离子交换分离法课件.ppt

1、 R代表树脂的骨架，与代表树脂的骨架，与Na+发生交换发生交换交换过程：交换过程：HNaRSONaHRSO33交换过程洗脱或再生离子交换树脂可简写为：离子交换树脂可简写为：R-H2、树脂的性质、树脂的性质（1）外型）外型颜色：白、黄、黑和褐。颜色：白、黄、黑和褐。形状：大多为球形。形状：大多为球形。大小：通常用树脂在水中膨胀后通过筛的大小表示。大小：通常用树脂在水中膨胀后通过筛的大小表示。（2）溶胀性）溶胀性离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。（3）密度）密度表观密度：指树脂在交换柱中的装填密度。表观密度：指树脂在交换柱中的装填密度。指树脂颗粒本身密度。指树

2、脂颗粒本身密度。)/VSDamLg（）（树脂在水中的表观体积）溶胀后树脂重量（）表观密度（)/VSDwmLg（）树脂所排除水的体积（）溶胀后树脂重量（）真密度（%100反应混合物重量交联剂重量交联度单位体积湿树脂或单位重量干树单位体积湿树脂或单位重量干树脂中，实际参加反应的活性基团的总数。单位：脂中，实际参加反应的活性基团的总数。单位：mmol/mL mmol/g 查相关手册！查相关手册！注意：它是常数，不代表真实交换能力。注意：它是常数，不代表真实交换能力。单位体积湿树脂或单位重量干树脂单位体积湿树脂或单位重量干树脂中，所有交换基团的总数。中，所有交换基团的总数。据交换基团酸性的强弱，分为强

3、酸性，弱酸性。据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。 OHRCOOHRHPORHSOCHRHSORHSOR233233OH强酸性强酸性中等酸性中等酸性弱酸性弱酸性 特点：特点：v 淡黄色球状颗粒；淡黄色球状颗粒；v 化学稳定性好，耐磨性好；化学稳定性好，耐磨性好；v 在酸性、碱性和中性介质中都可使用；在酸性、碱性和中性介质中都可使用；v 交换反应速度快；交换反应速度快；v 无机、有机阴离子均可交换。无机、有机阴离子均可交换。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂含有弱酸性活泼基团，如：含有弱酸性活泼基团，如：-COOH、-OH等。等。此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。此

4、类树脂的交换能力受酸度的影响较大。磺酸型阳离子交换树脂与钠离子的交换反应磺酸型阳离子交换树脂与钠离子的交换反应: :R RSOSO3 3H + NaH + Na+ +R-SOR-SO3 3Na + HNa + H+ +式中式中R R代表树脂的骨架代表树脂的骨架，大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂 特点：特点：高选择性和高稳定性。高选择性和高稳定性。 稳定性稳定性 是由于它与金属离子形成了内络盐的缘故，是由于它与金属离子形成了内络盐的缘故， 选择性选择性 主要决定于树脂中螯合基的结构。主要决定于树脂中螯合基的结构。 分类：分类：螯合树脂按其含有的官能团区分，大致分为

5、亚氨螯合树脂按其含有的官能团区分，大致分为亚氨二乙酸型树脂，偶氮、偶氮胂、二乙酸型树脂，偶氮、偶氮胂、8-羟基喹啉类树脂、水杨酸羟基喹啉类树脂、水杨酸树脂、葡萄糖型树脂等。树脂、葡萄糖型树脂等。选择性好，可用于阴、阳离子的分离。选择性好，可用于阴、阳离子的分离。微孔树脂（凝胶型树脂）：网孔微孔树脂（凝胶型树脂）：网孔2-4nm2-4nm，比表面，比表面 一般为一般为2 2120 120 m m2 2/g/g。大孔径树脂（大网树脂）：网孔大孔径树脂（大网树脂）：网孔20-120nm 20-120nm ，比，比 表面一般为表面一般为0.1 0.1 m m2 2/g/g。 有较好的机械性能。有较好的

6、机械性能。大孔径树脂大孔径树脂D403大孔隙鳌合型苯乙烯离子交换树脂大孔隙鳌合型苯乙烯离子交换树脂 在具有大孔隙结构的苯乙烯在具有大孔隙结构的苯乙烯二乙烯苯的共聚球体的苯二乙烯苯的共聚球体的苯环上带有亚胺二乙酸基团环上带有亚胺二乙酸基团-N-(CH2COOH)2的螯合型离子交的螯合型离子交换树脂。对金属离子的选择性类同于换树脂。对金属离子的选择性类同于EDTA，并高于强酸性，并高于强酸性或弱酸性阳离子交换树脂，当溶液中共存或弱酸性阳离子交换树脂，当溶液中共存+ +1价离子和价离子和+ +2价金价金属离子时，只选择性交换属离子时，只选择性交换+ +2价离子，这种树脂适用于电解食价离子，这种树脂适

7、用于电解食盐水中去除盐水中去除Ca2+、Mg2+，精制食盐水，还用于废水处理，回精制食盐水，还用于废水处理，回收贵重金属等。收贵重金属等。 分子结构式：分子结构式： 外观：浅黄色至米灰色不透明球状颗粒外观：浅黄色至米灰色不透明球状颗粒 D403大孔隙鳌合型苯乙烯离子交换树脂大孔隙鳌合型苯乙烯离子交换树脂 D113大孔弱酸性丙烯酸型阳离子交换树脂大孔弱酸性丙烯酸型阳离子交换树脂 a.物化性能：本品为乳白色至乳黄色不透明粒状颗粒，属于大孔径离子交换树脂，其颗粒粒径为0.31.25mm，相对密度为1.151.20，树脂含固量为35%60%，含水量为40%55%，在水溶液中呈弱酸性，化学性质稳定，耐酸

8、碱，无毒，可燃。 b.制备方法：以丙烯酸甲酯与衣康酸烯丙酯为共聚单体，加入一种可与单体互溶而不参加聚合反应的惰性物质，如羟乙基纤维素、明胶为分散剂，在过氧化苯甲酰为引发剂的作用下，于6595范围内进行悬浮共聚，合成珠体。待共聚结束后再除去这类致孔物后，在碱液中进行水解，后处理，转型后即可得到物理孔的产品。 c.产品应用： (1)用D113弱酸性阳离子树脂与0017强酸性阳离子树脂配套使用。 (2)用D113弱酸性阳离子树脂与0017强酸性阳离子树脂、2017强碱性阴树脂联合使用。 D201大孔强碱性苯乙烯型阴离子交换树脂大孔强碱性苯乙烯型阴离子交换树脂a.物化性能：本品为乳白色至淡黄色、不透明

9、粒状，属于大孔径离子交换树脂。其颗粒粒径为0.31.25mm。相对密度为1.01.1，树脂含固量为35%60%，含水量为40%60%。本品在水溶液中呈强碱性，可在60以下使用。适用于pH为014范围的溶液中，可交换一般无机酸根阴离子，也可交换弱酸根阴离子。化学性质稳定，无毒，可燃。b.制备方法：在苯乙烯、二乙烯苯的混合物中加入一种可与单体互溶但不参加聚合反应的惰性致孔剂，在引发剂的作用下，于6595范围进行悬浮共聚合成珠体。共聚珠体在傅氏催化剂的作用下，与氯甲醚作用进行氯甲基化反应，氯甲基化珠体与三甲胺进行胺化反应得D201大孔强碱性树脂。c.产品应用：(1)D201大孔强碱性阴离子树脂与00

10、17强酸性阳离子树脂(或D001)强酸性阳离子树脂)等配套使用。(2)D201MB强碱性苯乙烯阴离子交换树脂与0017MB阳离子树脂配套组成混床，用于对水进行深度化学除盐。 聚苯乙烯型磺酸基聚苯乙烯型磺酸基Na型阳离子交换树脂，型阳离子交换树脂，树树脂的骨架脂的骨架为为聚苯乙烯聚合的长碳链由二乙烯苯交聚苯乙烯聚合的长碳链由二乙烯苯交联起来的网状结构联起来的网状结构，活性基团是活性基团是 磺酸基阳离子磺酸基阳离子（SO3Na），固定离子：），固定离子： SO3- ，平衡离子：，平衡离子：Na+Na+内内 Cl-内内 Na+外外 Cl-外外 Na+外外 Cl-外外Na+内内 Cl-内内 + R-内

11、内 代入代入得：得： Cl-外外2 Cl-内内2 + Cl-内内 R-内内 Cl-外外 Cl-内内 Na+内内 Na+外外1、亲和力亲和力： 离子在离子交换树脂上的交换能力称为离子交离子在离子交换树脂上的交换能力称为离子交换树脂对离子的亲和力。换树脂对离子的亲和力。 是是离子交换分离某些元素的主要依据离子交换分离某些元素的主要依据。 2、影响亲和力大小的因素：影响亲和力大小的因素：v 离子的体积越大，电荷越低，静电引力越小，离子的体积越大，电荷越低，静电引力越小， 亲和力越小。亲和力越小。v 决定于水合离子的大小和电荷数的多少。决定于水合离子的大小和电荷数的多少。 同价的离子，其水合离子半径大

12、，亲和力小，同价的离子，其水合离子半径大，亲和力小， 反之则大。反之则大。 3、离子交换树脂对离子的亲和力规律：、离子交换树脂对离子的亲和力规律：1. 强酸性阳离子交换树脂对离子的亲和力随交换强酸性阳离子交换树脂对离子的亲和力随交换离子的价数增加而变大；对不同价的离子，电离子的价数增加而变大；对不同价的离子，电荷越高，亲和力越大。荷越高，亲和力越大。2. 弱酸性阳离子交换树脂：弱酸性阳离子交换树脂：H+的亲和力比其他阳的亲和力比其他阳离子大，而其他阳离子的亲和力顺序与强酸性离子大，而其他阳离子的亲和力顺序与强酸性阳离子交换树脂相似。阳离子交换树脂相似。v螯合树脂对离子的亲和力决定于树脂上螯合螯

13、合树脂对离子的亲和力决定于树脂上螯合基团的性质。基团的性质。3. 强碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：强碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：F-OH-CH3COO-HCOO-Cl-NO2-CN-Br-CrO42-NO3-HSO4-I-CrO4-SO42-柠檬酸根。柠檬酸根。4. 弱碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：弱碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：F-Cl-Br- I-=CH3COO-MoO42-PO43-AsO43-NO3-酒石酸根柠檬酸根酒石酸根柠檬酸根CrO42-SO42-OH-1 1、离子交换反应、离子交换反应例如，氢型阳离子交换树脂与溶液中一价阳离子例如，氢型阳离子交换树脂与溶液中一

14、价阳离子 发生交换反应，即：发生交换反应，即： R-H + M+ = R-M + H+ 如果在交换柱上交换，随着溶液下移，这如果在交换柱上交换，随着溶液下移，这种交换不断进行，直到溶液中的阳离子全部交种交换不断进行，直到溶液中的阳离子全部交换完毕为止。此时再向交换柱的顶端注入合适换完毕为止。此时再向交换柱的顶端注入合适的洗提液时，则洗提液将树脂上己吸附的阳离的洗提液时，则洗提液将树脂上己吸附的阳离子再交换到溶液中。子再交换到溶液中。 当这部分溶液与下层树脂相接触时，又会与当这部分溶液与下层树脂相接触时，又会与树脂发生交换溶液中吸附能力强的阳离子把树树脂发生交换溶液中吸附能力强的阳离子把树脂上吸

15、附能力弱的阳离子交换出来。如此反复进脂上吸附能力弱的阳离子交换出来。如此反复进行，于是阳离子的移动速度有了差别，吸附能力行，于是阳离子的移动速度有了差别，吸附能力弱的离子优先随洗提液流出，而吸附能力强的离弱的离子优先随洗提液流出，而吸附能力强的离子则后流出，这就构成了离子交换色谱分离的基子则后流出，这就构成了离子交换色谱分离的基础。础。 某氢型阳离子交换树脂某氢型阳离子交换树脂与溶液中阳离子与溶液中阳离子发生交换反应，即：发生交换反应，即：nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+交换达到平衡：交换达到平衡：nrsnsrMnHHMHMKMr、Hr 平衡时，平衡时，Mn+、H+在树脂相中浓度

16、在树脂相中浓度 （mmol/g)Ms、Hs 平衡时，平衡时，Mn+、H+在水溶液中浓度在水溶液中浓度 （mmol/mL) 在一定条件下，平衡常数在一定条件下，平衡常数K值的大小表示树值的大小表示树脂对脂对Mn+的吸附能力的强弱，即树脂对离子亲和的吸附能力的强弱，即树脂对离子亲和力的大小。力的大小。 1MnHK1MnHK1MnHK : : 表示树脂对表示树脂对Mn+的亲和力大于树脂对的亲和力大于树脂对H H+ +的的亲和力；即亲和力；即Mn+比较牢固的结合在树脂上。比较牢固的结合在树脂上。 : : 表示树脂对表示树脂对Mn+的亲和力小于树脂对的亲和力小于树脂对H H+ +的亲和力；即的亲和力；即

17、H+比较牢固的结合在树脂上。比较牢固的结合在树脂上。: :树脂对树脂对Mn+和和H H+ +的亲和力相同。的亲和力相同。 若溶液中各种离子的浓度相同，则亲和力大若溶液中各种离子的浓度相同，则亲和力大的离子先被交换上去，亲和力小的后被交换上去。的离子先被交换上去，亲和力小的后被交换上去。 若选用适宜的洗提液洗脱时，则后被交换上若选用适宜的洗提液洗脱时，则后被交换上去的离子先洗脱下来，从而使各种离子彼此分离。去的离子先洗脱下来，从而使各种离子彼此分离。MnHK金属离子金属离子Mn+对离子交换树脂的对离子交换树脂的选择系数。选择系数。表示同一种离子交换树脂对不同离子的吸表示同一种离子交换树脂对不同离

18、子的吸附选择性，不同类型树脂的附选择性，不同类型树脂的K值不同。值不同。也可用来表示两种离子对树脂亲和力的差也可用来表示两种离子对树脂亲和力的差别别（1）水合离子半径：）水合离子半径：半径越小，亲和力越大；半径越小，亲和力越大；（2）离子化合价：）离子化合价：高价离子易于被吸附；高价离子易于被吸附；（3）溶液）溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但影响交换基团和交换离子的解离程度，但 不影响交换容量；不影响交换容量；（4）离子强度：）离子强度：越低越好；越低越好；（5）有机溶剂：）有机溶剂：不利于吸附；不利于吸附；（6）交联度、膨胀度、分子筛：）交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度

19、小，筛交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； （7）树脂与粒子间的辅助力：）树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和除静电力以外，还有氢键和 范德华力等辅助力；范德华力等辅助力； 影响离子交换选择性的因素影响离子交换选择性的因素例例1：已知某阳离子交换树脂的选择系数：已知某阳离子交换树脂的选择系数：KLiCs = 3.25, KLiNa = 1.98, 那么那么KNaCs = ? 解：解：R-Li + Cs+ = R-Cs + Li+rssrCsLiLiCsLiCsKR-Li + Na+ = R-Na + Li+rs

20、srCsLiLiNaLiNaKR-Na + Cs+ = R-Cs +Na+64. 198. 125. 3NaLiCsLirssrrssrrssrCsNaKKLiLiNaNaLiLiCsCsNaCsNaCsKrssrCsLiLiCsLiCsKrssrCsLiLiNaLiNaKsrMMMD 某离子某离子Mn+和树脂进行交换反应达到平衡后，和树脂进行交换反应达到平衡后，Mn+离子在树脂相浓度和液相中浓度之比值。离子在树脂相浓度和液相中浓度之比值。Mr 平衡时，树脂相中平衡时，树脂相中Mn+的浓度的浓度 （mmol/g)Ms 平衡时，水溶液中平衡时，水溶液中Mn+的总浓度的总浓度 （mmol/mL)

21、R-H + M+ = R-M + H+一价一价M+，交换反应：，交换反应：rssrMHHMHMK若溶液中无其它副反应：若溶液中无其它副反应：srMHsrMHHKMMD若若M+是痕量离子，是痕量离子，H+r为常数为常数sMHKDsMHKDlglglgsMHKDlg2lglg2二价二价sMHDlglg例例2：2克克H型树脂与型树脂与100mL0.1mol/LHCl并含有并含有0.001mol/LCa2+溶液一起振荡，求平衡时，钙遗溶液一起振荡，求平衡时，钙遗留于溶液中的百分数。（已知：留于溶液中的百分数。（已知：K2HCa = 3.2，树，树脂交换容量为脂交换容量为5mmol/g)。解：交换反应：

22、解：交换反应：2R-H + Ca2+ = R2-Ca + 2H+Ca2+进入树脂相最大量：进入树脂相最大量：0.001 100=0.1mmol平衡时：平衡时：gmmolHr/9 . 4221 . 025minmLmmolHs/102. 01002 . 01001 . 0max22222rssrCaHHCaHCaK7400102. 09 . 42 . 3222222minsrCaHsrHHKCaCaD交换反应：交换反应：2R-H + Ca2+ = R2-Ca + 2H+14810027400)()()(22mLCagCasCarCasr溶液体积树脂重量（溶液中遗留钙的百分数：溶液中遗留钙的百分数

23、：%67. 011481)()()(sCarCasCa被树脂吸附钙的百分数：被树脂吸附钙的百分数：%33.991148148 离子离子交交换树脂对两种离换树脂对两种离子子的分离能力、常以的分离能力、常以两种离子的分配系数两种离子的分配系数DA、DB之比、即分离因子之比、即分离因子表示：表示：ABrssrBABAKBABADDS/SA/B 1，表示树脂对两种，表示树脂对两种离子离子的吸附能力相同，两者难以的吸附能力相同，两者难以 分离分离; SA/B偏离偏离1，则表示树脂对两种离子的吸附能力有差别；，则表示树脂对两种离子的吸附能力有差别； 偏离越大，则两者越易分离偏离越大，则两者越易分离。 在离

24、子交换分离体系中，可用在离子交换分离体系中，可用SA/B衡量两元素分离的可衡量两元素分离的可能性能性。nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+（1）外扩散：溶液中的离子扩散到树脂表面；外扩散：溶液中的离子扩散到树脂表面；（2）内扩散：待交换离子在树脂相内部扩散；内扩散：待交换离子在树脂相内部扩散；（3）离子进行交换；离子进行交换；（4）交换下的离子，经内扩散，到达树脂的表面；交换下的离子，经内扩散，到达树脂的表面；（5）被交换下的离子，穿过膜，扩散到溶液中。被交换下的离子，穿过膜，扩散到溶液中。稀的外部溶液（稀的外部溶液（0.01mol/L)：外扩散起决定作用。：外扩散起决定作用。浓的外

25、部溶液（浓的外部溶液（0.1mol/L)：内扩散起决定作用。：内扩散起决定作用。溶液（溶液（0.010.1mol/L)：外扩散和内扩散控制。：外扩散和内扩散控制。离子浓度：离子浓度越大，外扩散速度越大。离子浓度：离子浓度越大，外扩散速度越大。温度升高一度，外扩散速度增加温度升高一度，外扩散速度增加35%；搅拌速度越快，外扩散速度越快；搅拌速度越快，外扩散速度越快；树脂颗粒越小，外扩散速度越快。树脂颗粒越小，外扩散速度越快。离子浓度：离子浓度越高，内扩散速度越大。离子浓度：离子浓度越高，内扩散速度越大。温度升高一度，内扩散速度增加温度升高一度，内扩散速度增加48%；离子半径与电荷：阳离子每增加一

26、个电荷，离子半径与电荷：阳离子每增加一个电荷， 内扩散速度降低内扩散速度降低10倍；阴离子每增加一个电倍；阴离子每增加一个电 荷，内扩散速度降低荷，内扩散速度降低78倍；倍；树脂颗粒越小，内扩散速度越快。树脂颗粒越小，内扩散速度越快。交联度：交联度增大，内扩散速度降低，交联交联度：交联度增大，内扩散速度降低，交联 度减小，内扩散速度增加。度减小，内扩散速度增加。交换容量：内扩散速度随交换容量的增加而降交换容量：内扩散速度随交换容量的增加而降 低。低。交换基性质交换基性质弱酸、弱碱型树脂，性质对内扩散速度影响较大，弱酸、弱碱型树脂，性质对内扩散速度影响较大，强酸、强碱型树脂，性质对内扩散速度影响

27、不大，强酸、强碱型树脂，性质对内扩散速度影响不大， 必须考虑被分离物质带何种电荷及其电性强弱、必须考虑被分离物质带何种电荷及其电性强弱、分子的大小与数量，同时还要考虑环境中存在哪些其分子的大小与数量，同时还要考虑环境中存在哪些其它离子和它们的性质。它离子和它们的性质。1、树脂型号的选择、树脂型号的选择（1）某种阳离子与共存阴离子的分离某种阳离子与共存阴离子的分离 选择强碱性阴离子交换树脂；选择强碱性阴离子交换树脂；（2）某种阳离子与共存阳离子的分离某种阳离子与共存阳离子的分离 可选用强酸性阳离子交换树脂；可选用强酸性阳离子交换树脂； 可选择阴离子交换树脂。可选择阴离子交换树脂。（3）某种阴离子

28、与共存阳离子的分离某种阴离子与共存阳离子的分离 可选用强酸性阳离子交换树脂。可选用强酸性阳离子交换树脂。一般应用较多：一般应用较多： 聚苯乙烯型的强酸性阳离子交换树脂和强聚苯乙烯型的强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。碱性阴离子交换树脂。2、树脂粒度的选择、树脂粒度的选择制备分离：制备分离：50100目目分析分离：分析分离：80100目目离子交换色谱柱：离子交换色谱柱：100200目目3、树脂交联度、树脂交联度 阳离子交换树脂的交联度为阳离子交换树脂的交联度为8%， 阴离子交换树脂的交联度为阴离子交换树脂的交联度为4%。固定床工艺固定床工艺 移动床工艺移动床工艺 流化床工艺流化床工艺

29、较大型的离子交换床或交换柱比较容易装匀。小型柱较大型的离子交换床或交换柱比较容易装匀。小型柱的手工装填必须注意装柱时要防止的手工装填必须注意装柱时要防止“节节”和气泡的产生。和气泡的产生。 要做到均匀装柱，柱内要有一要做到均匀装柱，柱内要有一 定高度的水面，树脂要定高度的水面，树脂要与水混合倾入，借助水的浮力使树脂自然沉积，操作尽可与水混合倾入，借助水的浮力使树脂自然沉积，操作尽可能均匀连续。能均匀连续。 经过处理的树脂一般用湿法装柱，即先将水装至一定经过处理的树脂一般用湿法装柱，即先将水装至一定高度，然后加入悬浮在水中的树脂，让其自行沉降以形成高度，然后加入悬浮在水中的树脂，让其自行沉降以形

30、成树脂床，防止树脂床中夹有气泡。柱中液面必须保持在树树脂床，防止树脂床中夹有气泡。柱中液面必须保持在树脂床之上。有时在树脂床上面铺上一层玻璃纤维。脂床之上。有时在树脂床上面铺上一层玻璃纤维。OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO+OOOOOOO+O+OOO+O+ +O+OO+ + + + O + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 交界层交界层O R-B+ R-A始漏点始漏点 以以C代表流出液中待交换离子的浓度，代表流出液中待交换离子的浓度，C0代代表其总浓度：表其总浓度：以流经柱的物质量为横坐标以流经柱的物质量为横坐标C/C0为纵坐标为纵坐标

31、交换曲线交换曲线结论：结论：树脂颗粒小一些，流速慢一些，温度高一树脂颗粒小一些，流速慢一些，温度高一 些，交换柱细长一些。些，交换柱细长一些。常用的离子交换法：常用的离子交换法：树脂颗粒可选择目树脂颗粒可选择目 或目，或目，柱高：柱高：cm，柱内径：，柱内径：.cm流速：流速：mL/min.洗涤液的选择洗涤液的选择：E一般用蒸馏水；一般用蒸馏水；E稀酸溶液；稀酸溶液；E不含试样的不含试样的“空白溶液空白溶液”、洗脱曲线、洗脱曲线洗脱液体积为横坐标洗脱液体积为横坐标流出液中离子浓度为纵坐标流出液中离子浓度为纵坐标洗脱曲线洗脱曲线结论：结论：树脂颗粒要细一些，洗脱剂浓度要适树脂颗粒要细一些，洗脱剂

32、浓度要适 当浓一些，流速慢一些。当浓一些，流速慢一些。（四）树脂再生（四）树脂再生使用过的树脂恢复到原状的过程称为使用过的树脂恢复到原状的过程称为树脂的再生树脂的再生 以适当浓度的酸溶液处理已变为以适当浓度的酸溶液处理已变为M M型的强酸性型的强酸性阳离子交换树脂，使其恢复到阳离子交换树脂，使其恢复到H H型、再生后的树型、再生后的树脂经洗涤后即可使用。脂经洗涤后即可使用。 同样，交换使用过的阴离子树脂以适当浓度同样，交换使用过的阴离子树脂以适当浓度的碱溶液处理，可从的碱溶液处理，可从ClCl型转为型转为OHOH型。其交换与再型。其交换与再生过程可表示为：生过程可表示为： 树脂使用过程中有时会

33、发生中毒现象，其原因树脂使用过程中有时会发生中毒现象，其原因是被某些物质污染，致使交换容量下降，用一般洗是被某些物质污染，致使交换容量下降，用一般洗涤方法不能使其复原。树脂中毒后，需在一定阶段涤方法不能使其复原。树脂中毒后，需在一定阶段予以处理，以恢复交换能力。中毒树脂的再生处理予以处理，以恢复交换能力。中毒树脂的再生处理有时称为复活。有时称为复活。避免树脂污染所采取的措施：避免树脂污染所采取的措施：1、采用大孔结构的离子交换树脂代替普通凝、采用大孔结构的离子交换树脂代替普通凝 胶树脂。胶树脂。2、加强交换液的处理，或在交换柱前增加一、加强交换液的处理，或在交换柱前增加一 个大孔吸附树脂或活性

34、炭柱。个大孔吸附树脂或活性炭柱。清除树脂内污染物所采取的措施：清除树脂内污染物所采取的措施：1、如果被金属氧化物或氢氧化物胶体污染，、如果被金属氧化物或氢氧化物胶体污染， 可以用较浓的酸或碱溶液处理。可以用较浓的酸或碱溶液处理。2、已受有机物污染的树脂可以采用热碱液或含、已受有机物污染的树脂可以采用热碱液或含 有有NaCl的热的热NaOH溶液处理。溶液处理。3、受有机物污染严重的树脂可以采用次氯酸钠、受有机物污染严重的树脂可以采用次氯酸钠 溶液处理。溶液处理。 大量的离子交换树脂被用于水的净化处理，据大量的离子交换树脂被用于水的净化处理，据统计，约统计，约70的离子交换树脂用于此目的。目前，的

35、离子交换树脂用于此目的。目前，虽也有其它的水处理的方法，但离子交换法仍是一虽也有其它的水处理的方法，但离子交换法仍是一种简便有效的方法。种简便有效的方法。 就是将就是将RH树脂和树脂和ROH树脂分别树脂分别(或混合或混合)放在两个放在两个(或一或一个个)离子交换器内，用离子交换器内，用RH树脂除掉水中的金属离子，用树脂除掉水中的金属离子，用ROH除掉水中的酸根，使水成为纯水的方法。离子交换器除掉水中的酸根，使水成为纯水的方法。离子交换器按单台设备分类有阳床、阴床、混床，在水处理应用中，组按单台设备分类有阳床、阴床、混床，在水处理应用中，组成满足各种用水要求的成套设备。处理水质要求从简单的除成满

36、足各种用水要求的成套设备。处理水质要求从简单的除盐水到十分严格的超纯水都能适应，可满足几乎所有行业的盐水到十分严格的超纯水都能适应，可满足几乎所有行业的用水要求。用水要求。 水的净化处理在工业生产、科学研究中是经常遇水的净化处理在工业生产、科学研究中是经常遇到的问题。最普通的是锅炉用水的软化。天然水中到的问题。最普通的是锅炉用水的软化。天然水中含有悬浮杂质含有悬浮杂质(如泥沙等如泥沙等)、细菌，还有一些无机盐、细菌，还有一些无机盐类。所谓水的硬度主要是指水中含有的钙盐和镁盐类。所谓水的硬度主要是指水中含有的钙盐和镁盐。天然水中不仅含有。天然水中不仅含有Ca2+，Mg2+、Na+等阳离子等阳离子

37、也含有也含有HCO3-,SO42-，Cl-等阴离子，而且它们形成等阴离子，而且它们形成的的CaSO4，CaCO3等将形成锅垢给锅炉的运行带等将形成锅垢给锅炉的运行带来严重影响因而这些离子必须从水中事先除去。来严重影响因而这些离子必须从水中事先除去。此外随着科学技术的发展对水质的要求不断提此外随着科学技术的发展对水质的要求不断提高。例如高压锅炉、原子反应堆的锅炉都要求高纯高。例如高压锅炉、原子反应堆的锅炉都要求高纯度的水纺织工业、电子工业也要求高纯水。度的水纺织工业、电子工业也要求高纯水。水的净化处理水的净化处理 虽然目前萃取法在稀土分离中也有很大优势但为取得单虽然目前萃取法在稀土分离中也有很大

38、优势但为取得单个的高纯度的稀土元素。离子交换法仍占有一定的地位。这个的高纯度的稀土元素。离子交换法仍占有一定的地位。这个流程中使用强酸性阳离子交换树脂，并应用延缓离子。由个流程中使用强酸性阳离子交换树脂，并应用延缓离子。由于所用淋洗剂是与稀土元素有很强结合能力的试剂乙二胺四于所用淋洗剂是与稀土元素有很强结合能力的试剂乙二胺四乙酸乙酸(EDTA)。如无任何阻挡，所有稀土元素都会较快地从柱。如无任何阻挡，所有稀土元素都会较快地从柱中流出而不能达到有效分离。所谓延缓离子是这样的离子中流出而不能达到有效分离。所谓延缓离子是这样的离子(比比如如Cu2+)，它与淋洗剂的结合能力比稀土强，事先充满整个树，它

39、与淋洗剂的结合能力比稀土强，事先充满整个树脂柱，当淋洗剂与稀土形成的配合物下行遇到脂柱，当淋洗剂与稀土形成的配合物下行遇到Cu2+时，时，Cu2+即与淋洗剂结合而将稀土元素离子释放出来使之滞留在树脂即与淋洗剂结合而将稀土元素离子释放出来使之滞留在树脂上。随着淋洗的继续，稀土元素经过反复地在淋洗剂和树脂上。随着淋洗的继续，稀土元素经过反复地在淋洗剂和树脂间交换。最后按顺序在柱上排列，达到分离的目的。间交换。最后按顺序在柱上排列，达到分离的目的。二、在分析领域的应用二、在分析领域的应用（）、相同电荷离子间的分离（）、相同电荷离子间的分离 将某种离子变成络阴离子，而用离子交换树将某种离子变成络阴离子

40、，而用离子交换树脂脂 分离。分离。 例例: 分离分离 Al3+ 和和Fe3+ HCl介质介质将相同电荷的离子一起吸附到树脂上，然后进将相同电荷的离子一起吸附到树脂上，然后进 行选择性淋洗，将它们分离。行选择性淋洗，将它们分离。例例: 分离镍、锰、钴、铜、铁、锌分离镍、锰、钴、铜、铁、锌 在浓盐酸介质中，强碱性阴离子交换树脂上进行交在浓盐酸介质中，强碱性阴离子交换树脂上进行交换后，用不同浓度的盐酸溶液洗脱。换后，用不同浓度的盐酸溶液洗脱。12 mol/LHCl Ni2+ ， 6.0mol/LHCl Mn2+4.0mol/LHCl Co2+ ， 2.5mol/LHCl Cu2+0.5mol/LHC

41、l Fe3+ ， 0.005mol/LHCl Zn2+例：测定天然水中例：测定天然水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、 Cl-试液试液 阳离子交换柱阳离子交换柱 阴离子交换柱阴离子交换柱 少量稀盐酸洗脱阳离子少量稀盐酸洗脱阳离子 少量氨溶液洗脱阴少量氨溶液洗脱阴离子离子 浓缩浓缩1、氢气的净化、氢气的净化2、工业盐酸的提纯、工业盐酸的提纯3、石油化工、石油化工 吸附色层分离是用吸附剂对某些元素或离吸附色层分离是用吸附剂对某些元素或离子进行吸附而建立起来的色层分离方法。子进行吸附而建立起来的色层分离方法。吸附剂特性：吸附剂特性：(1)化学稳定性好，耐化学腐蚀，分离所得到产化学稳定性

42、好，耐化学腐蚀，分离所得到产 物具有良好的化学纯度；物具有良好的化学纯度；(2) 耐辐射性，尤其在放射化学分离中容易得到耐辐射性，尤其在放射化学分离中容易得到比较稳定的分离效率和回收率比较稳定的分离效率和回收率。(3)良好的吸附和淋洗性能，在吸附色层中溶质和良好的吸附和淋洗性能，在吸附色层中溶质和吸附剂之间容易达到平衡，吸附和淋洗较快，吸附剂之间容易达到平衡，吸附和淋洗较快，为快速分离相获得较小体积的淋洗液创造了条为快速分离相获得较小体积的淋洗液创造了条件；件；(4) 吸附剂易于获取，价格低廉，操作比较简单，吸附剂易于获取，价格低廉，操作比较简单，消化处理容易。消化处理容易。一、巯基棉吸附一、

43、巯基棉吸附1. 概述概述 巯基棉纤维（简称巯基棉纤维（简称SCF），固体吸附剂，），固体吸附剂，具有富集倍数大，吸附效率高，吸附速度快具有富集倍数大，吸附效率高，吸附速度快、选择性强，解脱性能好，制备简单，操作、选择性强，解脱性能好，制备简单，操作方便，易于推广等优点。方便，易于推广等优点。2巯基棉的吸附机理巯基棉的吸附机理 是由于固是由于固液或固液或固气两相间发生了化学吸气两相间发生了化学吸附反应和物理吸附作用。附反应和物理吸附作用。 在简单稳定体系中，巯基棉对于无氧化性但在简单稳定体系中，巯基棉对于无氧化性但价态比较稳定的重金属离子的吸附机理以络合价态比较稳定的重金属离子的吸附机理以络合反

44、应为主，其反应如下：反应为主，其反应如下： 首先将解离这几种元素与氧之间的结合，使之首先将解离这几种元素与氧之间的结合，使之还原为低价态才能被吸附，这就需要足够的还原为低价态才能被吸附，这就需要足够的H+参参与吸附反应，以与吸附反应，以Se4+为例：为例：巯基棉对巯基棉对As，Se，Te和和Sb等的吸附反应：等的吸附反应：3. 巯基棉的吸附性能巯基棉的吸附性能 1） 吸附酸度：吸附酸度：溶液酸度是影响巯基棉吸附的溶液酸度是影响巯基棉吸附的主要因素，巯基对元素的结合力越强，定量吸附主要因素，巯基对元素的结合力越强，定量吸附该元素的允许酸度就越高。元素的形态不同、价该元素的允许酸度就越高。元素的形

45、态不同、价态不同、定量吸附的酸度也不相同。态不同、定量吸附的酸度也不相同。2）吸附速度：）吸附速度： 巯基棉的纤维素具有良好的亲水性和较大的表巯基棉的纤维素具有良好的亲水性和较大的表面积，其对金属的吸附速度一般比螯合树脂要快，面积，其对金属的吸附速度一般比螯合树脂要快，除除Se4+和和Sc3+吸附速度分别在吸附速度分别在4mL/min和和2mL/min以下外，其余元素可控制在以下外，其余元素可控制在10-20ml/min，有的元，有的元素如素如Tl、Hg2+可允许高达可允许高达40-50mL/min。 3） 吸附量：吸附量： 巯基棉的吸附能力用饱和吸附量或工作吸附量巯基棉的吸附能力用饱和吸附量

46、或工作吸附量(为前为前者的者的1/31/2)表示，主要取决于巯基化合物的含量与巯表示，主要取决于巯基化合物的含量与巯基棉的制备和吸附条件。基棉的制备和吸附条件。4）巯基棉的吸附顺序）巯基棉的吸附顺序实验确定的巯基棉的吸附强弱顺序如下：实验确定的巯基棉的吸附强弱顺序如下：5 5）共存物的干扰及共存物的干扰及消消除：除： 金属离子间的干扰，如较高浓度的碱金属、金属离子间的干扰，如较高浓度的碱金属、碱土金属以及碱土金属以及Fe2+,Mn2+,Co2+,Cr3+等不干扰等不干扰巯巯基基棉对重金属离子的定量吸附。各种重金属离子因棉对重金属离子的定量吸附。各种重金属离子因与与巯巯基的结合能力不同而产生的干

47、扰可通过控制基的结合能力不同而产生的干扰可通过控制溶液酸度进行选择性吸附。溶液酸度进行选择性吸附。 4巯基棉分离富集和解吸方式巯基棉分离富集和解吸方式 利用巯基棉分离富集采用利用巯基棉分离富集采用静态吸附静态吸附和和动态吸附动态吸附。 巯基棉吸附元素的解吸方式主要有巯基棉吸附元素的解吸方式主要有热消解法、温热消解法、温浸法或加热煮沸法、洗脱法。浸法或加热煮沸法、洗脱法。 热消解法热消解法：静态吸附后，将巯基棉转移一容器中：静态吸附后，将巯基棉转移一容器中，加适当试剂分解或先高温灼烧，后加酸分解。，加适当试剂分解或先高温灼烧，后加酸分解。 洗脱法洗脱法可避免巯基棉转移时的损失和污染，避可避免巯基

48、棉转移时的损失和污染，避免灼烧、消解等带来的误差。洗脱法适用于吸附能免灼烧、消解等带来的误差。洗脱法适用于吸附能力较弱的大部分元素。力较弱的大部分元素。 吸附能力较强的贵金属离子吸附能力较强的贵金属离子Pt，Pd需用较浓的需用较浓的酸，酸， 采用采用温浸法或加热煮沸法温浸法或加热煮沸法才能定量解吸。才能定量解吸。5. 巯基棉的制备和质量巯基棉的制备和质量 1)1巯基棉的制备：巯基棉的制备：棉花纤维含纤维素棉花纤维含纤维素9597，其结构式中的羟基和巯基乙酸的羧基之间发生多，其结构式中的羟基和巯基乙酸的羧基之间发生多相酯化反应，将巯基接到纤维素的大分子上而制得相酯化反应，将巯基接到纤维素的大分子

49、上而制得巯基螯合纤维。制备时，巯基乙酸作为巯基引入剂巯基螯合纤维。制备时，巯基乙酸作为巯基引入剂，乙酐和乙酸作稀释利，加入少许水，以防止纤维，乙酐和乙酸作稀释利，加入少许水，以防止纤维断裂。具体制备方法有液相法和气相法。液相法是断裂。具体制备方法有液相法和气相法。液相法是棉纤维浸泡在巯基乙酸溶液中加热反应；气相法是棉纤维浸泡在巯基乙酸溶液中加热反应；气相法是使巯基乙酸的蒸气与棉纤维接触而制得。使巯基乙酸的蒸气与棉纤维接触而制得。几种制备方法几种制备方法2）巯基棉的质量：）巯基棉的质量： 巯基棉的质量：衡量巯基棉质量的主要指标有巯基的含巯基棉的质量：衡量巯基棉质量的主要指标有巯基的含量，纤维强度

50、，在酸碱介质中水解的程度。量，纤维强度，在酸碱介质中水解的程度。 高质量的巯基棉应是含巯基量适中，纤维强度好，吸附高质量的巯基棉应是含巯基量适中，纤维强度好，吸附过程中无水解产生。过程中无水解产生。通常巯基含量以巯基棉自重的通常巯基含量以巯基棉自重的1一一2为宜。为宜。 巯基棉的富集装装置一般由巯基棉的富集装装置一般由250mL或或500mL分液漏分液漏斗或聚乙烯容器和下端垂直接巯基棉管组成。有的用普斗或聚乙烯容器和下端垂直接巯基棉管组成。有的用普通玻璃漏斗代替，在其颈部直接装填巯基棉。巯基棉使通玻璃漏斗代替，在其颈部直接装填巯基棉。巯基棉使用后，用用后，用0.20-2.0mol/LHCl 洗