《污染控制化学》PPT课件.ppt

有哪些离子缔合物萃取方法，它们有哪些特点？ 有哪些常有的萃取体系？ 有哪些重要的萃取操作？,思考题：,第4章 污染物的离子交换分离控制,离子交换剂的早期应用 沸石净水 土壤保肥 自从人工合成有机高分子离子交换树脂以来，离子交换剂的应用发展很快。,4.1 离子交换剂及其基本性质, 离子交换剂 基本组成： 骨架 功能团 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 基本性质： 交联度、溶胀性、交换容量、孔径、稳定性等, 离子交换树脂的骨架 苯乙烯-二乙烯苯的共聚物类骨架 酚醛树脂骨架 乙烯吡啶型骨架,苯乙烯-二乙烯苯的共聚物类骨架,酚醛树脂骨架, 离子交换树脂的类型 阳离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂（含磺酸基或苯磺酸基） 弱酸性阳离子交换树脂 （含羧基或酚基） 中等酸性阳离子交换树脂 （含-PO3H2，-AsO3H2，-SeO3H等中强酸性功能团 ）, 阴离子交换树脂 强碱性阴离子交换树脂（含季胺盐或叔胺基） 弱碱性阴离子交换树脂（含叔胺基、仲胺基或伯胺基）, 两性离子交换树脂, 螯合型离子交换树脂,硼树脂,8-羟基喹啉, 其它的特种树脂 萃淋树脂（Levextrel 树脂） 以苯乙烯和二乙烯苯为骨架的大孔结构和液态有机萃取剂的共聚物。 大环聚醚及穴醚类树脂（含O杂原子）,K+,离子交换树脂的命名 一般凝胶型离子交换树脂命名方法： 功能团分类代号（产品的分类） 骨架分类代号（骨架的差异） 顺序号（区分基团及交联剂的差别） 联接符号 凝胶型树脂后所注明的交联度数值 凡是具有物理孔结构的树脂称为大孔树脂，在全名称前加D，以示与普通的凝胶型树脂的区别。,表4-2 国产离子交换树脂分类名称及代号和骨架分类名称及代号,举例： 0017 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 （交联度7%） D001 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 D113 大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,另外，用其它符号表示树脂的用途 字符组5 ：不同用途的树脂的代号： SC-双层床；FC-浮动床；MB-混合床；MBP-凝结水混床；P-凝结水单床； TR-三层床混床 字符组6：特殊用途竖直代号： -NR-核级树脂；-ER-电子级树脂； -FR-食品级树脂, 离子交换剂的基本性质 （1）交联度（DCL） 交联剂(Cross-linking agent)：在有机离子交换树脂合成中，将树脂的多条骨架相互连在一起形成树脂的立体网状结构的化合物称为离子交换树脂的交联剂。 如二乙烯苯（DVB）是树脂的交联剂；在酚醛树脂的合成中，甲醛也是一种交联剂。 交联度（Degree of cross-linking）：交联剂在树脂内的百分含量称为交联度。,（2）网孔 一般微孔树脂网孔： = 2 nm 4 nm （一般分子 0.52nm） 大网孔树脂： = 100 nm 1000 nm (macroporous resin),高等学校化学学报，2005, 26(4): 765768,（3）溶胀性 干树脂吸水发生膨胀的性质称为树脂的溶胀性。 溶胀率：在树脂的溶胀过程，干树脂在浸入液体后体积发生膨胀，其膨胀程度可用溶胀率表示，溶胀率实际上就是树脂浸泡在溶液前后的体积比。,表4-3 强酸性离子交换树脂在水中的溶胀性,注：DVB为二乙烯苯，即强酸性树脂的交联剂,（4）交换容量 交换容量表示的是一定量离子交换树脂内含有可交换离子的量。 全交换容量：是以树脂中含交换基团的总数来表示，即为树脂内所有可交换离子全部发生交换时的交换容量。这也是树脂可能达到的最高交换容量。 工作交换容量：工作交换容量也称为有效交换容量，是指交换树脂在一定的操作条件下，实际所测得的交换容量。, 常用两种单位来表示树脂的交换容量： 一种是用单位重量干树脂所能交换的相当于一价阳离子的毫摩尔数，即用 mmol(+)/g 干树脂来表示； 另一种是用单位体积充分溶胀的湿树脂所能交换的相当于一价阳离子的毫摩尔数来表示，如 mmol(+) /ml湿树脂。 现在更多的是用 cmol(+)/kg 来表示固体物质的阳离子交换量。,必须指出，树脂交换容量的数值上总是与吸附的离子有关。 例如，某氢型磺酸型阳离子交换树脂的交换容量为5.2 mmol(+)/g干树脂。若转化成钠型后，因1g氢型树脂因交换Na后将增重至1.114g，由此可以算出按钠型树脂计算其交换容量将为4.67 mmol(+)/g干树脂。 一般阳离子树脂的交换容量均指干燥的氢型树脂的交换容量，而阴离子树脂则以干燥的氯型树脂来表示。,（5）酸碱性 离子交换树脂的酸碱特性可以由“pH滴定曲线”来表示。 pH滴定曲线测定：称取相同重量待测干树脂样品若干份，置于锥形瓶内，加入等量的蒸馏水或一定浓度的盐溶液(如1 mol/L NaCl)，再分别加入不同量已知浓度的酸或碱的标准溶液，待振荡平衡后，分别测定上层清液的pH值即可（强酸（碱）性离子交换剂放置24，弱酸（碱）性离子交换剂放置日 ）。,滴定曲线是检验和测定离子交换剂性能的重要数据。 利用滴定曲线的转折点，可估算离子交换剂的交换容量，而由转折点的数目，可推算不同离子交换基团的数目。同时，滴定曲线还表示交换容量随pH的变化。 因此，滴定曲线比较全面地表征了离子交换剂的性质。,A: 强酸型 B: 弱酸型 C: 中强酸型 D: 强碱型 E: 弱碱型,A: 强酸型 B: 弱酸型 C: 中强酸型 D: 强碱型 E: 弱碱型,（6）稳定性（自学） 物理稳定性 化学稳定性：忌强酸、强碱长时间浸泡；强氧化剂作用破坏树脂的交联度，树脂的交联度愈低，则树脂的化学稳定性也愈差； 辐照稳定性：树脂骨架以及交换功能团的性质都与树脂的辐照稳定性有关。骨架中含有芳香环结构的树脂要比脂肪链结构的树脂稳定。骨架交联度大的树脂又比交联度小的树脂更稳定。,4.2 离子交换分离法的基本原理, 离子交换的质量作用定律,因为 r = a/C，所以有：,XAr、XBr和分别表示A、B离子在树脂相中的当量分数,Ka 称表观平衡常数，表示两种离子对树脂的相对亲和力，相当于选择系数，在某些理想情况下是一常数。,表4-5 不同离子在Dowex50树脂上的选择系数,注：Dowex50树脂为一种亚氨基二乙酸型树脂, 离子交换的亲和力 （1）在稀溶液中，不同价数的简单离子的交换亲和力随价数的升高而增大； （2）在高温、高浓度或非水溶液中，则上述规律不完全适用； （3）H+和OH-的交换亲和力视树脂的交换剂功能团而定； （4）高分子量的有机离子或金属络阴离子，一般与离子交换剂的亲和力都较大； （5）能与交换剂基团生成络合物或难溶化合物的离子，其交换的亲和力都较大。, 分离系数 ：, 离子交换动力学 离子交换步骤与交换速率 （1） 膜扩散过程(A离子) （2）颗粒扩散过程(A离子) （3）化学交换反应过程(A = B) （4） 颗粒扩散过程(B离子) （5） 膜扩散过程(B离子),表示静止液膜的厚度， 代表流动相的线速度，r为树脂颗粒半径（通常为10-2 10-3cm ）。, 影响离子交换速率的主要因素 （1）树脂颗粒大小,表4-6 H+和Na+离子在磺酸型聚苯乙烯阳离子交换树脂上的 交换反应动力学数据,（2）树脂交联度,（3）溶液的浓度 （4）温度 （5）其它因素 搅拌的速度 树脂的溶