簡(jiǎn)介吸附法分離的關(guān)鍵在于物質(zhì)的吸附和脫附作用的差異。離子交換分離法是利用溶液中離子與離子交換劑發(fā)生交換反應(yīng)進(jìn)行分離的方法。在分析測(cè)試中，離子交換分離技術(shù)是最有實(shí)用價(jià)值的前處理方法。主要內(nèi)容1概述2工作原理3特點(diǎn)4應(yīng)用5發(fā)展第一部分概述一、吸附吸附是利用吸附劑對(duì)液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面的過程。當(dāng)流體與多孔固體接觸時(shí),流體中某一組分或多個(gè)組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄,此現(xiàn)象稱為吸附。廣義地講，指固體表面對(duì)氣體或液體的吸著現(xiàn)象。常見吸附分離（吸附劑）●活性炭和分子篩●巰基棉纖維和泡沫塑料●大孔性吸附樹脂●硅膠、氧化鋁等吸附劑●納米材料●殼聚糖●磁微球等活性炭分離

活性炭是常用的吸附劑，表面積約100~1000m2/g，粒度<90m應(yīng)占97%以上?；钚蕴渴且环N非極性吸附劑，較易吸附極性較小的分子。在分析上，活性炭可用來吸附、氣體有機(jī)物，也可以在多元素富集中作為痕量載體應(yīng)用。活性炭的吸附速度一般較快，通常只要把活性炭與試液共振蕩3-5分鐘，接著用濾紙過濾，即可定量吸附待測(cè)成分?；钚蕴糠肿雍Y分離

分子篩是一種晶態(tài)的金屬硅鋁酸鹽礦物。它具有高度選擇性吸附性能，是由于其結(jié)構(gòu)形成許多與外部相通的均一微孔。凡是比分子篩孔徑小的分子可通入孔道中，而較大者則留在孔外，借此篩分各種分子大小不同的混合物。分子篩主要用于氣態(tài)物的分離和有機(jī)溶劑痕量水的除去。實(shí)驗(yàn)室一般采用4-5A的分子篩。硅膠極性吸附劑，可用于萜類、固醇類、生物堿、脂肪類、氨基酸等的吸附分離對(duì)極性化合物的吸附力大于非極性的，吸附活性跟含水量密切相關(guān)硅膠的活化表面大量羥基，很強(qiáng)吸水性，105－110℃活化1－2h氧化鋁親水性吸附劑，適用于親脂性成分的分離按制備方法不同，分為堿性、中性、酸性氧化鋁三種吸附活性隨含水量增多而降低，用前也需去水分活化（150℃活化2h）大孔性吸附樹脂是以苯乙烯和丙酸酯為單體,加入乙烯苯為交聯(lián)劑,甲苯、二甲苯為致孔劑,它們相互交聯(lián)聚合形成了多孔骨架結(jié)構(gòu)。一般為白色的球狀顆粒,粒度為20～60目,是一類含離子交換集團(tuán)的交聯(lián)聚合物,它的理化性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于酸、堿及有機(jī)溶劑,不受無機(jī)鹽類及強(qiáng)離子低分子化合物的影響。

大孔吸附樹脂具有吸附容量大、選擇性好、易于解吸、機(jī)械強(qiáng)度高、再生處理簡(jiǎn)便、吸附速度快等優(yōu)點(diǎn),特別適用于從水溶液中分離低極性或非極性化合物。離子交換利用離子交換樹脂作為吸附劑，將溶液中的待分離組分，依據(jù)其電荷差異，依靠庫侖力吸附在樹脂上，然后利用合適的洗脫劑將吸附質(zhì)從樹脂上洗脫下來，達(dá)到分離的目的。

對(duì)離子與非離子物質(zhì)，離子化合物之間的分離，離子交換法是最重要的手段之一。離子交換法分離效率高，分離容量大，但分離周期長(zhǎng)，在分析測(cè)試中，通常用于解決較困難的分離問題?！駱渲x子交換分離●離子交換纖維素和離子交換葡聚糖

各種離子交換劑的離子選擇順序工作原理一、吸附（1）活性炭

是一種很細(xì)小的炭粒有很大的表面積，而且炭粒中還有更細(xì)小的孔——毛細(xì)管。這種毛細(xì)管具有很強(qiáng)的吸附能力，由于炭粒的表面積很大，所以能與氣體（雜質(zhì)）充分接觸。當(dāng)這些氣體（雜質(zhì)）碰到毛細(xì)管被吸附，起凈化作用。當(dāng)液體或氣體混合物與吸附劑長(zhǎng)時(shí)間充分接觸后，系統(tǒng)達(dá)到平衡，吸附質(zhì)的平衡吸附量（單位質(zhì)量吸附劑在達(dá)到吸附平衡時(shí)所吸附的吸附質(zhì)量），首先取決于吸附劑的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)，同時(shí)與系統(tǒng)的溫度和壓力以及該組分和其他組分的濃度或分壓有關(guān)。對(duì)于只含一種吸附質(zhì)的混合物，在一定溫度下吸附質(zhì)的平衡吸附量與其濃度或分壓間的函數(shù)關(guān)系的圖線，稱為吸附等溫線。對(duì)于壓力不太高的氣體混合物，惰性組分對(duì)吸附等溫線基本無影響；而液體混合物的溶劑通常對(duì)吸附等溫線有影響。同一體系的吸附等溫線隨溫度而改變。溫度愈高，平衡吸附量愈小。當(dāng)混合物中含有幾種吸附質(zhì)時(shí)，各組分的平衡吸附量不同，被吸附的各組分濃度之比，一般不同于原混合物組成，即分離因子（見傳質(zhì)分離過程）不等于1。吸附劑的選擇性愈好,愈有利于吸附分離。

分離只含一種吸附質(zhì)的混合物時(shí)，過程最為簡(jiǎn)單。當(dāng)原料中吸附質(zhì)含量很低,而平衡吸附量又相當(dāng)大時(shí),混合物與吸附劑一次接觸就可使吸附質(zhì)完全被吸附。吸附劑經(jīng)脫附再生后循環(huán)使用，并同時(shí)得到吸附質(zhì)產(chǎn)品。但是工業(yè)上經(jīng)常遇到的一些情況，是混合物料中含有幾種吸附質(zhì),或是吸附劑的選擇性不高，平衡吸附量不大,若混合物與吸附劑僅進(jìn)行一次接觸就不能滿足分離要求，或吸附劑用量太大時(shí)，須用多級(jí)的或微分接觸的傳質(zhì)設(shè)備。(2)分子篩依據(jù)晶體內(nèi)部孔穴大小吸附或排斥不同的物質(zhì)分子,同時(shí)根據(jù)不同物質(zhì)分子極性或可極化度而決定吸附的次序,達(dá)到分離的效果,因而被形象的稱為”分子篩”.

分子篩的孔徑分布是非常均一的,因而分子篩比其他類型吸附劑更具有其獨(dú)特的優(yōu)越性：具有極高，深度干燥分離度；可以有效地避免分離時(shí)所產(chǎn)生共吸附現(xiàn)象，提高產(chǎn)品得率；可以在同一系統(tǒng)中同時(shí)完成干燥和物質(zhì)的純化；在較高的溫度條件下，同樣具有一定的吸附容量；分子篩系統(tǒng)較其他干燥和分離裝置，設(shè)備投資低，運(yùn)轉(zhuǎn)成本低（3）大孔性吸附樹脂樹脂吸附作用是依靠它和被吸附的分子(吸附質(zhì))之間的范德華引力,通過它巨大的比表面進(jìn)行物理吸附而工作,使有機(jī)化合物根據(jù)有吸附力及其分子量大小可以經(jīng)一定溶劑洗脫分開而達(dá)到分離、純化、除雜、濃縮等不同目的。離子交換

離子交換樹脂與含離子的溶液接觸時(shí)，交換基團(tuán)上的A+進(jìn)入溶液，而溶液中的Bn+被樹脂“吸附”，即“化學(xué)吸著”：去離子水的制備：借助于固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進(jìn)行交換,以達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的,是一種屬于傳質(zhì)分離過程的單元操作。離子交換是可逆的等當(dāng)量交換反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)表明，在常溫下，當(dāng)離子濃度不大時(shí)，強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂樹脂親和力大小有如下一些規(guī)律。金屬離子的價(jià)數(shù)增大，親和力增大。如Na+<Ca2+<Al3+<Th4+離子價(jià)數(shù)相同時(shí)，親和力大小隨著水合離子半徑的減少而增大。如1價(jià)離子：Li+<H+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+<Tl+<Ag+；2價(jià)離子：Mg2+<Zn2+<Co2+<Cu2+<Cd2+<Ni2+<Ca2+<Sr2+<Pb2+<Ba2+。特點(diǎn)常見的吸附類型及其主要特點(diǎn)物理吸附有以下特點(diǎn)：①氣體的物理吸附類似于氣體的液化和蒸氣的凝結(jié)，故物理吸附熱較小，與相應(yīng)氣體的液化熱相近；②氣體或蒸氣的沸點(diǎn)越高或飽和蒸氣壓越低,它們?cè)饺菀滓夯蚰Y(jié),物理吸附量就越大；③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脫附速率都較快；任何氣體在任何固體上只要溫度適宜都可以發(fā)生物理吸附，沒有選擇性；④物理吸附可以是單分子層吸附，也可以是多分子層吸附;⑤被吸附分子的結(jié)構(gòu)變化不大,不形成新的化學(xué)鍵，故紅外、紫外光譜圖上無新的吸收峰出現(xiàn)，但可有位移；⑥物理吸附是可逆的；⑦固體自溶液中的吸附多數(shù)是物理吸附。影響吸附的主要因素吸附劑的性質(zhì)：比表面積、粒度大小、極性…吸附質(zhì)的性質(zhì)：對(duì)表面張力的影響，溶解度，極性，相對(duì)分子量…溫度：吸附是放熱過程，吸附質(zhì)的穩(wěn)定性溶液pH值：影響吸附質(zhì)的解離鹽濃度：影響復(fù)雜，要視具體情況而定與物理吸附相比，化學(xué)吸附主要有以下特點(diǎn)：①吸附所涉及的力與化學(xué)鍵力相當(dāng)，比范德華力強(qiáng)得多。②吸附熱近似等于反應(yīng)熱。③吸附是單分子層的。因此可用朗繆爾等溫式描述，有時(shí)也可用弗羅因德利希公式描述。捷姆金吸附等溫式只適用于化學(xué)吸附：V/Vm=1/a·㏑CoP。式中V是平衡壓力為p時(shí)的吸附體積；Vm是單層飽和吸附體積；a和c0是常數(shù)。④有選擇性。⑤對(duì)溫度和壓力具有不可逆性。另外，化學(xué)吸附還常常需要活化能。確定一種吸附是否是化學(xué)吸附，主要根據(jù)吸附熱和不可逆性。大孔離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)通過在合成時(shí)加入惰性致孔劑，克服了普通凝膠樹脂由于溶脹現(xiàn)象，產(chǎn)生的“暫時(shí)孔”現(xiàn)象，從而強(qiáng)化了離子交換的功能；減少了凝膠樹脂在離子交換過程中的“有機(jī)污染”現(xiàn)象（大分子不易洗脫）；可以通過致孔劑選擇調(diào)整孔徑大小、樹脂的比表面積，以適應(yīng)不同的分離要求。常用的致孔劑有：良溶劑（能與單體互溶的）甲苯、四氯化碳；不良溶劑長(zhǎng)鏈醇（碳4-10）煤油；高分子聚合物聚苯乙烯、聚丙烯酸酯影響交換速度的因素顆粒大?。河≡娇旖宦?lián)度：交聯(lián)度小，交換速度快溫度：越高越快離子化合價(jià)：化合價(jià)與高，交換越快離子大?。涸叫≡娇鞌嚢杷俣龋涸谝欢ǔ潭壬希酱笤娇烊芤簼舛龋寒?dāng)交換速度為外擴(kuò)散控制時(shí)，濃度越大，交換速度越快影響離子交換選擇性的因素水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；離子化合價(jià)：高價(jià)離子易于被吸附；溶液pH：影響交換基團(tuán)和交換離子的解離程度，但不影響交換容量；離子強(qiáng)度：越低越好；有機(jī)溶劑：不利于吸附；交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力；應(yīng)用

物理吸附在化學(xué)工業(yè)、石油加工工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等部門和領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，最常用的是從氣體和液體介質(zhì)中回收有用物質(zhì)或去除雜質(zhì)，如氣體的分離、氣體或液體的干燥、油的脫色等。物理吸附在多相催化中有特殊的意義，它不僅是多相催化反應(yīng)的先決條件，而且利用物理吸附原理可以測(cè)定催化劑的表面積和孔結(jié)構(gòu)，而這些宏觀性質(zhì)對(duì)于制備優(yōu)良催化劑，比較催化活性，改進(jìn)反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散條件，選擇催化劑的載體以及催化劑的再生等方面都有重要作用。吸附分離過程顯示出節(jié)能、產(chǎn)品純度高、可除去痕量物質(zhì)、操作溫度低等突出特點(diǎn).（1）氣體或液體的脫水及深度干燥，如將乙烯氣體中的水分脫到痕量，再聚合。（2）氣體或溶液的脫臭、脫色及溶劑蒸氣的回收，如在噴漆工業(yè)中，常有大量的有機(jī)溶劑逸出，采用活性炭處理排放的氣體，既減少環(huán)境的污染，又可回收有價(jià)值的溶劑。（3）氣體中痕量物質(zhì)的吸附分離，如純氮、純氧的制取。（4）分離某些精餾難以分離的物系，如烷烴、烯烴、芳香烴餾分的分離。（5）廢氣和廢水的處理，如從高爐廢氣中回收一氧化碳和二氧化碳，從煉廠廢水中脫除酚等有害物質(zhì)。應(yīng)用分子篩：

石油煉制

工業(yè)氣體和空氣分離

冷凍干燥

石油化工大孔樹脂天然產(chǎn)物的分離純化、藥物制備、有機(jī)化合物分離、化學(xué)反應(yīng)催化劑、載體等各個(gè)領(lǐng)域。大孔吸附樹脂對(duì)工業(yè)廢水，廢液的處理有著廣泛的應(yīng)用。如廢水中含苯、硝基苯、氯苯、氟苯、苯酚、硝基酚、氨基苯酚、雙酚A、對(duì)甲酚、萘酚、苯胺、鄰苯二胺、對(duì)苯二胺、水楊酸、奈磺酸等有機(jī)物均具有很好的吸附、回收凈化作用。離子交換樹脂的應(yīng)用1）水處理水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。2）食品工業(yè)離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量?jī)H次于水處理。3）制藥行業(yè)制藥工業(yè)離子交換樹脂對(duì)發(fā)展新一代的抗菌素及對(duì)原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開發(fā)成功即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研究。4）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)