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第六章 吸附与离子交换

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第六章吸附分离功能高分子材料ppt文档

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胶型、大孔型和载体型三类。图6—2是这些树脂结构 的示意图。
图6—2 不同物理结构离子交换树脂的模型
第六章 吸附分离功能高分子材料
1）凝胶型离子交换树脂 凡外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交
换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光 滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶 状，并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙 约为2～4nm。一般无机小分子的半径在1nm以下，因 此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在 无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体 积缩小，无机小分子无法通过。所以，这类离子交换 树脂在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能。
第六章 吸附分离功能高分子材料
6.3 离子交换树脂和吸附树脂的分类
6.3.1 离子交换树脂的分类 离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和最
重要的分类方法有以下两种。 （1）按交换基团的性质分类
按交换基团性质的不同，可将离子交换树脂分为 阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。
第六章 吸附分离功能高分子材料
第六章 吸附分离功能高分子材料
吸附树脂内部结构很复杂。从扫描电子显微镜下 可观察到，树脂内部像一堆葡萄微球，葡萄珠的大小 约在0.06～0.5μm范围内，葡萄珠之间存在许多空 隙，这实际上就是树脂的孔。研究表明葡萄球内部还 有许多微孔。葡萄珠之间的相互粘连则形成宏观上球 型的树脂。正是这种多孔结构赋予树脂优良的吸附性 能，因此是吸附树脂制备和性能研究中的关键技术。
第六章吸附分离功能高分子材料
优选第六章吸附 分离功能高分子
材料
第六章 吸附分离功能高分子材料
6.2 离子交换树脂和吸附树脂的结构
6.2.1 离子交换树脂的结构 离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网
《生物分离工程》课程笔记

《生物分离工程》课程笔记

《生物分离工程》课程笔记第一章绪论一、生物分离工程的历史及应用1. 历史生物分离工程的历史可以追溯到古代酿酒和面包制作时期，但作为一个独立领域的发展始于20世纪。

早期的生物分离技术主要依靠自然现象，如沉淀、结晶等。

随着科技的发展，尤其是生物技术的崛起，生物分离工程逐渐形成一门独立的学科，并得到了迅速发展。

2. 应用生物分离技术在医药、食品、农业、环境保护等领域有广泛的应用。

例如，在疫苗生产中，需要从细胞培养液中分离出病毒或细菌；在抗生素提取中，需要从发酵液中提取抗生素；在蛋白质纯化中，需要从混合蛋白质中分离出目标蛋白质；在果汁澄清中，需要去除果汁中的悬浮固体等。

二、生物分离过程的特点1. 复杂性生物分离过程涉及生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖等）的分离和纯化，这些生物大分子在结构和性质上具有很高的复杂性，因此生物分离过程也具有较高的复杂性。

2. 多样性生物分离过程中，针对不同的生物大分子和混合物，需要采用不同的分离方法和工艺，因此生物分离过程具有很高的多样性。

3. 灵敏度生物大分子在分离过程中容易受到外界因素的影响，如温度、pH值、离子强度等，因此生物分离过程需要严格控制条件，具有很高的灵敏度。

4. 易失活性生物大分子在分离过程中容易发生变性、降解等失活现象，因此生物分离过程需要尽量减少这些失活现象的发生。

5. 高价值生物大分子往往具有很高的经济价值，如药物、生物制品等，因此生物分离过程需要高效、高收率地分离目标物质，以满足市场需求。

第二章过滤一、过滤基本概念及预处理1. 过滤基本概念过滤是一种基于孔径大小实现固体与流体分离的技术。

在生物分离工程中，过滤技术被广泛应用于细胞培养液、发酵液、酶反应液等混合物的初步分离和纯化。

过滤过程中，混合物通过过滤介质（如滤纸、滤膜等），固体颗粒被拦截在过滤介质上，而流体则通过过滤介质流出，从而实现分离。

2. 预处理为了提高过滤效率，通常需要对混合物进行预处理。

生化技术第六章 离子交换层析

生化技术第六章 离子交换层析

常用的有以下： （1）纤维素（或交联纤维素）离子交换剂——纤维素或 交联纤维素为基质。类型见表5-4。 羧甲基纤维素（CM-C），为弱酸性阳离子交换剂，常用 于分离碱性和中性蛋白； 二乙基氨基乙基纤维素（DEAE–C或DEAE-Sephacel） 为弱碱性阴离子交换剂，广泛用于分离中性、酸性蛋白质。
3.不同离子型交换剂的选择 原则：选择结合力较小的反离子，有利于提高交 换容量。 强阳性——选H型；强阴性——选OH型； 弱酸性——选Na型；弱碱性——选Cl型。 4.不同基质离子交换剂的选择 疏水性的树脂交联度大，空隙小，大分子很难进 入，且骨架的疏水性不利于蛋白质的稳定。分离 大分子物质时一般用亲水性的基质。
疏水性离子交换剂
疏水性离子交换剂中的基质是人工合成的、与水结合
力较小的树脂。常用的树脂是由苯乙烯和二乙烯苯合成的
聚合物，其中二乙烯苯是交联剂，能把聚乙烯苯直链化合
物连接成类似海绵状的结构，在此结构中以共价键引入不
同的电荷基团。离子交换树脂以电荷基团的性质分则有：
阳离子交换树脂、阴离子交换树脂(分别包括强、中、弱
三、分离原理 离子交换剂与水溶液中离子或离子化合物的反应主
要以离子交换方式进行。
假设以R-A+代表阳离子交换剂，其中A+为反离子，A+
能够与溶液中的阳离子B+发生可逆的交换反应，反应式
为：R-A++B+
R-B++A+
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力， 这种结合力的大小是由离子交换剂的选择性决定的。
+
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第六章吸附分离法

第六章吸附分离法

•离子交换吸附(ion exchange)：环境中大部分胶体带负电荷，容 易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的 其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附 。该反应是可逆反应，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓 度和吸附剂的性质有关。
专属吸附 (special sorption)：指在吸附过程中，除了化学键作用 外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不但可以 使表面电荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表 面上。
Q = Q0·C /(A+C) 1/Q = 1/Q0 + (A/ Q0)(1/C) Q0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； A——常数，表示达到1/2 Q0时的平衡浓度。
G
G
lgG
H型
c
G
F型 c
lgK
F型
lgc
1/G
G0/2
当溶0质A浓度甚L型低时，c可能在初始阶段呈现 HL型型，当浓1/c度较高 时，可能表现为 F 型，但统一起来仍属于 L 型的不同区段。
较少引起生物活性物质的变性失活。 缺点： (1) 选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能不稳定。
4
第一节 吸附法基本概念
一、吸附： 物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体 表面从而达到分离的过程称为吸附作用 (adsorption)，在表面上能发生吸附作用 的固体微粒称为吸附剂（adsorbent），而 被吸附的物质称为吸附物（adsorbate）。
三、影响吸附的因素
（一）吸附剂 吸附容量：比表面积、种类、活化状况 吸附速度：颗粒度、孔径 机械强度
15
（二）吸附物 能使表面张力降低的物质，易为吸附 溶解度：较小易吸附 极性吸附剂易吸附极性吸附物 同系物吸附量变化有规律 氢键
第六章 吸附分离功能高分子材料(共113张PPT)

第六章 吸附分离功能高分子材料(共113张PPT)

骨架上连接的可离子化的功能基团；
功能基团上吸附的可交换的离子
图6—1 聚苯乙烯型阳离子交换树脂的示意图
பைடு நூலகம்
第六章 吸附别离功能高分子材料
强酸型阳离子交换树脂的功能基团是—SO3-H+， 它可解离出H+，而H+可与周围的外来离子互相交换。 功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由 它解离出的离子却能自由移动，并与周围的其他离子 互相交换。这种能自由移动的离子称为可交换离子。
〔1〕强酸型阳离子交换树脂的制备 强酸型阳离子交换树脂绝大多数为聚苯乙烯系骨 架，通常采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交 换基团。
由上述反响获得的球状共聚物称为“白球〞。将白 球洗净枯燥后，即可进行连接交换基团的磺化反响。
第六章 吸附别离功能高分子材料
将枯燥的白球用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等有 机溶剂溶胀，然后用浓硫酸或氯磺酸等磺化。通常称
2 大孔型离子交换树脂 流动介质的高压，又具有离子交换功能。
〔1〕按交换基团的性质分类
按交换基团性质的不同，可将离子交换树 脂分为
第六章 吸附别离功能高分子材料
阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、中酸型和 弱酸型三种。如R—SO3H为强酸型，R—PO(OH)2为
中酸型，R—COOH为弱酸型。习惯上，一般将中酸 型和弱酸型统称为弱酸型。
通常按其化学结构分为以下几类。 〔1〕非极性吸附树脂
指树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正
负电荷相对集中的极性基团的树脂。代表性产品为由
苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。
第六章 吸附别离功能高分子材料
〔2〕中极性吸附树脂
这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团，树
脂具有一定的极性。
第六章 二、土壤阳离子交换作用

第六章 二、土壤阳离子交换作用

土壤阳离子交换作用是土壤胶体表面吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子进行相互交换的过程。这种交换作用具有可逆性，即阳离子可以从胶体表面进入溶液，也可以从溶液中被吸附到体表面。交换过程中，阳离子的交换是等当量进行的，且受质量作用定律的支配。阳离子交换能力的大小顺序为Fe3+、Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+，这一顺序主要受到阳离子的电荷、离子半径及水化程度、以及离子浓度和数量因子的影响。土壤阳离子交换量(CEC)是反映土壤保肥供肥性能和缓冲能力的重要指标，它表示土壤所能吸附和交换的阳离子的容量。CEC的大小与土壤胶体的比表面和表面电荷密度有关，并受到胶体类型、数量、土壤质地以及土壤PH值等多种因素的影响。了解土壤阳离子交换作用及其影响因素，对于合理施肥、改良土壤以及提高土壤肥力具有重要意义。
第六章离子交换分离技术

第六章离子交换分离技术

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。

第六章-吸附分离PPT课件

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18
阴离子交换剂
19
• 强碱性阴离子交换剂 一种含三甲胺基称为强碱I型，另一种含二甲
基-β-羟基-乙基胺基团，称为II型。对使用的pH 范围没有限制。
• 弱碱性阴离子交换剂 功能团可以是伯胺基-NH2、仲胺基=NH、叔
胺基≡N和吡啶等。其交换能力随pH变化而变化， pH越低，交换能力越大。与OH离子结合能力较 强，易再生成羟型，耗碱量少。
20
• 离子交换容量：单位质量或单位体积的离 子交换剂所能吸附的一价离子的量（毫摩 尔数），是表征离子交换能力的主要参数。
21
• 吸附剂的制备
苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的聚合物最为常用，对其 侧链进行改造也可成为离子交换介质。
聚合过程中加入一种惰性成分，不参与反应，但能与 单体互溶，当用悬浮聚合合成时，它还必需不溶于水或微 溶于水。这种惰性组分可以是线性高分子聚合物，也可以 是能溶胀或不能溶胀聚合物的溶剂，其中以不能溶胀聚合 物的溶剂效果最好，用的也较普遍，称为致孔剂。在聚合 过程中，在聚合的液滴内，逐渐形成无数的凝胶微粒，四 周为惰性组分所包围。聚合结束后，利用溶剂萃取或水蒸 气蒸馏的方式将溶剂去除，因而留下了孔隙，形成大网格 结构。一般大网格吸附剂的颗粒直径为0.5mm～数mm左右。
q＝f（c ，T ） 一般吸附在恒温下进行，q只是c的函数，q与 c的关系曲线称为吸附等温线（adsorption isotherm）。
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• Henry型吸附平衡
可以把离子交换树脂看作固体的酸或碱。
15
• 阴离子交换剂anion exchanger：可交换阴离子， 活性基团为碱性。如有机胺。
• 阳离子交换剂cation exc基。
功能团的电离程度决定了树脂的酸性或碱性 的强弱。根据具有离子交换能力的pH范围不同， 分为强酸性阳离子、弱酸性阳离子交换剂，强碱 性阴离子、弱碱性阴离子交换剂。
第六章离子交换分离法

第六章离子交换分离法

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。

第六章-吸附分离PPT课件

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吸下来。 – 对于易挥发溶质可用热水或蒸汽解吸。
36
• 从离子交换介质上洗脱
• 阶段洗脱法 分段改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分洗脱下来。
洗 脱 剂 浓 度
操作时间
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• 梯度洗脱法 连续改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分被洗脱下来。通常采用一种低浓度 的盐溶液为起始溶液，另一种高浓度的盐溶液做 为最终溶液。两者通过一混合器混合。优于阶段 法。
20
• 离子交换容量：单位质量或单位体积的离 子交换剂所能吸附的一价离子的量（毫摩 尔数），是表征离子交换能力的主要参数。
21
• 吸附剂的制备
苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的聚合物最为常用，对其 侧链进行改造也可成为离子交换介质。
聚合过程中加入一种惰性成分，不参与反应，但能与 单体互溶，当用悬浮聚合合成时，它还必需不溶于水或微 溶于水。这种惰性组分可以是线性高分子聚合物，也可以 是能溶胀或不能溶胀聚合物的溶剂，其中以不能溶胀聚合 物的溶剂效果最好，用的也较普遍，称为致孔剂。在聚合 过程中，在聚合的液滴内，逐渐形成无数的凝胶微粒，四 周为惰性组分所包围。聚合结束后，利用溶剂萃取或水蒸 气蒸馏的方式将溶剂去除，因而留下了孔隙，形成大网格 结构。一般大网格吸附剂的颗粒直径为0.5mm～数mm左右。
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• 6.7 移动床和模拟移动床吸附
• 移动床(moving bed) 希望能象气体吸收操作的液相那样，吸附操
作中的固相可以连续输入和排出吸附塔，与料液 形成逆流接触流动，则可实现连续稳态的吸附操 作。
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• 模拟移动床
由于固相吸附剂移动不便且易造成堵塞。可 固定吸附剂，而移动切换液相（包括料液和洗脱 液）的入口和出口位置，如同移动固相一样，产 生与移动床相同的效果。
制药分离工程 第六章 吸附分离技术(69张)

制药分离工程 第六章 吸附分离技术(69张)


第六章 吸附分离技术 第一节 吸附分离原理及分类
四、吸附结合作用类型
1.物理吸附 2.化学吸附
3.交换吸附 （1）定义 ——表面带极性分子或带电粒子的吸附剂，吸附相反电荷的离子
(2）吸附结合作用力 ——主要是静电作用力 ——表面带阴离子如磺酸基，则吸附结合带正电性的吸附质如氨类 ——表面带阳离子如氨基，则吸附结合带负电性的吸附质如羧酸类
化学吸附分离跟物理吸附相比，一个突出的特点 是具有较强的吸附选择性和结合牢固性。此说法 对吗？
A 对的 B 不对 C 不好说
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已知胆红素的分子结构如图所示， 有人将乙烯多胺接枝到载体上用来 吸附胆红素，请问所使用的主要 原理是？
A 分子之间的范德华力
1. 常用吸附剂 (5)人工合成大分子高聚物类
——种类繁多，可定向设计合成制备 ——可具有特定的选择性，是开发 新型高效选择性吸附剂的 重要领域和方向 ——但制备可能复杂、成本高 ——常见的如聚苯乙烯
聚苯乙烯大孔树脂微球
——常用于抗生素、维生素等的 浓缩分离
多选题 1分
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机制
分类 物理吸附类(如大孔树脂，氢键、极性相吸)
亲和吸附类(综合化学/物理吸附，再加上空间协 同效应，如抗原-抗体结合类)
第六章 吸附分离技术
第二节 吸附剂及其特性
二、吸附剂主要性能参数
第六章 吸附分离技术
第二节 吸附剂及其特性
二、吸附剂主要性能参数
1.颗粒尺寸及尺寸分布 ——吸附剂颗粒尺寸易小不宜大(纳米到毫米范围内)以增大 吸附接触面积，可增大吸附容量
(3)特点 ——吸附选择性较物理吸附的高 ——吸附结合不牢固，可逆化，易脱落

第六章离子交换法分离稀土元素-PPT课件


金属离子与树脂的作用是静电引力作用 ，作用力的大小与 金属离子在溶液中的有效半径成反比。所以有效半径小、 电荷多的金属离子，相对来说，树脂对其作用力要大，吸 附能力要强。 金属离子对树脂相对亲合力的大小有如下几条经验规律： （1）在常温、稀溶液中，阳树脂对金属离子的亲合力：离 子电荷高的。亲合力大，如 Th4+>RE3+>Ca2+>H+ 离子的有效半径小的，则亲合力也大，如三价稀土离子的半径随 La3+ Lu3+减小，但它们的水合离子半径则从La3+ Lu3+而 增大，树脂对它们的亲合力则随La3+ Lu3+而减小。
C、扩散进入树脂颗粒内部的离子与树脂中可交换离子（功 能基的可理解的离子）发生交换反应。
D、被交换下来的离子在树脂交联网孔内向树脂表面扩散。 E、被交换下来的离子从树脂表面向溶液中扩散。
上述五个步骤中的A、B、D和E均为扩散过程，C是离子交换 过程。一般来说，无机离子交换反应是较快的，因此总的离 子交换过程受扩散过程控制。
RSO3H +1/n Mn+
1/n(RSO3)nM +H+
1n
S O M H R 3 n K Mn H n 1n M S OH R 3
选择系数可表示树脂的选择性，选择系数越大，树脂对金属离 子的选择性越强。树脂对各种金属离子选择性强弱的原因还不 十分清楚。强酸阳树脂对金属离子的差异可用树脂和金属的相 互作用以及金属离子和水的相互作用来解释。
（2）离子交换平衡 当离子交换反应中离子的吸附速度和解吸速度相等时，交换 反应达到平衡： 3RSO3H(阳离子交换树脂) + RE3+ 其平衡常数为：
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第六章 吸附与离子交换分离原理 第一节 吸附 一、概念：指流体与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔表面并附着 1935年亚当斯、霍姆斯开始创制离子交换树脂，我国南开大学何炳林教授为鼻祖 例子：制备软水、各种抗生素（大孔网状树脂）的制备等 一、交换原理 应用合成的离子交换树脂作为载体，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到反应、分离、浓缩、提纯的目的。画示意图说明交换过程。 二、交换特点 树脂无毒性、能再生使用、基本不用溶剂，设备简单，操作方便。 三、用途 反应、产物分离提纯、脱色、转盐、去盐、制备软水等 四、离子交换树脂的组成 具有网状立体结构，含有高分子活性基团的高分子聚合物（不溶、稳定） 单元结构的组成：网络骨架（R）、功能活性基（-SO3，-N(CH)3-）、与活性带相反电荷的活性离子（可交换H+、OH-、Na+）

第二节 离子交换树脂的分类及理化性能 一、分类（不同的分法有四种） 1．按树脂骨架（R）分：烯型（聚苯乙烯）、酸型（聚丙烯酸）、烷型（聚环氧氯丙烷）、胺型（环氧氯丙烯型多烯多胺型）、酚-醛型等 2．按树脂合成的方式：共聚（加成）型（聚苯乙烯）、缩聚型（酚-醛） 3．按骨架的物理结构 微孔（凝胶型）：2~4nm，分子链间距拉开，水干后闭合，孔为暂时性的。 大孔：100~1000nm，孔径大小不受外界条件影响，孔为永久性的。 等孔：树脂内部的孔道大小均匀， Frieded-Grafts反应生成二次甲基桥链 4．按活性基团 含酸性基团的阳离子交换树脂、含碱性基团的阴离子交换树脂 5．其他树脂 敖合树脂：含有敖合能力基团，对某些离子具有特殊选择力。 两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂，主要勇于苦咸水的淡化及废水处理。 二、活性基团分类的四种类型树脂 1．强酸基团的阳离子交换树脂 活性基：-SO3H、-CH2SO3H、-PO(OH)2、-PHO(OH)次磷酸基团 树脂特点：稳定、电离程度不受PH的影响，任何情况下可发生交换，交换快，再生剂用量较大3~5倍。 2．弱酸阳离子交换树脂 -COOH、-OCH2COOH（氧乙酸基团）、-C6H4OH、-COCH2COCH3（β-双酮基团） 树脂特点：电离程度受溶液PH的影响，在酸性溶液中几乎不发生交换，只能在碱性溶液中发生交换，交换能力随PH↑而↑，再生剂用量小为树脂的1~1.5倍。 3．强碱阴离子交换树脂 活性基：季铵基团、三甲胺基团RN+(CH3)3OH-（I型）、二甲基-β-羟基乙基胺基团RN+(CH3)2(C2H4OH)OH-（II型） I型：热稳、抗氧化性强、机械强度强，使用寿命大于II型，但再生难 II型：抗有机污染好 树脂特点：稳定、电离程度不受PH的影响，任何情况下可发生交换，交换快，再生剂用量较大3~5倍。 4．弱碱阴离子树脂 伯、仲、叔胺，-NH2、-NHR、-NR2、吡啶C6H5N 树脂特点：电离程度受溶液PH的影响，在碱性溶液中几乎不发生交换，只能在酸性溶液中发生交换，交换能力随PH↑而减弱，再生剂用量小为树脂的1~1.5倍。 5．几种树脂性能比较，见书上表 6．附录介绍了国内生产的一些树脂的基本性能 三、命名 1．20世纪60年代 2.1977年我国石化部统一命名 1~100 强酸阳离子型 微孔型 001х7 大孔树脂D201 101~200 弱酸阳离子 第一位 分类代号（强酸） D：大孔型代号 201~300 强碱阴 第二位 骨架（苯乙烯） 2：分类（弱酸） 301~400 弱碱阴 第三位 顺序号 0：骨架 缺点：不知骨架 Х 联接符 1：顺序号 7 交联度 3．命名法联用 四、树脂理化性能 不溶于水及一般酸碱、有机溶剂，有良好的化学稳定性的高分子化合物。 在买的过程中，需考察什么样的指标来选择？ 1．外观、粒度：0.2~1.2mm（16~70目），无定形、膜状、粉末状，主要为球形 2．交换容量 1）理论交换容量：单位质量/单位体积树脂所交换离子的量，交联度↑，交换容量↓ 2）工作交换容量（实际交换）：在一定操作条件下，树脂表现出来的交换量。 3）再生交换容量：在指定的再生剂用量条件下的交换容量。 注意三者之间的关系：3）=0.5~1.0倍1） 2）=0.3~0.9倍3） 4）离子交换树脂利用率（%）=2）/3） 如2）=1）则4）=2）/1） 3．机械强度（交联度、活性基团强弱有关） 90%以上抗生素要求95%以上，保安过滤器 4．膨胀度（视膨胀率） 溶胀想象原因：活性基吸水或骨架非极性分子吸附有机溶剂。 渗透压的平衡，过分膨胀导致树脂破碎 影响膨胀度的因素： 1）交联度（用图表示） 2）活性基团的性质和数量（见书上图加以说明） 3）活性离子的性质（离子水合程度↑、价数↑、半径↑，K膨胀↓） 4）介质的性质和浓度 5）骨架结构 无机离子、有机离子交换树脂，刚性不易溶胀；大孔和凝交；弱酸阳树脂、酸型、烯型 5．含水量（每克干树脂吸收水分的数量）：0.3~0.7g 影响因素：交联度↑，含水量↓；活性基团性质数量、活性离子的性质 1Х14树脂：30%~40%；1Х7树脂：46%~52%。 6．视密度 1）湿视密度（堆积密度）d1：树脂在柱中堆积时，单位体积湿树脂（包括空隙）的重量（g/ml）。0.6~0.85g/ml。 交联度↑，d1↑，阳>阴，凝>大孔 2）湿真密度d2：单位体积湿树脂（不包括空隙）的重量（g/ml），1.1~1.4g/ml 7.稳定性 1）化学稳定性： ①活性基团极性强的↑； ②共聚型>缩聚型 ③阴>阳 2）热稳定性：与化学稳定性相近，见表6-4，P86，最高操作温度。 8.滴定曲线（反映树脂活性基团的特征，酸碱滴定） 判断树脂类型，P86的图6-9。 9.孔度、孔径、比表面 孔度：单位重量或体积树脂所含有的空隙体积，ml/g，ml/ml 孔径：凝胶，2~4nm；大孔 比表面：凝胶：<1m2/g。大孔：数百m2/g。 第三节 树脂的合成 一、加聚法（共聚）悬浮聚合 1．共聚原理 2．合成需要的物质组分 1）树脂分子链：单烯键单体 2）交联剂（双烯单体）：二乙烯苯 3）介质：水 4）引发剂：过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈，用量0.5~1% 5）稳定剂：保护、防止凝胶化过程中发生粘连，聚乙烯醇、明胶、淀粉 6）分散剂：水溶性有机高分子物质吸附在液滴表面，形成保护膜（聚乙烯醇、聚丙烯酸） 不溶于水的无机粉末：碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡 3．聚合条件 例子：苯乙烯悬浮聚合：温度85~90℃，以过氧二苯甲酰为引发剂，以聚乙烯为分散剂，水与单体重量比，t=8小时，再升温至100℃，熟化3~4小时。 二、缩聚法 1．缩聚原理：由两个以上带有功能基的单体，通过功能基之间的相互作用进行反应，生成高聚物，并拌有低分子或低聚物的生成。 2．学生自己看书，缩聚合成的五种类型。 第四节 离子交换过程的理论基础 一、离子交换平衡方程 借助图示说明两种离子的交换平衡方程

离子交换方程式：snAZAZsnAZAssZ221122111111 例子：链霉素（以str表示）三价离子与钠离子交换 snStrNasssnStrNa3313

3

1

当有1mg当量的离子发生交换后，化学位的改变等于 

snZZssZZ





211

1

221121

11

根据溶液树脂离子的化学位与活度的关系，当交换达到平衡即0时，我们可得： 

snzzzzRTssaaaa212111212111ln

010110121021izizziz

i





（离子的标准化学位），可进一步简化为：

1．当 时21zz 有2121lnaaaaRT12VVsnss溶剂分子传递和树脂溶涨带来的收缩而引起自由能的变化等于渗透压所做功。 2．对于非膨胀性树脂 0sn 可得：212112111211zzzzaakaa

3．对于稀溶液 Ca 可得到 212112111211zzzzCCmm 两种离子的总浓度不变 同时可以以 211211zzmm 对211211zzCC作图，可得到一条交换曲线。 三、影响交换过程的选择性因素：树脂对不同离子交换亲和能力。亲和能力↑，吸附↑ 1．离子的水合半径↓，离子和树脂活性基的亲和力↑，大小顺序见书 2．离子的化合价↑↑ 3．PH值、强酸强碱型、弱酸弱碱型 4．交联度、膨胀度、分子筛 5．树脂和交换离子之间的辅助力（氢键、范德华力） 6．有机溶剂：有机溶剂会使树脂收缩，结构变紧，降低吸附有机离子能力提高吸附无机离子的能力。原因：有机溶剂使离子溶剂化程度降低，易水化的无机离子降低程度大于有机离子，有机溶剂会降低物质的电离度，对有机物的影响更明显。 四、离子交换反应动力学（离子交换速度） 1、交换机理及过程：画图说明A与B的交换机理

A++RBRA+B

+

一个完整的交换过程有五个步骤：外扩散、内扩散、交换 1）离子从溶液主体扩散到树脂颗粒的外表面/膜扩散； 2）离子从颗粒外表面经树脂微孔扩散到内表面的活性基团上/颗粒扩散； 3）交换； 4）被交换的离子从树脂微孔扩散到颗粒外表面； 5）被交换的离子从颗粒外表面扩散到溶液主体。 2．交换速度的控制：有内、外扩散的快慢来决定，其交换速度方程式为：

当为外扩散控制时：tF11ln F：当时间为t，树脂的饱和度=吸附量/平均吸附量 体现了树脂的吸附量与交换时间的关系。

当为内扩散控制时：1222022161nrtnDienF 3．影响交换速度Q的因素 1）颗粒大小↓，Q↑；