离子交换分离法课件

1、离子交换分离法l 4.1.4分类分类l按两相所处状态分类按两相所处状态分类流动相流动相液体液体气体气体固定相固定相液体液体液液- -液层析法液层析法气气- -液层析法液层析法固体固体液液- -固层析法固层析法气气- -固层析法固层析法第四章第四章 色层分析法色层分析法l2. 按固定相的使用形式（即实验技术）分：按固定相的使用形式（即实验技术）分：l 柱层析、纸上层析、薄层层析柱层析、纸上层析、薄层层析l3. 按分离原理分为（即物理化学性质）：l 吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶 过滤、其它层析（如亲和层析）等。l 4. 按展开方式分：l 洗脱法、迎头法、置换法l吸附色层法、吸附色层法、分

2、配层析、分配层析、l柱层析、纸上层析、柱层析、纸上层析、离子交换分离法色层法应具备的因素或条件是：色层法应具备的因素或条件是： 1. 具有两相具有两相 2. 混合物中各组分的物理化学性质有差异混合物中各组分的物理化学性质有差异 3. 多次冲洗或展开多次冲洗或展开离子交换分离法l吸附层析是通过样品在固定相和流动相吸附层析是通过样品在固定相和流动相之间的吸附、脱附作用而实现分离的。之间的吸附、脱附作用而实现分离的。l分配层析：是指在一个有两相存在的系分配层析：是指在一个有两相存在的系统中，利用不同物质的分配系数不同而统中，利用不同物质的分配系数不同而使其分离的方法。使其分离的方法。离子交换分离法纸

3、上层析的展开方式可分为三种：纸上层析的展开方式可分为三种： 上升法（上行法）上升法（上行法） 下降法（下行法）下降法（下行法） 环行法（水平法）环行法（水平法）离子交换分离法柱层析 一、吸附柱层析一、吸附柱层析 1. 原理 吸附柱层析是利用吸附剂对混合试样各组分的吸附力不同而使各组分分离。 固定相：固体吸附剂流动相：即洗脱剂。三种：纯溶剂或原试样或吸附力更强的溶液。当采用溶剂洗脱时，发生一系列吸附解吸再吸附再解吸的过程，吸附力较强的组分，移动的距离小，后出柱；吸附力较弱的组分，移动的距离大，先出柱。离子交换分离法二、分配柱层析二、分配柱层析 分配层析是根据混合物中各组分在两种不相混溶的溶剂间溶

4、解度（即分配系数）的不同，使各组分得以分离。 l什么是分配系数K？什么是移动速率Rf？组分随流动相移动速率的大小与K有何关系？分配系数K：当溶质在两种不相混溶的溶剂中达到平衡时，溶质在两种溶剂（即两相）中的浓度比值为一常数，称做分配系数。CK 固流固定相中溶质的浓度流动相中该溶质的浓度C 2. 移动速率移动速率Rf Rf主要是用于比较各组分移动速度的大小，即在同主要是用于比较各组分移动速度的大小，即在同一时间内，各组分移动距离的大小，作为定性之用。一时间内，各组分移动距离的大小，作为定性之用。R 色带中心（浓度中心）移动速率洗脱剂上层液面移动速率色带中心（浓度中心）移动距离洗脱剂上层液面移动距

5、离ACLL=f离子交换分离法l各种组分具有各自的分配系数K，同一物质，温度不同时，K不同。l在分配的各组分中，某组分K ，则固定相中浓度 C固 ，l C流 ，后出柱。离子交换分离法第五章、离子交换分离法第五章、离子交换分离法离子交换分离法内内 容容（一）离子交换分离法概述（一）离子交换分离法概述（二）离子交换剂（二）离子交换剂（三）离子交换树脂的物理性能（三）离子交换树脂的物理性能（四）离子交换树脂的化学特性（四）离子交换树脂的化学特性（五）（五） 离子交换实验技术离子交换实验技术（六）（六） 应用应用离子交换分离法（一）离子交换分离法概述（一）离子交换分离法概述l古时候人们就已经知道了用砂粒

6、来净化水。古时候人们就已经知道了用砂粒来净化水。l1850年前后，英国人汤姆森和韦就已经系统的报年前后，英国人汤姆森和韦就已经系统的报告了土壤中钙镁离子与水中的钾、铵离子的交换告了土壤中钙镁离子与水中的钾、铵离子的交换现象，引起了人们的广泛关注。现象，引起了人们的广泛关注。l后来艾科恩等人继续研究指出：土壤中可逆的离后来艾科恩等人继续研究指出：土壤中可逆的离子交换以及等当量的关系是基于沸石的作用。子交换以及等当量的关系是基于沸石的作用。 离子交换分离法l1903年，哈姆斯和吕普勒报道了硅酸铝盐离子交换年，哈姆斯和吕普勒报道了硅酸铝盐离子交换剂的合成剂的合成l接着甘斯首先把天然的和合成的硅酸盐应

7、用于工业接着甘斯首先把天然的和合成的硅酸盐应用于工业软水和糖的净化中。软水和糖的净化中。l无机离子交换剂在应用中的缺点又使得，阳、阴离无机离子交换剂在应用中的缺点又使得，阳、阴离子交换树脂的出现。子交换树脂的出现。l到了到了20世纪世纪50年可后期，各种大孔形的数值又相继年可后期，各种大孔形的数值又相继发展起来，在生产及科学研究中，离子交换树脂起发展起来，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。着越来越重要的作用。离子交换分离法离子交换离子交换树脂分离树脂分离法的特点法的特点树脂无毒性，且吸附的选择性高，适应性强，处理对象广，分离容易，使用设备简单、操作方便、劳动条件较好等优点。

8、几乎所有无机离子以及许多结构复杂、性质相似的有机化合物都适用。适应工业生产大规模分离要求，也适合实验室超微量物质的分离。离子交换分离法1 1定义及原理定义及原理 定义定义离子交换是通过一种称为离子交换树脂的物质来离子交换是通过一种称为离子交换树脂的物质来进行的。进行的。离子交换树脂遇水溶液时，能够从水溶液中吸着离子交换树脂遇水溶液时，能够从水溶液中吸着某种某种( (类类) )离子，而把本身所具有的另外一种相同离子，而把本身所具有的另外一种相同电荷符号的离子等摩尔量地交换到溶液中去，这电荷符号的离子等摩尔量地交换到溶液中去，这种现象称为离子交换。种现象称为离子交换。离子交换分离法 原理原理离子交

9、换分离法是基于物质在固相与液相之间的分离子交换分离法是基于物质在固相与液相之间的分配。配。是利用合成的离子交换树脂作为洗着剂，将溶液中的物质依靠库仑力吸附在树枝上，然后用适合的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。离子交换分离法2分离形式及特点分离形式及特点分离形式：柱分离，电渗析隔膜，离子交换纸分离形式：柱分离，电渗析隔膜，离子交换纸上色层，离子交换纤维薄层。上色层，离子交换纤维薄层。特点：吸附的选择性高，适应性强，处理对象特点：吸附的选择性高，适应性强，处理对象广，分离容易，使用设备简单。广，分离容易，使用设备简单。应用：离子交换法分离对象广，几乎所有无机应用：离子交

10、换法分离对象广，几乎所有无机离子以及许多结构复杂性质相似的有机化合物离子以及许多结构复杂性质相似的有机化合物都适用。适应工业生产大规模分离要求，也适都适用。适应工业生产大规模分离要求，也适合实验室超微量物质的分离。合实验室超微量物质的分离。离子交换分离法（二）离子交换剂（二）离子交换剂l离子交换剂可分为离子交换剂可分为无机无机和和有机有机两大类，目前两大类，目前用的最多的是人工合成的有机高分子聚合物用的最多的是人工合成的有机高分子聚合物的离子交换剂的离子交换剂离子交换树脂。离子交换树脂。1离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构（1） 离子交换树脂的结构可分为骨架（基体） 以及离子交换功能团，其中

11、骨架是立体网状结构的高分子聚合物。目前最常用的离子交换树脂是苯乙烯二乙烯苯的聚合物，示意图为：CH=CH2+CH=CH2CH=CH2CH2 -CH2-CH2-CH2 - CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2-CH2-CH2CH2-CH2离子交换分离法1离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构（2）交联剂：由于二乙烯苯的加入，致使长链的聚苯交联剂：由于二乙烯苯的加入，致使长链的聚苯乙烯构成了立体网状结构。因此，把二乙烯苯乙烯构成了立体网状结构。因此，把二乙烯苯称为交联剂。称为交联剂。交联度：交联剂在树脂单体总量中所占质量分数交联度：交联剂在树脂单体总量

12、中所占质量分数称为交联度。一般交联度为称为交联度。一般交联度为414，常见为，常见为8。离子交换分离法其中交联度的影响有：其中交联度的影响有：（1）网状结构的紧密度）网状结构的紧密度 （2）孔径大小）孔径大小（3）交换速度）交换速度 （4）选择性）选择性交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大，交换速度快，但选择性差，树脂的机械性能差。相反，交联度大，网眼小，交换的选择性高，机械强度高，但对水的溶胀性能差，交换速度慢。离子交换分离法2离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类（1） 按物理结构分类：按物理结构分类：凝胶型凝胶型（孔径为（孔径为5nm);大孔型大孔型（孔径为（孔径为20100nm); 按合

13、成的树脂所用原料单体分类：按合成的树脂所用原料单体分类：苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、苯乙烯系、酚醛系、丙烯酸系、环氧系、乙烯吡啶系。乙烯吡啶系。离子交换分离法离子交换分离法2离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类（2） 最常用的分类是最常用的分类是依据树脂离子交换功依据树脂离子交换功能团分。能团分。主要可分为：主要可分为： （1）强酸性阳强酸性阳 离子交换树脂离子交换树脂 （2）弱酸性阳弱酸性阳 离子交换树脂离子交换树脂 （3）强碱性阴强碱性阴 离子交换树脂离子交换树脂 （4）弱碱性阴弱碱性阴 离子交换树脂离子交换树脂 离子交换分离法类型类型结构结构活性机团活性机团使用使用pH值值商品号

14、商品号强酸型强酸型交联的聚交联的聚苯乙烯苯乙烯SO3H（磺酸基）（磺酸基）014国产国产 #732Amberlite1R-120(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶1号（日）号（日）弱酸型弱酸型聚丙烯酸聚丙烯酸COOH（羧基）（羧基）OH（酚羟基）（酚羟基）不能小不能小4不能小于不能小于9.5国产国产 #724几种离子交换树脂几种离子交换树脂（1）离子交换分离法几种离子交换树脂几种离子交换树脂（2） 类型类型 结构结构 活性基团活性基团 使用使用 pH值值 商品号商品号强碱型强碱型交联的交联的聚苯乙烯聚苯乙烯N（CH3）3Cl（季胺基）（季胺基）014国产国产

15、#717国产国产 #201Amberlite1RA-400（410）(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶801（日）（日）弱碱型弱碱型交联的交联的聚苯乙烯聚苯乙烯NH（CH3）2OHNH2 （CH3）OH07国产国产 #704和和# 330Amberlite1R-45（410）(美美)Dowex 3(美美)Zerolit H离子交换分离法特殊作用的离子交特殊作用的离子交 换剂换剂 螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以有选螯合树脂：含有特殊的活性基团，可以有选择性地与某些金属离子进行交换。如：国产择性地与某些金属离子进行交换。如：国产 #401型是属于氨羧基型是属于

16、氨羧基N(CH2COOH)2 大孔树脂：比一般的树脂有更多、更大的孔大孔树脂：比一般的树脂有更多、更大的孔道道,比表面积大，离子容易迁移扩散比表面积大，离子容易迁移扩散,富集速度富集速度快快,耐氧化、耐磨、耐冷热变化等耐氧化、耐磨、耐冷热变化等,具有较高的具有较高的稳定性。稳定性。离子交换分离法特殊作用的离子交特殊作用的离子交 换剂换剂 萃淋树脂萃淋树脂一种含有液态萃取剂的树一种含有液态萃取剂的树脂脂, 是以苯乙烯-二乙烯苯为骨架的大孔结构和有机萃取剂的共聚物，兼有离子交换和萃取的功能。如如TBP（磷酸三丁酯）萃淋树脂，可用于（磷酸三丁酯）萃淋树脂，可用于处理工业废水中的六价铬离子等。处理工业

17、废水中的六价铬离子等。离子交换分离法氧化还原树脂氧化还原树脂具有氧化还原性能的高分子化合物。因在适当的反应条件下它们能与其他分子或离子发生可逆的电子得失反应，故又称电子交换树脂。 纤维交换剂纤维交换剂 将天然纤维上的羟基酯化、磷酸化、羧基化、氨（胺）基化，制成阳或阴离子交换剂。纤维交换剂是开放性的长链，具有表面积大、孔隙宽松、稳定性高，交换速度快、容易洗脱、分离能力强等特点。主要用于分离蛋白质、氨基酸、酶等，也可用于分离富集无机离子。离子交换分离法（三）（三） 离子交换树脂的物理性能离子交换树脂的物理性能离子交换分离法1粒度粒度有效粒径：有效粒径：是指筛分树脂时，10%体积的树脂颗粒通过，而9

18、0%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。均一系数：均一系数：是指能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树脂的筛孔直径之比。均一系数越接近1，表明树脂颗粒越均匀。在文献上常常见到用筛目数表示树脂粒度。 离子交换分离法l“目目” 是指每平方英寸筛网上的空眼数目，是指每平方英寸筛网上的空眼数目，l50目就是指每平方英尺上的孔眼是目就是指每平方英尺上的孔眼是50个，个，l500目就是目就是500个，目数越高，孔眼越多。个，目数越高，孔眼越多。l除了表示筛网的孔眼外，它同时用于表示能够通除了表示筛网的孔眼外，它同时用于表示能够通过筛网的粒子的粒径，目数越高，粒径越小。过筛网的粒子的粒径，目数越高，

19、粒径越小。 离子交换分离法l多数通用的树脂产品的有效粒径在0.40.6mm之间。 l如果树脂粒径在0.2mm(约为70目)以下，会明显增大流体通过的阻力，降低流量和生产能力。 离子交换分离法2含水量含水量 定义：树脂颗粒在水中吸收水分达到平衡后用离心法在规定转速和时间内除去外部水分，得到含平衡水的湿树脂，然后105oC烘干，比较烘干前后的重量，即得到平衡含量占湿树脂的重量百分数，这就是含水量。 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。离子交换分离法3密度密度真体积真体积V真：真：质量为质量为w1的含有平衡水的湿树脂加到水中，观察的含有平衡水的

20、湿树脂加到水中，观察排开水的量，即得到树脂的真体积排开水的量，即得到树脂的真体积V真真。视体积视体积V视视 将含平衡水的树脂装入量筒，敲击振动使体积达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，即为视体积极小，得树脂空间体积，即为视体积V视视。湿视密度湿视密度d视视：树脂的湿视密度：树脂的湿视密度d视视=w1/ V视视 湿真密度：湿真密度： d视视=w1/ V真真离子交换分离法4膨胀度及机械性能膨胀度及机械性能 干燥的树脂接触溶剂后的体积变化称为绝干燥的树脂接触溶剂后的体积变化称为绝对膨胀度；湿树脂从一种离子型态转变为另一对膨胀度；湿树脂从一种离子型态转变为另一种离子形态时

21、的体积变化称为相对膨胀度。种离子形态时的体积变化称为相对膨胀度。 树脂膨胀与下列因素有关：树脂膨胀与下列因素有关：（1）可交换基因性质，易电离，水合程度高则）可交换基因性质，易电离，水合程度高则膨胀程度高。膨胀程度高。（2）骨架，尤其与交联度，孔径有关）骨架，尤其与交联度，孔径有关 。（3）外部溶液性质。）外部溶液性质。l机械性能：即保持树脂颗粒完整的能力。机械性能：即保持树脂颗粒完整的能力。离子交换分离法l离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类（1）强酸性阳离子交换树脂）强酸性阳离子交换树脂- SO3H（2）弱酸性阳离子交换树脂）弱酸性阳离子交换树脂-COOH OH（3）强碱性阴离子交换树脂）

22、强碱性阴离子交换树脂- N（CH3）3Cl（4）弱碱性阴离子交换树脂）弱碱性阴离子交换树脂- NH（CH3）2OH NH2 （CH3）OH离子交换分离法（四）离子交换树脂的化学特性（四）离子交换树脂的化学特性离子交换分离法1酸碱性酸碱性 离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出离子交换树脂是聚电解质，其功能团释出H+或或OH能力的不同表示它们的酸碱性。能力的不同表示它们的酸碱性。图中表示各种类型树脂的滴定曲线。不同类型离图中表示各种类型树脂的滴定曲线。不同类型离子交换树脂的有效子交换树脂的有效pH范围。范围。0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011122468101214ACBDE树脂类型

23、强酸性弱酸性强碱性弱碱性PH4-146-141-120-7各种类型离子交换树脂的滴定曲线不同类型离子交换树脂的有效PH范围（强酸）（弱酸）（中等酸）（强碱）（弱碱）离子交换分离法2交换容量及化学稳定性交换容量及化学稳定性l定义：定义：每克干树脂能交换离子的物质的量，以每克干树脂能交换离子的物质的量，以mmol（毫摩尔）（毫摩尔）为单位。表征为单位。表征离子交换树脂进行离子交换反应的性能。离子交换树脂进行离子交换反应的性能。 总交换容量或称全交换容量、极限交换容量、最大总交换容量或称全交换容量、极限交换容量、最大交换容量。交换容量。它是由树脂中功能基含量所决定的。它是由树脂中功能基含量所决定的。

24、交换容量应注明树脂的离子形态。交换容量应注明树脂的离子形态。如如RSO3H，交换容量为，交换容量为5.2mmol/g（干树脂），转化成（干树脂），转化成Na型即型即RSO3Na，交换容量为，交换容量为4.67mmol/g（干树脂）（干树脂）离子交换分离法2交换容量及化学稳定性交换容量及化学稳定性l工作交换容量：指在一定工作条件下工作交换容量：指在一定工作条件下 树脂所能发挥的交换容量。树脂所能发挥的交换容量。l化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐氧化、化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐氧化、耐辐射的性能。耐辐射的性能。离子交换分离法3交换容量的测定交换容量的测定 阳离子交换树脂交换容量的测定步骤：阳

25、离子交换树脂交换容量的测定步骤：称取干燥的氢型阳离子交摸树脂称取干燥的氢型阳离子交摸树脂1g（准确至（准确至0.001g），），置入置入250ml干燥的锥形瓶中，干燥的锥形瓶中，加入加入100.00ml. 1 mol/LNaOH标准溶液，标准溶液，密闭，静置密闭，静置12h后后,移取上清液移取上清液25.00ml于锥形瓶中于锥形瓶中,加加2-3滴酚酞指示剂，滴酚酞指示剂，用用0.1mol/L的的HCl标准溶液滴定至酚酞变色为终点：标准溶液滴定至酚酞变色为终点：干燥树脂质量交换容量HClNAOHCVCVgmmol4/离子交换分离法4例例 题题l称取1.000g干燥OH型阴离子交换树脂，置入干燥的

26、锥形瓶中，加入0.1242 mol/L HCl标准溶液200.0ml，密闭，放置过夜。取上层清液50.00ml，加入甲基橙指示剂数滴，用0.1010mol/LNaOH标准溶液滴定至呈橙红色，用去NaOH溶液48.00ml，该树脂交换容量是多少?l解：根据交换容量的概念及测定数据可得：解：根据交换容量的概念及测定数据可得：gmmol /45. 5000. 100.481010. 041242. 000.200交换容量一般离子交换树脂的交换容量约为一般离子交换树脂的交换容量约为36mmol/g离子交换分离法5.离子交换的基本原理离子交换的基本原理唐南理论唐南理论（Donnan Theory）l唐南

27、理论把离子交换树脂看作是一种具有弹性的凝胶，它能吸收水分而溶胀。l溶胀之后的离子交换树脂的颗粒内部看作是一滴浓的电解质溶液；l树脂颗粒和外部溶液之间的界面可以看作是一种半透膜，膜的一边是树脂相，另一边为外部溶液。l树脂内活泼集团上电离出来的离子和外部溶液中的离子一样，可以通过半透膜往来扩散；树脂网状结构骨架上的固定离子，以R表示（如强酸性阳离子交换树脂上的磺酸根离子），当然是不能扩散的。离子交换分离法l如果将H+型阳离子交换树脂浸入于HCl溶液中，则树脂上电离出来的H+可以透过半透膜扩散进入外部溶液，l而外部溶液中的H+和Cl-也可以扩散透过半透膜进入树脂相。l当膜内外的H+和Cl-的扩散透过

28、半透膜的速度相等时，离子交换过程达到了平衡状态，溶液中的H+和Cl-的浓度不再改变。离子交换分离法l唐南理论认为质量作用定律也适用于离子交换过程，唐南理论认为质量作用定律也适用于离子交换过程，l H+内内Cl-内内=H+外外Cl-外外l又因为膜的两边的电荷是中性的。又因为膜的两边的电荷是中性的。l所以，所以，Cl-外外=H+外外, H+内内 = Cl-内内+R- 带入上式带入上式lCl-内内（Cl-内内+R-） = Cl-2外外 l由于膜内有较多的固定离子存在，由于膜内有较多的固定离子存在，l因此，因此，Cl-外外 Cl-内内 ,H+内内H+外外离子交换分离法l就是说，由于树脂相中固定离子的排

29、斥作用，到达平衡后，外部溶液中的Cl-外将大大超过树脂相中的Cl-内，l而树脂相中的H+内将大大超过外部溶液中的H+外。l即阳离子可以进入阳离子交换树脂中进行交换，阴离子则不能，这就是唐南规则。 l阴离子交换树脂只能交换阴离子，而不能交换阳离子。离子交换分离法6离子交换剂的交换反应离子交换剂的交换反应阳离子交换反应：阳离子交换反应：Resin-SO3H + Na+ = Resin-SO3 Na + H+ Resin-SO3Na + H+ = Resin-SO3 H + Na+阴离子交换反应：阴离子交换反应：Resin-N(CH3)+ 3OH+ Cl = N(CH3) +3 Cl + OHRes

30、in-N(CH3) +3 Cl + OH = N(CH3) +3 OH + Cl 阳离子交换剂只与阳离子交换，阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴离子交换。阴离子交换剂只与阴离子交换。离子交换分离法（五）离子交换实验技术（五）离子交换实验技术离子交换分离法离子交换操作离子交换操作l1.间歇操作（间歇操作（batch operation）或者称为静态法。）或者称为静态法。l2.柱上操作（柱上操作（column operation）或者成为动态法。）或者成为动态法。l静态法操作离子交换效率低常用于离子交换现象静态法操作离子交换效率低常用于离子交换现象l分析工作中常用动态法分析工作中常用动

31、态法离子交换分离法1. 树脂的选择树脂的选择2. 磨碎与筛选磨碎与筛选3. 树脂的预处理树脂的预处理4. 装柱装柱5. 交换过程交换过程6. 洗涤洗涤7. 洗脱洗脱8. 再生再生离子交换分离法1. 树脂的选择 根据待分离组分的性质选择树脂的种类（阴、阳、强、弱）、型式（Na型、H型或Cl型、OH型）。环境监测中用的较多的是强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。离子交换分离法l树脂的选择见上表。树脂的选择见上表。l树脂的处理：一般经过晾干；研磨；洗涤；树脂的处理：一般经过晾干；研磨；洗涤；溶胀的步骤溶胀的步骤。交换对象吸附性大分子物质无机阳离子或有机碱阳离子无机阴离子或有机酸阴离子选用阳离

32、子交换树脂选用阴离子交换树脂强弱选弱酸或弱碱性树脂选强酸或强碱性树脂选择大孔树脂或交联度低的树脂表5.1 树脂的选择离子交换分离法2. 磨碎与筛选 树脂粒度小，表面积大，分离效率高，但阻力大，流速慢。要根据分离的实际情况合理选择粒度大小。市售1040目、50100目或100200目。分析分离80120目，离子色谱200400目。有干磨或湿磨，注意粒度范围不宜太宽。离子交换分离法 凝胶型树脂都需要经过浸泡后才能使用，一般用水泡12 d，去除水后，加23倍体积的4 mol/L HCl浸泡12 d除去杂质，然后用蒸馏水洗至中性，即可得到H型或Cl型交换树脂。如果需要其它型式，可用其它试剂适当处理，如

33、要获得Na型或 NH4+型阳离子交换树脂，可用NaCl或NH4Cl溶液处理，然后用蒸馏水洗涤即可。4NH3. 树脂的预处理离子交换分离法4. 装柱离子交换分离法装柱与装样交换装柱与装样交换l装柱：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然装柱：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然沉积，避免夹杂气泡现象。沉积，避免夹杂气泡现象。l装样交换：装样前，柱要预饱和。装样交换：装样前，柱要预饱和。xH+Na+cH+=001.0c/c0cH+=c0ab流出体积00.51.0穿透体积c/c0图5-2 离子交换柱的穿透曲线图5-1 H+与Na+发生交换示意图离子交换分离法5. 交换过程 将试液加到交换柱上，控制一定

34、流速进行交换。此时，上层被交换，下层未被交换，中层部分被交换，称为“交界层”。随着交换进行，交界层逐渐下移，至流出液中开始出现被交换离子时，称为始漏点。被交换到柱上的离子的量（mmol）称为该交换柱条件下的“始漏量”。离子交换分离法 选择工作条件时，为了树脂的利用率高，希望始漏量大些。树脂的颗粒小、流速慢，则始漏量大。同量的树脂，树脂床高的交换柱，始漏量大。但是，颗粒太小，流速太慢，会影响分析分离速度。如果试液中有几种离子同时存在，则亲和力大的先被交换到柱上，亲和力小的后被交换，因此，可被分离。离子交换分离法6. 洗涤 交换完后，用洗涤液将树脂内残留的试液及被交换出来的离子洗去。洗涤液通常是不

35、含试样的“空白溶液”（即不含试液而其它成分及酸度与试液相同）或用水。一般洗几次即可。离子交换分离法7. 洗脱 洗脱或淋洗就是将交换到柱上的离子用洗脱剂置换下来，是交换过程的逆过程。如某阳离子被交换到柱上后，可用HCl淋洗，由于溶液中H+浓度大，最上层的阳离子被H+置换下来，流到柱下层，又被交换上去，如此反复，使交换层逐渐下移。离子交换分离法 洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱的溶液，分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱的溶液，使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的

36、组分。强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。040 80 120 160 200 240 280 320NaNO30.5mol/L2mol/L NaNO3Cl-Br-I-体积/mL图5-3 Cl-，Br-和I-的分步淋洗浓度洗脱是交换过程的逆过程，洗脱是交换过程的逆过程，当洗脱液不断的倾入交换当洗脱液不断的倾入交换柱时，已交换在柱上的阳柱时，已交换在柱上的阳离子或阴离子就不断地被离子或阴离子就不断地被洗下来。洗下来。离子交换分离法在洗脱过程中，开始流出液中没有被交换上去的阳离子，随着HCl的不断加入，流出液中该阳离子的浓度逐渐加大。当大部分阳离子流出后，其浓度逐渐减少至零。以流出液中该离子的浓度为纵坐

37、标，洗脱液体积为横坐标作图，可得洗脱曲线。根据洗脱曲线，接取V1V2段的流出液，可测定被交换离子的含量。离子交换分离法离子交换分离法8. 再生 将树脂恢复到交换前的形式，称为再生。有时，洗脱过程就是再生过程。一般阳离子交换树脂可用 4 mol/L HCl处理，将其转化为H型，阴离子交换树脂则用 1 mol/L NaOH 处理，将其转化为OH型离子交换分离法树脂类型要转换的形式再生剂再生剂浓度%约相当于 1mol/L约相当于 2mol/L用量比（以mol计）再生剂树脂弱酸性弱碱性H型HClSO4型NaOHH2SO44-4-5142.586.55513-51.5-2.51111表5-1 各种再生剂

38、的浓度和用量H型Na型Na型H型H型Na型H2SO4NaClNaOHHClH2SO4NaOH2.56442.54751187582-2.53-51.5-20.75-12-3-11111OH型Cl型Cl型SO4型NaClHClNa2SO4643.51173-51.5-2.5离子交换分离法树脂类型要转换的形式再生剂再生剂浓度%约相当于 1mol/L约相当于 2mol/L用量比（以mol计）再生剂树脂弱酸性弱碱性OH型盐型NaCl同型游离碱游离碱游离碱Cl型SO4型NaOHNH4OHNaCO3HClH2SO44-8-3-4141542.58275-1.5-211.5-20.75-22-31-1.51

39、111表5-1 各种再生剂的浓度和用量（续上表）离子交换分离法（六）应（六）应 用用离子交换分离法有机玻璃离子交换装置有机玻璃离子交换装置FY组合型净水器，集诤化组合型净水器，集诤化杀菌为一体净水效果杀菌为一体净水效果 各种型号的净水装置各种型号的净水装置离子交换分离法1水的净化水的净化脱盐脱盐阳柱塔除气阴柱混合柱去离子水原水原水纯水返洗酸碱排出液空气混合树脂阴阳阴阳排出液悬浮混合图6-1 复合床式离子交换处理水流程示意图图6-2 混合床式处理水示意图 据统计，约80%到90%的离子交换树脂用于水的净化处理， 其中两种常见的脱盐如下图所示。离子交换分离法 将强酸性阳离子交换树脂处理成H型，强碱

40、性阴离子交换树脂处理成OH型，将待净化的水依次通过两柱，即可得所谓“去离子水”，这种方法称为复柱法。若要求得到纯度更高的水，可再串联一根混合柱，称为混合柱法。离子交换分离法2含铬废水的处理含铬废水的处理 N Na aO OH H再再生生剂剂 H H2 2S SO O4 4再再生生剂剂柱柱1 1阴阴离离子子交交换换柱柱号号2 2C Cu uS SO O4 4Z Zn nS SO O4 4N Ni iS SO O4 4C Cr rO O4 42 2- -( (H H2 2C Cr rO O4 4) )去去除除C Cr rO O4 42 2- -回回收收C Cr rO O4 42 2- -H H2 2C Cr rO O4 4回回收收N Na a2 2C Cr rO O4 4N Na a2 2S SO O4 4去去中中和和工工序序H H2 2O O废废水水废废水水含含C Cr rO O4 42 2- -C Cu u2 2+ +Z Zn n2 2+ +N Ni i2 2+ +去去除除C Cu u2 2+ +Z Zn n2