8.2离子交换法.ppt

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1、8.2离子交换法离子交换法ION EXCHANGE METHODION EXCHANGE METHOD笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善8.2离子交换法离子交换法8.2.1离子交换剂的种类和性能指标离子交换剂的种类和性能指标8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力离子交换反应和离子交换亲和力8.2.3离子交换分离的基本过程离子交换分离的基本过程下节上节 返回章12/29/20222笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善 一类具网状结构的复杂高分子化合物一类具网状结构的复杂高分子化合物,树脂骨树脂骨架上有许多可被交换的活性基团架上有许多可被交换的活性基团.(1)阳离子交换树脂阳离子交换树脂(H+型阳离子交

2、换树脂型阳离子交换树脂):含有酸性基团的交换树脂含有酸性基团的交换树脂.离子交换剂可分为离子交换剂可分为无机离子交换剂无机离子交换剂和和有机离子有机离子交换剂交换剂(离子交换树脂离子交换树脂)等两大类等两大类.含有含有-SO3H基的树脂基的树脂(732);活性基团为活性基团为-COOH(724)或或-OH基基.强酸型树脂强酸型树脂:弱酸型树脂弱酸型树脂:1.kinds of ion exchange resin:休息8.2.1离子交换剂的种类和性能指标离子交换剂的种类和性能指标12/29/20223笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善 羧基羧基pH 4;酚基酚基pH 9.5才具交换能力才具交换能力

3、.(2)阴离子交换树脂阴离子交换树脂(OH-型阴离子交换树脂型阴离子交换树脂):含有碱性基团的交换树脂含有碱性基团的交换树脂.弱酸型树脂因对弱酸型树脂因对H+的亲和力大的亲和力大,不能在酸性溶不能在酸性溶液中使用液中使用,但选择性高但选择性高.强碱型树脂强碱型树脂:弱碱型树脂弱碱型树脂:活性基团为季胺碱活性基团为季胺碱(717);活性基团为伯胺活性基团为伯胺(701)或叔胺剂或叔胺剂休息 弱碱型树脂不能在碱性溶液中使用弱碱型树脂不能在碱性溶液中使用.(3)螯合树脂螯合树脂:8.2.1离子交换剂的种类和性能指标离子交换剂的种类和性能指标12/29/20224笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善如含如

4、含-N(CH2COOH)2的螯合树脂的螯合树脂.除此以外除此以外,还有还有大孔树脂大孔树脂,氧化还原树脂氧化还原树脂,萃淋树萃淋树脂脂,纤维交换剂纤维交换剂等等.休息 含有特殊基团的树脂含有特殊基团的树脂,能与某些金属离子形成螯能与某些金属离子形成螯合物合物.2.behavior indexes of ion exchange resin:(1)交换容量交换容量(exchange capacity):每克干树脂所能交换的离子的物质的量每克干树脂所能交换的离子的物质的量,单位为单位为mmolg-18.2.1离子交换剂的种类和性能指标离子交换剂的种类和性能指标12/29/20225笃学尚行止于至善

5、笃学尚行止于至善8.2.1离子交换剂的种类和性能指标离子交换剂的种类和性能指标(2)交联度交联度(crosslinking degree):树脂中所含交联剂的质量分数树脂中所含交联剂的质量分数.交联剂交联剂(crosslinking agent):树脂网状结构中起链接作用的成分树脂网状结构中起链接作用的成分.树脂的交联度一般以树脂的交联度一般以4 14%为宜为宜.交联度越大交联度越大,树脂的网眼越小树脂的网眼越小,交换速度越慢交换速度越慢,但选择性较高但选择性较高.休息 交换容量的大小取决于树脂网状结构中活性基交换容量的大小取决于树脂网状结构中活性基团的数目团的数目.返回节返回节12/29/2

6、0226笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善8.2.1离子交换剂的种类和性能指标离子交换剂的种类和性能指标交联剂交联剂12/29/20227笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善 利用离子交换树脂对不同离子的亲和力不同利用离子交换树脂对不同离子的亲和力不同.离子交换反应离子交换反应(ion exchange reaction)与其它化与其它化学反应一样学反应一样,也遵从质量作用定律也遵从质量作用定律:R-B+A+R-A+B+达到平衡时达到平衡时:离子交换分离原理离子交换分离原理:其中其中A+r、B+r分别为树脂中分别为树脂中A+与与B+的浓度的浓度;A+、B+分别为溶液中分别为溶液中A+和和B+的浓度的

7、浓度K=A+rB+B+rA+.休息8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力离子交换反应和离子交换亲和力12/29/20228笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善影响亲和力的因素影响亲和力的因素 K称为树脂对离子的称为树脂对离子的选择系数选择系数,或树脂对离子的或树脂对离子的亲和力亲和力(affinity).水合离子的半径水合离子的半径,所带电荷所带电荷,极化度极化度,亲和力亲和力.rule:同价离子同价离子,原子序数原子序数,亲和力亲和力.如如:Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Tl+Ag+水合离子半径水合离子半径;离子电荷离子电荷.休息8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力离子交换反应和离子

8、交换亲和力.12/29/20229笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力离子交换反应和离子交换亲和力 如如:Na+Ca2+Fe3+Th4+注意注意注意注意:弱酸型树脂对弱酸型树脂对H+亲和力大于其它阳离子亲和力大于其它阳离子;弱碱型树脂对弱碱型树脂对OH-亲和力大于其它阴离子亲和力大于其它阴离子.稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小不同价离子不同价离子,所带电荷所带电荷,亲和力亲和力.返回节返回节休息12/29/202210笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善 一般根据需要一般根据需要.Al3+Fe3+9molL-1HClFeCl

9、4-Al3+强碱型树脂强碱型树脂树脂上树脂上:流出液流出液:如如:重量法测硫酸根时重量法测硫酸根时,SO42-与与Fe3+的分离的分离.再如再如:Al3+与与Fe3+的分离的分离.SO42-Fe3+强酸型树脂强酸型树脂树脂上树脂上:Fe3+流出液流出液:SO42-1.choice of ion exchange resin:休息8.2.3离子交换分离的基本过程离子交换分离的基本过程12/29/202211笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善2.processes of ion exchange chromatography:装柱装柱;交换交换;洗涤洗涤;基本过程基本过程:(1)装柱与交换装柱与交换

10、:交换分离一般在交换分离一般在离子交换柱离子交换柱上进行上进行.装柱及交换全过程应防止树脂中产生气泡装柱及交换全过程应防止树脂中产生气泡.装柱后应据分离的需要对柱子进行处理装柱后应据分离的需要对柱子进行处理.如如Al3+与与Fe3+分离时分离时,需处理至流出液的酸度也是需处理至流出液的酸度也是9molL-1 HCl才能进行交换才能进行交换.休息8.2.3离子交换分离的基本过程离子交换分离的基本过程洗脱洗脱;再生再生.12/29/202212笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善ion exchange column:ion exchange column:8.2.3离子交换分离的基本过程离子交换分离

11、的基本过程12/29/202213笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善 将残留在柱上不发生交换的离子洗出柱将残留在柱上不发生交换的离子洗出柱.洗涤液一般用去离子水洗涤液一般用去离子水.对对Al3+与与Fe3+的分离就必须采用的分离就必须采用9molL-1 HCl,否则否则Fe3+也会被洗下来也会被洗下来.(3)洗脱洗脱(elution)与再生与再生:洗脱洗脱就是将被交换到树脂上的离子置换下来就是将被交换到树脂上的离子置换下来的过程的过程.对阳离子交换树脂一般用对阳离子交换树脂一般用3 4molL-1HCl,易易洗脱的也可采用较稀的洗脱的也可采用较稀的HCl溶液溶液(2)洗涤洗涤(wash):.休息

12、8.2.3离子交换分离的基本过程离子交换分离的基本过程12/29/202214笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善 阴离子交换树脂常用阴离子交换树脂常用NaCl或或NaOH溶液溶液;.有时也可用合适的配位剂为洗脱剂有时也可用合适的配位剂为洗脱剂;另外另外,还可用不同浓度的酸溶液进行还可用不同浓度的酸溶液进行选择性洗选择性洗脱脱.一般洗脱的过程也就是树脂的再生过程一般洗脱的过程也就是树脂的再生过程.再生再生就是将树脂恢复到交换前形式的过程就是将树脂恢复到交换前形式的过程.再生后的树脂可继续用于离子交换再生后的树脂可继续用于离子交换下节返回节返回节休息8.2.3离子交换分离的基本过程离子交换分离的基本过程12/29/202215笃学尚行止于至善笃学尚行止于至善8.2.3离子交换分离的基本过程离子交换分离的基本过程Ni2+Mn2+Co2+12molL-1HClMnCl42-CoCl42-树脂上树脂上:流出液流出液:Ni2+强碱型树脂强碱型树脂12molL-1HClNi2+MnCl42-CoCl42-树脂上树脂上:流出液流出液:CoCl42-Mn2+4molL-1HClCo2+6molL-1HCl淋洗淋洗淋洗淋洗淋洗淋洗12/29/202216