第4章離子交換分離法

1、 R R代表樹脂的骨架，與代表樹脂的骨架，與NaNa+ +發(fā)生交換發(fā)生交換交換過程：交換過程：HNaRSONaHRSO33交換過程洗脫或再生離子交換樹脂可簡寫為：離子交換樹脂可簡寫為：R-HR-H2 2、樹脂的性質(zhì)、樹脂的性質(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?。和ǔＳ脴渲谒信蛎浐笸ㄟ^篩的大小表示。大?。和ǔＳ脴渲谒信蛎浐笸ㄟ^篩的大小表示。（2 2）溶脹性）溶脹性離子交換樹脂在水中會(huì)發(fā)生體積的膨脹。離子交換樹脂在水中會(huì)發(fā)生體積的膨脹。（3 3）密度）密度表觀密度：指樹脂在交換柱中的裝填密度。表觀密度：指樹脂在交換柱中的

2、裝填密度。)/VSDamLg（）（樹脂在水中的表觀體積）溶脹后樹脂重量（）表觀密度（)/VSDwmLg（）樹脂所排除水的體積（）溶脹后樹脂重量（）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)度的大小決定樹脂強(qiáng)度交聯(lián)度的大小決定樹脂強(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。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。單位體積濕樹脂或單位重量干樹脂中，所單位體積濕樹脂或單位重量干樹脂中，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

3、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)。 干燥樹脂質(zhì)量交換容量HClNAOHCVCVgmmol4/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各種離子交換樹脂的最高工作溫度各種離子交換樹脂的最高工作溫度 查相關(guān)手冊！查相關(guān)手冊！離子交換樹脂離子交換樹脂據(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

4、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 無機(jī)、有機(jī)陰離子均可交換。無機(jī)、有機(jī)陰離子均可交換。強(qiáng)酸性苯乙烯型陽離子交換樹脂強(qiáng)酸性苯乙烯型陽離子交換樹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、-OH-OH等。等。此類樹脂的交換能力受酸度的影響較大。此類樹脂的交換能力受酸度

5、的影響較大?；撬嵝完栯x子交換樹脂與鈉離子的交換反應(yīng)磺酸型陽離子交換樹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代表樹脂的骨架代表樹脂的骨架，大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹脂大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹脂 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 主要決定于樹脂中螯合基的結(jié)構(gòu)。主要決定于樹脂中螯合基的結(jié)構(gòu)。 分類：分類：螯合樹脂按其含有的官能團(tuán)區(qū)分，大致分為亞螯合樹脂按其含有的官能

6、團(tuán)區(qū)分，大致分為亞氨二乙酸型樹脂，偶氮、偶氮胂、氨二乙酸型樹脂，偶氮、偶氮胂、8-8-羥基喹啉類樹脂、水楊羥基喹啉類樹脂、水楊酸樹脂、葡萄糖型樹脂等。酸樹脂、葡萄糖型樹脂等。選擇性好，可用于陰、陽離子的分離。選擇性好，可用于陰、陽離子的分離。微孔樹脂（凝膠型樹脂）：網(wǎng)孔微孔樹脂（凝膠型樹脂）：網(wǎng)孔2-4 nm，比表面，比表面 一般為一般為2120 m2/g。大孔徑樹脂（大網(wǎng)樹脂）：網(wǎng)孔大孔徑樹脂（大網(wǎng)樹脂）：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。大孔徑樹脂大孔徑樹脂D403D403大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹脂大孔隙鰲合型

7、苯乙烯離子交換樹脂 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脂。對金屬離子的選擇性類同于換樹脂。對金屬離子的選擇性類同于EDTA，并高于強(qiáng)酸性，并高于強(qiáng)酸性或弱酸性陽離子交換樹脂，當(dāng)溶液中共存或弱酸性陽離子交換樹脂，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，這種樹脂適用于電解食價(jià)離子，這種樹脂適用于電解食鹽水中去除鹽水中去除Ca2+、Mg2+，精制食鹽水，還用于廢水處理，回，精制食鹽水

8、，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脂大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹脂 D113D113大孔弱酸性丙烯酸型陽離子交換樹脂大孔弱酸性丙烯酸型陽離子交換樹脂 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脂，其顆粒粒徑為屬于大孔徑離子交換樹脂，其顆粒粒徑為0.31.25 mm，相對密度為相對密度為1.151.20，樹脂含固量為，樹脂含固量為35%60 %，含水，含水量為量為40%

9、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，無毒，可燃。耐酸堿，無毒，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，在過氧化苯甲酰質(zhì)，如羥乙基纖維素、明膠為分散劑，在過氧化苯甲酰為引發(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，

10、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弱酸性陽離子樹脂與弱酸性陽離子樹脂與0017強(qiáng)酸性陽離子樹強(qiáng)酸性陽離子樹脂配套使用。脂配套使用。 (2)用用D113弱酸性陽離子樹脂與弱酸性陽離子樹脂與0017強(qiáng)酸性陽離子樹強(qiáng)酸性陽離子樹脂、脂、2017強(qiáng)堿性陰樹脂聯(lián)合使用。強(qiáng)堿性陰樹脂聯(lián)合使用。 D201D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹脂大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹脂 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：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脂。其顆粒粒徑為大孔

11、徑離子交換樹脂。其顆粒粒徑為0.30.31.25mm1.25mm。相對密。相對密度為度為1.01.01.11.1，樹脂含固量為，樹脂含固量為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。適用于以下使用。適用于pHpH為為0 01414范圍的溶液中，可交換一般無機(jī)酸根陰離子，也范圍的溶液中，可交換一般無機(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，無毒，可燃?？山粨Q弱酸根陰離子?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒，可燃。b.b.制備方法制備方法：在苯乙烯、二乙烯苯的混合物中加入一種：在苯乙烯、二乙烯苯的混合物中

12、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)劑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)行氯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)堿性樹脂。大孔強(qiáng)堿性樹脂。c.c.產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)用：(1)D201(1)D201大孔強(qiáng)堿性陰離子樹脂與大孔強(qiáng)堿性陰離子樹脂與0010017 7強(qiáng)酸性陽離子強(qiáng)酸性陽離子樹脂樹脂( (或或D00

13、1)D001)強(qiáng)酸性陽離子樹脂強(qiáng)酸性陽離子樹脂) )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脂與強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹脂與0010017MB7MB陽陽離子樹脂配套組成混床，用于對水進(jìn)行深度化學(xué)除鹽。離子樹脂配套組成混床，用于對水進(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 陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂315 大孔型丙烯酸弱堿性陰離子交換樹脂大孔型丙烯酸弱堿性陰離子交換樹脂 聚苯乙烯型磺酸基聚苯乙烯型磺酸基Na型陽離子交換樹脂，樹脂型陽離子交換樹脂，樹脂的骨架為聚苯乙烯聚合的長碳鏈由二乙烯苯交聯(lián)的骨

14、架為聚苯乙烯聚合的長碳鏈由二乙烯苯交聯(lián)起來的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，活性基團(tuán)是起來的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，活性基團(tuán)是 磺酸基陽離子（磺酸基陽離子（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： 離子在離子交換樹脂上的交換能力稱為離子交離子在離子交換樹脂上的交換能力稱為離子交換樹脂對離子的親和力。換樹脂對離子的親和力。 是離子交換分離某些元素的

15、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。 v螯合樹脂對離子的親和力決定于樹脂上螯合螯合樹脂對離子的親和力決定于樹脂上螯合基團(tuán)的性質(zhì)?；鶊F(tuán)的性質(zhì)。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

16、，如果在交換柱上交換，隨著溶液下移，這種交換不斷進(jìn)行，直到溶液中的陽離子全部這種交換不斷進(jìn)行，直到溶液中的陽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)，則洗提液將樹脂上己吸附的陽適的洗提液時(shí)，則洗提液將樹脂上己吸附的陽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脂相接觸時(shí)，又當(dāng)這部分溶液與下層樹脂相接觸時(shí)，又會(huì)與樹脂發(fā)生交換溶液中吸附能力強(qiáng)的陽離子會(huì)與樹脂發(fā)生交換溶液中吸附能力強(qiáng)的陽離子把樹脂上吸附能力弱的陽離子交換出來。如此反把樹脂上吸附能力弱的陽離子交換出來。如此反復(fù)進(jìn)行，于是陽離子的移動(dòng)速度有了差別，吸附復(fù)進(jìn)行，

17、于是陽離子的移動(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)。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+在樹脂相中濃度在樹脂相中濃度 （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值的大小表示樹值的大小表示樹脂對脂對Mn+的吸附能力的強(qiáng)弱

18、，即樹脂對離子親和的吸附能力的強(qiáng)弱，即樹脂對離子親和力的大小。力的大小。 1MnHK1MnHK1MnHK : 表示樹脂對表示樹脂對Mn+的親和力大于樹脂對的親和力大于樹脂對H+的的親和力；即親和力；即Mn+比較牢固的結(jié)合在樹脂上。比較牢固的結(jié)合在樹脂上。 : 表示樹脂對表示樹脂對Mn+的親和力小于樹脂對的親和力小于樹脂對H+的的親和力；即親和力；即H+比較牢固的結(jié)合在樹脂上。比較牢固的結(jié)合在樹脂上。:樹脂對樹脂對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，

19、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，從而使各種離子彼此分離。的離子先洗脫下來，從而使各種離子彼此分離。MnHK金屬離子金屬離子Mn+對離子交換樹脂的對離子交換樹脂的選擇系數(shù)。選擇系數(shù)。表示同一種離子交換樹脂對不同離子的吸表示同一種離子交換樹脂對不同離子的吸附選擇性，不同類型樹脂的附選擇性，不同類型樹脂的K值不同。值不同。也可用來表示兩種離子對樹脂親和力的差也可用來表示兩種離子對樹脂親和力的差別別（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

20、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，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）樹脂與粒子間的輔助力：）樹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

21、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：已知某陽離子交換樹脂的選擇系數(shù)：已知某陽離子交換樹脂的選擇系數(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+rssrCsLiLiNaLiNaKR-Na+Cs+=R-Cs+Na+64. 198. 125. 3NaLiCsLirssrrssrrssrCsNaKKLiLiNaNaLiLiCsCsNaCsNaCsKrssrCsLiLiCsLiCsKrssrCsLiLiNaLi

22、NaK例題：已知某例題：已知某LiLi型樹脂，其型樹脂，其 求求 ？srMMMD 某離子某離子Mn+和樹脂進(jìn)行交換反應(yīng)達(dá)到平衡后，和樹脂進(jìn)行交換反應(yīng)達(dá)到平衡后，Mn+離子在樹脂相濃度和液相中濃度之比值。離子在樹脂相濃度和液相中濃度之比值。Mr 平衡時(shí)，樹脂相中平衡時(shí)，樹脂相中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+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若溶液中無其它副反應(yīng)：若溶液中無其它副反應(yīng)：srMHsrMHHKMMD若若M+是痕量離子，是痕量離子，H+r為

23、常數(shù)為常數(shù)sMHKDsMHKDlglglgsMHKDlg2lglg2二價(jià)二價(jià)sMHDlglg例例2：2克克H型樹脂與型樹脂與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，樹脂交換容量為脂交換容量為5mmol/g)。解：交換反應(yīng)：解：交換反應(yīng)：2R-H + Ca2+ = R2-Ca + 2H+Ca2+進(jìn)入樹脂相最大量：進(jìn)入樹脂相最大量：0.001 100=0.1mmol平衡時(shí)：平衡時(shí)：gmmolHr/9 . 4221 . 025mi

24、nmLmmolHs/102. 01002 . 01001 . 0max22222rssrCaHHCaHCaK7400102. 09 . 42 . 3222222minsrCaHsrHHKCaCaD交換反應(yīng)：交換反應(yīng)：2R-H + Ca2+ = R2-Ca + 2H()()(22mLCagCasCarCasr溶液體積樹脂重量（溶液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：溶液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：%67. 011481)()()(sCarCasCa被樹脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：被樹脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：%33.991148148ABrssrBABAKBABADDS/SA/B 1，表示樹脂對兩種離子的吸附能力相

25、同，兩者難以，表示樹脂對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，則表示樹脂對兩種離子的吸附能力有差別；，則表示樹脂對兩種離子的吸附能力有差別； 偏離越大，則兩者越易分離。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衡量兩元素分離的可衡量兩元素分離的可能性。能性。nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+（1）外擴(kuò)散：溶液中的離子擴(kuò)散到樹脂表面；外擴(kuò)散：溶液中的離子擴(kuò)散到樹脂表面；（2）內(nèi)擴(kuò)散：待交換離子在樹脂相內(nèi)部擴(kuò)散；內(nèi)擴(kuò)散：待交換離子在樹脂相內(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

26、達(dá)樹脂的表面；交換下的離子，經(jīng)內(nèi)擴(kuò)散，到達(dá)樹脂的表面；（5）被交換下的離子，穿過膜，擴(kuò)散到溶液中。被交換下的離子，穿過膜，擴(kuò)散到溶液中。稀的外部溶液（稀的外部溶液（0.01mol/L)：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

27、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：陽離子每增加一個(gè)電荷，離子半徑與電荷：陽離子每增加一個(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；樹脂顆粒越小，內(nèi)擴(kuò)散速度越快。樹脂顆粒越小，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

28、容量的增加而降 低。低。交換基性質(zhì)交換基性質(zhì)弱酸、弱堿型樹脂，性質(zhì)對內(nèi)擴(kuò)散速度影響較大，弱酸、弱堿型樹脂，性質(zhì)對內(nèi)擴(kuò)散速度影響較大，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿型樹脂，性質(zhì)對內(nèi)擴(kuò)散速度影響不大，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿型樹脂，性質(zhì)對內(nèi)擴(kuò)散速度影響不大，1、樹脂型號的選擇、樹脂型號的選擇（1）某種陽離子與共存陰離子的分離某種陽離子與共存陰離子的分離 選擇強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂；選擇強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂；（2）某種陽離子與共存陽離子的分離某種陽離子與共存陽離子的分離 可選用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂；可選用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂； 可選擇陰離子交換樹脂。可選擇陰離子交換樹脂。（3）某種陰離子與共存陽離子的分離可選用強(qiáng)某種陰離子與共存陽離子

29、的分離可選用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。酸性陽離子交換樹脂。一般應(yīng)用較多：一般應(yīng)用較多： 聚苯乙烯型的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和強(qiáng)聚苯乙烯型的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。堿性陰離子交換樹脂。2、樹脂粒度的選擇、樹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、樹脂交聯(lián)度、樹脂交聯(lián)度 陽離子交換樹脂的交聯(lián)度為陽離子交換樹脂的交聯(lián)度為8%， 陰離子交換樹脂的交聯(lián)度為陰離子交換樹脂的交聯(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或交換柱比較容易裝勻。小型較大型

30、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，樹定高度的水面，樹脂要與水混合傾入，借助水的浮力使樹脂自然沉積，操作脂要與水混合傾入，借助水的浮力使樹脂自然沉積，操作盡可能均勻連續(xù)。盡可能均勻連續(xù)。 經(jīng)過處理的樹脂一般用濕法裝柱，即先將水裝至一定經(jīng)過處理的樹脂一般用濕法裝柱，即先將水裝至一定高度，然后加入懸浮在水中的樹脂，讓其自行沉降以形成高度，然后加入懸浮在水中的樹脂，讓其自行沉降以形成樹脂床，防止樹脂床中夾有氣泡。柱中液面必須保持在樹

31、樹脂床，防止樹脂床中夾有氣泡。柱中液面必須保持在樹脂床之上。有時(shí)在樹脂床上面鋪上一層玻璃纖維。脂床之上。有時(shí)在樹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：結(jié)論：樹脂顆粒小一些，流速慢一

32、些，溫度高一樹脂顆粒小一些，流速慢一些，溫度高一 些，交換柱細(xì)長一些。些，交換柱細(xì)長一些。常用的離子交換法：常用的離子交換法：樹脂顆粒可選擇目樹脂顆?？蛇x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：樹脂顆粒要細(xì)一些，洗脫劑濃度要適樹脂顆粒要細(xì)一些，洗脫劑濃度要適 當(dāng)濃一些，流速慢一些。當(dāng)濃一些，流速慢一

33、些。（四）樹脂再生（四）樹脂再生使用過的樹脂恢復(fù)到原狀的過程稱為使用過的樹脂恢復(fù)到原狀的過程稱為樹脂的再生樹脂的再生 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)酸性陽離子交換樹脂，使其恢復(fù)到陽離子交換樹脂，使其恢復(fù)到H型、再生后的樹型、再生后的樹脂經(jīng)洗滌后即可使用。脂經(jīng)洗滌后即可使用。 同樣，交換使用過的陰離子樹脂以適當(dāng)濃度的同樣，交換使用過的陰離子樹脂以適當(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。其交換與再生過程可表示為：生過程可表示為： 樹脂使用過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象，其原因樹脂使用過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象，其原因是被某

34、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。樹脂中毒后，需在一定階段滌方法不能使其復(fù)原。樹脂中毒后，需在一定階段予以處理，以恢復(fù)交換能力。中毒樹脂的再生處理予以處理，以恢復(fù)交換能力。中毒樹脂的再生處理有時(shí)稱為復(fù)活。有時(shí)稱為復(fù)活。避免樹脂污染所采取的措施：避免樹脂污染所采取的措施：1、采用大孔結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂代替普通凝、采用大孔結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂代替普通凝 膠樹脂。膠樹脂。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)大孔吸附樹脂或活性炭柱。個(gè)大孔吸附樹脂或活性炭柱。清除樹脂內(nèi)污染物所采取的措施：清除

35、樹脂內(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)物污染的樹脂可以采用熱堿液或含、已受有機(jī)物污染的樹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)重的樹脂可以采用次氯酸鈉、受有機(jī)物污染嚴(yán)重的樹脂可以采用次氯酸鈉 溶液處理。溶液處理。 大量的離子交換樹脂被用于水的凈化處理，據(jù)大量的離子交換樹脂被用于水的凈化處理，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約統(tǒng)計(jì)，約70的離子交換樹脂用于此目的。目前，的離子交換樹脂用于此目的。目前，雖也有其它的水處理的方法，但離子交換

36、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便有效的方法。種簡便有效的方法。 就是將就是將RH樹脂和樹脂和ROH樹脂分別樹脂分別(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樹脂除掉水中的金屬離子，用樹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)備分類有陽床、陰床、混床，在水處理應(yīng)用中，組成滿足各備分類有陽床、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)要求從簡單的除鹽水到十分

37、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)常遇到的問題。最普通的是鍋爐用水的軟化。天然水中到的問題。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，還有一些無機(jī)鹽、細(xì)菌，還有一些無機(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+等陽離子等陽離子也含有也含有HCO3-,SO42-，Cl-等陰離子，而且它們形成等陰離子，而且它們形成的的CaSO4，CaCO3等將形成鍋垢給鍋爐的運(yùn)行帶等將形成鍋垢給鍋爐的運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響因而這些離子必須從水中事先除去。來嚴(yán)重影響因而這些離子必須從水中事先除去。此外隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對水質(zhì)的要求不斷