第九章 離子交換2

1、生物工業(yè)下游技術(shù)生物工業(yè)下游技術(shù)第九章第九章 離子交換法離子交換法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：成本低，工藝操作方便，提煉效率較高，設(shè)：成本低，工藝操作方便，提煉效率較高，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以及節(jié)約大量的有機(jī)溶劑等。備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以及節(jié)約大量的有機(jī)溶劑等。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不一定能找到合適的樹脂，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生：不一定能找到合適的樹脂，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)過程中pH值變化較大。值變化較大。第一節(jié)第一節(jié) 離子交換原理及分類離子交換原理及分類第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂的理化性能和測(cè)定離子交換樹脂的理化性能和測(cè)定第三節(jié)第三節(jié) 離子交換過程的理論基礎(chǔ)離子交換過程的理論基礎(chǔ)第四節(jié)第四節(jié) 離子交換的應(yīng)用離子交換的應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 離子

2、交換原理及分類離子交換原理及分類一、離子交換原理一、離子交換原理 離子交換樹脂離子交換樹脂：是一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固態(tài)高分子材料。：是一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固態(tài)高分子材料。它的化學(xué)穩(wěn)定性良好，且有一定孔隙度。它的化學(xué)穩(wěn)定性良好，且有一定孔隙度。 其巨大的分子可以分成兩部分：其巨大的分子可以分成兩部分： 一部分是不能移動(dòng)的，多價(jià)的高分子基團(tuán)，構(gòu)成樹脂的骨架，一部分是不能移動(dòng)的，多價(jià)的高分子基團(tuán)，構(gòu)成樹脂的骨架，使樹脂具有上述的溶解度和化學(xué)穩(wěn)定的性質(zhì)；使樹脂具有上述的溶解度和化學(xué)穩(wěn)定的性質(zhì)； 另一部分是可移動(dòng)的離子，稱為活性離子，它在樹脂的骨架中另一部分是可移動(dòng)的離子，稱為活性離子，

3、它在樹脂的骨架中進(jìn)進(jìn)出出，就發(fā)生離子交換現(xiàn)象。進(jìn)進(jìn)出出，就發(fā)生離子交換現(xiàn)象。 或者說，其結(jié)構(gòu)由三部分組成：或者說，其結(jié)構(gòu)由三部分組成： 不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架；不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架； 連接在骨架上的官能團(tuán)；連接在骨架上的官能團(tuán)； 官能團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。官能團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。離子交換的推動(dòng)力離子交換的推動(dòng)力 根據(jù)樹脂所帶的可交換的離子性質(zhì)，離子交換樹脂大體根據(jù)樹脂所帶的可交換的離子性質(zhì)，離子交換樹脂大體上可分為陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。上可分為陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。 骨架上的活性離子可擴(kuò)散到溶液中；溶液中的同類型骨架上的活性離子可擴(kuò)散到溶液中；溶液中

4、的同類型離子也能擴(kuò)散到骨架的網(wǎng)格或孔內(nèi)。離子也能擴(kuò)散到骨架的網(wǎng)格或孔內(nèi)。 當(dāng)這兩種當(dāng)這兩種離子濃度差離子濃度差較大時(shí)，就產(chǎn)生一種交換的推動(dòng)較大時(shí)，就產(chǎn)生一種交換的推動(dòng)力，使它們之間產(chǎn)生交換作用。力，使它們之間產(chǎn)生交換作用。 濃度差越大，交換速度越快。濃度差越大，交換速度越快。 利用這種濃度差的推動(dòng)力能使樹脂上的可交換離子發(fā)利用這種濃度差的推動(dòng)力能使樹脂上的可交換離子發(fā)生可逆交換反應(yīng)。生可逆交換反應(yīng)。 離子在樹脂的交換反應(yīng)與溶液中的置換反應(yīng)相似。離子在樹脂的交換反應(yīng)與溶液中的置換反應(yīng)相似。二、離子交換樹脂分類二、離子交換樹脂分類1 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂： 這類樹脂含有強(qiáng)酸性基團(tuán)，如

5、磺酸基這類樹脂含有強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基SO3H。 能在溶液中離解能在溶液中離解H+而呈強(qiáng)酸性。反應(yīng)簡(jiǎn)式為：而呈強(qiáng)酸性。反應(yīng)簡(jiǎn)式為： 樹脂中的樹脂中的SO3 -基團(tuán)能吸附溶液中的其他陽(yáng)離子如：基團(tuán)能吸附溶液中的其他陽(yáng)離子如： 強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶強(qiáng)酸性樹脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中都能離解和產(chǎn)生離子交換作用，因此使用時(shí)的液中都能離解和產(chǎn)生離子交換作用，因此使用時(shí)的pH沒有限制。沒有限制。 1 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂 以磷酸基以磷酸基PO(OH)2和次磷酸基和次磷酸基 PHO(OH)作為活性基團(tuán)的樹脂具有中等作為活性基團(tuán)的樹脂具有中等強(qiáng)度的酸性。強(qiáng)度的酸性。

6、樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使樹脂的官能團(tuán)回復(fù)處理，即用化學(xué)藥品使樹脂的官能團(tuán)回復(fù)原來狀態(tài)再次使用。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂是原來狀態(tài)再次使用。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理。用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理。2弱酸性陽(yáng)離子樹脂弱酸性陽(yáng)離子樹脂 這類樹脂含有弱酸性基團(tuán)，如羧基這類樹脂含有弱酸性基團(tuán)，如羧基COOH、酚羥基、酚羥基 OH，能在水中離解出，能在水中離解出H+而呈弱酸性。反應(yīng)簡(jiǎn)式為：而呈弱酸性。反應(yīng)簡(jiǎn)式為： 只能在堿性、中性或微酸性溶液中發(fā)只能在堿性、中性或微酸性溶液中發(fā)揮作用揮作用(羧基羧基pH6，酚羥基，酚羥基PH9)。這類。這類樹脂也是用酸

7、進(jìn)行再生。樹脂也是用酸進(jìn)行再生。3強(qiáng)堿性陰離子樹脂強(qiáng)堿性陰離子樹脂 這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季銨基這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季銨基NR3OH，能在水中離解出，能在水中離解出OH-而呈堿性，反而呈堿性，反應(yīng)簡(jiǎn)式為：應(yīng)簡(jiǎn)式為： 離解性很強(qiáng)，使用的離解性很強(qiáng)，使用的pH范圍沒有限制，再范圍沒有限制，再生一般用強(qiáng)堿。生一般用強(qiáng)堿。4弱堿性陰離子樹脂弱堿性陰離子樹脂 這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(NH2)、仲胺基、仲胺基 (NHR)或叔胺基或叔胺基(NR2)，反應(yīng)簡(jiǎn)式為：反應(yīng)簡(jiǎn)式為： 離解能力較弱，只能在低離解能力較弱，只能在低pH值下工作，值下工作，可用弱堿再生。

8、可用弱堿再生。四種基本類型樹脂的實(shí)用型四種基本類型樹脂的實(shí)用型1）將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂與）將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)樽饔?，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鈉型樹脂型樹脂；避免了溶液；避免了溶液PH值下降和由此產(chǎn)生的副值下降和由此產(chǎn)生的副作用，如對(duì)設(shè)備的腐蝕。進(jìn)行再生時(shí)，用鹽水作用，如對(duì)設(shè)備的腐蝕。進(jìn)行再生時(shí)，用鹽水而不用強(qiáng)酸。而不用強(qiáng)酸。2）弱酸性樹脂生成的鹽）弱酸性樹脂生成的鹽RCOONa很易水解，呈很易水解，呈堿性，所以用水洗不到中性，一般只能洗到堿性，所以用水洗不到中性，一般只能洗到pH910左右。但是弱酸性樹脂和氫離子結(jié)合左右。但是弱酸性樹脂和氫離子結(jié)合能力很強(qiáng)，再生成氫型較容易，耗酸量少。能力很

9、強(qiáng)，再生成氫型較容易，耗酸量少。四種基本類型樹脂的實(shí)用型四種基本類型樹脂的實(shí)用型3）強(qiáng)堿性陰離子樹脂可先轉(zhuǎn)變?yōu)椋?qiáng)堿性陰離子樹脂可先轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃吐刃?，工作時(shí)用，工作時(shí)用Cl-交換其他陰離子，再生只需用食鹽水。交換其他陰離子，再生只需用食鹽水。4 ）弱堿性樹脂生成的鹽）弱堿性樹脂生成的鹽RNH3 Cl同樣易水解。這同樣易水解。這類樹脂和類樹脂和OH-離子結(jié)合能力較強(qiáng)，所以離子結(jié)合能力較強(qiáng)，所以 再生成羥再生成羥型較容易，耗堿量少。型較容易，耗堿量少。 強(qiáng)酸性樹脂和強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變成鈉型和氯強(qiáng)酸性樹脂和強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變成鈉型和氯型后，在使用時(shí)就不再有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性。但它型后，在使用時(shí)就不再有強(qiáng)酸性及

10、強(qiáng)堿性。但它們?nèi)跃哂羞@些樹脂的其他典型性能，如強(qiáng)離解性們?nèi)跃哂羞@些樹脂的其他典型性能，如強(qiáng)離解性和工作的和工作的pH范圍寬等。范圍寬等。凝膠型和大孔型樹脂凝膠型和大孔型樹脂 按骨架結(jié)構(gòu)不同，離子交換樹脂可分為凝膠型和大按骨架結(jié)構(gòu)不同，離子交換樹脂可分為凝膠型和大孔型樹脂?？仔蜆渲?。凝膠型樹脂：凝膠型樹脂： 是以苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯苯是以苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯苯 聚合得到具聚合得到具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合體。有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合體。 這種聚合體一般是呈透明狀態(tài)的，在它的高分子骨這種聚合體一般是呈透明狀態(tài)的，在它的高分子骨架中，沒有毛細(xì)孔，而在吸水潤(rùn)脹后，才在大分子鏈節(jié)架中，沒有毛細(xì)孔

11、，而在吸水潤(rùn)脹后，才在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)的孔隙，通常稱為顯微孔。間形成很微細(xì)的孔隙，通常稱為顯微孔。 這類樹脂適用于吸附交換無機(jī)離子等小離子。這類樹脂適用于吸附交換無機(jī)離子等小離子。凝膠型和大孔型樹脂凝膠型和大孔型樹脂大孔型樹脂：大孔型樹脂： 是由苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯是由苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯苯的異構(gòu)體聚合，再經(jīng)特殊的物理處理，苯的異構(gòu)體聚合，再經(jīng)特殊的物理處理，使其形成大網(wǎng)孔，再導(dǎo)入交換基團(tuán)制成，使其形成大網(wǎng)孔，再導(dǎo)入交換基團(tuán)制成，它內(nèi)部并存有微細(xì)孔和大量的粗孔。它內(nèi)部并存有微細(xì)孔和大量的粗孔。 較善于吸附大分子有機(jī)物，耐有機(jī)物較善于吸附大分子有機(jī)物，耐有機(jī)物的污染。的污染

12、。三、其他類型的樹脂三、其他類型的樹脂 1兩性離子交換樹脂：兩性離子交換樹脂： 將兩種性質(zhì)相反的陰、陽(yáng)離子交換官能團(tuán)將兩種性質(zhì)相反的陰、陽(yáng)離子交換官能團(tuán)連接在同一樹脂骨架上，就構(gòu)成兩性樹脂。連接在同一樹脂骨架上，就構(gòu)成兩性樹脂。 這種樹脂骨架上的兩種類型官能團(tuán)彼此接這種樹脂骨架上的兩種類型官能團(tuán)彼此接近，在與溶液里的陰陽(yáng)離子交換以后，只要通近，在與溶液里的陰陽(yáng)離子交換以后，只要通過水，稍稍改變體系的酸堿條件即可發(fā)生相反過水，稍稍改變體系的酸堿條件即可發(fā)生相反的水解反應(yīng)，恢復(fù)樹脂原來的形式。的水解反應(yīng)，恢復(fù)樹脂原來的形式。三、其他類型的樹脂三、其他類型的樹脂2選擇性離子交換樹脂：選擇性離子交換樹

13、脂： 這類樹脂又叫這類樹脂又叫螯合性離子交換樹脂螯合性離子交換樹脂，它與金屬離子，它與金屬離子形成螯合物的基團(tuán)，是一種對(duì)某些離子有特殊選擇性的形成螯合物的基團(tuán)，是一種對(duì)某些離子有特殊選擇性的樹脂，其選擇性高于一般的強(qiáng)酸性和弱酸性樹脂。樹脂，其選擇性高于一般的強(qiáng)酸性和弱酸性樹脂。 樹脂內(nèi)如含有可與其中某一離子生成螯合物的有機(jī)樹脂內(nèi)如含有可與其中某一離子生成螯合物的有機(jī)分子基團(tuán)，則在交換中可以選擇性地優(yōu)先與這種離子結(jié)分子基團(tuán)，則在交換中可以選擇性地優(yōu)先與這種離子結(jié)合。利用這種選擇性反應(yīng)，可制備含某一金屬離子的樹合。利用這種選擇性反應(yīng)，可制備含某一金屬離子的樹脂來分離含某些有機(jī)官能團(tuán)的化合物，如用含

14、汞的樹脂脂來分離含某些有機(jī)官能團(tuán)的化合物，如用含汞的樹脂分離含巰基的輔酶分離含巰基的輔酶A、半胱氨酸、谷胱甘肽。、半胱氨酸、谷胱甘肽。三、其他類型的樹脂三、其他類型的樹脂3吸附樹脂：吸附樹脂： 這類樹脂又稱為這類樹脂又稱為“脫色樹脂脫色樹脂”，它有較大的，它有較大的表面積，具多孔性，吸附能力強(qiáng)，但交換離子表面積，具多孔性，吸附能力強(qiáng)，但交換離子 的的能力很小，甚至不能交換。能力很小，甚至不能交換。 在發(fā)酵工業(yè)多用于脫色，吸附大分子的產(chǎn)物在發(fā)酵工業(yè)多用于脫色，吸附大分子的產(chǎn)物和除去蛋白質(zhì)等。如近來出現(xiàn)的大網(wǎng)格樹脂，孔和除去蛋白質(zhì)等。如近來出現(xiàn)的大網(wǎng)格樹脂，孔隙大，樹脂內(nèi)表面積大，適宜于吸附大分子

15、和用隙大，樹脂內(nèi)表面積大，適宜于吸附大分子和用作催化劑。作催化劑。4電子交換樹脂：電子交換樹脂： 這類樹脂的作用不是進(jìn)行離子交換而是電子轉(zhuǎn)移。這類樹脂的作用不是進(jìn)行離子交換而是電子轉(zhuǎn)移。能起氧化還原作用，所以也稱為氧化還原樹脂。根能起氧化還原作用，所以也稱為氧化還原樹脂。根 據(jù)據(jù)活性基團(tuán)的性質(zhì)，可分為兩種類型。活性基團(tuán)的性質(zhì)，可分為兩種類型。 一種其活性基團(tuán)是樹脂母體的一部分聚合物，其一種其活性基團(tuán)是樹脂母體的一部分聚合物，其 電子交換反應(yīng)如下：電子交換反應(yīng)如下： 另一種類型的活性基是一種加在樹脂上的離子，另一種類型的活性基是一種加在樹脂上的離子， 反應(yīng)時(shí)離子不發(fā)生交換，但可進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。

16、反應(yīng)時(shí)離子不發(fā)生交換，但可進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。 如吸附有亞硫酸根的強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，反應(yīng)如吸附有亞硫酸根的強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，反應(yīng)后可用氧化劑或還原劑再生。后可用氧化劑或還原劑再生。三、其他類型的樹脂三、其他類型的樹脂四、樹脂的命名四、樹脂的命名 根據(jù)離子交換樹脂官能團(tuán)的性質(zhì)，將其分為強(qiáng)根據(jù)離子交換樹脂官能團(tuán)的性質(zhì)，將其分為強(qiáng) 酸、酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿、螯合、兩性及氧化還原等弱酸、強(qiáng)堿、弱堿、螯合、兩性及氧化還原等 7類。規(guī)類。規(guī)定如下：定如下： 離子交換樹脂的全名由分類名稱、骨架離子交換樹脂的全名由分類名稱、骨架(或基或基 團(tuán)團(tuán))名名稱、基本名稱稱、基本名稱(離子交換樹脂離子交換樹脂)排

17、列組成。排列組成。 由于氧化還原樹脂與離子交換樹脂的特性不由于氧化還原樹脂與離子交換樹脂的特性不 同。故同。故在命名的排列上也有不同，其命名由基本名在命名的排列上也有不同，其命名由基本名 稱、骨架名稱、骨架名稱、分類名稱和樹脂兩字排列組成。稱、分類名稱和樹脂兩字排列組成。 凡屬酸性的應(yīng)在基本名稱前加一凡屬酸性的應(yīng)在基本名稱前加一“陽(yáng)陽(yáng)”字；字； 凡屬堿性的，在基本名稱前加一凡屬堿性的，在基本名稱前加一“陰陰”字。字。四、樹脂的命名四、樹脂的命名 離子交換樹脂的型號(hào)由離子交換樹脂的型號(hào)由3位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第第1位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類，第位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類，第2位數(shù)字代表骨位數(shù)

18、字代表骨架結(jié)構(gòu)的差異，第架結(jié)構(gòu)的差異，第3位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別基團(tuán)、交聯(lián)劑等的不同?；鶊F(tuán)、交聯(lián)劑等的不同。 為了區(qū)別凝膠型和大孔型離子交換樹脂，為了區(qū)別凝膠型和大孔型離子交換樹脂，在全名前加在全名前加 “D”表示大孔型樹脂。凝膠表示大孔型樹脂。凝膠 型樹型樹脂，在型號(hào)后面用脂，在型號(hào)后面用“x”號(hào)聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字，表號(hào)聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字，表示交聯(lián)度。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的樹脂仍沿用習(xí)慣命名。示交聯(lián)度。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的樹脂仍沿用習(xí)慣命名。第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂的離子交換樹脂的 理化性能和測(cè)定理化性能和測(cè)定(1)外觀外觀： 離子交換樹脂是一種透明或半透明的物質(zhì)，有離子交換樹脂是一種透明或半

19、透明的物質(zhì)，有白、黃、黑及赤褐色等幾種顏色。一般顏色與性能關(guān)白、黃、黑及赤褐色等幾種顏色。一般顏色與性能關(guān)系不大。系不大。 樹脂的顆粒大小，對(duì)樹脂的交換能力、樹脂層中樹脂的顆粒大小，對(duì)樹脂的交換能力、樹脂層中溶液流動(dòng)分布均勻程度、溶液通過樹脂層的壓力及交溶液流動(dòng)分布均勻程度、溶液通過樹脂層的壓力及交換和反沖時(shí)樹脂換和反沖時(shí)樹脂 的流失等都有很大影響。一般的流失等都有很大影響。一般 樹脂樹脂為球形，可減少流體阻力。為球形，可減少流體阻力。 顆粒大小一般選用顆粒大小一般選用2020一一6060目目(0.250.8mm)(0.250.8mm)。 離子交換樹脂的理化性能離子交換樹脂的理化性能(2)交聯(lián)

20、度交聯(lián)度： 其大小決定著樹脂機(jī)械強(qiáng)度以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)其大小決定著樹脂機(jī)械強(qiáng)度以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏密。的疏密。 交聯(lián)度大，網(wǎng)孔小，結(jié)構(gòu)緊密，樹脂機(jī)械交聯(lián)度大，網(wǎng)孔小，結(jié)構(gòu)緊密，樹脂機(jī)械強(qiáng)度大；交聯(lián)度小，強(qiáng)度大；交聯(lián)度小， 樹脂網(wǎng)孔大，結(jié)構(gòu)疏松，樹脂網(wǎng)孔大，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度小。強(qiáng)度小。 同時(shí)，交聯(lián)度的變化，使離子交換樹脂對(duì)同時(shí)，交聯(lián)度的變化，使離子交換樹脂對(duì)大小不同的各種離子具有選擇性通過的能力。大小不同的各種離子具有選擇性通過的能力。(3)化學(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)穩(wěn)定性： 樹脂應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易分解破壞。樹脂應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易分解破壞。 縮聚樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性一般較差，在強(qiáng)堿溶液縮聚樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性

21、一般較差，在強(qiáng)堿溶液 中，縮聚陽(yáng)樹脂會(huì)破壞，共聚陽(yáng)樹脂對(duì)堿抵抗能力中，縮聚陽(yáng)樹脂會(huì)破壞，共聚陽(yáng)樹脂對(duì)堿抵抗能力 較強(qiáng)，但不應(yīng)與濃度大于較強(qiáng)，但不應(yīng)與濃度大于2mol/L2mol/L的堿液長(zhǎng)期接觸。的堿液長(zhǎng)期接觸。 陰樹脂對(duì)堿敏感，處理時(shí)，堿液濃度不宜超過陰樹脂對(duì)堿敏感，處理時(shí)，堿液濃度不宜超過 1mol/L1mol/L。強(qiáng)堿樹脂穩(wěn)定性較差。羥型陰樹脂即使在。強(qiáng)堿樹脂穩(wěn)定性較差。羥型陰樹脂即使在 水中也不穩(wěn)定，因此常以氯型保存。水中也不穩(wěn)定，因此常以氯型保存。離子交換樹脂的理化性能離子交換樹脂的理化性能離子交換樹脂的理化性能離子交換樹脂的理化性能(4)機(jī)械強(qiáng)度：機(jī)械強(qiáng)度： 樹脂必須具有一定的物理

22、穩(wěn)定性，以樹脂必須具有一定的物理穩(wěn)定性，以避免或減少在使用過程中破損流失。避免或減少在使用過程中破損流失。 一般來說，膨脹度越大，交聯(lián)度小的一般來說，膨脹度越大，交聯(lián)度小的樹脂，機(jī)械強(qiáng)度就越差。樹脂，機(jī)械強(qiáng)度就越差。離子交換樹脂的理化性能離子交換樹脂的理化性能(5)交換量：交換量： 樹脂在應(yīng)用時(shí)，希望有較大的交換容量，也即樹脂在應(yīng)用時(shí)，希望有較大的交換容量，也即在實(shí)際應(yīng)用中具有多少可以交換離子的能力。為了在實(shí)際應(yīng)用中具有多少可以交換離子的能力。為了能有較大的交換容量，在制造時(shí)應(yīng)使單位質(zhì)量樹脂能有較大的交換容量，在制造時(shí)應(yīng)使單位質(zhì)量樹脂所含的官能團(tuán)盡可能多。所含的官能團(tuán)盡可能多。 樹脂不僅吸附量

23、要很多，即交換容量和選揮性樹脂不僅吸附量要很多，即交換容量和選揮性好，而且要容易解吸，即應(yīng)有良好的可逆性。一般好，而且要容易解吸，即應(yīng)有良好的可逆性。一般來說，吸附容易的解吸就比較困難。來說，吸附容易的解吸就比較困難。離子交換樹脂主要性能測(cè)定離子交換樹脂主要性能測(cè)定1）含水量含水量： 將樹脂在將樹脂在105110105110干燥至恒重就可干燥至恒重就可 以測(cè)定其含水量。以測(cè)定其含水量。 將樹脂離心將樹脂離心 (400g, 30min)(400g, 30min)，所失去的，所失去的 水分稱為溶脹水。它和樹脂的交聯(lián)度有關(guān)，水分稱為溶脹水。它和樹脂的交聯(lián)度有關(guān)， 可作為測(cè)定交聯(lián)度的一種方法。可作為測(cè)

24、定交聯(lián)度的一種方法。離子交換樹脂主要性能測(cè)定離子交換樹脂主要性能測(cè)定2)膨脹度膨脹度： 干樹脂加水，不時(shí)搖動(dòng)，干樹脂加水，不時(shí)搖動(dòng)，24h24h后，測(cè)后，測(cè)定樹脂體積，前后體積之比，稱為膨脹系定樹脂體積，前后體積之比，稱為膨脹系數(shù)。數(shù)。 膨脹系數(shù)與交聯(lián)度、交換量、可交換膨脹系數(shù)與交聯(lián)度、交換量、可交換容量、溶液中離子性質(zhì)有關(guān)。容量、溶液中離子性質(zhì)有關(guān)。離子交換樹脂主要性能測(cè)定離子交換樹脂主要性能測(cè)定3)3)密度密度： 樹脂的密度有干真密度、濕真密度、樹脂的密度有干真密度、濕真密度、視密度等。視密度等。濕真密度濕真密度： 取所需型式的濕樹脂，在布氏漏斗中抽取所需型式的濕樹脂，在布氏漏斗中抽干。迅

25、速稱取干。迅速稱取25g25g抽干樹脂，入密度瓶抽干樹脂，入密度瓶中，加水至刻度稱重，計(jì)算。中，加水至刻度稱重，計(jì)算。離子交換樹脂主要性能測(cè)定離子交換樹脂主要性能測(cè)定4)交換容量交換容量： 交換容量是表征樹脂性能的重要數(shù)據(jù)。交換容量是表征樹脂性能的重要數(shù)據(jù)。 它用單位質(zhì)量干樹脂或單位體積濕樹脂它用單位質(zhì)量干樹脂或單位體積濕樹脂 所能吸附的所能吸附的1 1價(jià)離子的毫摩爾數(shù)來表示。價(jià)離子的毫摩爾數(shù)來表示。離子交換樹脂主要性能測(cè)定離子交換樹脂主要性能測(cè)定5)5)滴定曲線滴定曲線 ： 和無機(jī)酸、堿一樣，離子交換樹脂也有滴定曲和無機(jī)酸、堿一樣，離子交換樹脂也有滴定曲線。線。 與離子強(qiáng)度、種類、樹脂官能團(tuán)

26、強(qiáng)度有關(guān)。與離子強(qiáng)度、種類、樹脂官能團(tuán)強(qiáng)度有關(guān)。 由滴定曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可估計(jì)其總交換量；而由由滴定曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可估計(jì)其總交換量；而由轉(zhuǎn)折點(diǎn)的數(shù)目，可推知官能團(tuán)的數(shù)目。轉(zhuǎn)折點(diǎn)的數(shù)目，可推知官能團(tuán)的數(shù)目。 曲線還表示交換容量隨曲線還表示交換容量隨pHpH值的變化，所以值的變化，所以 滴定滴定曲線較全面地表征樹脂官能團(tuán)的性質(zhì)。曲線較全面地表征樹脂官能團(tuán)的性質(zhì)。第三節(jié)第三節(jié) 離子交換過程的理論基礎(chǔ)離子交換過程的理論基礎(chǔ)一、離子交換平衡一、離子交換平衡 離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是，這種可逆反離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是，這種可逆反 應(yīng)并應(yīng)并不是在均相溶液中進(jìn)行，而是在固態(tài)的樹脂和不是在均相溶液中進(jìn)行

27、，而是在固態(tài)的樹脂和 水溶液水溶液接觸的界面間發(fā)生的。接觸的界面間發(fā)生的。 在水溶液中，離子交換是由于樹脂上的宮能團(tuán)在水溶液中，離子交換是由于樹脂上的宮能團(tuán) B B+ +與與溶液中的同類型離子溶液中的同類型離子A A+ +之間的濃度差推動(dòng)著它之間的濃度差推動(dòng)著它 們之間們之間的交換，當(dāng)這種交換反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，就建立了的交換，當(dāng)這種交換反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，就建立了離子交換平衡狀態(tài)，使樹脂上和溶液中都同時(shí)含有離子交換平衡狀態(tài)，使樹脂上和溶液中都同時(shí)含有A A+ +和和B B+ +兩種離子。兩種離子。 一、離子交換平衡離子交換平衡 離子交換樹脂對(duì)有機(jī)大分子吸附時(shí)，會(huì)存在離子交換樹脂對(duì)有機(jī)大分

28、子吸附時(shí)，會(huì)存在假平衡假平衡。主要是由于：。主要是由于：樹脂的活性中心受樹脂的活性中心受空間排列空間排列的影響不能全部吸附的影響不能全部吸附有機(jī)大分子；有機(jī)大分子；樹脂樹脂顆粒度顆粒度影響對(duì)大分子的交換，當(dāng)樹脂的顆粒影響對(duì)大分子的交換，當(dāng)樹脂的顆粒較大時(shí)，有機(jī)大分子在樹脂的內(nèi)部擴(kuò)散速度很慢，較大時(shí)，有機(jī)大分子在樹脂的內(nèi)部擴(kuò)散速度很慢，達(dá)到平衡需要的時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)樹脂的顆粒度減小達(dá)到平衡需要的時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)樹脂的顆粒度減小時(shí)，交換速度和交換量都會(huì)有所增加。時(shí)，交換速度和交換量都會(huì)有所增加。 二、離子交換選擇性二、離子交換選擇性離子交換選擇性離子交換選擇性： 在實(shí)際應(yīng)用中，溶液中常常同時(shí)存在著很多離子

29、。離在實(shí)際應(yīng)用中，溶液中常常同時(shí)存在著很多離子。離子交換樹脂能否將所需離子從溶液中吸附出或?qū)㈦s質(zhì)離子子交換樹脂能否將所需離子從溶液中吸附出或?qū)㈦s質(zhì)離子全部全部( (或大部或大部) )吸附住，具有更大的實(shí)際意義。這就是離子吸附住，具有更大的實(shí)際意義。這就是離子交換選擇性。交換選擇性。離子選擇系數(shù)離子選擇系數(shù)K K： B B K KA A越大，離子交換樹脂對(duì)越大，離子交換樹脂對(duì)B B離子的選擇性越大離子的選擇性越大( (相對(duì)于相對(duì)于A A離子而言離子而言) )；反之，小于；反之，小于1 1，樹脂對(duì)，樹脂對(duì)A A離子的選擇性大。離子的選擇性大。 離子選擇系數(shù)定性地表示離子交換劑的選擇性，因此又離子選

30、擇系數(shù)定性地表示離子交換劑的選擇性，因此又稱分配系數(shù)或交換勢(shì)。稱分配系數(shù)或交換勢(shì)。影響離子交換樹脂選擇性的因素影響離子交換樹脂選擇性的因素1離子價(jià)數(shù)離子價(jià)數(shù)： 離子交換樹脂總是優(yōu)先選擇高價(jià)離子。離子交換樹脂總是優(yōu)先選擇高價(jià)離子。 陽(yáng)離子的被吸附順序?yàn)椋宏?yáng)離子的被吸附順序?yàn)椋?Fe3+AI3+Ca2+Mg2+Na+ 陰離子順序?yàn)椋宏庪x子順序?yàn)椋?檸檬酸根硫酸根硝酸根檸檬酸根硫酸根硝酸根2 溶液濃度溶液濃度： 樹脂對(duì)離子交換吸附的選擇性，在稀溶液中比較大，而在濃溶樹脂對(duì)離子交換吸附的選擇性，在稀溶液中比較大，而在濃溶液中較小。因此可將溶液稀釋，樹脂選擇吸附高價(jià)離子。液中較小。因此可將溶液稀釋，樹脂

31、選擇吸附高價(jià)離子。3 離子的水化半徑離子的水化半徑： 離子在水溶液中的大小應(yīng)用水化半徑來表征，而不是原子量。離子在水溶液中的大小應(yīng)用水化半徑來表征，而不是原子量。水化半徑較小的離子優(yōu)先吸附。水化半徑較小的離子優(yōu)先吸附。影響離子交換樹脂選擇性的因素影響離子交換樹脂選擇性的因素4 4樹脂物理結(jié)構(gòu)樹脂物理結(jié)構(gòu)： 通常，交聯(lián)度高的樹脂對(duì)離子的選擇性較強(qiáng)。大孔型樹脂的選通常，交聯(lián)度高的樹脂對(duì)離子的選擇性較強(qiáng)。大孔型樹脂的選擇性低于凝膠型樹脂。但對(duì)于大分子的吸附，情況較復(fù)雜。擇性低于凝膠型樹脂。但對(duì)于大分子的吸附，情況較復(fù)雜。5 5有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑： 有機(jī)溶劑常會(huì)使樹脂對(duì)有機(jī)離子的選擇性降低，而容易吸附無

32、有機(jī)溶劑常會(huì)使樹脂對(duì)有機(jī)離子的選擇性降低，而容易吸附無機(jī)離子，可利用有機(jī)溶劑從樹脂上洗脫難洗脫的有機(jī)物質(zhì)。機(jī)離子，可利用有機(jī)溶劑從樹脂上洗脫難洗脫的有機(jī)物質(zhì)。6 6 樹脂與交換離子間的輔助力樹脂與交換離子間的輔助力： 凡能與樹脂間形成輔助力（氫鍵、范德華力等）的離子，樹脂凡能與樹脂間形成輔助力（氫鍵、范德華力等）的離子，樹脂對(duì)其吸附力就大；能破壞這些輔助力，離子從樹脂上易洗脫。對(duì)其吸附力就大；能破壞這些輔助力，離子從樹脂上易洗脫。三、離子交換過程和速度三、離子交換過程和速度 離子交換反應(yīng)是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行的，不離子交換反應(yīng)是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行的，不論溶液的運(yùn)動(dòng)情況怎樣，在樹脂表面上始論溶液的運(yùn)動(dòng)情況怎樣

33、，在樹脂表面上始終存在著一層薄膜，起交換的離子只能借終存在著一層薄膜，起交換的離子只能借分子擴(kuò)散而通過這層簿膜。分子擴(kuò)散而通過這層簿膜。離子交換速度離子交換速度： 在單位時(shí)間內(nèi)，溶液中在單位時(shí)間內(nèi)，溶液中A+濃度減少或濃度減少或B+濃度增加的量。濃度增加的量。 三、離子交換過程和速度三、離子交換過程和速度 實(shí)際交換過程（谷氨酸）由以下相對(duì)速度組成實(shí)際交換過程（谷氨酸）由以下相對(duì)速度組成：1)溶液中的谷氨酸離子從溶液通過液膜擴(kuò)散到樹脂表面；溶液中的谷氨酸離子從溶液通過液膜擴(kuò)散到樹脂表面；2)穿過樹脂表面向樹脂孔內(nèi)部擴(kuò)散，到達(dá)有效交換位置；穿過樹脂表面向樹脂孔內(nèi)部擴(kuò)散，到達(dá)有效交換位置；3)谷氨酸

34、離子與樹脂中的谷氨酸離子與樹脂中的H+進(jìn)行離子交換；進(jìn)行離子交換；4) H+從樹脂內(nèi)部向樹脂表面擴(kuò)散；從樹脂內(nèi)部向樹脂表面擴(kuò)散；5) H+穿過樹脂表面的液膜進(jìn)入水溶液。穿過樹脂表面的液膜進(jìn)入水溶液。 其中步驟其中步驟(1)、(5)稱為外擴(kuò)散或膜擴(kuò)散；稱為外擴(kuò)散或膜擴(kuò)散；(2)、(4)稱為稱為內(nèi)擴(kuò)散或粒擴(kuò)散；內(nèi)擴(kuò)散或粒擴(kuò)散；(3)稱為交換反應(yīng)。一般反應(yīng)速度很快，稱為交換反應(yīng)。一般反應(yīng)速度很快，而擴(kuò)散速度很慢，因此，離子交換反應(yīng)的速度主要取決于而擴(kuò)散速度很慢，因此，離子交換反應(yīng)的速度主要取決于擴(kuò)散速度擴(kuò)散速度。影響交換速度的因素影響交換速度的因素 1樹脂顆粒樹脂顆粒 離子的外擴(kuò)散速度與樹脂顆粒大小

35、成反比，而粒子的離子的外擴(kuò)散速度與樹脂顆粒大小成反比，而粒子的內(nèi)部擴(kuò)散速度與粒徑倒數(shù)的高次方成正比，粒度減少，交內(nèi)部擴(kuò)散速度與粒徑倒數(shù)的高次方成正比，粒度減少，交換速度加快。換速度加快。 2樹脂的交聯(lián)度樹脂的交聯(lián)度 交聯(lián)度降低，樹脂易膨脹，樹脂內(nèi)擴(kuò)散較容易，交換交聯(lián)度降低，樹脂易膨脹，樹脂內(nèi)擴(kuò)散較容易，交換速度提高。速度提高。 3溶液流速溶液流速 外擴(kuò)散隨溶液過柱流速的增加而增加，內(nèi)擴(kuò)散基本不外擴(kuò)散隨溶液過柱流速的增加而增加，內(nèi)擴(kuò)散基本不受其影響。受其影響。影響交換速度的因素影響交換速度的因素4溶液濃度溶液濃度 溶液中離子濃度低，對(duì)外擴(kuò)散速度影響較大，對(duì)內(nèi)擴(kuò)散影響較?。蝗芤褐须x子濃度低，對(duì)外擴(kuò)

36、散速度影響較大，對(duì)內(nèi)擴(kuò)散影響較??；離子濃度較高，對(duì)內(nèi)擴(kuò)散影響較大，對(duì)外擴(kuò)散影響較小。離子濃度較高，對(duì)內(nèi)擴(kuò)散影響較大，對(duì)外擴(kuò)散影響較小。 5溫度溫度 溶液的溫度提高，擴(kuò)散速度加快。溶液的溫度提高，擴(kuò)散速度加快。 6離子的大小離子的大小 大分子受空間阻礙，在樹脂內(nèi)的擴(kuò)散速度特別慢。小離子快。大分子受空間阻礙，在樹脂內(nèi)的擴(kuò)散速度特別慢。小離子快。 7離子的化合價(jià)離子的化合價(jià) 離子與樹脂骨架間存在庫(kù)侖引力，化合價(jià)越高，擴(kuò)散越慢。離子與樹脂骨架間存在庫(kù)侖引力，化合價(jià)越高，擴(kuò)散越慢。第四節(jié)第四節(jié) 離子交換的應(yīng)用離子交換的應(yīng)用一一 、離子交換裝置、離子交換裝置：按操作方式分為按操作方式分為： 間歇式分批操作

37、及柱式操作兩種。間歇式分批操作及柱式操作兩種。按是否敞口分為按是否敞口分為： 有開放式有開放式(即敞口式即敞口式)和密閉式兩種。和密閉式兩種。 開放式開放式：便于樹脂的裝入、吸出，只能在常壓下操作。柱的：便于樹脂的裝入、吸出，只能在常壓下操作。柱的反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界雜質(zhì)。反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界雜質(zhì)。 密閉式密閉式：上下全封，能克服開放式的缺點(diǎn)，但清污和裝住較：上下全封，能克服開放式的缺點(diǎn)，但清污和裝住較麻煩。麻煩。一一 、離子交換裝置、離子交換裝置按裝樹脂方式分為按裝樹脂方式分為：?jiǎn)未矄未?只裝一種樹脂只裝一種樹脂)和復(fù)床和復(fù)床(兩種以兩種以上樹脂分層裝在同

38、一柱內(nèi)上樹脂分層裝在同一柱內(nèi))反移動(dòng)床反移動(dòng)床(樹脂的使用、再生和樹脂的使用、再生和清洗不在同一柱內(nèi)清洗不在同一柱內(nèi))等幾種。等幾種。材質(zhì)材質(zhì)：通常中小型離子交換柱用有機(jī)玻璃或硬質(zhì)聚氯乙烯通常中小型離子交換柱用有機(jī)玻璃或硬質(zhì)聚氯乙烯制成，大型柱用鋼板焊接制成，內(nèi)壁涂襯上耐酸、堿的防制成，大型柱用鋼板焊接制成，內(nèi)壁涂襯上耐酸、堿的防腐蝕物。腐蝕物。樹脂裝量樹脂裝量：一般發(fā)酵工業(yè)用的離子交換柱中裝載樹脂層的一般發(fā)酵工業(yè)用的離子交換柱中裝載樹脂層的高度通常為高度通常為1- 1.5m，柱體總高度約為樹脂層，柱體總高度約為樹脂層 的的2倍。如倍。如果樹脂的粒度較大，阻力較小，高徑比可提高果樹脂的粒度較大

39、，阻力較小，高徑比可提高(4-5：1) 。一般正上拄有效樹脂體積約為柱的一般正上拄有效樹脂體積約為柱的70，倒上柱約為，倒上柱約為60。二、離子交換樹脂的工作過程二、離子交換樹脂的工作過程1樹脂預(yù)處理樹脂預(yù)處理： 去除未參與聚合反應(yīng)的低、高分子成分的分解產(chǎn)物，去除未參與聚合反應(yīng)的低、高分子成分的分解產(chǎn)物，鐵、銅、鋁等金屬物質(zhì)及灰塵；鐵、銅、鋁等金屬物質(zhì)及灰塵； 裝柱，去離子水浸泡裝柱，去離子水浸泡12h，2-3倍倍10%食鹽水浸泡食鹽水浸泡4h；水洗，酸、堿處理，調(diào)；水洗，酸、堿處理，調(diào)pH。2上柱交換上柱交換： 關(guān)鍵，可采用正上柱或倒上柱關(guān)鍵，可采用正上柱或倒上柱 ，柱上樹脂分三層：，柱上樹

40、脂分三層： 已已交、交換、未交。交換帶逐漸下移，達(dá)底部稱漏出點(diǎn)。交交、交換、未交。交換帶逐漸下移，達(dá)底部稱漏出點(diǎn)。交換帶一般換帶一般0.21m。B離子濃度高、操作溫度低、料液流速離子濃度高、操作溫度低、料液流速高、樹脂老化等都會(huì)使交換帶加寬，不利；應(yīng)控制，但有高、樹脂老化等都會(huì)使交換帶加寬，不利；應(yīng)控制，但有限。限。 二、離子交換樹脂的工作過程二、離子交換樹脂的工作過程3 洗脫洗脫： 用親和力更大的離子取代產(chǎn)物。生物大分子分離純化有兩種用親和力更大的離子取代產(chǎn)物。生物大分子分離純化有兩種方式：方式： “正吸附正吸附”，產(chǎn)物離子化，被交換。優(yōu)點(diǎn)是目的產(chǎn)物純度高，可，產(chǎn)物離子化，被交換。優(yōu)點(diǎn)是目的

41、產(chǎn)物純度高，可濃縮，宜處理濃度低、量大的溶液；濃縮，宜處理濃度低、量大的溶液； “負(fù)吸附負(fù)吸附”。吸附雜質(zhì)。宜處理濃度高溶液；產(chǎn)物純度不高，不。吸附雜質(zhì)。宜處理濃度高溶液；產(chǎn)物純度不高，不濃縮。濃縮。4 樹脂的再生樹脂的再生： 交換吸附的逆反應(yīng)。水洗，再生劑再生，清水洗至所需交換吸附的逆反應(yīng)。水洗，再生劑再生，清水洗至所需PH值。值。 鈉型強(qiáng)酸性樹脂用鈉型強(qiáng)酸性樹脂用NaCI再生；氫型強(qiáng)酸性樹脂用強(qiáng)酸再生，氯型再生；氫型強(qiáng)酸性樹脂用強(qiáng)酸再生，氯型強(qiáng)堿性陰樹脂主要用強(qiáng)堿性陰樹脂主要用NaCI溶液再生，羥型強(qiáng)堿性陰樹脂用溶液再生，羥型強(qiáng)堿性陰樹脂用Na0H溶液再生?；謴?fù)程度為溶液再生?；謴?fù)程度為7

42、0一一80。三、樹脂和操作條件的選擇三、樹脂和操作條件的選擇樹脂選擇樹脂選擇： 1、強(qiáng)堿性離子宜用弱酸性樹脂；、強(qiáng)堿性離子宜用弱酸性樹脂； 2、弱堿性離子宜用強(qiáng)酸性樹脂；、弱堿性離子宜用強(qiáng)酸性樹脂； 3、弱酸性離子宜用強(qiáng)堿性樹脂；、弱酸性離子宜用強(qiáng)堿性樹脂； 4、強(qiáng)酸性離子宜選用弱堿性樹脂；、強(qiáng)酸性離子宜選用弱堿性樹脂； 5、大分子離子應(yīng)選擇交聯(lián)度較低的樹脂；、大分子離子應(yīng)選擇交聯(lián)度較低的樹脂； 6、小分子離子應(yīng)選擇一定交聯(lián)度的樹脂。、小分子離子應(yīng)選擇一定交聯(lián)度的樹脂。原因原因：1、4：強(qiáng)酸對(duì)強(qiáng)堿，解吸較困難；：強(qiáng)酸對(duì)強(qiáng)堿，解吸較困難； 2、3：弱酸對(duì)弱堿，形成的鹽易水解，不易吸附；：弱酸對(duì)弱

43、堿，形成的鹽易水解，不易吸附； 5：低交聯(lián)度便于大分子擴(kuò)散到樹脂內(nèi)部，但交聯(lián)度過低，會(huì)：低交聯(lián)度便于大分子擴(kuò)散到樹脂內(nèi)部，但交聯(lián)度過低，會(huì) 影響樹影響樹 脂的選擇性和機(jī)械強(qiáng)度；脂的選擇性和機(jī)械強(qiáng)度； 6：交聯(lián)度過高，樹脂在清洗再生及轉(zhuǎn)型過程中，膨脹度較大，：交聯(lián)度過高，樹脂在清洗再生及轉(zhuǎn)型過程中，膨脹度較大， 對(duì)設(shè)備造成損壞。對(duì)設(shè)備造成損壞。合適操作條件的選擇合適操作條件的選擇PHPH：合適的合適的PH值應(yīng)具備值應(yīng)具備3個(gè)條件：個(gè)條件：pH值應(yīng)在產(chǎn)物的穩(wěn)值應(yīng)在產(chǎn)物的穩(wěn)定范圍內(nèi)；使產(chǎn)物離子化；使樹脂能解離。定范圍內(nèi)；使產(chǎn)物離子化；使樹脂能解離。樹脂的型式樹脂的型式：對(duì)弱酸性和弱堿性樹脂，為使樹脂

44、能離對(duì)弱酸性和弱堿性樹脂，為使樹脂能離子化，應(yīng)采用鈉型或氯型；而對(duì)強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性子化，應(yīng)采用鈉型或氯型；而對(duì)強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性 樹脂，可以采用任何形式；但如產(chǎn)物在酸性、堿性條件樹脂，可以采用任何形式；但如產(chǎn)物在酸性、堿性條件下易破壞，則不宜采用氫型或羥型樹脂。下易破壞，則不宜采用氫型或羥型樹脂。溶液中產(chǎn)物濃度溶液中產(chǎn)物濃度：低價(jià)離子增加濃度有利于交換上樹低價(jià)離子增加濃度有利于交換上樹脂，高價(jià)離子在稀釋時(shí)容易被吸附。脂，高價(jià)離子在稀釋時(shí)容易被吸附。合適操作條件的選擇合適操作條件的選擇洗脫條件洗脫條件： 洗脫條件應(yīng)盡量使溶液中被洗脫離子的濃度降低。洗脫條件應(yīng)盡量使溶液中被洗脫離子的濃度降低。 洗脫條件

45、一般應(yīng)和吸附條件相反。如吸附在酸性下洗脫條件一般應(yīng)和吸附條件相反。如吸附在酸性下進(jìn)行，解吸應(yīng)在堿性下進(jìn)行；吸附在堿性，解吸應(yīng)在酸性。進(jìn)行，解吸應(yīng)在堿性下進(jìn)行；吸附在堿性，解吸應(yīng)在酸性。 為了使為了使pH變化不致過大，可選用緩沖液作洗脫劑。變化不致過大，可選用緩沖液作洗脫劑。PH變化不行時(shí)，可用能和水混合、且對(duì)產(chǎn)物溶解度較大變化不行時(shí)，可用能和水混合、且對(duì)產(chǎn)物溶解度較大的有機(jī)溶劑洗脫。的有機(jī)溶劑洗脫。 洗脫前，樹脂的洗滌工作相當(dāng)重要，很多雜質(zhì)可以在洗脫前，樹脂的洗滌工作相當(dāng)重要，很多雜質(zhì)可以在洗滌時(shí)除去，洗滌可以用水、稀酸和鹽類溶液等。洗滌時(shí)除去，洗滌可以用水、稀酸和鹽類溶液等。四、軟水和無鹽水

46、的制備四、軟水和無鹽水的制備軟水軟水： 利用鈉型陽(yáng)離子交換樹脂去除鈣、鎂離子后的水。利用鈉型陽(yáng)離子交換樹脂去除鈣、鎂離子后的水。 主要是用于鍋爐給水，鈣、鎂離子是鍋爐結(jié)垢主要是用于鍋爐給水，鈣、鎂離子是鍋爐結(jié)垢的主要成。的主要成。 經(jīng)鈉鹽型離子交換樹脂床的原水，硬度可降至經(jīng)鈉鹽型離子交換樹脂床的原水，硬度可降至0.05mm ol/L以下，甚至可完全消除。但原水中的以下，甚至可完全消除。但原水中的堿度保持不變。堿度保持不變。 樹脂可用工業(yè)食鹽水溶液樹脂可用工業(yè)食鹽水溶液(10一一15)再生，再生，可反復(fù)使用。可反復(fù)使用。四、軟水和無鹽水的制備四、軟水和無鹽水的制備無鹽水無鹽水： 除去原水中所有的

47、溶解性鹽類、游離的酸、堿離子。除去原水中所有的溶解性鹽類、游離的酸、堿離子。 無鹽水的用途十分廣泛，如高壓鍋爐的補(bǔ)給水、實(shí)驗(yàn)室無鹽水的用途十分廣泛，如高壓鍋爐的補(bǔ)給水、實(shí)驗(yàn)室用的去離子水，制藥、食品等各行業(yè)都需要無鹽純水。用的去離子水，制藥、食品等各行業(yè)都需要無鹽純水。 離子交換法制備無鹽純水是將原水通過氫型陽(yáng)離子交換離子交換法制備無鹽純水是將原水通過氫型陽(yáng)離子交換樹樹 脂和羥型陰離子交換樹脂，經(jīng)過離子交換反應(yīng)，將水中脂和羥型陰離子交換樹脂，經(jīng)過離子交換反應(yīng)，將水中的陰、陽(yáng)離子除去，從而制得純度很高的無鹽純水。的陰、陽(yáng)離子除去，從而制得純度很高的無鹽純水。 陽(yáng)離子交換樹脂用一定濃度的鹽酸或硫酸

48、再生。強(qiáng)堿陰陽(yáng)離子交換樹脂用一定濃度的鹽酸或硫酸再生。強(qiáng)堿陰樹脂用樹脂用5一一8 NaOH 再生，費(fèi)用高；弱堿陰樹脂用再生，費(fèi)用高；弱堿陰樹脂用1一一3NaOH再生，但不能除硅等弱酸性陰離子。可根據(jù)水質(zhì)再生，但不能除硅等弱酸性陰離子?？筛鶕?jù)水質(zhì)要求而組合。要求而組合。 五、離子交換技術(shù)在生物工程的應(yīng)用五、離子交換技術(shù)在生物工程的應(yīng)用 1 1、氨基酸、氨基酸：是一類兩性化合物，在不同的是一類兩性化合物，在不同的pH條件下能條件下能以正離子、負(fù)離子或兩性離子的形式存在?？捎藐?yáng)離子以正離子、負(fù)離子或兩性離子的形式存在?？捎藐?yáng)離子交換富集分離。交換富集分離。 例如：谷氨酸，當(dāng)例如：谷氨酸，當(dāng)pH322

49、時(shí)，呈陽(yáng)離子狀態(tài)，可用時(shí)，呈陽(yáng)離子狀態(tài)，可用732強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂選擇性吸附，與發(fā)酵液中妨礙谷氨強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂選擇性吸附，與發(fā)酵液中妨礙谷氨酸結(jié)晶的殘?zhí)羌疤堑木酆衔?、蛋白質(zhì)、色素等非離子性酸結(jié)晶的殘?zhí)羌疤堑木酆衔铩⒌鞍踪|(zhì)、色素等非離子性雜質(zhì)分離，達(dá)到濃縮提純的目的。雜質(zhì)分離，達(dá)到濃縮提純的目的。2 2、有機(jī)酸、有機(jī)酸：可用陽(yáng)樹脂除去有機(jī)酸溶液中的陽(yáng)離子雜質(zhì)，可用陽(yáng)樹脂除去有機(jī)酸溶液中的陽(yáng)離子雜質(zhì)，達(dá)到純化的目的。如檸檬酸，用陽(yáng)樹脂脫除酸液中的金達(dá)到純化的目的。如檸檬酸，用陽(yáng)樹脂脫除酸液中的金屬離子。屬離子。五、離子交換技術(shù)在生物工程的應(yīng)用五、離子交換技術(shù)在生物工程的應(yīng)用3 3、抗生素、抗生素：一些具有酸性基團(tuán)，在中性或弱堿條件下以負(fù)：一些具有酸性基團(tuán)，在中性或弱堿條件下以負(fù)離子的形式存在，可用陰離子樹脂提取分離，如芐基青離子的形式存在，可用陰離子樹脂提取分離，如芐基青霉素；霉素； 氨基糖苷類抗生素，如紅霉素、鏈霉素、卡那霉素，氨基糖苷類抗生素，如紅霉素、鏈霉素、卡那霉素，在中性或弱酸性條件下以陽(yáng)離子形式存在，可用陽(yáng)離子在中性或弱酸性條件下以陽(yáng)離子形式存在，可用陽(yáng)離子樹脂提純。樹脂提純。 還有一些抗生素