第4章離子交換分離法

1、 R R代表樹(shù)脂的骨架，與代表樹(shù)脂的骨架，與NaNa+ +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-HR-H2 2、樹(shù)脂的性質(zhì)、樹(shù)脂的性質(zhì)（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。大小：通常用樹(shù)脂在水中膨脹后通過(guò)篩的大小表示。大?。和ǔＳ脴?shù)脂在水中膨脹后通過(guò)篩的大小表示。（2 2）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。（3 3）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

2、裝填密度。一般離子交換樹(shù)脂的一般離子交換樹(shù)脂的表觀密度為：表觀密度為：0.6 0.9 g/mL; 真密度為：真密度為：1.2 1.4 g/mL.指樹(shù)脂顆粒本身密度。指樹(shù)脂顆粒本身密度。)/VSDamLg（）（樹(shù)脂在水中的表觀體積）溶脹后樹(shù)脂重量（）表觀密度（)/VSDwmLg（）樹(shù)脂所排除水的體積（）溶脹后樹(shù)脂重量（）真密度（%100反應(yīng)混合物重量交聯(lián)劑重量交聯(lián)度 交聯(lián)度的大小決定樹(shù)脂強(qiáng)度交聯(lián)度的大小決定樹(shù)脂強(qiáng)度以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏密。以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏密。單位體積濕樹(shù)脂或單位重量干樹(shù)脂中，單位體積濕樹(shù)脂或單位重量干樹(shù)脂中，實(shí)際參加反應(yīng)的活性基團(tuán)的總數(shù)。單位：實(shí)際參加反應(yīng)的活性基團(tuán)的總數(shù)。單位：mm

3、olmmol/ /mLmL mmolmmol/g/g注意：它是常數(shù)，不代表真實(shí)交換能力。注意：它是常數(shù)，不代表真實(shí)交換能力。單位體積濕樹(shù)脂或單位重量干樹(shù)脂中，所單位體積濕樹(shù)脂或單位重量干樹(shù)脂中，所有交換基團(tuán)的總數(shù)。有交換基團(tuán)的總數(shù)。一方面是離子交換劑顆粒大小、顆粒內(nèi)孔隙一方面是離子交換劑顆粒大小、顆粒內(nèi)孔隙大小以及所分離的樣品組分的大小等的影響；另一些影響因素如實(shí)驗(yàn)中大小以及所分離的樣品組分的大小等的影響；另一些影響因素如實(shí)驗(yàn)中的離子強(qiáng)度、的離子強(qiáng)度、pHpH值等主要影響樣品中組分和離子交換劑的帶電性質(zhì)。值等主要影響樣品中組分和離子交換劑的帶電性質(zhì)。 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換容量的測(cè)定步驟：陽(yáng)離子交

4、換樹(shù)脂交換容量的測(cè)定步驟： 稱取干燥的氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂稱取干燥的氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂1g1g（準(zhǔn)確（準(zhǔn)確至至0.001g0.001g），置入），置入250ml250ml干燥的錐形瓶中，加入干燥的錐形瓶中，加入100ml100ml、1 1 mol/mol/LNaOHLNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液，密閉，靜置標(biāo)準(zhǔn)溶液，密閉，靜置12h12h后后, ,移取上清液移取上清液25.00ml25.00ml于錐形瓶中于錐形瓶中, ,加加2-32-3滴酚酞指示滴酚酞指示劑，用劑，用0.1mol/L0.1mol/L的的HClHCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至酚酞變色為標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至酚酞變色為終點(diǎn)：終點(diǎn)：干燥樹(shù)脂質(zhì)量交換容量HClNAOH

5、CVCVgmmol4/類型強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性弱堿性Na型型H型型Na型型H型型Cl型型OH型型丙烯酸系丙烯酸系OH型型苯乙烯苯乙烯系系Cl型型最高工作溫度/10012015012012076606094各種離子交換樹(shù)脂的最高工作溫度各種離子交換樹(shù)脂的最高工作溫度 查相關(guān)手冊(cè)！查相關(guān)手冊(cè)！二、離子交換樹(shù)脂的種類二、離子交換樹(shù)脂的種類陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂特殊的離子交換樹(shù)脂特殊的離子交換樹(shù)脂 離子交換樹(shù)脂離

6、子交換樹(shù)脂據(jù)交換基團(tuán)酸性的強(qiáng)弱，分為強(qiáng)酸性，弱酸性。據(jù)交換基團(tuán)酸性的強(qiáng)弱，分為強(qiáng)酸性，弱酸性。 OHRCOOHRHPORHSOCHRHSORHSOR233233OH強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性中等酸性中等酸性弱酸性弱酸性 特點(diǎn)：特點(diǎn)：v 淡黃色球狀顆粒；淡黃色球狀顆粒；v 化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性好；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性好；v 在酸性、堿性和中性介質(zhì)中都可使用；在酸性、堿性和中性介質(zhì)中都可使用；v 交換反應(yīng)速度快；交換反應(yīng)速度快；v 無(wú)機(jī)、有機(jī)陰離子均可交換。無(wú)機(jī)、有機(jī)陰離子均可交換。強(qiáng)酸性苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有弱酸性活潑基團(tuán)，如：含有弱酸性活潑基團(tuán)，如：-COOH-COOH、-O

7、H-OH等。等。此類樹(shù)脂的交換能力受酸度的影響較大。此類樹(shù)脂的交換能力受酸度的影響較大?；撬嵝完?yáng)離子交換樹(shù)脂與鈉離子的交換反應(yīng)磺酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與鈉離子的交換反應(yīng): :RSORSO3 3H + NaH + Na+ +R-SOR-SO3 3Na + HNa + H+ +式中式中R R代表樹(shù)脂的骨架代表樹(shù)脂的骨架，大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂 特點(diǎn)：特點(diǎn)：高選擇性和高穩(wěn)定性。高選擇性和高穩(wěn)定性。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 是由于它與金屬離子形成了內(nèi)絡(luò)鹽的緣故，是由于它與金屬離子形成了內(nèi)絡(luò)鹽的緣故， 選擇性選擇性 主要決定于樹(shù)脂中螯合基的結(jié)構(gòu)。主要決定于樹(shù)脂中螯合基的結(jié)構(gòu)。

8、 分類：分類：螯合樹(shù)脂按其含有的官能團(tuán)區(qū)分，大致分為亞螯合樹(shù)脂按其含有的官能團(tuán)區(qū)分，大致分為亞氨二乙酸型樹(shù)脂，偶氮、偶氮胂、氨二乙酸型樹(shù)脂，偶氮、偶氮胂、8-8-羥基喹啉類樹(shù)脂、水楊羥基喹啉類樹(shù)脂、水楊酸樹(shù)脂、葡萄糖型樹(shù)脂等。酸樹(shù)脂、葡萄糖型樹(shù)脂等。選擇性好，可用于陰、陽(yáng)離子的分離。選擇性好，可用于陰、陽(yáng)離子的分離。微孔樹(shù)脂（凝膠型樹(shù)脂）：網(wǎng)孔微孔樹(shù)脂（凝膠型樹(shù)脂）：網(wǎng)孔2-4 nm，比表面，比表面 一般為一般為2120 m2/g。大孔徑樹(shù)脂（大網(wǎng)樹(shù)脂）：網(wǎng)孔大孔徑樹(shù)脂（大網(wǎng)樹(shù)脂）：網(wǎng)孔20-120 nm ，比，比 表面一般為表面一般為0.1 m2/g。 有較好的機(jī)械性能。有較好的機(jī)械性能。大

9、孔徑樹(shù)脂大孔徑樹(shù)脂D403D403大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂 在具有大孔隙結(jié)構(gòu)的苯乙烯在具有大孔隙結(jié)構(gòu)的苯乙烯二乙烯苯的共聚球體的苯二乙烯苯的共聚球體的苯環(huán)上帶有亞胺二乙酸基團(tuán)環(huán)上帶有亞胺二乙酸基團(tuán)-N-(CH2COOH)2的螯合型離子交的螯合型離子交換樹(shù)脂。對(duì)金屬離子的選擇性類同于換樹(shù)脂。對(duì)金屬離子的選擇性類同于EDTA，并高于強(qiáng)酸性，并高于強(qiáng)酸性或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，當(dāng)溶液中共存或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，當(dāng)溶液中共存+1價(jià)離子和價(jià)離子和+2價(jià)金價(jià)金屬離子時(shí)，只選擇性交換屬離子時(shí)，只選擇性交換+2價(jià)離子，這種樹(shù)脂適用于電解食價(jià)離子，這種樹(shù)脂適用于電解食鹽水中

10、去除鹽水中去除Ca2+、Mg2+，精制食鹽水，還用于廢水處理，回，精制食鹽水，還用于廢水處理，回收貴重金屬等。收貴重金屬等。 分子結(jié)構(gòu)式：分子結(jié)構(gòu)式： 外觀：淺黃色至米灰色不透明球狀顆粒外觀：淺黃色至米灰色不透明球狀顆粒 D403D403大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂 D113D113大孔弱酸性丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂大孔弱酸性丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 a.物化性能物化性能：本品為乳白色至乳黃色不透明粒狀顆粒，：本品為乳白色至乳黃色不透明粒狀顆粒，屬于大孔徑離子交換樹(shù)脂，其顆粒粒徑為屬于大孔徑離子交換樹(shù)脂，其顆粒粒徑為0.31.25 mm，相對(duì)密度為相對(duì)密度為1.15

11、1.20，樹(shù)脂含固量為，樹(shù)脂含固量為35%60 %，含水，含水量為量為40%55 %，在水溶液中呈弱酸性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在水溶液中呈弱酸性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿，無(wú)毒，可燃。耐酸堿，無(wú)毒，可燃。 b.制備方法制備方法：以丙烯酸甲酯與衣康酸烯丙酯為共聚單：以丙烯酸甲酯與衣康酸烯丙酯為共聚單體，加入一種可與單體互溶而不參加聚合反應(yīng)的惰性物體，加入一種可與單體互溶而不參加聚合反應(yīng)的惰性物質(zhì)，如羥乙基纖維素、明膠為分散劑，在過(guò)氧化苯甲酰質(zhì)，如羥乙基纖維素、明膠為分散劑，在過(guò)氧化苯甲酰為引發(fā)劑的作用下，于為引發(fā)劑的作用下，于6595范圍內(nèi)進(jìn)行懸浮共聚，范圍內(nèi)進(jìn)行懸浮共聚，合成珠體。待共聚結(jié)束后再除去這類

12、致孔物后，在堿液合成珠體。待共聚結(jié)束后再除去這類致孔物后，在堿液中進(jìn)行水解，后處理，轉(zhuǎn)型后即可得到物理孔的產(chǎn)品。中進(jìn)行水解，后處理，轉(zhuǎn)型后即可得到物理孔的產(chǎn)品。 c.產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)用： (1)用用D113弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與0017強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂配套使用。脂配套使用。 (2)用用D113弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與0017強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂、脂、2017強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂聯(lián)合使用。強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂聯(lián)合使用。 D201D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂 a.a.物化性能物化性能：本品為乳白色至淡黃色、不透明粒狀，屬于

13、：本品為乳白色至淡黃色、不透明粒狀，屬于大孔徑離子交換樹(shù)脂。其顆粒粒徑為大孔徑離子交換樹(shù)脂。其顆粒粒徑為0.30.31.25mm1.25mm。相對(duì)密。相對(duì)密度為度為1.01.01.11.1，樹(shù)脂含固量為，樹(shù)脂含固量為35%35%60%60%，含水量為，含水量為40%40%60%60%。 本品在水溶液中呈強(qiáng)堿性，可在本品在水溶液中呈強(qiáng)堿性，可在6060以下使用。適用以下使用。適用于于pHpH為為0 01414范圍的溶液中，可交換一般無(wú)機(jī)酸根陰離子，范圍的溶液中，可交換一般無(wú)機(jī)酸根陰離子，也可交換弱酸根陰離子。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，可燃。也可交換弱酸根陰離子。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，可燃。 b.b.制備

14、方法制備方法：在苯乙烯、二乙烯苯的混合物中加入一：在苯乙烯、二乙烯苯的混合物中加入一種可與單體互溶但不參加聚合反應(yīng)的惰性致孔劑，在引發(fā)種可與單體互溶但不參加聚合反應(yīng)的惰性致孔劑，在引發(fā)劑的作用下，于劑的作用下，于65659595范圍進(jìn)行懸浮共聚合成珠體。范圍進(jìn)行懸浮共聚合成珠體。 共聚珠體在傅氏催化劑的作用下，與氯甲醚作用進(jìn)行共聚珠體在傅氏催化劑的作用下，與氯甲醚作用進(jìn)行氯甲基化反應(yīng)，氯甲基化珠體與三甲胺進(jìn)行胺化反應(yīng)得氯甲基化反應(yīng)，氯甲基化珠體與三甲胺進(jìn)行胺化反應(yīng)得D201D201大孔強(qiáng)堿性樹(shù)脂。大孔強(qiáng)堿性樹(shù)脂。 c.c.產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)用： (1)D201(1)D201大孔強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂與大

15、孔強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂與0010017 7強(qiáng)酸性陽(yáng)離強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂子樹(shù)脂( (或或D001)D001)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂) )等配套使用。等配套使用。 (2)D201MB(2)D201MB強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹(shù)脂與強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹(shù)脂與0010017MB7MB陽(yáng)離子樹(shù)脂配套組成混床，用于對(duì)水進(jìn)行深度化學(xué)除鹽。陽(yáng)離子樹(shù)脂配套組成混床，用于對(duì)水進(jìn)行深度化學(xué)除鹽。 0017交聯(lián)度為交聯(lián)度為7%7%的苯乙烯系凝膠型強(qiáng)酸性的苯乙烯系凝膠型強(qiáng)酸性 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂315 大孔型丙烯酸弱堿性陰離子交換樹(shù)脂大孔型丙烯酸弱堿性陰離子交換樹(shù)脂 聚苯乙烯型磺酸基聚苯乙烯型磺酸基Na型

16、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂的骨架為聚苯乙烯聚合的長(zhǎng)碳鏈由二乙烯苯交聯(lián)的骨架為聚苯乙烯聚合的長(zhǎng)碳鏈由二乙烯苯交聯(lián)起來(lái)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，活性基團(tuán)是起來(lái)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，活性基團(tuán)是 磺酸基陽(yáng)離子（磺酸基陽(yáng)離子（SO3Na），固定離子：），固定離子： SO3- ，平衡離子：，平衡離子：Na+Na+內(nèi)內(nèi) Cl-內(nèi)內(nèi) Na+外外 Cl-外外 Na+外外 Cl-外外Na+內(nèi)內(nèi) Cl-內(nèi)內(nèi) + R-內(nèi)內(nèi) 代入得：代入得： Cl-外外2 Cl-內(nèi)內(nèi)2 + Cl-內(nèi)內(nèi) R-內(nèi)內(nèi) Cl-外外 Cl-內(nèi)內(nèi) Na+內(nèi)內(nèi) Na+外外1、親和力：、親和力： 離子在離子交換樹(shù)脂上的交換能力稱為離子交離子在離子交換樹(shù)脂上的

17、交換能力稱為離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力。換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力。 是離子交換分離某些元素的主要依據(jù)。是離子交換分離某些元素的主要依據(jù)。 2、影響親和力大小的因素：影響親和力大小的因素：v 離子的體積越大，電荷越低，靜電引力越小，離子的體積越大，電荷越低，靜電引力越小， 親和力越小。親和力越小。v 決定于水合離子的大小和電荷數(shù)的多少。決定于水合離子的大小和電荷數(shù)的多少。 同價(jià)的離子，其水合離子半徑大，親和力小，同價(jià)的離子，其水合離子半徑大，親和力小， 反之則大。反之則大。 3、離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力規(guī)律：、離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力規(guī)律：（1）常溫下，離子濃度不大的水溶液中，強(qiáng)酸性）常溫下，離

18、子濃度不大的水溶液中，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上，離子親和力的規(guī)律如下：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上，離子親和力的規(guī)律如下：v螯合樹(shù)脂對(duì)離子的親和力決定于樹(shù)脂上螯合螯合樹(shù)脂對(duì)離子的親和力決定于樹(shù)脂上螯合基團(tuán)的性質(zhì)?；鶊F(tuán)的性質(zhì)。（2）常溫下，離子濃度不大的水溶液中，弱酸）常溫下，離子濃度不大的水溶液中，弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上，離子親和規(guī)律，除性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上，離子親和規(guī)律，除H+的的親和力比其他陽(yáng)離子大外，其他陽(yáng)離子的親和親和力比其他陽(yáng)離子大外，其他陽(yáng)離子的親和力次序與力次序與1相似。相似。3. 常溫下，離子濃度不大的水溶液中，強(qiáng)堿性陰常溫下，離子濃度不大的水溶液中，強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂上，離子親和力的次序如

19、下：離子交換樹(shù)脂上，離子親和力的次序如下： F-OH-CH3COO-HCOO-Cl-NO2-CN-Br-CrO42-NO3-HSO4-I-CrO4-SO42-檸檬酸根。檸檬酸根。4. 常溫下，離子濃度不大的水溶液中，弱堿性陰常溫下，離子濃度不大的水溶液中，弱堿性陰離子交換樹(shù)脂親和力的順序?yàn)椋弘x子交換樹(shù)脂親和力的順序?yàn)椋篎-Cl-Br- I-=CH3COO-MoO42-PO43-AsO43-NO3-酒石酸根檸檬酸根酒石酸根檸檬酸根CrO42-SO42-OH-1 1、離子交換反應(yīng)、離子交換反應(yīng)例如，氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與溶液中一價(jià)陽(yáng)離子例如，氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與溶液中一價(jià)陽(yáng)離子 發(fā)生交換反應(yīng)，即：發(fā)

20、生交換反應(yīng)，即： R-H + MR-H + M+ + = R-M + H= R-M + H+ + 如果在交換柱上交換，隨著溶液下移，如果在交換柱上交換，隨著溶液下移，這種交換不斷進(jìn)行，直到溶液中的陽(yáng)離子全部這種交換不斷進(jìn)行，直到溶液中的陽(yáng)離子全部交換完畢為止。此時(shí)再向交換柱的頂端注入合交換完畢為止。此時(shí)再向交換柱的頂端注入合適的洗提液時(shí)，則洗提液將樹(shù)脂上己吸附的陽(yáng)適的洗提液時(shí)，則洗提液將樹(shù)脂上己吸附的陽(yáng)離子再交換到溶液中。離子再交換到溶液中。 當(dāng)這部分溶液與下層樹(shù)脂相接觸時(shí)，又當(dāng)這部分溶液與下層樹(shù)脂相接觸時(shí)，又會(huì)與樹(shù)脂發(fā)生交換溶液中吸附能力強(qiáng)的陽(yáng)離子會(huì)與樹(shù)脂發(fā)生交換溶液中吸附能力強(qiáng)的陽(yáng)離子把樹(shù)

21、脂上吸附能力弱的陽(yáng)離子交換出來(lái)。如此反把樹(shù)脂上吸附能力弱的陽(yáng)離子交換出來(lái)。如此反復(fù)進(jìn)行，于是陽(yáng)離子的移動(dòng)速度有了差別，吸附復(fù)進(jìn)行，于是陽(yáng)離子的移動(dòng)速度有了差別，吸附能力弱的離子優(yōu)先隨洗提液流出，而吸附能力強(qiáng)能力弱的離子優(yōu)先隨洗提液流出，而吸附能力強(qiáng)的離子則后流出，這就構(gòu)成了離子交換色譜分離的離子則后流出，這就構(gòu)成了離子交換色譜分離的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 某氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂某氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與溶液中陽(yáng)離子發(fā)與溶液中陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)，即：生交換反應(yīng)，即：nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+交換達(dá)到平衡：交換達(dá)到平衡：nrsnsrMnHHMHMKMr、Hr 平衡時(shí)，平衡時(shí)，Mn+、H+在樹(shù)

22、脂相中濃度在樹(shù)脂相中濃度 （mmol/g)Ms、Hs 平衡時(shí)，平衡時(shí)，Mn+、H+在水溶液中濃度在水溶液中濃度 （mmol/mL) 在一定條件下，平衡常數(shù)在一定條件下，平衡常數(shù)K值的大小表示樹(shù)值的大小表示樹(shù)脂對(duì)脂對(duì)Mn+的吸附能力的強(qiáng)弱，即樹(shù)脂對(duì)離子親和的吸附能力的強(qiáng)弱，即樹(shù)脂對(duì)離子親和力的大小。力的大小。 1MnHK1MnHK1MnHK : 表示樹(shù)脂對(duì)表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的親和力大于樹(shù)脂對(duì)的親和力大于樹(shù)脂對(duì)H+的的親和力；即親和力；即Mn+比較牢固的結(jié)合在樹(shù)脂上。比較牢固的結(jié)合在樹(shù)脂上。 : 表示樹(shù)脂對(duì)表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的親和力小于樹(shù)脂對(duì)的親和力小于樹(shù)脂對(duì)H+的的親和力；即親和力；即H+比較牢固的

23、結(jié)合在樹(shù)脂上。比較牢固的結(jié)合在樹(shù)脂上。:樹(shù)脂對(duì)樹(shù)脂對(duì)Mn+和和H+的親和力相同。的親和力相同。 若溶液中各種離子的濃度相同，則親和力大的若溶液中各種離子的濃度相同，則親和力大的離子先被交換上去，親和力小的后被交換上去。離子先被交換上去，親和力小的后被交換上去。 若選用適宜的洗提液洗脫時(shí)，則后被交換上去若選用適宜的洗提液洗脫時(shí)，則后被交換上去的離子先洗脫下來(lái)，從而使各種離子彼此分離。的離子先洗脫下來(lái)，從而使各種離子彼此分離。MnHK金屬離子金屬離子Mn+對(duì)離子交換樹(shù)脂的對(duì)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)。選擇系數(shù)。表示同一種離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子的吸表示同一種離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子的吸附選擇性，不同類型樹(shù)

24、脂的附選擇性，不同類型樹(shù)脂的K值不同。值不同。也可用來(lái)表示兩種離子對(duì)樹(shù)脂親和力的差也可用來(lái)表示兩種離子對(duì)樹(shù)脂親和力的差別別（1）水合離子半徑：）水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；半徑越小，親和力越大；（2）離子化合價(jià)：）離子化合價(jià)：高價(jià)離子易于被吸附；高價(jià)離子易于被吸附；（3）溶液）溶液pH：影響交換基團(tuán)和交換離子的解離程度，但影響交換基團(tuán)和交換離子的解離程度，但 不影響交換容量；不影響交換容量；（4）離子強(qiáng)度：）離子強(qiáng)度：越低越好；越低越好；（5）有機(jī)溶劑：）有機(jī)溶劑：不利于吸附；不利于吸附；（6）交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：）交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩交聯(lián)度大，膨脹度小，

25、篩分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少；分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少； （7）樹(shù)脂與粒子間的輔助力：）樹(shù)脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和除靜電力以外，還有氫鍵和 范德華力等輔助力；范德華力等輔助力； 影響離子交換選擇性的因素影響離子交換選擇性的因素例例1 1：已知某陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)：已知某陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)：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+rssrCsLiLiNaL

26、iNaKR-Na + Cs+ = R-Cs +Na+64. 198. 125. 3NaLiCsLirssrrssrrssrCsNaKKLiLiNaNaLiLiCsCsNaCsNaCsKrssrCsLiLiCsLiCsKrssrCsLiLiNaLiNaK例題：已知某例題：已知某LiLi型樹(shù)脂，其型樹(shù)脂，其 求求 ？srMMMD 某離子某離子Mn+和樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)達(dá)到平衡后，和樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)達(dá)到平衡后，Mn+離子在樹(shù)脂相濃度和液相中濃度之比值。離子在樹(shù)脂相濃度和液相中濃度之比值。Mr 平衡時(shí)，樹(shù)脂相中平衡時(shí)，樹(shù)脂相中Mn+的濃度的濃度 （mmol/g)Ms 平衡時(shí)，水溶液中平衡時(shí)，水溶液中Mn

27、+的總濃度（的總濃度（mmol/mL) R-H + M+ = R-M + H+一價(jià)一價(jià)M+，交換反應(yīng)：，交換反應(yīng)：rssrMHHMHMK若溶液中無(wú)其它副反應(yīng)：若溶液中無(wú)其它副反應(yīng)：srMHsrMHHKMMD若若M+是痕量離子，是痕量離子，H+r為常數(shù)為常數(shù)sMHKDsMHKDlglglgsMHKDlg2lglg2二價(jià)二價(jià)sMHDlglg例例2：2克克H型樹(shù)脂與型樹(shù)脂與100mL0.1mol/LHCl并含有并含有0.001mol/LCa2+溶液一起振蕩，求平衡時(shí)，鈣遺溶液一起振蕩，求平衡時(shí)，鈣遺留于溶液中的百分?jǐn)?shù)。（已知：留于溶液中的百分?jǐn)?shù)。（已知：K2HCa = 3.2，樹(shù)，樹(shù)脂交換容量為脂交

28、換容量為5mmol/g)。解：交換反應(yīng)：解：交換反應(yīng)：2R-H + Ca2+ = R2-Ca + 2H+Ca2+進(jìn)入樹(shù)脂相最大量：進(jìn)入樹(shù)脂相最大量：0.001 100=0.1mmol平衡時(shí)：平衡時(shí)：gmmolHr/9 . 4221 . 025minmLmmolHs/102. 01002 . 01001 . 0max22222rssrCaHHCaHCaK7400102. 09 . 42 . 3222222minsrCaHsrHHKCaCaD交換反應(yīng)：交換反應(yīng)：2R-H + Ca2+ = R2-Ca + 2H()()(22mLCagCasCarCasr溶液體積樹(shù)脂重量（溶

29、液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：溶液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：%67. 011481)()()(sCarCasCa被樹(shù)脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：被樹(shù)脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：%33.991148148 離子交換樹(shù)脂對(duì)兩種離子的分離能力、常以兩離子交換樹(shù)脂對(duì)兩種離子的分離能力、常以兩種離子的分配系數(shù)種離子的分配系數(shù)DA、DB之比、即分離因子表示：之比、即分離因子表示：ABrssrBABAKBABADDS/SA/B 1，表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力相同，兩者難以，表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力相同，兩者難以 分離分離; SA/B偏離偏離1，則表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力有差別；，則表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力有差別； 偏離越大，則兩者

30、越易分離。偏離越大，則兩者越易分離。 在離子交換分離體系中，可用在離子交換分離體系中，可用SA/B衡量?jī)稍胤蛛x的可衡量?jī)稍胤蛛x的可能性。能性。nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+（1）外擴(kuò)散：溶液中的離子擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；外擴(kuò)散：溶液中的離子擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；（2）內(nèi)擴(kuò)散：待交換離子在樹(shù)脂相內(nèi)部擴(kuò)散；內(nèi)擴(kuò)散：待交換離子在樹(shù)脂相內(nèi)部擴(kuò)散；（3）離子進(jìn)行交換；離子進(jìn)行交換；（4）交換下的離子，經(jīng)內(nèi)擴(kuò)散，到達(dá)樹(shù)脂的表面；交換下的離子，經(jīng)內(nèi)擴(kuò)散，到達(dá)樹(shù)脂的表面；（5）被交換下的離子，穿過(guò)膜，擴(kuò)散到溶液中。被交換下的離子，穿過(guò)膜，擴(kuò)散到溶液中。稀的外部溶液（稀的外部溶液（0.01mol/L)：

31、外擴(kuò)散起決定作用。：外擴(kuò)散起決定作用。濃的外部溶液（濃的外部溶液（0.1mol/L)：內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。：內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。溶液（溶液（0.010.1mol/L)：外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散控制。：外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散控制。離子濃度：離子濃度越大，外擴(kuò)散速度越大。離子濃度：離子濃度越大，外擴(kuò)散速度越大。溫度升高一度，外擴(kuò)散速度增加溫度升高一度，外擴(kuò)散速度增加35%；攪拌速度越快，外擴(kuò)散速度越快；攪拌速度越快，外擴(kuò)散速度越快；離子濃度：離子濃度越高，內(nèi)擴(kuò)散速度越大。離子濃度：離子濃度越高，內(nèi)擴(kuò)散速度越大。溫度升高一度，內(nèi)擴(kuò)散速度增加溫度升高一度，內(nèi)擴(kuò)散速度增加48%；離子半徑與電荷：陽(yáng)離子每增加一個(gè)電荷，離子半徑

32、與電荷：陽(yáng)離子每增加一個(gè)電荷， 內(nèi)擴(kuò)散速度降低內(nèi)擴(kuò)散速度降低10倍；陰離子每增加一個(gè)電倍；陰離子每增加一個(gè)電 荷，內(nèi)擴(kuò)散速度降低荷，內(nèi)擴(kuò)散速度降低78倍；倍；樹(shù)脂顆粒越小，內(nèi)擴(kuò)散速度越快。樹(shù)脂顆粒越小，內(nèi)擴(kuò)散速度越快。交聯(lián)度：交聯(lián)度增大，內(nèi)擴(kuò)散速度降低，交聯(lián)交聯(lián)度：交聯(lián)度增大，內(nèi)擴(kuò)散速度降低，交聯(lián) 度減小，內(nèi)擴(kuò)散速度增加。度減小，內(nèi)擴(kuò)散速度增加。交換容量：內(nèi)擴(kuò)散速度隨交換容量的增加而降交換容量：內(nèi)擴(kuò)散速度隨交換容量的增加而降 低。低。交換基性質(zhì)交換基性質(zhì)弱酸、弱堿型樹(shù)脂，性質(zhì)對(duì)內(nèi)擴(kuò)散速度影響較大，弱酸、弱堿型樹(shù)脂，性質(zhì)對(duì)內(nèi)擴(kuò)散速度影響較大，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿型樹(shù)脂，性質(zhì)對(duì)內(nèi)擴(kuò)散速度影響不大，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿

33、型樹(shù)脂，性質(zhì)對(duì)內(nèi)擴(kuò)散速度影響不大， 必須考慮被分離物質(zhì)帶何種電荷及其電性強(qiáng)弱、分子必須考慮被分離物質(zhì)帶何種電荷及其電性強(qiáng)弱、分子的大小與數(shù)量，同時(shí)還要考慮環(huán)境中存在哪些其它離的大小與數(shù)量，同時(shí)還要考慮環(huán)境中存在哪些其它離子和它們的性質(zhì)。子和它們的性質(zhì)。1、樹(shù)脂型號(hào)的選擇、樹(shù)脂型號(hào)的選擇（1）某種陽(yáng)離子與共存陰離子的分離某種陽(yáng)離子與共存陰離子的分離 選擇強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂；選擇強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂；（2）某種陽(yáng)離子與共存陽(yáng)離子的分離某種陽(yáng)離子與共存陽(yáng)離子的分離 可選用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；可選用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂； 可選擇陰離子交換樹(shù)脂?？蛇x擇陰離子交換樹(shù)脂。（3）某種陰離子與共存陽(yáng)離子的分

34、離可選用強(qiáng)某種陰離子與共存陽(yáng)離子的分離可選用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。一般應(yīng)用較多：一般應(yīng)用較多： 聚苯乙烯型的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)聚苯乙烯型的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂。堿性陰離子交換樹(shù)脂。2、樹(shù)脂粒度的選擇、樹(shù)脂粒度的選擇制備分離：制備分離：50100目目分析分離：分析分離：80100目目離子交換色譜柱：離子交換色譜柱：100200目目3、樹(shù)脂交聯(lián)度、樹(shù)脂交聯(lián)度 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交聯(lián)度為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交聯(lián)度為8%， 陰離子交換樹(shù)脂的交聯(lián)度為陰離子交換樹(shù)脂的交聯(lián)度為4%。固定床工藝固定床工藝 移動(dòng)床工藝移動(dòng)床工藝 流化床工藝流化床工藝 較大型的離子交換床

35、或交換柱比較容易裝勻。小型較大型的離子交換床或交換柱比較容易裝勻。小型柱的手工裝填必須注意裝柱時(shí)要防止柱的手工裝填必須注意裝柱時(shí)要防止“節(jié)節(jié)”和氣泡的產(chǎn)生和氣泡的產(chǎn)生。 要做到均勻裝柱，柱內(nèi)要有一要做到均勻裝柱，柱內(nèi)要有一 定高度的水面，樹(shù)定高度的水面，樹(shù)脂要與水混合傾入，借助水的浮力使樹(shù)脂自然沉積，操作脂要與水混合傾入，借助水的浮力使樹(shù)脂自然沉積，操作盡可能均勻連續(xù)。盡可能均勻連續(xù)。 經(jīng)過(guò)處理的樹(shù)脂一般用濕法裝柱，即先將水裝至一定經(jīng)過(guò)處理的樹(shù)脂一般用濕法裝柱，即先將水裝至一定高度，然后加入懸浮在水中的樹(shù)脂，讓其自行沉降以形成高度，然后加入懸浮在水中的樹(shù)脂，讓其自行沉降以形成樹(shù)脂床，防止樹(shù)脂床

36、中夾有氣泡。柱中液面必須保持在樹(shù)樹(shù)脂床，防止樹(shù)脂床中夾有氣泡。柱中液面必須保持在樹(shù)脂床之上。有時(shí)在樹(shù)脂床上面鋪上一層玻璃纖維。脂床之上。有時(shí)在樹(shù)脂床上面鋪上一層玻璃纖維。OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO+OOOOOOO+O+OOO+O+ +O+OO+ + + + O + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 交界層交界層O R-B+ R-A始漏點(diǎn)始漏點(diǎn) 以以C代表流出液中待交換離子的濃度，代表流出液中待交換離子的濃度，C0代代表其總濃度：表其總濃度：以流經(jīng)柱的物質(zhì)量為橫坐標(biāo)以流經(jīng)柱的物質(zhì)量為橫坐標(biāo)C/C0為縱坐標(biāo)為縱坐標(biāo)交換曲線交換曲線結(jié)論

37、：結(jié)論：樹(shù)脂顆粒小一些，流速慢一些，溫度高一樹(shù)脂顆粒小一些，流速慢一些，溫度高一 些，交換柱細(xì)長(zhǎng)一些。些，交換柱細(xì)長(zhǎng)一些。常用的離子交換法：常用的離子交換法：樹(shù)脂顆?？蛇x擇目樹(shù)脂顆粒可選擇目 或目，或目，柱高：柱高：cm，柱內(nèi)徑：，柱內(nèi)徑：.cm流速：流速：mL/min.洗滌液的選擇：洗滌液的選擇：E一般用蒸餾水；一般用蒸餾水；E稀酸溶液；稀酸溶液；E不含試樣的不含試樣的“空白溶液空白溶液”、洗脫曲線、洗脫曲線洗脫液體積為橫坐標(biāo)洗脫液體積為橫坐標(biāo)流出液中離子濃度為縱坐標(biāo)流出液中離子濃度為縱坐標(biāo)洗脫曲線洗脫曲線結(jié)論：結(jié)論：樹(shù)脂顆粒要細(xì)一些，洗脫劑濃度要適樹(shù)脂顆粒要細(xì)一些，洗脫劑濃度要適 當(dāng)濃一些

38、，流速慢一些。當(dāng)濃一些，流速慢一些。（四）樹(shù)脂再生（四）樹(shù)脂再生使用過(guò)的樹(shù)脂恢復(fù)到原狀的過(guò)程稱為使用過(guò)的樹(shù)脂恢復(fù)到原狀的過(guò)程稱為樹(shù)脂的再生樹(shù)脂的再生 以適當(dāng)濃度的酸溶液處理已變?yōu)橐赃m當(dāng)濃度的酸溶液處理已變?yōu)镸型的強(qiáng)酸性型的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，使其恢復(fù)到陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，使其恢復(fù)到H型、再生后的樹(shù)型、再生后的樹(shù)脂經(jīng)洗滌后即可使用。脂經(jīng)洗滌后即可使用。 同樣，交換使用過(guò)的陰離子樹(shù)脂以適當(dāng)濃度的同樣，交換使用過(guò)的陰離子樹(shù)脂以適當(dāng)濃度的堿溶液處理，可從堿溶液處理，可從Cl型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為OH型。其交換與再型。其交換與再生過(guò)程可表示為：生過(guò)程可表示為： 樹(shù)脂使用過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象，其原因樹(shù)脂使用過(guò)程中

39、有時(shí)會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象，其原因是被某些物質(zhì)污染，致使交換容量下降，用一般洗是被某些物質(zhì)污染，致使交換容量下降，用一般洗滌方法不能使其復(fù)原。樹(shù)脂中毒后，需在一定階段滌方法不能使其復(fù)原。樹(shù)脂中毒后，需在一定階段予以處理，以恢復(fù)交換能力。中毒樹(shù)脂的再生處理予以處理，以恢復(fù)交換能力。中毒樹(shù)脂的再生處理有時(shí)稱為復(fù)活。有時(shí)稱為復(fù)活。避免樹(shù)脂污染所采取的措施：避免樹(shù)脂污染所采取的措施：1、采用大孔結(jié)構(gòu)的離子交換樹(shù)脂代替普通凝、采用大孔結(jié)構(gòu)的離子交換樹(shù)脂代替普通凝 膠樹(shù)脂。膠樹(shù)脂。2、加強(qiáng)交換液的處理，或在交換柱前增加一、加強(qiáng)交換液的處理，或在交換柱前增加一 個(gè)大孔吸附樹(shù)脂或活性炭柱。個(gè)大孔吸附樹(shù)脂或活性炭柱。清

40、除樹(shù)脂內(nèi)污染物所采取的措施：清除樹(shù)脂內(nèi)污染物所采取的措施：1、如果被金屬氧化物或氫氧化物膠體污染，、如果被金屬氧化物或氫氧化物膠體污染， 可以用較濃的酸或堿溶液處理?？梢杂幂^濃的酸或堿溶液處理。2、已受有機(jī)物污染的樹(shù)脂可以采用熱堿液或含、已受有機(jī)物污染的樹(shù)脂可以采用熱堿液或含 有有NaCl的熱的熱NaOH溶液處理。溶液處理。3、受有機(jī)物污染嚴(yán)重的樹(shù)脂可以采用次氯酸鈉、受有機(jī)物污染嚴(yán)重的樹(shù)脂可以采用次氯酸鈉 溶液處理。溶液處理。 大量的離子交換樹(shù)脂被用于水的凈化處理，據(jù)大量的離子交換樹(shù)脂被用于水的凈化處理，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約統(tǒng)計(jì)，約70的離子交換樹(shù)脂用于此目的。目前，的離子交換樹(shù)脂用于此目的。目前，雖也

41、有其它的水處理的方法，但離子交換法仍是一雖也有其它的水處理的方法，但離子交換法仍是一種簡(jiǎn)便有效的方法。種簡(jiǎn)便有效的方法。 就是將就是將RH樹(shù)脂和樹(shù)脂和ROH樹(shù)脂分別樹(shù)脂分別(或混合或混合)放在兩個(gè)放在兩個(gè)(或一個(gè)或一個(gè))離子交換器內(nèi)，用離子交換器內(nèi)，用RH樹(shù)脂除掉水中的金屬離子，用樹(shù)脂除掉水中的金屬離子，用ROH除除掉水中的酸根，使水成為純水的方法。離子交換器按單臺(tái)設(shè)掉水中的酸根，使水成為純水的方法。離子交換器按單臺(tái)設(shè)備分類有陽(yáng)床、陰床、混床，在水處理應(yīng)用中，組成滿足各備分類有陽(yáng)床、陰床、混床，在水處理應(yīng)用中，組成滿足各種用水要求的成套設(shè)備。處理水質(zhì)要求從簡(jiǎn)單的除鹽水到十種用水要求的成套設(shè)備。處理水質(zhì)要求從簡(jiǎn)單的除鹽水到十分嚴(yán)格的超純水都能適應(yīng)，可滿足幾乎所有行業(yè)的用水要求。分嚴(yán)格的超純水都能適應(yīng)，可滿足幾乎所有行業(yè)的用水要求。 水的凈化處理在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究中是經(jīng)常遇水的凈化處理在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究中是經(jīng)常遇到的問(wèn)題。最普通的是鍋爐用水的軟化。天然水中到的問(wèn)題。最普通的是鍋爐用水的軟化。天然水中含有懸浮雜質(zhì)含有懸浮雜質(zhì)(如泥沙等如泥沙等)、細(xì)菌，還有一些無(wú)機(jī)鹽、細(xì)菌，還有一些無(wú)機(jī)鹽類。所謂水的硬度主要是指水中含有的鈣鹽和鎂鹽類。所謂水的硬度主要是指水中含有的鈣鹽和鎂鹽。天然水中不僅含有。天然水中不僅含有Ca2+，Mg2+、Na