离子交换树脂在生化分离中的应用.ppt

1、离子交换树脂在生化分离中的应用，主讲人曾倩，黄琴，黄丽萍，离子交换树脂的原理，离子交换树脂的分类和性能，离子交换树脂的应用，概述和展望，离子交换树脂的原理，离子交换树脂的内部结构可分为聚合物骨架，离子交换基团和孔隙聚合物骨架，由交联聚合物组成：部分离子交换基团结合在聚合物骨架上，称为固定离子；它的一部分可以移动，这就是所谓的可交换离子或反离子阳离子交换过程：R-A B=R-B A (1)阴离子交换过程：R-C-D=R-D C-(2)R树脂体；可以交换的a和c树脂的例子；溶液b和d中交换的例子：(1)阳离子交换树脂(1)强酸性阳离子树脂：这种树脂含有大量的强酸基团，如-SO3，这种离子交换树脂可

2、以交换所有阳离子。(2)弱酸阳离子树脂：这种树脂含有弱酸基团，如羧基-COOH。这种离子交换树脂只能在弱碱中交换Ca2和Mg2等阳离子，但不能在强碱中交换离子。(2)阴离子交换树脂(1)强碱性阴离子交换树脂：这种树脂含有强碱性基团。例如，季铵基团-NR3OH可以分解水中的羟基，这是强碱性的。(2)弱碱性阴树脂：这种树脂含有弱碱性基团，如伯胺基-NH2，仲胺基-NHR，或叔胺基-NR2，它们能分解弱碱性水中的羟基。根据不同的制造工艺，在离子交换树脂内部形成不同的孔结构。常用的大孔树脂有两种：凝胶树脂和大孔树脂：苯乙烯强酸阳离子交换树脂(D301-IIIFC)、丙烯酸弱酸阳离子交换树脂(D113-

3、IIIFC)、苯乙烯强碱阳离子交换树脂(D201FC)等。(大孔树脂具有较大的孔和较多的孔，对水中高分子有机物有很好的去除效果，但其交换能力比凝胶型差；第二个特点是吸附能力强，很难恢复其交换能力，因为它与交换离子结合很强。物理性能，主要从外观、粒径、密度、含水量、相变膨胀率和离子耐磨性来判断其实用性，树脂球形度越高，对离子交换水处理越好。含水量与树脂的类型、结构、酸碱性、交联度、交换容量和离子形态有关。含水量越大，树脂的交联度越小。相变膨胀率反映了树脂的老化程度，耐磨性是影响树脂使用性能的指标之一。(1)离子交换树脂是一种不溶性聚合物电解质，在水溶液中可以电离。电离过程使水溶液呈酸性或碱性，溶

4、液的酸碱度也会影响树脂的离子交换能力。因此，在实际操作中检测酸碱度是非常重要的。各种树脂的有效酸碱度范围、选择性不同。例如，在常温和低浓度水溶液中，树脂对一些常见离子的选择性为：强酸性阳离子交换树脂：Fe3Al _ 3ca _ 2mg _ 2kna弱酸性阳离子交换树脂：h3al _ 3ca _ 2mg _ 2kna强碱性阴离子交换树脂：so42-NO3-Cl-OH-HCO _ 3-HS IO3-弱碱性阴离子交换树脂：OH-SO4 2- NO3-Cl-HCO3-HSiO3的价态越高，离子能力越强在同价离子中，优先交换码数大的离子，交换容量主要包括全交换容量和工作交换容量，这是离子交换树脂最重要的

5、性能指标。影响交换容量的主要因素有：树脂类型、粒径、原水水质、出水水质的关键控制、交换操作流量、树脂层高度、再生方式等。弱苯乙烯树脂和强苯乙烯树脂交换能力的比较热稳定性树脂在热作用下保持其物理和化学性质(主要是交换能力)不变的能力。各种树脂的热稳定性排序如下：弱酸性、强酸性、弱碱性、强碱性和弱酸性阳离子树脂的工作温度可高达200，而聚苯乙烯基强碱性树脂的工作温度仅为40左右。1.水处理2。食品工业3。制药业4。化学合成和石化工业。环境保护。湿法冶金和其他。离子交换树脂的应用。(1)水处理离子交换水处理是一种通过离子交换器去除水中离子杂质的水处理方法。水处理领域对离子交换树脂的需求很大，约占离子

6、交换树脂产量的90%，用于去除水中的各种阴离子和阳离子。目前，离子交换树脂的最大消耗用于火力发电厂的纯水处理，其次是原子能、半导体和电子工业。(2)离子交换树脂在食品工业中可用于制糖、味精、酿酒、生物制品等工业装置。例如，高果糖糖浆是通过从玉米中提取淀粉，水解产生葡萄糖和果糖，然后进行离子交换处理产生高果糖糖浆来生产的。食品工业中离子交换树脂的消耗量仅次于水处理。制药工业中的离子交换树脂广泛用于医疗卫生事业。如药物的脱盐、吸附分离、纯化、脱色和中和以及中草药有效成分的提取。离子交换树脂可口服给药，具有解毒、通便和脱酸的作用，可用于治疗胃溃疡、增进食欲和清除肠道放射性物质。外用方面，离子交换树脂

7、粉可用于制备软膏剂、粉剂和婴儿护肤品，可吸收伤口毒素，并用作解毒剂。在合成化学和石化工业中，酸和碱通常用作有机合成中酯化、水解、酯交换和水合的催化剂。使用离子交换树脂代替无机酸和碱，上述反应也可以更有利地进行。例如，树脂可以重复使用，产品易于分离，反应器不会被腐蚀，环境不会被污染，反应易于控制。甲基叔丁基醚(MTBE)是由异丁烯和甲醇在大孔离子交换树脂催化下反应制得的，代替了四乙基铅，四乙基铅会造成严重的环境污染。(5)环境保护离子交换树脂在废水和废气的浓缩、处理、分离、回收和分析中有重要的应用。电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水、薄膜印刷废水和工业废气已被广泛用于处理。例如，薄膜加工废水

8、中的银以阴离子的形式存在，如银(SO3)23-。经碱性离子交换树脂处理后，银的回收率可达90%，不仅节约了大量资金，而且使废水达到排放标准。离子交换树脂在原子能工业中的应用包括核燃料的分离、提纯、精炼和回收。用离子交换树脂制备高纯水是核电循环、冷却和供水的唯一途径。离子交换树脂也是去除原子能工业废水中放射性污染的主要方法。湿法冶金和其他离子交换是冶金工业中重要的单元操作之一。离子交换树脂在铀和钍、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属等超铀元素的分离、纯化和回收中发挥着重要作用。离子交换树脂也用于矿物加工。向矿浆中加入离子交换树脂可以改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。利用海洋资源离子交换树脂可以从许多海洋生物(如海带)中提取碘、溴、镁等重要的化学原料。用离子交换树脂从海水