
交换柱内离子交换过程：B A B A
柱上中层为交换层。
2020/7/9/00:29:39
28
漏穿容量 （V V1 )C mol / L
废水中只有一种离子B+
V2
V 至漏穿时流过的料液体积；V1 树脂床的空隙体积；
进水（C0）
C V2 树脂床的体积；C 料液中金属离子浓度。
(c V）Na OH 交换容量＝
(c
V)
HCl
100 25
m 树脂(g)
100
0.1100 0.112.5
25 5(mmol.g 1 )
1
阳离子交换树脂： 交换容量＝ c V NaOH NaOH c HCl VHCl
干树脂质量 (g)

离子交换吸附

离子交换吸附

离子交换吸附
离子交换吸附（Ion exchange adsorption）是一种利用离子来进行吸附的成像技术。

离子交换吸附技术通常应用于新疆，用于处理水解分离水和有机物（溶剂）的混合物。

该
技术基于离子交换原理：一般的离子交换膜，能与混合物中的质子，负离子，以及有机物
络合，将混合物中的这些物质分离出来。

离子交换吸附可以用来净化水，分离水中的有机物和无机物，分离氨氮，磷，氮，工
业废水等。

离子交换膜具有非常准确的分离效率，从而避免了抽出的气体与混合物中的污
染物发生反应形成毒性化合物。

离子交换吸附有很多优势，首先，它可以选择性地将目标物质从混合物中分离出来，
增加了材料的精度。

其次，利用离子交换吸附可以过滤较大粒径的物质，可以有效降低整
个混合物中的多种有害物质。

此外，离子交换吸附过程只需要小量水，因此减少了水资源
的浪费。

离子交换吸附过程同时也有一些缺点。

首先，它只能选择性地处理轻质物质，无法处
理重质物质；其次，使用此技术需要更多的成本，因为需要具备很高的技术能力；此外，
可能会产生有关离子交换阴离子膜的副产品，且这种副产品难以处理。

因此，离子交换吸附是一种有效的净化技术，但是需要合理的操作，让其更有效地保
护环境，提高材料质量，延长材料使用期限，降低处理成本并对污染物产生有效的排放系统。

离子交换吸附原理

离子交换吸附原理

离子交换吸附原理
离子交换吸附是指使用带电离子交换树脂将水中的离子吸附，并用其
他离子进行交换的过程。

离子交换吸附原理是离子交换树脂表面上存
在的功能性基团与水中的离子之间发生互相吸附的化学反应。

离子交
换树脂通常是高分子具有功能性基团的化学物质，如沸石等，它们在
水中的离子存在时可以与其发生反应，将水中的离子吸附于树脂表面。

树脂内的功能性基团可以选择性地吸附不同的离子，从而实现对水中
离子的分离和纯化。

离子交换吸附的原理基于离子交换平衡，当二者之间存在电荷交换时
就会发生化学反应。

离子交换树脂上存在着大量的阴阳离子交换基团，这些基团可以与水中的阴阳离子反应并结合到它们的表面上，形成离
子交换树脂。

通过向离子交换树脂中加入不同离子，可以迫使树脂释
放出已吸附离子并重新吸附其他离子，从而完成离子交换过程。

离子交换吸附技术被广泛应用于水处理、化学分离、生物化学分离等
领域。

随着先进分离技术的快速发展，离子交换吸附技术的应用也日
益广泛。

离子交换树脂通常具有高效、快速、选择性、稳定性等特点，这些特性使得它成为了绝大多数离子交换实验和工业系统的理想选择。

总之，离子交换吸附原理是离子交换树脂与水中离子之间的反应，通
过树脂功能性基团与水中离子的吸附与交换达到对离子的分离和纯化的目的。

随着人们对离子交换树脂特性的深入了解，它的应用将会更加广泛，其在化学、生物等领域的应用将会更加深入。

吸附分离原理

吸附分离原理

吸附分离原理
吸附分离是一种常用的分离技术，其原理基于物质在固体表面上的吸附作用。

在吸附分离过程中，固体材料通常被称为吸附剂，而待分离的物质则被称为吸附质。

吸附分离的基本原理是根据物质在固体表面与周围环境的相互作用力的不同来实现分离。

吸附剂通常具有一定的活性位点或孔隙结构，可以吸附吸附质分子。

吸附剂与吸附质之间的相互作用力可以是物理吸附或化学吸附。

物理吸附是由于吸附剂表面静电相互作用力、范德华力等引起的，通常是可逆的吸附过程。

化学吸附是由于吸附剂表面与吸附质之间发生化学反应而产生的吸附力，一般是不可逆的吸附过程。

在吸附分离过程中，吸附质在与吸附剂接触后会被吸附到吸附剂表面上，从而与其他物质分离开来。

分离的效果取决于吸附剂的选择以及吸附质与吸附剂之间的亲和力。

吸附分离技术在许多领域都有应用，包括化学工程、环境工程、生物技术等。

通过选择合适的吸附剂和调节吸附条件，可以实现对不同物质的分离纯化，提高产品的纯度和质量。

总之，吸附分离是一种基于物质在固体表面上的吸附作用实现分离的技术。

它在实际应用中具有广泛的用途，是一种有效的分离手段。

离子交换吸附名词解释

离子交换吸附名词解释

离子交换吸附名词解释离子交换吸附名词解释________________________________________离子交换吸附（Ion Exchange Adsorption）是一种利用离子交换床，将溶液中的有机或无机的离子通过特定的吸附剂，用另一种离子来替代的一种分离方法。

它可以将水中的一些有用的金属离子，如铁、铝、锰等，以及其他有机物，如色素、有机酸等，从水中分离出来。

离子交换吸附技术主要由三个部分组成：吸附剂、离子交换床和洗涤液。

其中，吸附剂是一种分子表面由水分子或其他小分子团簇所组成的复合物，它可以与水中的有机物、无机物及其他物质发生化学反应，将这些物质连同它们所带来的电荷一起固定住。

离子交换床是一种由吸附剂组成的特殊填料，它是一种多孔性材料，其表面由大量微小的孔隙构成。

在流动过程中，微小的孔隙可以有效地将水中的有机物、无机物和其他微小物质分离出来，在表面上形成一层薄膜。

洗涤液是由氯化钠、氯化钙、氯化氢和氯化镁等盐类物质混合而成的水溶液，它可以与吸附剂上的有机物及无机物发生反应，将它们从吸附剂表面上分离出来。

在离子交换吸附过程中，所有的物质都在不断地在吸附剂表面上互相交换电荷，这样可以使得所有的物质都能够被有效地分离出来，并且不会造成污染。

吸附剂表面上所形成的薄膜也可以使得所有的物质都能够被有效地固定住，从而保证水的净化效果。

此外，离子交换吸附还具有优良的平衡性能和保护性能。

在进行吸附过程时，吸附剂表面上所形成的薄膜可以使得所有的物质都能够得到有效的平衡，从而减少对水中物质的过量添加。

此外，这种方法还能够保证水中的金属离子和其他有机物不会被氧化或过度混合。

总之，离子交换吸附是一种十分有效而又安全的水净化方法，它能够将水中的金属离子、有机物和其他微小物质有效地分离出来，从而保证水质的清洁度。

吸附和离子交换

吸附和离子交换

吸附和离子交换吸附（Adsorption）：是指溶质从液相或气相转移到固相的现象。

固相—吸附剂（Adsorbent）：一般为多孔颗粒。

按吸附作用力的不同将吸附分为三个类型：物理吸附：依靠吸附剂表面与溶质间的范德华力化学吸附：吸附剂表面活性点与溶质间发生化学结合、产生电子转移现象离子交换：吸附剂表面含有离子或可离子化的基团通过静电力吸附带有相反电荷的离子吸附剂：主要指以物理吸附为主的固体吸附材料。

吸附原理：主要依靠吸附剂与待分离物质间的分子间引力，即范德华力。

特点：（1）选择性差（2）吸附和解吸速度快吸附本质：U范德华=U定向+U诱导+U色散定向力：由于极性分子的永久偶极矩产生的分子间的静电引力；诱导力：极性分子与非极性分子之间的吸引力，极性分子产生的电场会诱导非极性分子极化，产生诱导偶极矩。

色散力：指非极性分子间的引力◎离子交换剂原理：吸附剂表面由极性分子或离子组成，能够吸附溶液中带相反电荷的离子形成双电层，同时在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，同时要放出相应摩尔数的离子于溶液中。

溶质的电荷是交换吸附的决定因素，所带电荷越多，在吸附剂表面相反电荷点上的吸附力越强。

离子交换法是利用带电的被分离物质与离子交换填料上的离子交换能力的不同而进行分离的方法。

离子交换剂离子交换层析材料离子交换树脂离子交换剂的组成：三部分●惰性的不溶性的高分子固定骨架，也称载体；●与载体以共价键连接的不能移动的活性基团，也称功能基团；●与功能基团以离子键连接的可移动的活性离子，也称平衡离子。

◎离子交换剂的载体及其特点1、离子交换树脂载体：苯乙烯-二乙烯苯型最常用丙烯酸-二乙烯基苯酚醛树脂多乙烯多胺-环氧氯丙烷树脂特点：（1）强度好，流速较高（2）较高的离子交换当量（3）耐强酸、强碱（4）抗污染能力强适用范围：（1）中小生物物质的纯化：氨基酸、抗生素、部分中药有效成分等；（2）除盐、除重金属离子（如去离子水）、去色素等。

离子交换吸附原理

离子交换吸附原理

离子交换吸附原理
离子交换吸附原理是一种通过固定相上离子交换树脂或吸附剂与溶液中的离子之间发生反应的过程。

离子交换树脂是一种高分子化合物，具有特定的功能基团（通常是带电的），可以与溶液中的离子发生相互作用，并将其吸附在固体表面上。

在这个过程中，树脂表面的离子与溶液中的离子发生交换，生成新的离子组成。

这种吸附和交换过程可以通过控制反应条件（如温度、pH值、溶液浓度等）来调节和控制。

离子交换吸附原理可以用于水处理、分离纯化、离子选择性电极制备等领域。

在水处理中，离子交换树脂可以去除水中的杂质离子，如钠、铜、铵离子等，从而提高水的纯度。

在分离纯化中，离子交换树脂可以用于从复杂混合物中分离目标离子，如药物、蛋白质等。

在离子选择性电极制备中，离子交换树脂可以用于制备特定离子的选择性电极，用于测定溶液中的离子浓度。

离子交换吸附原理的关键是树脂表面的功能基团，它们可以选择性地与溶液中的离子发生反应。

吸附过程中，树脂表面上的功能基团与离子形成化学键，改变了离子的环境，从而达到吸附和交换的目的。

不同类型的离子交换树脂具有不同的功能基团，可选择性地吸附和交换特定的离子。

例如，硫酸基团的离子交换树脂可以吸附和交换阳离子，如钠离子；胺基团的离子交换树脂可以吸附和交换阴离子，如硝酸根离子。

这使得离子交换吸附在实际应用中具有很高的选择性和适用性。

总之，离子交换吸附原理是一种通过固定相上的离子交换树脂
与溶液中的离子之间发生反应的过程。

通过控制反应条件和选择适当的离子交换树脂，可以实现离子的吸附和交换，从而达到水处理、分离纯化和离子选择性电极制备等目的。

吸附分离原理

吸附分离原理

吸附分离原理吸附分离原理是指通过吸附剂与待处理物质之间的吸附作用，将混合物中的不同组分分离开来的一种分离技术。

它在实际应用中具有广泛的用途，可以用于废水处理、气体净化、分离纯化等多个领域。

本文将从理论原理、应用案例以及技术发展等方面进行探讨。

一、理论原理吸附分离原理的核心在于吸附剂对待处理物质的选择性吸附作用。

吸附剂通常是多孔性材料，具有较大的比表面积和一定的化学活性。

当混合物中的组分通过吸附剂时，各组分根据其与吸附剂的相互作用力不同而被吸附在材料表面上。

这些组分在吸附剂上停留的时间也不同，从而实现了分离作用。

吸附分离的选择性取决于吸附剂和待处理物质之间的相互作用力。

常见的吸附作用力包括物理吸附和化学吸附。

物理吸附是由于吸附剂和待处理物质之间的范德华力而产生的，通常在低温和高压下易发生。

而化学吸附则是由于吸附剂和待处理物质之间的化学键形成而产生的，具有较高的选择性和较强的化学稳定性。

二、应用案例1. 废水处理吸附分离技术被广泛应用于废水处理中，用于去除废水中的有机物和重金属离子等污染物。

例如，活性炭常被用作吸附剂，通过物理吸附将有机物质吸附在活性炭表面，达到净化水体的目的。

此外，离子交换树脂也常用于去除废水中的重金属离子，通过化学吸附将离子交换树脂上的离子与废水中的金属离子进行置换，实现分离和回收。

2. 气体净化吸附分离技术也广泛应用于气体净化领域，用于去除有毒气体、恶臭气体和挥发性有机物等。

例如，活性炭可以吸附有机气体分子，净化空气中的污染物。

此外，分子筛和硅胶等材料也常用于去除水分和溶剂蒸气等。

3. 分离纯化吸附分离技术在分离纯化领域具有重要应用，可用于分离提取天然产物中的有效成分，或者从混合溶液中提取目标化合物。

例如，吸附层析技术常用于药物分子的纯化，通过合适的吸附剂选择和条件设置，将目标化合物与混合物中的其他成分分离开来。

三、技术发展随着科学技术的进步，吸附分离技术得到了不断的发展和创新。

吸附分离原理

吸附分离原理

吸附分离原理吸附分离是一种常用的化学工程技术，广泛应用于气体和液体的分离、净化和提纯等领域。

根据不同的吸附剂和被吸附物的性质，吸附分离原理可以分为物理吸附、化学吸附、离子交换、分子筛和配位体交换等几种类型。

本文将对这几种吸附分离原理进行详细阐述。

1.物理吸附物理吸附是指吸附剂通过物理作用力将气体或液体分子吸附在其表面上的过程。

这种作用力包括范德华力、氢键和静电引力等。

物理吸附通常是在温度和压力变化的情况下发生的，因此在实际应用中，物理吸附分离常常采用变压或变温的方法来实现。

2.化学吸附化学吸附是指被吸附物与吸附剂表面发生化学反应，形成化学键或配位键，从而被吸附在表面上的过程。

化学吸附通常需要在一定的温度和压力条件下进行，并且需要使用特定的吸附剂。

与物理吸附相比，化学吸附具有更高的选择性和吸附强度，因此在某些特定的分离过程中，化学吸附分离具有更高的效率。

3.离子交换离子交换是指通过离子交换剂将溶液中的离子吸附在其表面上的过程。

离子交换剂通常是一些具有高离子交换容量的物质，如树脂、沸石等。

离子交换过程中，离子通过静电相互作用被吸附在离子交换剂的表面上，从而实现离子的分离和净化。

离子交换技术在水的软化和除盐、放射性废液的处理等方面得到了广泛应用。

4.分子筛分子筛是一种具有分子级别孔径的晶体物质，它可以实现对气体和液体的分离、纯化和精制等。

分子筛的孔径可以通过选择不同的合成条件和合成原料进行调整，因此分子筛在分离过程中具有很高的选择性和分离效率。

分子筛的吸附分离过程主要是基于分子尺寸和形状的差异来实现的，因此分子筛在分离过程中具有良好的立体选择性。

5.配位体交换配位体交换是指利用配位体与被吸附物之间的配位作用来实现吸附分离的过程。

配位体是一种具有孤电子对的有机物或无机物，它可以与金属离子或原子形成稳定的配合物。

在配位体交换过程中，配位体通过与金属离子或原子形成配合物，从而将金属离子或原子从溶液中吸附在配位体表面上，实现金属离子的分离和纯化。

离子交换分离技术

离子交换分离技术
含水量的大小取决于亲水基团的多少 及树脂孔隙的大小。对凝胶型树脂，交 联度对含水量的影响比较大。
3．密度
真体积V真 质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观 察排开水的量，即得到树脂的真体积V真。
视体积V视 将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积 达极小，得树脂空间体积，即为视体积V视。
湿视密度d视：树脂的湿视密度d视=w1/ V视 湿真密度： d视=w1/ V真
• *萃取时间，一般从30s到数分钟不等。
（二）分层
• 萃取后应让溶液静置数分钟，待其分层，然后将 两相分开。
• 注意：在两相的交界处，有时会出现一层乳浊液 产生原因：因振荡过于激烈或反应中形成某种微溶 化合物 消除方法：增大萃取剂用量、加入电解质、改变溶 液酸度、振荡不过于激烈
（三）洗涤
• 所谓洗涤：就是将分配比较小的其它干扰组分 从有机相中除去。
E（弱碱）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
强碱性
1-12
弱碱性
0-7
不同类型离子交换树脂的
各种类型离子交换树脂的滴定曲线
有效PH范围
2．交换容量及化学稳定性
•定义： 每克干树脂能交换离子的物质的量，以mmol （毫摩尔）为单位。
总交换容量或称全交换容量、极限交换容 量、最大交换容量。它是由树脂中功能基含 量所决定的。交换容量应注明树脂的离子形 态。如R–SO3H，交换容量为5.2mmol/g（干 树脂），转化成Na型即R–SO3Na，交换容量 为4.67mmol/g（干树脂）
通常用60一125mL的梨形分液漏斗进行萃取，萃取一般在几 分种内可达到平衡，分析多采用这种方式。
b．多级萃取 又称错流萃取。
将水相固定，多次用新鲜的有机相进行萃取，提高分离效果。

离子交换色谱法的分离原理

离子交换色谱法的分离原理

离子交换色谱法的分离原理
一、离子交换
离子交换色谱法的基础是离子交换过程。

在这个过程中，固定相上的离子与流动相中的离子进行可逆的交换。

固定相上的离子与流动相中的离子进行交换时，它们会根据电荷和亲和力的差异进行选择性地结合或分离。

二、吸附与洗脱
在离子交换色谱法中，被分析的离子首先被固定相吸附。

随着流动相的通过，被吸附的离子逐渐被洗脱下来。

洗脱的速率取决于被分析离子与固定相的相互作用强度。

通常，亲和力越强的离子越难以被洗脱，而亲和力较弱的离子则更容易被洗脱。

三、离子间的相互作用
在离子交换色谱过程中，被分析的离子与固定相和流动相中的其他离子之间存在着相互作用。

这些相互作用包括：电荷相互作用、络合反应、疏水相互作用等。

这些相互作用会影响离子的吸附和解吸行为，从而影响最终的分离效果。

在电荷相互作用中，同号电荷离子间的排斥作用和异号电荷离子间的吸引作用会影响离子的洗脱顺序。

在络合反应中，一些金属离子可能与固定相或流动相中的配位体形成络合物，影响它们的吸附和解吸行为。

疏水相互作用则涉及到离子与固定相或流动相间的非极性相互作用，这种相互作用通常在反相离子交换色谱中较为重要。

通过控制实验条件，如流速、盐浓度、pH值等，可以调整这些相互
作用，从而实现特定离子的有效分离。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例：R—SO3H 国产强酸732树脂 R：代表树脂中的网状高分子聚合物的骨架部分；
—SO3H：磺酸基，代表树脂的活性基团(—SO3- )； R-SO3H又称为H+型阳离子交换树脂，可用符号RH 表示。如果活性基团上的H+被其它阳离子如Na+、 NH4+等取代，就称为Na+型、 NH4+型阳离子交换树脂， 或称盐型。可用符号RNa 、RNH4表示。
• 在流出曲线的左侧和C/C。
＝1的水平线内所包括的面
积即相当于全交换容量。
通过a点的垂直点线的左侧
所包括的面积S1，相当于 工作交换容量；
图4-2 离子交换流出曲线 (V-流出液体积;C-流出液中金属离子浓度;
C0-料液中金属离子浓度,a-穿透点)
全交换容量与工作交换窖量
• 全交换容量即树脂上吸附的离子达到饱和时的 吸附量。一般是3-5mgeq／g干树脂。
线状高分子化合物，它起连接树脂的 功能团的作用。 交联剂部分：骨架，决定树脂性能，通常为二乙烯 苯，它将高分子部分交联起来，使之 具有三度空间的网状结构。 功能团： 固定在树脂上的活性离子基团，决定树 脂 的性质和交换能力。
离子交换树脂可分为以下二大类型：
⑴阳离子交换树脂：树脂的功能团可电离出阳离子， 并可被溶液中的阳离子交换。
如果将骨架表示为R（带有固定离子），则阳离子 （氢离子）交换反应以下式表示：
2RH + Ca2+ R2Ca + 2H+
⑵阴离子交换树脂：树脂的功能团可电离出阴离子， 并可被溶液中的阴离子交换。
在阴离子为氯离子时的交换反应表示为：
_
2RCl + SO42 R2SO4 + 2Cl
离子交换树脂的合成，类似生产塑料那样，采用 多聚或缩聚有机化合物单分子体的过程，使之形成分 子碳氢链的空间网络。
（6）交联度：树脂中含有交联剂的百分重量称之为交联度， 用符号“×”后的数字表示（如× 4、 × 10，表示交联度为 4%和10%）。如聚苯乙烯型树脂，它是由苯乙烯与二乙烯 苯合成的，构成庞大的树脂体。一般把它看做是由二乙烯苯 起联结作用，称做交联剂。
交联度大小可表示树脂网状结构的紧密程度，它的大小 决定了树脂的机械强度和溶胀性等性质，也影响到交换容量。 交联度大小直接关系到树脂的本性。其大与小常以8%为基 准而言。交联度低的树脂，溶胀度和渗透性均大，伸缩性亦 大，容水量多。因而以溶胀后所占体积来计算其交换容量就 比较小。这种树脂在交换反应中，达到平衡的速度快，但选 择性不好，颗粒的牢固度小。而高交联度的树脂则与上述情 况相反。
练习1： R—N(CH3)3Cl 国产强碱性711树脂 R：代表_______________；
—N(CH3)3Cl ：季胺盐基，代表____； 固定离子是____;
R- N(CH3)3Cl又称为____型阴离子交换树脂，可用 符号____表示。如果活性基团上的Cl-被其它阴离子 如OH-、SO4-等取代，就称为____型、 _____型阴离 子交换树脂，可用符号____、____表示。
⑷ 化学性能：离子交换树脂具有酸或碱的化学反应 性能，它主要取决于树脂上功能团的性质。
• 最通用的离子交换树脂是基于苯乙烯共聚和交联的强酸 和强碱型离子交换树脂，其在整个pH值范围内充分的 离子化。而弱酸型交换树脂有时基于丙烯酸或甲基丙烯
酸共聚制得。
• 具有阳离子交换功能的基团有磺酸基(-S03H)、羧基(COOH)等；具有阴离子交换功能的有伯、仲、叔胺型(NH2、-NHR、-NR2)以及季铵型(-NR30H)等；
Na+
1.58 1.93 2.37
NH4+ K+
1.90 2.27
2.55 2.90
3.34 4.50
Rb+
2.46 3.16 4,52
Cs+
2.67 3.25 4.65
Ag+
4.73 8.51 22.99
Tl+
6.71 12.4 28.5
Mg2+ 2.95 3.29 3.51
Cu2+ 3.29 3.85 4.46
• (1)负载:将持分离元素混合物溶 液以一定的流速流经负载柱，使 混合金属离子全吸附在负载柱中；
• (2)淋洗:用一种淋洗剂溶液通过 负载柱和分寓柱，使吸附于负载 柱上的各金属离子移向分离柱并 依次淋洗出来，一份一份地分别 收集。
4.4、离子交换动力学
树脂和溶液中的离子交互反应,包括如下五个 步骤：
4.1
6.1
1.3
1.3
3.3
3.3
1.2
1.3
18.5
1.6
1.3
假定离子交换树脂的分离因子为
S
[Rn B n ]R [ A ]S [R A ]R[Bn ]S
则选择系数与分离因子之间的关系为
K 'Bn A
S
[ [
[A ]S R A ]R
]n1
• 对于一价与一价离于的交换，n=l，选择系数等于分离 因子。若α>l，表示该树脂对Bn+离子较A+具有更大的选 择性，α=l两种离子无选择性。
• 但在实际应用中不能使其达到饱和程度，因此 又有工作交换容量（操作容量），即：在一定 的交换条件下所达到的实际交换容量，它随工 艺条件和操作方式而异。
• 一种树脂的交换容量大小，首先是取决于单位 重量或单位体积中含有活性基的数目多少。其 次也取决于活性基离子化的程度。而活性基离 子化程度，又取决于活性基本身的性质和溶液 的pH值。市售品都标明使用pH范围。此外，与 树脂体的性质也有关系。
第四章 离子交换和吸附
4.1 离子交换分离法
固体中的离子能够与溶液中的离子发生交换，使 溶液中的离子进入固相而被吸附，固相中的离子进 入溶液而被解吸。具有离子交换性质的固体称为离 子交换剂，利用离子交换剂来分离提纯物质的方法 就称为离子交换法。
离子交换法所使用的离子交换剂分为两大类：无 机离子交换剂和有机离子交换剂。
表4-2 螯合型离子交换树脂功能基团及其选择性。
（5）交换容量：以每克干树脂或每毫升湿树脂 上的交换离子的摩尔数或克数表示，交换容量又可分 为总交换容量、操作容量或称工作交换容量。
• 在图4-2中以流出液体积V 为横坐标，以流出液中交 换离子的浓度C与原液离子 浓度c。之比为纵坐标，所 作的曲线叫流出曲线。
颗粒扩散控制的动力学方程：ln(1-R)=In(6/π3)-Bτ B为比例常数，B=Dπ2/r2, r为树脂颗粒半径。
分别以In(1-R)对τ作图，得线性关系，由线性关系的 斜率，可分别求K和B，通过B再求D;
：测定离子吸附分数随时间的变化， 初始阶段的提高很快；随交换时间的延长，增加幅度减 小；此时，终断两相接触一段时间后再重新接触，若吸 附分数又迅速提高的为颗粒控制，若继续原来的提高幅 度，则为膜扩散控制。
练习2： R—COOH —COOH：羧基
国产弱酸724树脂
4.2.2、基本性能
⑴溶胀性：树脂浸入水中后产生膨胀，称为溶胀。
⑵ 外形与颗粒大小：球形，用树脂在水中膨胀后通 过筛孔的目数来表示，用于冶金生产的树脂一般为 60-150目。
⑶ 密度：一般用树脂的湿视密度及湿真密度表示， 它们都是在树脂充分溶胀后的密度值。湿视密度一 般在0.6-0.9g/ml，为了使树脂在水中不上浮，树脂 的湿真密度必须大于1，一般在1.04-1.3g/ml ，
• 离子交换树脂的组成和结构见表4-1。
图4-1 具有不同表面结构的特种离子交换树脂 (a-普通型;b-凝胶型;c-大孔型;d-膜状型;e薄壳型)
表4-1 离子交换树脂的结构与性能
工业上常常利用离子交换反应来除去溶液中的离 子，也可以利用这种反应的选择性，对存在于溶液中 的各种离子进行区别和分离。
• 在阴离子交换树脂中，引入有碱性的活性基。 例如，伯胺基，仲胺基和叔胺基等。也有强碱 性和弱碱性之分。
• 离子交换树脂通常是以球形或颗粒形的固体凝 胶，它包含三维高分子网络、附着在高分子网 络上的离子功能基团、反离子以及溶剂。除了 通用的均孔型离子交换树脂外，还有如图4-1所 示的特种离子交换树脂。
• C0=[A+]+[B+], C=[B+] • 令 Q=[R-A+]+[R-B+], q=[R-B+]
• 对稀溶液．离子交换树脂具有以下规律；
• ①二价离子对树脂的亲和力大于一价离子；
• ②同价离子的亲和力与其水合离子半径成反比(水化理 论)。若浓度增高，树脂对不同离子的选择性差别变大．
1-1价阳离子交换反应可按以下通式表示
R A B R B A
则离子选择性系数为
K 'B A
[RB ]R[A ]S [R A ]R[B ]S
K 'Bn A
[Rn B n ]R [ A ]nS [R A ]nR [B n ]S
该式表示离子交换树脂对不同离子的相对亲和力，
通常也称为离子交换选择系数，该数值可从实验测得。
选择性系数（Dowex50)
阳离子 ×4
×8 ×16
Li+
1.00 1.00 1.00
H+
1.32 1.27 1.47
影响交换过程速度的因素：
树脂颗粒大小、树脂的性质、温度、交换离子的性 质、溶液浓度及搅拌等。
溶液浓度低、颗粒小、交联度低时往往是膜扩散控制； 搅拌的影响大；
溶液浓度高、颗粒大、交联度高时往往是内扩散控制； 搅拌的影响小；
膜扩散控制的动力学方程：lg(1-R)=-Kτ/2.303 R为时间为τ时离子的吸附分数；
4.5 离子交换平衡及其选择性系数
将离子交换树脂放入有反离子A的电解质溶液 中．溶液中的反离子A和高子交换树脂中的反离子B 部分取代交换Rn B n nA