放射化學分離方法

1、關于放射化學分離方法第一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 已發(fā)現了112種元素，2800余種核素，271種是穩(wěn)定的，其余的都是放射性的。 放射性核素通常與其母體、其它子體以及其它放射性核素共存，要得到某種放射性核素就必須進行一些分離。 常用的分離方法有：沉淀法、溶劑萃取法、色譜法等。第二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1 放射化學分離中涉及的若干概念1.1放射性 某些核素自發(fā)放出粒子或射線，或在軌道電子俘獲后放出射線，或發(fā)生自發(fā)裂變的性質。1.2 放射性元素 具有放射性的化學元素。第三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.3 放射性核素 某種元素中發(fā)生放射性衰變的核

2、素。放射性核素按其來源有天然放射性核素和人工核素之分。1.4載體 載體是以適當的數量載帶某種微量物質共同參與某化學或物理過程的另一種物質。 載體與被載帶物具有相同的化學行為，最終能與放射性物質一起被分離出來。第四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月載體有兩類：同位素載體、非同位素載體。 分離226Ra加入Ba，127I對131I，1H對3H等。穩(wěn)定同位素的可溶性鹽類作載體 89Sr、90Sr用SrCl2；137Cs用CsCl沒有穩(wěn)定同位素的放射性核素，應用化學性質相似的穩(wěn)定元素的鹽類作載體。 147PmNd(NO3)3；99TcNH4ReO4載體溶液的濃度一般10mg元素/ml，加入10

3、20mg。第五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.5 反載體 為了減少分離過程對雜質核素的載帶，在加入被分離核素和載體之外，還必須加入這些雜質核素的穩(wěn)定同位素或化學類似物，以減少它們對被分離核素和器皿的污染，即起反載帶作用，這類穩(wěn)定同們素或化學類似物就稱為反載體或抑制體。 用MnO2從95Zr-95Nb體系中吸附95Nb時，加入穩(wěn)定的Zr。第六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.6 放射性核素純度 放射性核素純度也稱放射性純度，指在含有某種特定放射性核素的物質中，該核素的放射性活度對物質中總放射性活度的比值。（該物質中可能有多種放射性核素，放射性核素純度只與其中放射性雜質的

4、量有關，而與非放射性雜質的量無關）。第七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.7 放射化學純度 簡稱放化純度，指在一種放射性樣品中，以某種特定的化學形態(tài)存在的放射性核素占總的該放射性核素的百分數（該物質中可能有多種放射性核素，只針對某一種放射性核素而言）。第八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.8 比活度 單位質量的某種放射性物質的放射性活度。 S=A/(mA+m)對于無載體的純放射性核素， S0=K/MTS0該放射性核素的一個特征常數，比活度的單位為Bq/g。 k值：S/60min/60h/24d/365a第九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 例：某單位有一個22

5、6Ra放射源，該源的放射性物質為Ba(226Ra)CO3，其活度為3700Bq，質量為1.0g。問該源的放射性核素質量為多少？穩(wěn)定物質的質量為多少？ 226Ra的質量為：1.010-7g， 穩(wěn)定物質質量為：1.0-1.010-7=1.0g。第十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例：計算1g下列放射性核素的 ：226Ra、210Po、238U、222Rn、 220Rn、 219Rn。單位（Bq/g）238U：T1/2=4.468109a226Ra：T1/2=1602a220Rn：T1/2=55.6s222Rn：T1/2=3.82d第十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，

6、PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.9放射性濃度 放射性濃度C是指單位體積某放射性活度。 C=A/V 單位為Bq/ml 或Bq/L。 例題：配1000ml濃度為10Bq/ml標準鈾溶液，需分析純U3O8多少克? (已知：238U、 235U、 234U的豐度分別為：99.275%，0.720%，0.0054%；比活度S0分別為：12.4Bq/mg，79.4Bq/mg，2.3105Bq/mg；U的平均勻原子量為237.98，O的平均勻原子量為16)第十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1、根據平均原子量及豐度計算U的量；2、如以g為

7、單位，則要注意與Bq/mg對應。解：設需要m gU3O8第十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 氚單位TU：表示每1018個氫原子中有一個氚原子。某環(huán)境水樣，經分析其濃度為5 TU/L，用Bq/L表示為多少？第十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 解：1L水樣重為1000g，水樣中的3H活度為：第十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月其它常用的濃度單位一般溶液的濃度 重量百分比濃度：100克溶液中所含溶質的克數（W/W）。重量體積百分比：100ml溶液中所含溶質的克數（W/V）。 體積百分濃度：100ml溶液中所含原裝液體試劑的毫升數。第十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)

8、作于2022年6月標準溶液的濃度 當量濃度（N）：表示1升溶液中所含溶質的克當量數。 摩爾濃度（M）：表示1升溶液中所含溶質的摩爾數。第十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月滴定度（T）： 表示1ml標準溶液相當于待測物質的毫克數。 鈾的容量法分析中， 標準釩酸銨溶液對鈾的滴定度(mgml-1 )。第二十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.10 分配系數 D 某一物質M在不相溶的兩相中達到分配平衡即在兩相中的濃度不再變化時，它分別在兩相中的表觀濃度之比。如131I在水和CCl4中的分配。 第二十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.11 分離系數 是指物料中兩種物質

9、經過某一分離過程后分別在不相溶的兩相中相對含量之比,它表示兩物質經過分離操作之后所達到的相互分離的程度。 第二十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月與D之間的關系可表示為： 越大于1或越少于1，兩種物質越容易分離，若等于1，則兩種物質無法分離。第二十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 如： 在Purex流程中，加入TBP-煤油，將 、 萃取放有機相中，使U、Pu與其它雜質分離；加入U()將Pu()還原成Pu()，钚反萃入水中，使鈾、钚分離。第二十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.12 化學回收率Y 放射性核素的化學回收率可通過測量其活度來計算： 第二十五張，PP

10、T共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 分離效率可以通過加入載體或者加入放射性示蹤劑的方法來測定。 當載體的化學狀態(tài)與被分離的放射性核素的化學狀態(tài)完全相同時，化學收率可用載體的化學收率來表示。第二十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例： 1、從鈾礦石中分離提取227Ac，235U活度為1000Bq，分離得到的227Ac經測定，其活度為754Bq，求其化學收率？ 2、從鈾礦石中分離提取227Ac，已知礦石重為100g，礦石鈾品位為1.5%， 235U的豐度為7.2、T1/2為7.038108a，如果化學收率為55.5%，求能得到多少Bq 227Ac？阿佛加德羅常數為6.021023。第二十

11、七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1.13 凈化系數DF 凈化系數又稱去污系數或去污因子，它是衡量分離過程對某種放射性雜質去除程度的一種指標。當欲分離核素在分離過程中的化學回收率接100%，第二十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月凈化系數用放射性活度來計算可表示為： 對各種干擾測定的入放射性雜質的去污系數愈高，則測定的欲分離核素放射性活度愈可靠。一般要求DF高于103以上。第二十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例 在Purex流程中，已知初始鈾活度為5.5Ci，钚的活度為4.2106Bq，鈾中去钚后，鈾活度為5.487Ci，钚的活度為1.2103Bq，求去污系數

12、？第三十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2 分離方法2.1 共沉淀法 此法是放射化學分離中應用最早的一種分離方法，它有一定的優(yōu)點 ，同時也有一定的缺點?，F在此法還經常使用。（1）基本原理 共沉淀法是利用微量物質隨常量物質一起生成沉淀現象來進行分離、濃集和純化微量物質的一種方法。早期研究共沉淀規(guī)律的有哈恩、赫洛賓等，其中亨德森和克雷克西提出了一個公式。第三十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月式中： x0、x微量組分在體系和晶體中的量； y 0、y常量組分在體系和晶體中的量； D結晶系數。 影響共沉淀的因素有：溫度、液相組成、固相組成及溶劑等。第三十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作

13、于2022年6月共沉淀有以下兩種：1）無機共沉淀法： 共結晶共沉淀法和吸附共沉淀法。2）有機共沉淀法： 難溶的離子締合物、難溶的金屬螯合物、有機膠體的吸附作用而生成的共沉淀。第三十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）共沉淀法的分離技術與條件選擇1）載體的選擇和沉淀劑的選擇 載體選擇：盡量選用同位素載體，也可選用非同位素載體。 為了減少分離過程中放射性雜質對欲分離核素的污染，必須加入反載體。一般情況下，載體量在520mg，反載體量10mg為宜。第三十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月沉淀劑的選擇： 沉淀劑與載體生成的共沉淀化合物溶解度要??； 對雜質的載帶少，去污系數高；

14、沉淀性能好，易于固液分離； 有利于分離操作和制源測量。第三十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月溶度積常數KSP：第三十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）載體和被載帶核素化學狀態(tài)的調節(jié) 在共沉淀法中為了充分載帶欲分離核素，必須使溶液中的載體與欲分離核處于相同的化學狀態(tài)。 為了消除載體和欲分離核素之間因同位素交換的不完全而導致共沉淀的不完全，可采用以下兩種方法： 一是向溶液中加入欲分離核素可能存在的所有價態(tài)的同位素載體，然后通過氧化還原反應，使載體與欲分離核素的價態(tài)趨于一致； 二是只加入一種價態(tài)的同位素載體，然后通過氧化還原

15、反應，使載體與欲分離核素的價態(tài)趨于一致。第三十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3）共沉淀產物純度的提高提高方法有： 加反載體或絡合劑； 控制溶液的酸度； 采用均相沉淀法； 改變氧化價態(tài)； 選擇適當的沉淀條件； 進行多次沉淀； 洗滌沉淀。第三十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）共沉淀法的應用 主要用于環(huán)境和生物樣品的放射化學分析中； 凈化放射性廢水和沾污的飲水中的應用。第四十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 溶劑萃取法（1）概述 溶劑萃取法又叫液-液萃取法，有其優(yōu)缺點，是放射性核素分離的常用的方法之一。

16、 優(yōu)點：方法簡便，分離速度快，適用于短壽命放射性核素的分離； 選擇性好，回收率高，可用于制備無載體的源； 設備簡單，操作方便，易于自動化； 可供選擇的萃取劑多等。 缺點：有機物的毒性、易揮發(fā)性及易燃性等。第四十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月萃取法涉及到的一些概念：1）萃取劑和稀釋劑 通常把有機相中能將處于水相中的欲萃取物質轉移到有機相的有機試劑叫做萃取劑。 這了改善萃取劑的某些物理性能而加入的有機溶劑叫稀釋劑。第四十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2)反萃取劑 能使被萃取物質從有機相返回到水相溶液的試劑。 如在鈾浸出液-30%TBP(TBP+煤油)萃取鈾，有機相用水清

17、洗，洗出鈾。TBP為萃取劑、煤油為稀釋劑、水為反萃取劑 第四十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3）萃取率E 經萃取而進入有機相的欲萃取物的量占其在兩相中總量的百分數。萃取率E與分配系數D萃的關系： R為相比，其值為有機相與水相的體積之比，即V有/V水。第四十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月E與D的關系：當R=1時，第四十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）萃取機理和萃取劑的種類1）萃取機理 是指萃取過程中萃取劑與欲萃取物間相互作用的機制以及萃取過程的規(guī)律。萃取過程的本質有的是根據物質在兩相中溶解度的不同進行分離的物理分配過程，但大多數則是將萃取物由親水性轉

18、為疏水性可萃取物的化學分配過程。 如用TBP萃取U()，親水的 疏水的 第四十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）萃取劑的種類第四十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 a 惰性萃取劑（CCl4 、CHCl3、 C6H14等），萃取劑與萃取物不發(fā)生化學反應，欲萃取物在兩相之間按溶解度大小進行分配； b 中性含氧萃取劑（酮類、醚類、醇類等）具有一定極性的含氧有機化合物，在酸的作用下萃取劑先與水生成烊離子，再與欲萃取物發(fā)生離子締合反應，也稱鹽萃??；第四十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 中性含氧萃取劑形成烊鹽的能力與其所含氧原子的配位能力有關，大致有如下的關系： 醚

19、醇酸酯酮醛。第五十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 c 中性磷類萃取劑，這類萃取劑是指磷酸分子(HO)3PO中的三個羥基全被烷基酯化或取代所生成的化合物。這類萃取劑的萃取能力取決于P=O鍵的極性；第五十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月反應式： 這類萃取劑的萃取能力取決于P=O鍵的極性，其大小順序： 第五十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 d 酸性磷類萃取劑，這類萃取劑是指磷酸分子（HO)3PO中的一個或二個羥基被烷基酯化或取代所生成的化合物；第五十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 e 胺類萃取劑，指氨分子NH3中三氫原子部分或全部為烷基取代后生成的

20、伯、仲、叔胺以及季銨鹽。第五十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 f 能與水相中的金屬陽離子結合成疏水的電中性環(huán)狀螯合物而被萃?。?這類萃取劑在萃取過程中生成具有螯合環(huán)的萃合物，即：螯合物。 在螯合萃取劑中至少要有兩個參加反應的官能團，其中一個為-OH或-SH基團，另一個為具有給電子性質的堿性官能團。金屬置換-OH或-SH基團上的氫，并與堿性官能團配位，形成穩(wěn)定的五元或六元環(huán)（從鍵角考慮，五元或六元環(huán)最穩(wěn)定）。 第五十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了滿足萃取劑親有機相的基本要求，還必須在萃取劑分子中引入適當的取代基，并且在萃取劑分子中不應有親水性基團。 第五十六張，

21、PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 g 協同萃取劑，當萃取劑中含有兩種或兩種以上的萃取劑，使被萃取物的分配系數顯著大于每一種萃取劑在相同條件下單獨使用時的分配系數之和；TTA-TBP協同萃取水中的U() h 冠狀化合物類萃取劑，主要包括冠醚和穴醚。冠醚是由三個以上-CH2-O-CH2-單元組成的單環(huán)聚醚；穴醚是在醚環(huán)上有兩個氧原子被氮原子取代并聯結起來的二環(huán)聚醚。第五十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1）萃取劑和稀釋劑的選擇 根據被萃取的對象選擇萃取劑。稀釋劑的作用主要是改善萃取劑的物理化學性能，以利于萃取。對萃取劑的要求： 對欲萃取物的分配系數大，萃取容量大，選擇性好，易于反

22、萃取； 萃取反應速度快； 粘度小，與水的比重差別大，相分離和流動性能好，不易形成第三相或發(fā)生乳化；第五十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 具有較高的化學穩(wěn)定性和輻照穩(wěn)定性； 與水溶液的互溶性小； 毒性低，沸點高，揮發(fā)性??； 價格低廉，易于回收。第五十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2） 水相的選擇 水相組成的選擇主要有以下方面： 酸度和酸類，在保證萃取率足夠高和不發(fā)生水解反應的前提下，應盡可能在較低酸度下進行萃取，水相中的酸類也會影響萃取劑的能力，在放射化學分離中，常用的是硝酸和鹽酸體系；pH2，U。 掩蔽劑，對干擾物質進行掩蔽，使之不進入有機相中，從而提高萃取物的純度

23、；EDTA等。第六十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 鹽析劑，在萃取體中，如果加入一種易溶于水相的鹽類，它既不被萃取，又不與欲萃取物發(fā)生反應，但可提高欲萃取物的萃取率，這種鹽稱為鹽析劑。它能提高被萃取物的萃取率，是由于它具有水合作用和同離子效應；如萃取 ，用 。 欲萃取物的價態(tài)，欲萃取物的價態(tài)不同，其分配系數也就不同，因此，可借助于控制水相中各種物質的不同價態(tài)來實現分離。U()， U()。第六十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3）萃取次數與相比的選擇 進行一次萃取 萃取率E1為： E1=1-1/(D萃R+1)100%殘留欲萃取物的百分數r1為： r1=1- E1=1/(D

24、萃R1)100%進行x次萃取萃取率Ex,總為： Ex,總=1-1/(D萃R+1)x100%殘留欲萃取物的百分數rx為： rx= 1/(D萃R1)x100%第六十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例題： 用10ml CCl4萃取天然水中的微量131I，天然水的體積為10ml，已知131I的D值為85，通過計算比較一次用10ml CCl4進行萃取與10ml CCl4分成兩次，每一次5ml 進行萃取，其萃取率是否一樣?第六十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月解：E1=(1-1/(85+1) 100%=98.84；E2總=99.95%E2總 E1第六十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于

25、2022年6月4)洗滌液和洗滌次數的選擇 洗滌液條件的選擇原則是雜質的分配系數要小，欲萃取物的分配系數要大。洗滌次數的選擇必須兼顧凈化效果和回收率。5) 反萃取劑的選擇、萃取設備的選擇（4）溶劑萃取法的應用 用于核燃料生產、放射性核素分離、環(huán)境和生物樣品的放射化學分析等方面。第六十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 色譜法（1）概述 色譜法又叫色層法或層析法，色譜法是利用混合物中各組分在固定相和流動相中親和力的差異使各組分在兩相之間分配不同來實現彼此分離的。 所有色譜系統(tǒng)都包括兩個相，即固定相和流動相。第六十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月譜分類： 按流動相物態(tài)的不

26、同，可分為氣相、液相色譜； 按分離過程機理的不同可分為吸附色譜法、離子交換色譜法、萃取色譜法和凝膠色譜； 按固定相使用方式的不同，可分為柱色譜法、紙色譜法和薄層色譜法； 按動力學過程的不同可分為前沿法、淋洗法和頂替色譜法。第六十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）柱色法1）吸附柱色譜法 可分為：液-固和氣-固兩種。 基本原理：吸附柱色譜法是利用溶液在通過裝有吸附劑的柱子時，各組分因吸附能力的不同，在吸附劑上滯留程度不同，從而實現各組分的分離。 用于做吸附劑的有硅膠、氧化鋁、活性炭和分子篩（沸石，具有網狀晶體結構的硅酸鋁鹽）等，它們在使用前要經過預處理。 第六十八張，PPT共九十八

27、頁，創(chuàng)作于2022年6月 預處理：水浸泡一定濃度的酸浸泡水清洗一定濃度的堿浸泡水清洗等。 裝柱：分干法和濕法兩種。 分離操作：在進行分離操作過程時，流速控制在1ml/min左右。第六十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2）離子交換柱色譜法 基本原理：是利用固體物質中的可交換離子與溶液中的不同離子之間能發(fā)生交換反應來進行分離的一種方法。 具有這種交換能力的固體稱為離子交換劑。這種交換反應為離子交換反應。第七十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 從陽離子Mn+與氫型陽離子交換樹脂RH之間可發(fā)生下列反應： 平衡常數K可近似表示：第七

28、十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月這里, 、 表示Mn+在離子交換劑和溶液中的平衡濃度； 、 表示H+在離子交換劑和溶液中的平衡濃度。 稱為選擇系數，以稱為濃度平衡常數，它表示在一定條件下，離子交換劑對Mn+、 H+的選擇能力的大小。第七十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 影響離子交換親和力的因素很多，主要是離子的電荷數Z和離子的水化離子半徑r水。電荷數越大，水化離子半徑越小，則親和力越大?；静僮鳎?離子交換劑的選擇和預處理； 裝柱與轉型，陽離子可轉成H+、NH4+、Na+和Ca2+等，陰離子可轉成OH-、NO3-、Cl-和SO42-； 分離操作：有吸附、洗滌、淋洗及

29、樹脂再生等。第七十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月完成一個離子交換過程需要經過五個步驟： （1）外部溶液中的可交換離子穿過樹脂顆粒表面的液膜，到達樹脂表面，這個過程稱為：膜擴散。 （2）可交換離子在樹脂顆粒內部擴散，到達樹脂交換基團附近的交換位置，這個過程稱為：內擴散。 （3）可交換離子與樹脂交換基團的反離子發(fā)生離子交換反應，可交換離子與樹脂官能團結合，反離子則脫離樹脂官能團。 第七十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （4）反離子在樹脂顆粒內部擴散，到達樹脂表面，這也是內擴散過程。 （5）反離子穿過樹脂顆粒表面的液膜，進

30、入外部溶液，這也是膜擴散過程。 第七十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂 交聯度：是指樹脂中所含交聯劑的質量百分數。 交聯劑：指能將有機分子單體連接起來的，形成離子交換樹脂聚合物的物質。第七十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月對離子交換樹脂的基本要求是： （1）離子交換樹脂必須不溶于水，也不會因為被水溶劑化而分解。 （2）離子交換樹脂的高聚物骨架上應有足夠數量的交換基團。在樹脂被水溶劑化的條件下，交換基團能電離，生成能自由移動的反離子。 （3）在溶劑化的條件下，樹脂內部應當有足夠的空間，反離子與外部溶液中相同電荷的離子可以不受阻礙地自由擴散，進行交換。 第七十九

31、張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 （4）離子交換樹脂必須具有化學穩(wěn)定性。離子交換樹脂應當不溶于無機酸、堿、鹽的水溶液，也不溶于各種有機溶劑。 （5）離子交換樹脂必須具有物理穩(wěn)定性。離子交換樹脂應當有足夠的機械強度和使用壽命，能夠耐熱和耐輻照。第八十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂的結構 目前，廣泛使用的離子交換樹脂絕大多數都是以聚合的苯乙烯或丙烯酸及其衍生物為基體的，為了保證離子交換樹脂既不溶于無機酸、堿、鹽的水溶液，也不溶于各種有機溶劑，并且在加熱時不熔，在合成樹脂時必須加入一定量的起交聯作用的交聯劑，例如：二乙烯苯，生成苯乙烯-二乙烯苯共聚體或丙烯酸及其衍生

32、物-二乙烯苯共聚體，形成立體交聯結構的樹脂骨架。 第八十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月通過化學反應，在樹脂的共聚體骨架上引入交換基團以后，就成為離子交換樹脂。 交聯劑加入量越多，立體交叉網絡的交聯程度越大，網絡交織得越緊密。 離子交換樹脂的溶脹： 由于離子交換樹脂是由親油性的大分子骨架和親水性的交換基團組成的，干燥的離子交換樹脂接觸水或有機溶劑時，在樹脂結構的不同部分會分別發(fā)生溶劑化作用，都會引起樹脂體積的膨脹（溶脹）。 第八十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂的分類 離子交換樹脂按照官能團的電荷性質分為：陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂的官能

33、團帶負電荷，反離子為帶正電荷的氫離子或金屬陽離子，可以與外部溶液中的陽離子進行交換反應；陰離子交換樹脂的官能團帶正電荷，反離子為帶負電荷的陰 離子（氫氧根離子或其它酸根離子），可以與外部溶液中的陰離子進行交換反應。 離子交換樹脂按照樹脂交換基團在水中的電離常數分為：強酸性、弱酸性、強堿性和弱堿性。第八十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月離子交換樹脂的交換容量 離子交換樹脂的交換容量是樹脂最重要的性能指標。由于樹脂的交換容量與離子交換反應條件有關，因此有幾種不同的交換容量概念。 （1）理論交換容量（又稱“總交換容量” ） 理論交換容量是指單位量（質量或體積）的Cl 型或H+ 型離子交換

34、樹脂中能進行離子交換反應的交換基團的總數（mmol），它實際是樹脂交換容量的理論值或最大值。 第八十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 樹脂的單位量用1 g表示，則稱為：質量理論交換容量。 樹脂的單位量用1 mL表示，則稱為：體積理論交換容量。 （2）工作交換容量 工作交換容量是指在一定的工作條件下，離子交換樹脂對離子的交換吸附能力。工作交換容量又可以分為：穿透交換容量、飽和交換容量和再生交換容量。第八十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 穿透交換容量是指：在柱式操作中，被吸附離子在流出液中的濃度達到規(guī)定的穿透濃度時，樹脂所達到的交換容量。穿透交換容量不僅與具體的操作條件和離子交換反應速度有關，而且與穿透濃度的規(guī)定值有關。 飽和交換容量是指：在柱式操作中，被吸附離子在流出液中的濃度與流入液中的濃度相等時，樹脂所達到的交換容量。飽和交換容量是動力學意義上的工作交換容量，它與具體的操作條件和離子交換反應速度有關。 第八