第三章离子交换树脂及吸附树脂(1)资料
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树脂吸附原理一、(1)大孔吸附树脂的吸附原理5p"A4X4Z3L大孔吸附树脂是吸附性和分子筛性原理相结合的分子材料。
吸附性是由于范德华引力或产生氢键的结果,分子筛性是由于其本身多孔性结构所决定的。
w w w p a nt exaco m&1M s3h&1{4m(2)影响吸附的因素大孔吸附树脂本身的性质、溶剂的性质和化合物的性质是影响吸附的3个重要因素。
w w w p a nt exaco m%W9_9kh d%(3)大孔吸附树脂的应用植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网4C4O?a@C2x]#vN8s L苷与糖类的分离,生物碱的精制,多糖、黄酮、三萜类化合物的分离。
w w w pl a n ex a c o m*P%d*q/~6V(4)洗脱液的选择中国植物提取物论坛5)d}%"p1u&~&@中国植物提取物论坛8C~&v8@4T洗脱液可使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。
二、什么是吸附?(Adsorption)~X V$V.&L8K1GO6/a1、吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力,使其富集在吸附剂表面的过程。
~0F3^2a2、吸附过程通常包括:待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。
三、常见的吸附类型及其主要特点w w w pl a nexaco m#P9vT T*u%N{1W Z1、物理吸附:吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层,也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。
中国植提论坛植提网%k8n23`+bN2、化学吸附:吸附作用力为化学键合力,需要高活化能、只能以单分子层吸附,选择性强、吸附和解吸附速度较慢。
2H/x4@H4oo1Y%U*^o中国植物提取物论坛^%q u%四、常用吸附剂种类中国植物提取物论坛%|#V H%D吸附剂通常应具备以下特征:对被分离的物质具有较强的吸附能力、有较高的吸附选择性、机械强度高、再生容易、性能稳定、价格低廉。
离子交换树脂基础知识离子交换树脂的基础知识一、离子交换树脂发展简史离子交换剂是一类能发生离子交换的物质,分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。
有机离子交换剂又称离子交换树脂。
无机离子交换剂(如沸石)早在一百多年前就已发现并应用,人类就已经会利用沙砾净水。
而有机离子交换树脂是在1933年由英国人亚当斯(Hdams)和霍姆斯(Holms)首先用人工方法制造酚醛类型的阳、阴离子交换树脂。
在第二次世界大战期间,德国首先进行工业规模的生产。
战后英、美、苏、日等国的发展很快。
1945年美国人迪阿莱里坞(D’Alelio)发表了关于聚苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂及聚丙烯酸型弱酸性阳离子交换树脂的制备方法。
后来聚苯乙烯阴离子交换树脂、氧化还原树脂以及螯合树脂等也相继出现,在应用技术及其范围上也日益广大。
到了上世纪五十年代后期,各种大孔型的树脂又相继发展起来,在生产及科学研究中,离子交换树脂起着越来越重要的作用。
解放前,我国的离子交换树脂的科研和生产完全空白,解放后,从五十年代初期开始,我国在北京、上海和天津的一些科研单位和高等学校分别开始了离子交换树脂的研究。
1953年酚醛磺化树脂产生,1958年凝胶型苯乙烯树脂投入生产,1959年南开大学何炳林用苯乙烯做致孔剂合成孔径大、强度高和交换速度快的大孔型交联聚苯乙烯离子交换树脂。
60年代我国生产了大孔型苯乙烯系、丙烯酸系离子交换树脂。
到70年代中、后期又合成了多种吸附树脂、碳化树脂,并已先后投入生产。
经过50年的努力,我国的离子交换树脂的生产和工业应用得到了飞速的发展,生产的品种已超过六十种,产品的种类和产量日益增多,质量不断提高,并广泛应用于工农业生产、国防建设、医药卫生、交通运输及科学研究等部门,在我国的建设中起着越来越重要的作用。
二、离子交换树脂的组成离子交换树脂不溶于一般的酸、碱溶液及各种有机溶剂,如乙醇、丙酮及烃等,结构上属于既不溶解、也不熔融的多孔性海绵状固体高分子物质。
离子交换树脂求助编辑百科名片离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。
通常是球形颗粒物。
离子交换树脂形态离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架(或基因)名称、基本名称组成。
孔隙结构分凝胶型和大孔型两种,凡具有物理孔结构的称大孔型树脂,在全名称前加“大孔”。
分类属酸性的应在名称前加“阳”,分类属碱性的,在名称前加“阴”。
如:大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
编辑本段基本分类离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。
树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。
首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类,它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。
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(或再分出中强酸和中强碱性类)。
离子交换树脂基本形态编辑本段命名方式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因、交联剂等的差异。
第一、第二位湿离子交换树脂数字的意义,见表8-1。
表8-1 树脂型号中的一、二位数字的意义代号0 1 2 3 4 5 6分类名称强酸性弱酸性强碱性弱碱性螫合性两性氧化还原性骨架名称苯乙烯系丙烯酸系醋酸系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系大孔树脂在型号前加“D”,凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。
如D011×7,表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,其交联度为7。
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(A 为Anion的第一个字母),如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂,亦分别代表阳树脂和阴树脂。
编辑本段制造厂家离子交换树脂在国内外都有很多制造厂家和很多品种。
国内制造厂有数十家,主要的有上海树脂有限公司、南开化工厂、安徽皖东化工有限人司,浙江争光实业股份有限公司、晨光化工研究院树脂厂、江苏色可赛思树脂有限公司等;国外较著名的如美国Rohm & Hass公司生产的Amberlite系列、Success公司生产Ionresin系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列,还有Ionac系列、Allassion系列等。
吸附树脂的吸附原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述吸附树脂是一种具有特殊吸附功能的固体材料,在科学研究、工业生产以及环境保护等领域有着广泛的应用。
它能通过物理吸附或化学吸附的方式,将溶液中的目标物质固定在其表面或孔隙中,从而实现目标物质的分离、纯化或浓缩。
吸附树脂具有多种类型和分类,常见的包括离子交换树脂、吸附树脂和固定相树脂等。
离子交换树脂可通过与离子交换产生化学反应或物理吸附来去除水中的离子,广泛应用于水处理、化学工程和生物制药等领域。
吸附树脂主要通过物理吸附将目标分子吸附在其孔隙中,例如,用于分离和纯化生物大分子、有机物和气体。
固定相树脂是一种用于液相和气相色谱分析的固定载体,通过吸附和分配,将混合物中的成分分离并作定量分析。
吸附树脂的吸附原理非常复杂,涉及到诸多物理现象和化学反应。
其中,物理吸附是指通过范德华力、氢键等非化学键力将目标分子吸附在树脂表面或孔隙中。
化学吸附则是指通过共价键或离子键形成化学键的方式将目标分子固定在树脂上。
吸附树脂的吸附能力主要与其表面性质、孔隙大小和分子之间的相互作用力有关。
本文将详细介绍吸附树脂的不同类型和分类,并重点探讨吸附树脂的吸附原理。
2.2和2.3部分将分别介绍吸附树脂的两种常见吸附原理,并结合实际案例进行说明。
最后,在结论部分,我们将总结吸附树脂的吸附原理,并展望其在未来的应用前景。
通过对吸附树脂的研究和应用,我们可以更好地理解吸附过程的机制,为相关领域的科学研究和工程实践提供有力支撑。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容:文章结构部分应该介绍整篇文章的组织结构和内容安排,让读者可以清楚地了解整篇文章的框架。
可以涵盖以下内容:首先,简要介绍整篇文章的组织结构,例如由引言、正文和结论三个主要部分组成。
其次,对每个主要部分进行详细的说明。
引言部分可以简要介绍吸附树脂的背景和研究意义,并阐述吸附树脂的吸附原理是本文的重点。
正文部分可分为吸附树脂的定义和分类以及吸附树脂的吸附原理两个小节。
离子交换树脂原理介绍及优缺点分析
1、离子交换树脂工艺原理
离子交换树脂的原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程:离子交换树脂作用环境中的水溶液中,含有的金属阳离子(Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基(—SO
3
H)、羧基(—COOH)或苯酚基(—
C 6H
4
OH)等酸性基团,在水中易生成H+离子)上的H+ 进行离子交换,使得溶液中
的阳离子被转移到树脂上,而树脂上的H+交换到水中,(即为阳离子交换树脂原理)
离子交换树脂对水中离子的吸附具有很强的选择性,通常用于水处理的离子交换树脂主要用于水中Ca2+的去除。
如需去除重金属则需选择相应的专用树脂,如除砷则需使用除砷树脂,除铬则需使用除铬树脂。
目前市场上除砷、除六价铬的专用树脂价格高。
2、树脂再生
当离子交换树脂吸附饱和后需对吸附饱和的离子交换树脂进行脱附处理,该过程即为树脂再生过程。
其具体步骤可分为:药液浸泡、正洗、反洗。
药液的使用需要根据树脂的类型进行相应的选择。
一般而言,酸性树脂选择HCl、H2SO4溶液,碱性树脂选择NaOH溶液。
3、树脂工艺优缺点
优点:相对于反渗透树脂,无需进行额外增压,吨水运行成本较低;
缺点:
1、选择性强针对不同的重金属需要选择相应的树脂,且专用树脂价格高,投资大;
2、树脂更换周期较短,正常情况下每3年更换一次,维护成本高;
3、用于处理重金属的树脂,在到达使用年限后属于危废,后续处置费用高;
4、树脂的再生废液为强酸/强碱性溶液,需要进一步处理;
5、对运营维护团队的专业要求高。
1、离子交换树脂的基本类型(1) 强酸性阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基-SO3H,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SO3-,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。
树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用。
如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成。
(2) 弱酸性阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团,如羧基-COOH,能在水中离解出H+而呈酸性。
树脂离解后余下的负电基团,如R-COO-(R为碳氢基团),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。
这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
(3)强碱性阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R 为碳氢基团),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。
(4) 弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2,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pH 1~9)下工作。
它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。
2、离子交换树脂基体的组成离子交换树脂的基体(matrix),制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类,它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应,形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。
树脂吸附的原理都有哪些树脂吸附是利用树脂的化学性质和结构特点,使其与溶质发生吸附作用,从溶液中去除特定溶质的一种分离和纯化技术。
树脂吸附的原理涉及吸附剂的化学性质、物理结构以及吸附过程中的交互作用。
以下是树脂吸附的几种常见原理。
1. 离子交换吸附原理:离子交换吸附是树脂吸附中最常见的一种原理。
树脂表面通常带有阳离子交换基团(如-NH2、-NH3+等)或阴离子交换基团(如-OH、-COO-等),能够与溶液中的离子发生离子交换反应,将目标离子从溶液中吸附到树脂表面。
离子交换吸附可以根据离子交换基团的类型和性质来选择合适的树脂。
2. 配位吸附原理:配位吸附是指树脂表面的配位基团与目标物发生配位作用,形成配位键而实现吸附。
常用的配位基团有酸性官能团(如羧基、酚基)和碱性官能团(如胺基、亚胺基),可以与溶液中的金属离子形成络合物,进行吸附。
3. 氢键吸附原理:氢键吸附是指树脂表面的氢键供体与溶液中的氢键受体形成氢键结合,从而发生吸附作用。
常见的氢键供体包括羟基(-OH)、胺基(-NH2)等,氢键受体可以是溶质分子中的惰性键或氮、氧等原子。
4. 静电吸附原理:静电吸附是指树脂表面带有电荷的固体颗粒与溶液中的带有相反电荷的离子或极性分子发生静电相互作用,实现吸附。
树脂表面的电荷性质可以通过控制pH 值或添加电荷剂来改变,以调节吸附性能。
5. 范德华吸附原理:范德华吸附是指树脂表面的非极性区域与溶液中的非极性溶质发生范德华相互作用,实现吸附。
树脂表面通常具有疏水性基团,可以吸附疏水性物质。
6. 多孔吸附原理:多孔吸附是指树脂内部的孔隙对分子进行吸附。
树脂材料通常具有一定的孔隙结构,可通过调节树脂的制备方法和条件来控制孔径和孔隙分布,以适应不同分子大小的吸附需求。
除了以上几种常见的吸附原理外,还有一些特殊的吸附原理,如光吸附原理、协同吸附原理等,它们通过特定的吸附机制实现对特定目标物质的选择性吸附。
树脂吸附技术在环境保护、生物医药、食品加工、化工等领域有广泛的应用。
*本项目1987年获国家自然科学二等奖;主要完成人为何炳林,张全兴,史作清,钱庭宝,陈洪彬,孙君坦,李效白。
大孔离子交换树脂及新型吸附树脂的结构与性能*何炳林,史作清(南开大学高分子化学研究所,天津 300071) 摘要:该项研究发现了大孔交联聚苯乙烯型离子交换树脂的合成方法,研究了惰性溶剂的性质与树脂的孔结构、树脂的孔结构与树脂的性能、树脂的特性与用途等方面的关系。
在此基础上,研制出高强度、抗辐射、动力学性能优越的大孔型离子交换树脂,使其不仅能更好地应用于无机离子的交换,还开拓了在有机合成、制药等领域的催化、脱色、提纯等多方面的广泛应用。
在多孔性离子交换树脂的基础上,还研制出系列吸附树脂。
此类提取、分离材料,可以有不同的结构和不同的吸附性能,在天然产物的提取分离、抗菌素的提取、纯化、医疗、环境保护等领域有实际用途。
上述两类功能高分子材料在多家企业实现了产业化,为化工、制药、环保、医疗、分析等诸多行业提供了必要的材料,在国民经济的发展中发挥了重要作用。
关键词:大孔离子交换树脂;吸附树脂;合成;提取分离背景离子交换树脂由酚醛型到聚苯乙烯型的转变是一个质的飞跃,这使离子交换树脂的性能大幅度提高,品种成倍地增加,应用范围迅速扩大。
其中最引人注意的两个应用领域是纯水的制备和核燃料的提取,对世界经济、政治、军事的发展产生了巨大的影响。
用离子交换树脂脱盐是制备软化水和纯水最有效的方法,解决了锅炉用水对水质的严格要求问题,大大促进了化工企业、火电厂、医药、食品、电子、环保等行业的发展。
进入上世纪50年代以后,核技术和核能的利用成为世界性的科学、技术、经济、军事课题。
核燃料的生产,包括铀的提取和U 235的分离浓缩两项关键技术,成为由极少数国家控制的、许多国家积极开发的绝密技术。
前一项技术就是采用阴离子交换树脂从含量很低的矿石中将铀提取出来。
铀的特点是能与SO 42-形成带负电荷的络合物,可被交换到阴离子交换树脂上,从而与其它金属阳离子分离。