离子交换分离法知识讲解.ppt

五、有机化合物的分离（包括农药残余和抗生素） 凡是在水溶液中能离解的有机化合物如羧酸、酚、胺类等，可用离子交换法分离。羧基、酚基在pH值较大时以—COO-,--O-形式存在，可被交换在阴离子交换树脂；含氮有机化合物在pH较小时形成-NH3?、=NH2-、=NH+而被阳离子交换树脂所交换。应该指出的是，在交换分子量较大的有机离子时，一般要采用较小交联度的树脂（1-4 %），这种树脂的网状结构较稀疏，容易吸附大的离子，所以适合于有机碱、有机酸的分离。 六、在工业上的应用 工业盐酸的纯化：黄色Fe3+ 从非极性或弱极性有机产品除去极性有机杂质。例如从汽油、煤油、苯、甲苯中除去吡啶、酚、羧酸等杂质。 药品食品工业中的脱盐，以及除去有毒的金属离子，如砷、铅、汞、硫等。 电镀和胶片洗印废水处理：消除污染，回收贵金属 牛奶中重金属离子的分离富集。 * * 定义及特点 离子交换剂的种类和性质 基本理论 基本操作 应用 离子交换法是利用溶液通过离子交换剂（离子交换树脂）时发生在溶液和离子交换剂之间的相同符号的离子交换作用而使离子分离的方法。 各种离子与离子交换树脂交换能力不同，被交换到树脂上的离子可选用适当的洗脱剂依次洗脱，从而达到分离目的 定义 （1）分离效率高 能用于带相反电荷离子分离，又能用于带相同 电荷及性质相近离子的分离 （2）应用广 既可用于分离，又可用于富集，还可用高纯物 制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化 （3）分离过程周期长、耗时多 所以仅用于解决分析中较困难的分离问题 特点： 离子交换树脂 离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物 骨架 活性基团 酚醛树脂 聚乙烯树脂 交联剂 酸性基团 碱性基团 —SO3H —COOH —N+R3 —NR2 Ion exchange resins 特殊基团 聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂 聚合 磺化 交联剂 交联作用 活性基团 R-SO3H + M+ = R-SO3M + H+ 离子交换树脂的分类 依据活性基团分类 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 螯合树脂 两性交换树脂 强酸型 弱酸型 交换基为酸性，H+与阳离子交换 —SO3H —COOH —OH pH > 2 pH > 6 使用 pH 范围 pH >10 交换基为碱性，阴离子发生交换 强碱型 弱碱型 —N+(CH3)3Cl- —N+H3 OH- —N+H2R OH- —N+HR2 OH- pH <12 pH < 4 含有特殊螯合基团的树脂 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团 强碱型阴离子树脂 弱酸型阳离子树脂 弱碱型阴离子树脂 （1）交联度  交联度与交换容量 交联度大，水胀性差，网眼小，交换速度慢，选择性好，机械强度好。交联度小，水胀性好，网眼大，交换速度快，选择性差，机械强度差。 一般交联度4%～14%为宜 交联度=交联剂用量/反应物总量×100% 树脂在合成中分子间相互连成网状结构称之“交联” （2）交换容量 树脂质量的重要指标 取决于网状结构内所含活性基团数目 ①全交换容量：理论值，为特征常数，不随条件变化；②有效（工作）交换容量：实测值，与实验条件有关。 定义：每克干树脂能交换的物质的量（mmol/g） 离子交换分离的理论 交换平衡 唐南理论 吸水 溶胀 树脂 弹性凝胶 电解质溶液 半透膜 A+R- A+ 溶液中B+ C- 唐南排斥 C- 唐南入侵 唐南理论 离子交换动力学 与溶剂萃取相比，离子交换是在固相与液相之间完成，交换速度比较慢，对分离效率的影响较大。一般的离子交换过程有五个步骤： 溶液离子向树脂表面扩散（膜扩散）； 离子通过树脂表面向内部扩散（颗粒扩散）；“慢” 树脂内进行离子交换（交换反应）； 已交换离子从树脂内部向外扩散（颗粒扩散）；“慢” 已交换离子由树脂表面向本体溶液扩散（膜扩散）。 M ④ -SO3H M H ① ② ③ ⑤ 离子交换树脂靠静电引力使离子进行交换，所以离子水合半径r，离子电荷Z，极化度等，均与亲和力有关。一般规律：1.强酸型离子交换树脂（1）不同价态离子，Z越大，亲和力越大； Na+<Ca2+<Al3+<Th(Ⅳ)（2）同价态离子，水合半径r越小，亲和力越大； Li+<H+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+<Ag+<Tl+（3）二价离子的亲和力顺序为： UO22+<Mg2+<Zn2+<Co2+<Cu2+<Cd2+<Ni2+<Sr2+<Pb2+<Ba2+（4）稀土