离子交换分离复习提纲

1、“离子交换分离”复习提纲 .一. 离子交换1. 定义：不溶于水和其它极性溶剂的电解质中离子与溶液中同电荷电解质离子之间的置换称为离子交换。 2. 特点 离子交换反应是可逆的； 离子交换等当量发生，并遵守电中性原则。3. 离子交换的微观过程 Na+离子从溶液穿过液膜到达树脂颗粒表面； Na+离子从树脂颗粒表面进入树脂内部，继续在树脂颗粒内部扩散，最后到达交换点； Na+离子在交换点与Li+离子进行化学交换，将Li+离子置换下来； Li+离子离开交换点向外扩散，最后到达树脂颗粒表面； Li+离子从树脂颗粒表面穿过液膜进入外部溶液。上述五个步骤中，第步和第步是两个方向相反的扩散过程。根据电中性原则，

2、它们必须以相同的速度，同时穿过液膜。这个过程称为液膜扩散过程。 同理，第步和第步也是两个方向相反,以相同速度同时在树脂颗粒内进行的扩散过程。这个过程称为颗粒扩散过程。因此，离子交换反应实际上可分为液膜扩散、颗粒扩散和化学交换三步过程。4. 树脂对离子亲合性的经验规律 不同价态离子对树脂的亲合力随离子价态的增加而增加。相同价态离子在树脂上选择系数随水合离子半径的增加而减小。 树脂交联度增大，对离子的选择系数增加。 在阳离子交换树脂上，金属离子分配系数随着酸浓度增加而降低；在阴离子交换树脂上,金属离子分配系数一般随酸浓度的增加而增加。 在水溶液中加入能与水互溶的有机溶剂，往往导致分配系数变大，还能

3、使分离因子提高。5. 影响离子交换反应速度的主要因素 树脂a. 树脂颗粒越细，离子交换反应速度越快。b. 树脂交联度增大，树脂网孔变小。由此导致离子在树脂颗粒内扩散系数变小，使颗粒扩散过程变慢。 c. 强酸性树脂和强碱性树脂的溶胀性较大，活性基团解离较完全，故它们的离子交换速度比弱酸性树脂和弱碱性树脂快。d. 大孔树脂因其骨架网孔大，故离子交换速度很快。 离子a. 同价态的可水合离子，其水合半径越大，颗粒扩散系数越小。 b. 不同价态可水合离子，由于固定离子库仑引力作用，价态越高，阻留力越大，颗粒扩散系数越小。c. 对于不水合的离子，其晶体半径越大，颗粒扩散系数越小。 d. 液膜扩散系数随水合

4、离子半径的增大而降低，随离子价态的增大而减小。 溶液a. 当溶液浓度小于0.01M时，液膜扩散过程是离子交换反应速率决定步骤，在此浓度范围内，增加溶液浓度，离子交换反应速度线性增加；当溶液浓度提高到0.01M时，离子交换过程的速度将同时受到颗粒扩散过程和液膜扩散过程的支配，离子交换反应速度不再线性增加；当溶液浓度进一步增加时，颗粒扩散过程成为离子交换反应速率决定步骤，离子交换反应速度趋于一极限值。b. 在非水介质中，特别是在非极性溶剂中，离子交换反应速度通常都非常慢。 温度温度升高，离子在液膜中和树脂颗粒内的扩散系数都增大。因此，升温有利于加速离子交换过程。 搅拌搅拌速度加快，液膜厚度变薄，离

5、子交换速度增大。但离子交换速度增加到一定值后，再继续提高搅拌速度，对离子交换速度不再产生影响。 二 离子交换剂1 定义：含有可交换离子的、不溶于水喝其它极性溶剂的电解质。2 构成： 骨架 活性基团3分类： 无机离子交换剂：水合氧化物 多价金属酸性盐 杂多酸盐 亚铁氰化物 铝硅酸盐 有机离子交换剂：离子交换纤维素 离子交换聚葡萄糖 离子交换树脂 4 优缺点优 点缺 点无机离子交换剂耐高温、耐辐照能力强；对碱金属有特殊选择性机械强度差；交换容量小离子交换树脂机械强度和交换容量均优于无机离子交换剂耐高温、耐辐照能力差5. 离子交换树脂 离子交换树脂的构成任何一种离子交换树脂，就其化学结构而言，都可分

6、为两部分。一部分是具有立体网状结构的高分子化合物，称为骨架或基体；另一部分是连接在骨架上的离子交换功能团，称为活性基团。骨架：苯乙烯系离子交换树脂骨架丙烯酸系离子交换树脂骨架酚醛系离子交换树脂骨架乙烯吡啶系离子交换树脂骨架环氧系离子交换树脂骨架脲醛系离子交换树脂骨架氯乙烯系离子交换树脂骨架活性基团：固定离子反离子举例说明，H+型强酸性阳离子交换树脂RSO3H在NaCI水溶液中可解离成H+和-SO3-，发生下述反应： RSO3H + NaCI = RSO3Na + HCI在这里，R-为骨架，-SO3H为活性基团；-SO3-是固定离子；H+称反离子；Na+也称反离子；CI-为同离子。 离子交换树脂

7、的分类 阳离子交换树脂 强酸性弱酸性阴离子交换树脂 强碱性弱碱性两性树脂特种树脂 螯合树脂氧化还原树脂萃淋树脂冠醚树脂 离子交换树脂的命名外国生产的离子交换树脂没有统一的分类命名标准，都是由生产厂家自行命名。我国生产的离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称和基本名称排列组成，以三位阿拉伯数字标称：第一位数字代表产品分类：第二位数字代表骨架分类：第三位数字用以区别活性基团和交联剂的差异。 凝胶型树脂的交联度值，在牌号后以“X”号加阿拉伯数字表示。 大孔树脂在型号前加大写的“D”。某些国内外离子交换树脂的结构与牌号： 基 本 结 构 牌 号 名 称强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂（中）001（美）A

8、mberlite IR-120, Dowex 50，Permutit Q；（俄）KY-2；（英）Zeokarb 225；（法）Duolite C-20；（德）Lewaitit S-100，Wofatit KPSI型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂（中） 201（美）Amberlite IRA-400, Dowex 1, Permutit S-1：（俄）AB-17；（法）Duolite A-42；（德）Lewaitit M-500，Wofatit SBWII型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂（中）202（美）Amberlite IRA-410, Dowex 2, Permutit S-2；（俄）Anio

9、nit AB-27；（法）Duolite A-40；（德）Lewaitit M-600，Wofatit SBK弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂（中） 112（美）Amberlite IRC-50，Permutit H-70；（俄）KB-4；（英）Zeokarb 226；（法）Duolite CS-100；（德）Wofatit CP-300亚氨二乙酸型螯合树脂（中）401（美）Dowex A-1，Chelex 100；（俄）-50；（德）Wofatit CM-50 离子交换树脂的基本特征强酸性阳离子交换树脂 a. 强酸性阳离子交换树脂话性基团的解离度相当于硫酸。 b. H+型强酸性阳离子交换树脂能将

10、中性盐劈解为酸，树脂变为相应的盐型。 c. 盐型强酸性阳离子交换树脂转为H+型，需要大大过量的强酸。d. 强酸性阳离子交换树脂可在较宽的pH范围内使用。 弱酸性阳离子交换树脂 a. 弱酸性阳离子交换树脂话性基团的解离度相当于醋酸。 b. H+型弱酸性阳离子交换树脂不能劈开中性盐； H+型弱酸性阳离子交换树脂与碱反应，形成盐型弱酸性阳离子交换树脂。 c. 将盐型弱酸性阳离子交换树脂转为H+型，只需稍过量的强酸。d. 弱酸性阳离子交换树脂的交换能力强烈依赖于溶液的pH值，有效使用范围为pH>6。强碱性阴离子交换树脂 a. 强碱性阴离子交换树脂话性基团解离度相当于碱金属氢氧化物。b. OH-型

11、强碱性阴离子交换树脂能将中性盐劈解为碱，树脂变为相应的盐型。 c. 盐型强碱性阴离子交换树脂转为OH-型，需要大大过量的碱。d. 强碱性阴离子交换树脂可在较宽的pH范围内使用。 弱碱性阴离子交换树脂 a. 弱碱性阴离子交换树脂话性基团的解离度类似氨。 b. OH-型弱碱性阴离子交换树脂不能劈开中性盐； OH-型弱碱性阴离子交换树脂与强酸反应，形成盐型弱碱性阴离子交换树脂。 c. 盐型弱碱性阴离子交换树脂转为OH-型，只需稍过量的碱。d. 弱碱性阴离子交换树脂的交换能力强烈依赖于溶液的pH值，有效使用范围为pH<6。三 离子交换色层1. 离子交换色层的分类及特点淋洗色层排代色层前流色层预处

12、理用淋洗剂溶液对色层柱进行预处理，使色层柱物料组成处于淋洗状态用阻滞离子将离子交换剂转型，它对离子交换剂的亲和力小于所有待分离离子用对离子交换剂亲合力比所有带分离离子都小的离子将离子交换剂转型操作量< 柱容量的1%> 柱容量的10%解吸无机酸(盐）水溶液；有机络合剂；水-有机溶剂混合溶液无机酸(盐)水溶液；有机络合剂曲线形状高斯正态分布双对数曲线分离效果定量流出曲线交叉，不定量只得到一种纯物质，且不定量色层柱组成色层柱组成几乎不变，故离子交换剂不必再生色层柱组成连续变化，离子交换剂需要再生应用少量物质分离；样品分析；未知元素鉴定大量物质分离特定情况下使用2. 表示离子交换分离效果的

13、几个主要参数 分配系数 分离因子 分辨率 3. 离子交换色层的应用TP, RE，U，Np，Pu的分离 U，Np，Pu分离 调料：7-8M HNO30.02M Fe (NH2SO3)2, 500C 或10M HCI0.02M Fe (NH2SO3)2, 500C 吸附：Dowex 1X10（U,Np,Pu留在树脂上，TP,RE 在流出液中） 还原解吸Pu：5.4M HNO30.05M Fe2+ 0.05M N2H4 或9M HCI0.05M NH4I (KI) 氧化解吸Np：0.25M HNO30.02M Ce(NO3)4 解吸U：0.25M HCI TP同RE组分离 a. AIXNH4SCN体

14、系吸附：2M NH4SCN；Dowex 1x8解吸RE：5M NH4SCN解吸TP：0.1M HCI b. AIXLiCI体系吸附：12.5M LiCI0.5M HCI；Dowex 1x8解吸RE：10.5 M LiCI0.5 M HCI解吸TP：M LiCI0.5M HCIc. AIXCH3OHHNO3体系 吸附：90% CH3OH1M HNO3；Dowex 1x 8 解吸TP：80% CH3OH0.5M HNO3解吸RE：10M HCI d. CIX氨基多乙酸羟基羧酸体系分离Am,Cm和Pm KY-2；0.01M NTA0.5M-HIBApH3.75 KY-2；0.001M EDTA 0.2M-HIBApH3.55 YSG-SONa；1x10-3M DTPA 0.2M-HIBApH3.00 Y2x8；5x10-3M DTPA 0.2M HLacpH2.96 T相互分离IX氨基多乙酸排代分离大量TP吸附：Dowex 50Wx8, Zn2+型排代：0.05M DTPApH6.0或0.105M NTApH 7.0IX-HIBA淋洗分离微量TP吸附：pH1.0；Dowx 50x8.淋洗：0