1、現(xiàn)代分離方法與技術(shù)現(xiàn)代分離方法與技術(shù)淮北師范大學(xué)淮北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院陳高禮陳高禮 Separation by precipitation教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：離子交換分離法的概念及分離原理；離子交換分離法的基本操離子交換分離法的概念及分離原理；離子交換分離法的基本操作技術(shù)。作技術(shù)。第4章 離子交換分離法Ion-exchange SeparationIon-exchange Separation(1)教學(xué)要求：教學(xué)要求：掌握離子交換劑的分類，離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和作用、性質(zhì)及掌握離子交換劑的分類，離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和作用、性質(zhì)及合成等，了解離子交換樹(shù)脂的種類，

2、掌握離子交換分離法的原合成等，了解離子交換樹(shù)脂的種類，掌握離子交換分離法的原理、基本操作技術(shù)及應(yīng)用。理、基本操作技術(shù)及應(yīng)用。教學(xué)主要內(nèi)容：教學(xué)主要內(nèi)容：4.1 概述概述4.2 離子交換劑離子交換劑4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.4 離子交換分離法的基本操作技術(shù)離子交換分離法的基本操作技術(shù)4.5 離子交換分離法的應(yīng)用離子交換分離法的應(yīng)用4.1 概概 述述4.1.1 離子交換分離法離子交換分離法4.1.2 離子交換法的特點(diǎn)離子交換法的特點(diǎn)4.1.3 離子交換法的發(fā)展史離子交換法的發(fā)展史4.1.1 離子交換分離法離子交換分離法4.1 概概 述述利用離子交換劑與溶液中的離子

3、發(fā)生交換反利用離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換反應(yīng)進(jìn)行分離的方法。應(yīng)進(jìn)行分離的方法。4.1.2 離子交換分離法的特點(diǎn)離子交換分離法的特點(diǎn)1 1、分離效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作不復(fù)雜，樹(shù)脂又具、分離效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作不復(fù)雜，樹(shù)脂又具 有再有再 生能力，可反復(fù)使用。生能力，可反復(fù)使用。 2 2、選擇性高。、選擇性高。 3 3、適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。、適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。 4 4、多相操作，分離容易。、多相操作，分離容易。5 5、分離周期長(zhǎng)，耗時(shí)過(guò)多。、分離周期長(zhǎng)，耗時(shí)過(guò)多。674.1 概概 述述4.1.3離子交換法的發(fā)展史離子交換法的發(fā)展史1850年前后年前后，英國(guó)人湯姆森和韋系統(tǒng)的報(bào)告了土壤中英國(guó)

4、人湯姆森和韋系統(tǒng)的報(bào)告了土壤中 鈣、鎂離子與水中鉀、銨離子的交鈣、鎂離子與水中鉀、銨離子的交 換現(xiàn)象。換現(xiàn)象。 發(fā)現(xiàn)天然泡沸石發(fā)現(xiàn)天然泡沸石1903年，年，哈姆斯和呂普勒?qǐng)?bào)道了硅酸哈姆斯和呂普勒?qǐng)?bào)道了硅酸 鋁鹽離子交換劑的鋁鹽離子交換劑的 合成。合成。合成合成人工人工泡沸石，并用于水處理中。泡沸石，并用于水處理中。 1933年年1935年，年，英國(guó)科學(xué)家亞當(dāng)斯和霍姆斯英國(guó)科學(xué)家亞當(dāng)斯和霍姆斯 用人工方用人工方 法合成法合成酚醛類型酚醛類型的陽(yáng)、陰離的陽(yáng)、陰離 子交換樹(shù)脂。子交換樹(shù)脂。合成出離子交換樹(shù)脂合成出離子交換樹(shù)脂1945年，年，美國(guó)人迪阿萊里塢發(fā)表了關(guān)于美國(guó)人迪阿萊里塢發(fā)表了關(guān)于聚苯乙烯

5、型聚苯乙烯型強(qiáng)酸強(qiáng)酸 性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂及聚丙烯酸型弱酸性陽(yáng)離性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂及聚丙烯酸型弱酸性陽(yáng)離 子交子交 換樹(shù)脂的制備方法。換樹(shù)脂的制備方法。 4.1 概概 述述 具有具有離子交換能力的所有物質(zhì)，通常指固體離子交換劑離子交換能力的所有物質(zhì)，通常指固體離子交換劑，固體離子交換劑又稱為，固體離子交換劑又稱為吸著離子交換劑吸著離子交換劑由天然的由天然的( (粘土、沸石類礦物粘土、沸石類礦物) )和合成的和合成的( (合成沸石、分合成沸石、分子篩、水合金屬氧化物、多價(jià)金屬酸性鹽類、雜多酸鹽等子篩、水合金屬氧化物、多價(jià)金屬酸性鹽類、雜多酸鹽等) )化合物構(gòu)成?；衔飿?gòu)成。人工合成的帶有離子交換功能團(tuán)

6、的高分子聚合物其中人工合成的帶有離子交換功能團(tuán)的高分子聚合物其中應(yīng)用最為廣泛的是離子交換樹(shù)脂，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、類型、性應(yīng)用最為廣泛的是離子交換樹(shù)脂，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、類型、性質(zhì)及其應(yīng)用本章將作重點(diǎn)介紹。質(zhì)及其應(yīng)用本章將作重點(diǎn)介紹。4.2.1 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)、作用和性能離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)、作用和性能4.2.2 離子交換樹(shù)脂的種類離子交換樹(shù)脂的種類4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑4.2.3 離子交換樹(shù)脂的名稱、牌號(hào)及命名離子交換樹(shù)脂的名稱、牌號(hào)及命名111) 骨架骨架是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)酸、堿和一般的溶劑都不起作用酸、堿和一般的

7、溶劑都不起作用。 2) 活性基團(tuán)活性基團(tuán)(交換基團(tuán)交換基團(tuán) ) 連接在骨架上連接在骨架上可以電離的、可以電離的、可被交換的基可被交換的基團(tuán)。團(tuán)。它對(duì)它對(duì)離子交換離子交換劑劑的交換性質(zhì)起著決定性作用，可與溶液中的的交換性質(zhì)起著決定性作用，可與溶液中的離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)。離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)。4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑12 是聚苯乙烯與二乙烯苯的共聚所得的聚合物，再是聚苯乙烯與二乙烯苯的共聚所得的聚合物，再經(jīng)濃經(jīng)濃H H2 2SOSO4 4磺化而制得強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂磺化而制得強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑固定離子固定離子平衡離平衡離子子4.2 離離 子子

8、 交交 換換 劑劑R代表樹(shù)脂的骨架，與代表樹(shù)脂的骨架，與Na+發(fā)生交換發(fā)生交換交換過(guò)程：交換過(guò)程：HNaRSONaHRSO33交換過(guò)程洗脫或再生離子交換樹(shù)脂可簡(jiǎn)寫(xiě)為：離子交換樹(shù)脂可簡(jiǎn)寫(xiě)為：R-HHNaRSONaHRSO33交換過(guò)程洗脫或再生洗脫或再生4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑（1 1）外型）外型顏色：白、黃、黑和褐。顏色：白、黃、黑和褐。形狀：大多為球形。形狀：大多為球形。粒度：通常用樹(shù)脂在水中膨粒度：通常用樹(shù)脂在水中膨 脹后通過(guò)篩的大小表示。脹后通過(guò)篩的大小表示。外型、含水量、外型、含水量、 溶脹性、密度、交聯(lián)度溶脹性、密度、交聯(lián)度交換容量、允許交換容量、允許pH范圍和允許溫度范圍

9、范圍和允許溫度范圍4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑16樹(shù)脂的含水量是樹(shù)脂的固有性質(zhì)樹(shù)脂的含水量是樹(shù)脂的固有性質(zhì)含水量的變化也反映著樹(shù)脂內(nèi)在質(zhì)量的變化含水量的變化也反映著樹(shù)脂內(nèi)在質(zhì)量的變化 （2 2）含水量）含水量 將樹(shù)脂顆粒放在水中，使其吸收水分達(dá)到平衡，將樹(shù)脂顆粒放在水中，使其吸收水分達(dá)到平衡，然后用離心法在規(guī)定的轉(zhuǎn)速和時(shí)間內(nèi)除去外部水分，得然后用離心法在規(guī)定的轉(zhuǎn)速和時(shí)間內(nèi)除去外部水分，得到含平衡水的濕樹(shù)脂。然后在到含平衡水的濕樹(shù)脂。然后在105105烘干，比較烘干前后烘干，比較烘干前后的質(zhì)量，即得到平衡水含量占濕樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這就的質(zhì)量，即得到平衡水含量占濕樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這就是是樹(shù)

10、脂的含水量。樹(shù)脂的含水量。（3 3）溶脹性）溶脹性離子交換樹(shù)脂在水中會(huì)發(fā)生體積的膨脹。離子交換樹(shù)脂在水中會(huì)發(fā)生體積的膨脹。 交聯(lián)度增大，膨脹度減少。交聯(lián)度增大，膨脹度減少。 樹(shù)脂的膨脹度同樹(shù)脂的膨脹度同交換基團(tuán)的數(shù)量和離子的類型有關(guān)交換基團(tuán)的數(shù)量和離子的類型有關(guān)。 各種陰離子對(duì)強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂膨脹度的影響順序：各種陰離子對(duì)強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂膨脹度的影響順序： F-Ac-OH-C6H5O-ClNO2-Br-I-各種陽(yáng)離子對(duì)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂膨脹度的影響順序：各種陽(yáng)離子對(duì)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂膨脹度的影響順序： H+Li+Na+Mg2+Ca2+K+Ag+4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑)

11、g/mLa（）（樹(shù)脂在水中的表觀體積）溶脹后樹(shù)脂重量（）表觀密度（VmD)g/mLw（）樹(shù)脂所排除水的體積（）溶脹后樹(shù)脂重量（）真密度（VmD（4 4）密度）密度表觀密度：指樹(shù)脂在交換柱中的裝填密度。表觀密度：指樹(shù)脂在交換柱中的裝填密度。4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂001 7，表示這種，表示這種樹(shù)脂是由樹(shù)脂是由7%的二乙烯苯和的二乙烯苯和93%的苯乙烯共聚物的苯乙烯共聚物制備的。一般稱這種樹(shù)脂的交聯(lián)度為制備的。一般稱這種樹(shù)脂的交聯(lián)度為7%。 %100反應(yīng)混合物重量交聯(lián)劑重量交聯(lián)度？(5) (5) 交聯(lián)度交聯(lián)度4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑交

12、聯(lián)度對(duì)樹(shù)脂性質(zhì)的影響：交聯(lián)度對(duì)樹(shù)脂性質(zhì)的影響： 樹(shù)脂的交聯(lián)度大，樹(shù)脂的交聯(lián)度大，網(wǎng)間孔隙小。樹(shù)脂對(duì)離子網(wǎng)間孔隙小。樹(shù)脂對(duì)離子的選擇性增加，機(jī)械性能好。但網(wǎng)間孔隙過(guò)小，的選擇性增加，機(jī)械性能好。但網(wǎng)間孔隙過(guò)小，降低了離子交換反應(yīng)的速度，降低了樹(shù)脂的有降低了離子交換反應(yīng)的速度，降低了樹(shù)脂的有效交換容量。效交換容量。 樹(shù)脂的交聯(lián)度小，樹(shù)脂的交聯(lián)度小，網(wǎng)間孔隙大，交換反應(yīng)速網(wǎng)間孔隙大，交換反應(yīng)速度快，交換的選擇性差，樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)度快，交換的選擇性差，樹(shù)脂的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性差。穩(wěn)定性差。 4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑注意注意（6 6）交換容量）交換容量總交換容量：?jiǎn)挝恢亓扛蓸?shù)脂或單位

13、體積濕樹(shù)脂總交換容量：?jiǎn)挝恢亓扛蓸?shù)脂或單位體積濕樹(shù)脂中，所有交換基團(tuán)的總數(shù)。單位中，所有交換基團(tuán)的總數(shù)。單位molmol/g/g、mmolmmol/g/g、molmol/L/L、mmolmmol/mL/mL 它是常數(shù)，不代表真實(shí)交換能力。它是常數(shù)，不代表真實(shí)交換能力。 談到交換容量時(shí)必須注明樹(shù)脂的離子形態(tài)。談到交換容量時(shí)必須注明樹(shù)脂的離子形態(tài)。 一般陽(yáng)離子樹(shù)脂的交換容量以氫型一般陽(yáng)離子樹(shù)脂的交換容量以氫型樹(shù)脂為準(zhǔn)，陰離子樹(shù)脂的交換容量以氫氧型樹(shù)脂為準(zhǔn)，陰離子樹(shù)脂的交換容量以氫氧型（或游離胺型）樹(shù)脂為準(zhǔn)。（或游離胺型）樹(shù)脂為準(zhǔn)。 表示表示！？4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑總交換容量：總交換

14、容量：?jiǎn)挝恢亓扛蓸?shù)脂或單位體積濕樹(shù)脂中，所有交換基團(tuán)的單位重量干樹(shù)脂或單位體積濕樹(shù)脂中，所有交換基團(tuán)的總數(shù)。單位總數(shù)。單位mol/g、mmol/g、mol/L、mmol/mL操作交換容量：操作交換容量：4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑（7）允許）允許pH范圍和允許溫度范圍范圍和允許溫度范圍 查相關(guān)手冊(cè)！查相關(guān)手冊(cè)！操作交換容量小于總交換容量。操作交換容量小于總交換容量。如何測(cè)定操作交換容量？如何測(cè)定操作交換容量？4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑 離子交換樹(shù)脂是一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分離子交換樹(shù)脂是一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，高分子聚合物一般可分為：子聚合物，高分子聚合物一般可分為：（

15、1 1）線性高分子）線性高分子（2) 2) 支鏈型高分子支鏈型高分子（3 3）體型高分子）體型高分子 離子交換樹(shù)脂是由苯乙烯、甲醛、甲基丙烯酸和離子交換樹(shù)脂是由苯乙烯、甲醛、甲基丙烯酸和苯酚等單體通過(guò)苯酚等單體通過(guò)聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)或或縮合反應(yīng)縮合反應(yīng)生成的體型高分生成的體型高分子聚合物的骨架母體，然后引入活性基團(tuán)而成。子聚合物的骨架母體，然后引入活性基團(tuán)而成。4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑 也可用苯酚先經(jīng)硫酸處理后，生成對(duì)羥基苯磺酸，再與甲醛、苯酚縮聚成苯酚磺酸型離子交換樹(shù)脂（1 1）酚醛樹(shù)脂）酚醛樹(shù)脂4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑交聯(lián)劑交聯(lián)劑離交樹(shù)脂三維空間立體結(jié)構(gòu)離交樹(shù)脂三維空

16、間立體結(jié)構(gòu)a aSO3HLinkage groupCation exchangeChloridea aCH2Cla aCH2N(CH3)3ClAnion exchange磷酸基磷酸基次磷酸基次磷酸基酚酚砷酸基砷酸基硒代磺酸酸基硒代磺酸酸基羧酸基羧酸基磺酸基磺酸基伯胺基伯胺基叔胺基叔胺基季胺基季胺基仲胺基仲胺基引入基團(tuán)：引入基團(tuán)：1)1)依據(jù)物理結(jié)構(gòu)分類：依據(jù)物理結(jié)構(gòu)分類：凝膠型、大孔型、載體型；凝膠型、大孔型、載體型；2 2）依據(jù)合成所用原料單體：）依據(jù)合成所用原料單體：苯乙烯型、丙烯酸型、苯乙烯型、丙烯酸型、 酚醛型、環(huán)氧型和乙烯吡啶型；酚醛型、環(huán)氧型和乙烯吡啶型；3 3）依據(jù)用途分類：）依

17、據(jù)用途分類：工業(yè)級(jí)、食品級(jí)、分析級(jí)、核等工業(yè)級(jí)、食品級(jí)、分析級(jí)、核等 級(jí)、床層專用和混合床專用；級(jí)、床層專用和混合床專用；4 4）按樹(shù)脂的交換基團(tuán)分類：）按樹(shù)脂的交換基團(tuán)分類：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離 子交換樹(shù)脂和特殊的離子交換樹(shù)脂。子交換樹(shù)脂和特殊的離子交換樹(shù)脂。4.2 離離 子子 交交 換換 劑劑含有含有-SO3H基的樹(shù)脂基的樹(shù)脂(732);強(qiáng)酸型樹(shù)脂強(qiáng)酸型樹(shù)脂:弱酸型樹(shù)脂弱酸型樹(shù)脂: (1)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 (H+型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂): 交換基團(tuán)是酸性基團(tuán)，能交換陽(yáng)離子的樹(shù)脂。交換基團(tuán)是酸性基團(tuán)，能交換陽(yáng)離子的樹(shù)脂。 活性基團(tuán)為活性基團(tuán)為-COO

18、H(724)或或-OH基基. 羧基羧基pH 4;酚基酚基pH 9.5才具交換能力才具交換能力.(2)陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂(OH- 型陰離子交換樹(shù)脂型陰離子交換樹(shù)脂): 含有堿性基團(tuán)的交換樹(shù)脂含有堿性基團(tuán)的交換樹(shù)脂. 弱酸型樹(shù)脂因?qū)θ跛嵝蜆?shù)脂因?qū)+的親和力大的親和力大,不能在酸性溶液中使用不能在酸性溶液中使用,但選擇性高但選擇性高.-SO3H，其中，其中-SO3-不能交換，稱為固定離子，不能交換，稱為固定離子，可交換的離子稱為平衡離子。可交換的離子稱為平衡離子。強(qiáng)堿型樹(shù)脂強(qiáng)堿型樹(shù)脂:弱堿型樹(shù)脂弱堿型樹(shù)脂:活性基團(tuán)為活性基團(tuán)為季胺堿季胺堿(717)，對(duì)強(qiáng)酸根和弱酸根都能交換，對(duì)強(qiáng)酸根和弱

19、酸根都能交換，遇酸、堿和有機(jī)溶劑穩(wěn)定，遇酸、堿和有機(jī)溶劑穩(wěn)定，交換容量不受交換容量不受pH影響影響;活性基團(tuán)為活性基團(tuán)為伯胺伯胺(701)或或叔胺叔胺劑劑 弱堿型樹(shù)脂不能在堿性溶液中使用，弱堿型樹(shù)脂不能在堿性溶液中使用，受受pH影響。影響。(3)特殊的離子交換樹(shù)脂特殊的離子交換樹(shù)脂:高選擇性的樹(shù)脂、大孔樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂、兩性高選擇性的樹(shù)脂、大孔樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂、兩性樹(shù)脂、熱再生樹(shù)脂、光活性樹(shù)脂、生物活性樹(shù)樹(shù)脂、熱再生樹(shù)脂、光活性樹(shù)脂、生物活性樹(shù)脂、萃淋樹(shù)脂、氧化還原型樹(shù)脂。脂、萃淋樹(shù)脂、氧化還原型樹(shù)脂。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 適用于酸性、中性和堿性溶液適用于酸性、中性和堿性溶液弱酸弱酸性陽(yáng)離

20、子交換樹(shù)脂對(duì)性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)H H+ +離子的親合離子的親合能力能力強(qiáng)強(qiáng), ,不適用于強(qiáng)酸溶液，但同時(shí)易用酸不適用于強(qiáng)酸溶液，但同時(shí)易用酸洗脫洗脫, ,選擇性選擇性高高, ,適用于強(qiáng)度不同的有機(jī)適用于強(qiáng)度不同的有機(jī)堿。堿。陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂螯合離子交換樹(shù)脂螯合離子交換樹(shù)脂氧化還原離子交換樹(shù)脂氧化還原離子交換樹(shù)脂4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.3.1 離子交換樹(shù)脂的親合能力離子交換樹(shù)脂的親合能力4.3.2 離子交換的理論離子交換的理論4.3.3 離子交換平衡離子交換平衡 4.3.4 離子交換動(dòng)力學(xué)離子交換動(dòng)力學(xué)4.3.1 4.3.1 離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)

21、脂的親合能力的親合能力離子交換樹(shù)脂的親合能力：離子交換樹(shù)脂的親合能力：就是離子在交換樹(shù)脂上的交換能力，是離子分離就是離子在交換樹(shù)脂上的交換能力，是離子分離某些元素的主要依據(jù)。某些元素的主要依據(jù)。水化理論水化理論4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理n總原則：總原則：親和力與水合離子的半徑、電荷及親和力與水合離子的半徑、電荷及離子離子的極化程度有關(guān)。的極化程度有關(guān)。n水合離子的半徑越小，電荷越高，離子的極水合離子的半徑越小，電荷越高，離子的極化程度越大化程度越大，其親和力也越大。，其親和力也越大。n示例：示例：LiLi+ +，NaNa+ +，K K+ +的水合離子的電荷數(shù)目的水

22、合離子的電荷數(shù)目相同，但它們水合離子半徑依次減小，樹(shù)脂相同，但它們水合離子半徑依次減小，樹(shù)脂對(duì)它們親和力依次增強(qiáng)。對(duì)它們親和力依次增強(qiáng)。4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理2強(qiáng)、弱堿型陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)、弱堿型陰離子交換樹(shù)脂n強(qiáng)堿型常見(jiàn)陰離子的親和力順序?yàn)椋簭?qiáng)堿型常見(jiàn)陰離子的親和力順序?yàn)椋?F F- -OHOH- -CHCH3 3COOCOO- -HCOOHCOO- - C1C1- - NONO2 2- -CNCN- -BrBr- -C C2 2O O4 42-2- NONO3 3- -HSOHSO4 42-2-I I-

23、 -CrOCrO4 42-2-SOSO4 42-2-檸檬酸根離子檸檬酸根離子n弱堿型常見(jiàn)陰離子的親和力順序?yàn)椋喝鯄A型常見(jiàn)陰離子的親和力順序?yàn)椋?F F- -C1C1- -BrBr- -I I- -CHCH3 3COOCOO- -Mo0Mo05 52-2-P0P04 43-3-AsOAsO4 43-3-NONO3 3- -酒石酸根離子酒石酸根離子CrOCrO4 42-2-SOSO4 42-2-OHOH- -4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.3.2 4.3.2 離子交換的理論離子交換的理論 唐南（唐南（Donnan)Donnan)的膜理論的膜理論 晶格理論晶格理論45I

24、I 唐南（唐南（DonnanDonnan) )的膜理論的膜理論4647II 、晶格理論、晶格理論 鮑林和布拉格的晶體結(jié)構(gòu)被用于解釋某些離子交鮑林和布拉格的晶體結(jié)構(gòu)被用于解釋某些離子交換現(xiàn)象，尤其是換現(xiàn)象，尤其是硅酸鹽物質(zhì)的離子交換硅酸鹽物質(zhì)的離子交換，其要點(diǎn)包括：，其要點(diǎn)包括： 1 1）某些離子交換劑晶體結(jié)構(gòu)的硅酸鹽類物質(zhì)是由）某些離子交換劑晶體結(jié)構(gòu)的硅酸鹽類物質(zhì)是由離子而不是分子組成的；離子而不是分子組成的； 2 2）組成晶體點(diǎn)陣的離子被一定數(shù)目的帶相反電）組成晶體點(diǎn)陣的離子被一定數(shù)目的帶相反電荷的離子包圍，這個(gè)數(shù)目就是配位數(shù)，離子間的引力荷的離子包圍，這個(gè)數(shù)目就是配位數(shù)，離子間的引力決定離

25、子間的電荷和距離；決定離子間的電荷和距離； 3 3）晶體表面離子所受的力比內(nèi)部離子所受的力小。）晶體表面離子所受的力比內(nèi)部離子所受的力小。4.3.3 4.3.3 離子交換平衡離子交換平衡1. 離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理552. 選擇系數(shù)選擇系數(shù)4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理574.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理594.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理3. 分配系數(shù)

26、分配系數(shù)4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理DCa684.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理當(dāng)當(dāng)A A和和B B離子電荷不相同時(shí)：離子電荷不相同時(shí)：ArAr為常數(shù)，則：為常數(shù)，則：當(dāng)當(dāng)c=b 時(shí)，則：時(shí)，則：SB/C =常數(shù)常數(shù) =KBbA/KCcA =KBC當(dāng)當(dāng)cb 時(shí)，則：時(shí)，則：SB/C =常數(shù)常數(shù) * Ac-bs對(duì)于對(duì)于H型樹(shù)脂型樹(shù)脂 ，則：，則：SB/C =常數(shù)常數(shù) * Hc-bs71配位劑存在條件下的配位劑存在條件下的分離因數(shù)：分離因數(shù)：72734.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理744.3 離子交換分離法的基本原理離子交換

27、分離法的基本原理4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.1 概述概述4.2 離子交換劑離子交換劑4.3 離子交換分離法的基本原理離子交換分離法的基本原理4.4 離子交換分離法的基本操作技術(shù)離子交換分離法的基本操作技術(shù)4.5 離子交換分離法的技術(shù)離子交換分離法的技術(shù)第四章 離子交換分離法4.6 應(yīng)用應(yīng)用4.4 4.4 離子交換離子交換分離法的基本操作分離法的基本操作1、樹(shù)脂的選擇2、樹(shù)脂的預(yù)處理n交換過(guò)程交換過(guò)程交交換換過(guò)過(guò)程程示示意意圖圖xH+Na+cH+=001.0c/c0cH+=c0ab流出體積00.51.0穿透體積c/c0圖5-2 離子交換柱的穿透曲線圖5-1 H+與

28、Na+發(fā)生交換示意圖交換曲線 P992022-3-2287影響始漏量的因素影響洗脫曲線的因素4.5 離子交換分離法的應(yīng)用離子交換分離法的應(yīng)用4.5.1 電解質(zhì)電解質(zhì)與非電解質(zhì)的與非電解質(zhì)的分離分離4.5.2 水水的的凈化凈化4.5.3 微量微量組分的分離富集組分的分離富集4.5.4 干擾干擾組分的分離組分的分離4.5.5 相同相同電荷離子的分離電荷離子的分離943. 微量組分的分離富集微量組分的分離富集4. 4. 干擾組分的分離干擾組分的分離5. 5. 相同電荷離子的分離相同電荷離子的分離Li+，Na+，K+離子淋洗曲線離子淋洗曲線補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容n樹(shù)脂的選擇見(jiàn)上表。樹(shù)脂的選擇見(jiàn)上表。n樹(shù)脂的

29、處理：一般經(jīng)過(guò)陰干；研磨；洗滌樹(shù)脂的處理：一般經(jīng)過(guò)陰干；研磨；洗滌；溶脹的步驟。；溶脹的步驟。交換對(duì)象吸附性大分子物質(zhì)無(wú)機(jī)陽(yáng)離子或有機(jī)堿陽(yáng)離子無(wú)機(jī)陰離子或有機(jī)酸陰離子選用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂選用陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)弱選弱酸或弱堿性樹(shù)脂選強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性樹(shù)脂選擇大孔樹(shù)脂或交聯(lián)度低的樹(shù)脂表5.1 樹(shù)脂的選擇n裝柱裝柱：樹(shù)脂洗至中性后借助水的重力使樹(shù)脂自然沉積，：樹(shù)脂洗至中性后借助水的重力使樹(shù)脂自然沉積，避免夾雜氣泡避免夾雜氣泡現(xiàn)象?，F(xiàn)象。n裝樣交換：裝樣交換：裝樣前，柱要預(yù)飽和。裝樣前，柱要預(yù)飽和。xH+Na+cH+=001.0c/c0cH+=c0ab流出體積00.51.0穿透體積c/c0圖5-2 離子交換柱的

30、穿透曲線圖5-1 H+與Na+發(fā)生交換示意圖3洗洗 脫脫04080120160200240 280320NaNO30.5mol/L2mol/L NaNO3Cl-Br-I-體 積 /mL圖 5-3 Cl-， Br-和 I-的 分 步 淋 洗濃度4樹(shù)脂的再生樹(shù)脂的再生樹(shù)脂類型要轉(zhuǎn)換的形式再生劑再生劑濃度%約相當(dāng)于 1mol/L約相當(dāng)于 2mol/L用量比（以mol計(jì)）再生劑樹(shù)脂弱酸性弱堿性H型HClSO4型NaOHH2SO44-4-5142.586.55513-51.5-2.51111表5-1 各種再生劑的濃度和用量H型Na型Na型H型H型Na型H2SO4NaClNaOHHClH2SO4NaOH2

31、.56442.54751187582-2.53-51.5-20.75-12-3-11111OH型Cl型Cl型SO4型NaClHClNa2SO4643.51173-51.5-2.5樹(shù)脂的再生（樹(shù)脂的再生（2）樹(shù)脂類型要轉(zhuǎn)換的形式再生劑再生劑濃度%約相當(dāng)于 1mol/L約相當(dāng)于 2mol/L用量比（以mol計(jì)）再生劑樹(shù)脂弱酸性弱堿性O(shè)H型鹽型NaCl同型游離堿游離堿游離堿Cl型SO4型NaOHNH4OHNaCO3HClH2SO44-8-3-4141542.58275-1.5-211.5-20.75-22-31-1.51111表5-1 各種再生劑的濃度和用量（續(xù)上表）補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容有機(jī)玻璃離子交換

32、裝有機(jī)玻璃離子交換裝置置FYFY組合型凈水器，集諍化組合型凈水器，集諍化殺菌為一體凈水效果殺菌為一體凈水效果 各種型號(hào)的凈水裝置各種型號(hào)的凈水裝置1水的凈化水的凈化脫鹽脫鹽陽(yáng)柱塔除氣陰柱混合柱去 離 子 水原 水原 水純 水返 洗酸堿排 出 液空 氣混合樹(shù)脂陰陽(yáng)陰陽(yáng)排出液懸浮混合圖 6-1 復(fù) 合 床 式 離 子 交 換 處 理 水 流 程 示 意 圖圖 6-2 混 合 床 式 處 理 水 示 意 圖 據(jù) 統(tǒng) 計(jì) ， 約 80%到 90%的 離 子 交 換 樹(shù) 脂 用 于 水 的凈 化 處 理 ， 其 中 兩 種 常 見(jiàn) 的 脫 鹽 如 下 圖 所 示 。2含鉻廢水的處理含鉻廢水的處理 N N

33、a aO OH H再再生生劑劑 H H2 2S SO O4 4再再生生劑劑柱柱1 1陰陰離離子子交交換換柱柱號(hào)號(hào)2 2C Cu uS SO O4 4Z Zn nS SO O4 4N Ni iS SO O4 4C Cr rO O4 42 2- -( (H H2 2C Cr rO O4 4) )去去除除C Cr rO O4 42 2- -回回收收C Cr rO O4 42 2- -H H2 2C Cr rO O4 4回回收收N Na a2 2C Cr rO O4 4N Na a2 2S SO O4 4去去中中和和工工序序H H2 2O O廢廢水水廢廢水水含含C Cr rO O4 42 2- -C Cu u2 2+ +Z Zn n2 2+ +N Ni i2 2+ +去去除除C Cu u2 2+ +Z Zn n2 2+ +N Ni i2 2+ +廢廢