基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)6-課件

第四章離子交換分離法§4.1概述§4.2離子交換劑§4.3離子交換分離法的基本原理§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)§4.5應(yīng)用第四章離子交換分離法§4.1概述§4.2離子交換1§4.1概述一、離子交換分離法：

利用離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換反應(yīng)進(jìn)行分離的方法。二、特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：分離效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作不復(fù)雜，樹(shù)脂又具有再生能力，可反復(fù)使用，應(yīng)用廣泛。

缺點(diǎn)：分離周期長(zhǎng)，耗時(shí)過(guò)多。三、發(fā)展史§4.1概述二、特點(diǎn)三、發(fā)展史2一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)§4.2離子交換劑一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)§4.3§4.2離子交換劑

離子交換劑：具有離子交換能力的所有物質(zhì)，通常指固體離子交換劑，固體離子交換劑又稱(chēng)為吸著離子交換劑。

無(wú)機(jī)離子交換劑：

由天然的(粘土、沸石類(lèi)礦物)和合成的(合成沸石、分子篩、水合金屬氧化物、多價(jià)金屬酸性鹽類(lèi)、雜多酸鹽等)化合物構(gòu)成。

有機(jī)離子交換劑：人工合成的帶有離子交換功能團(tuán)的高分子聚合物．其中應(yīng)用最為廣泛的是離子交換樹(shù)脂，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、性質(zhì)及其應(yīng)用本章將作重點(diǎn)介紹。§4.2離子交換劑離子交換劑：具有離子4一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用1、離子交換樹(shù)脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)性能由兩部分組成：1)骨架：是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)酸、堿和一般的溶劑都不起作用。

2)活性基團(tuán)：連接在骨架上可以電離的、可被交換的基團(tuán)。它對(duì)離子交換劑的交換性質(zhì)起著決定性作用，可與溶液中的離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)。例如：聚苯乙烯型磺酸基陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是聚苯乙烯與二乙烯苯的共聚所得的聚合物，再經(jīng)濃H2SO4磺化而制得強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用1、離子交換樹(shù)脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)性5圖中以波形線條代表樹(shù)脂的骨架，活性基團(tuán)磺酸基（—SO3H）。

聚苯乙烯型磺酸基陽(yáng)離子交換樹(shù)脂圖中以波形線條代表樹(shù)脂的骨架，活性基團(tuán)磺酸基（—SO3H6R代表樹(shù)脂的骨架，與Na+發(fā)生交換交換過(guò)程：洗脫或再生離子交換樹(shù)脂可簡(jiǎn)寫(xiě)為：R-HR代表樹(shù)脂的骨架，與Na+發(fā)生交換洗脫或再生離子交換樹(shù)脂可簡(jiǎn)72、樹(shù)脂的性質(zhì)（1）外型顏色：白、黃、黑和褐。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。（2）溶脹性離子交換樹(shù)脂在水中會(huì)發(fā)生體積的膨脹。（3）密度表觀密度：指樹(shù)脂在交換柱中的裝填密度。2、樹(shù)脂的性質(zhì)（1）外型顏色：白、黃、黑和褐。（2）溶脹性（8一般離子交換樹(shù)脂的

表觀密度為：0.6~0.9g/mL;

真密度為：1.2~1.4g/mL.真密度：指樹(shù)脂顆粒本身密度。一般離子交換樹(shù)脂的

表觀密度為：0.6~0.9g/mL9(4)、交聯(lián)度

交聯(lián)度就是指樹(shù)脂的交聯(lián)程度，通常用加入樹(shù)脂中交聯(lián)劑的百分含量表示。樹(shù)脂的交聯(lián)度一般在4~14%之間。例如：國(guó)產(chǎn)強(qiáng)酸型樹(shù)脂112，表示是強(qiáng)酸型樹(shù)脂，編號(hào)1，交聯(lián)度12%。(4)、交聯(lián)度

交聯(lián)度就是指樹(shù)脂的交聯(lián)程10操作交換容量：?jiǎn)挝惑w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：mmol/mLmmol/g（6）允許pH范圍和允許溫度范圍查相關(guān)手冊(cè)！注意：它是常數(shù)，不代表真實(shí)交換能力。（5）交換容量總交換容量：?jiǎn)挝惑w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)。操作交換容量：?jiǎn)挝惑w積濕樹(shù)脂或單位重量干樹(shù)脂中，實(shí)際參加反應(yīng)11二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)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)脂弱酸性陽(yáng)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)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂

特殊的離子交換樹(shù)脂二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂121、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換基是酸性基團(tuán),它的H+能交換陽(yáng)離子的樹(shù)脂為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。據(jù)交換基團(tuán)酸性的強(qiáng)弱，分為強(qiáng)酸性，弱酸性。OH強(qiáng)酸性中等酸性弱酸性(1)

強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有強(qiáng)酸性活潑基團(tuán)-SO3H,可分為聚苯乙烯型和酚醛型。1、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換基是酸性基團(tuán),它的H+能交換13特點(diǎn)：淡黃色球狀顆粒；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性好；在酸性、堿性和中性介質(zhì)中都可使用；交換反應(yīng)速度快；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)脂特點(diǎn)：淡黃色球狀顆粒；強(qiáng)酸性苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂14（2）弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有弱酸性活潑基團(tuán)，如：-COOH、-OH等。此類(lèi)樹(shù)脂的交換能力受酸度的影響較大。磺酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與鈉離子的交換反應(yīng):R—SO3H+Na+＝R-SO3Na+H+式中R代表樹(shù)脂的骨架（2）弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有弱酸性活潑基團(tuán)，如：-COOH15交換基是堿性基團(tuán)，能交換陰離子的樹(shù)脂。2、陰離子交換樹(shù)脂（1）強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂具有強(qiáng)堿性的活潑基團(tuán)：-CH2N(CH3)3+Cl-特性淡黃色的球狀顆粒；對(duì)強(qiáng)酸根和弱酸根都能交換；對(duì)酸堿氧化劑及某些有機(jī)溶劑都比較穩(wěn)定；在酸性、堿性溶液中都能使用，交換容量不受溶液中pH值影響。交換基是堿性基團(tuán)，能交換陰離子的樹(shù)脂。2、陰離子交換樹(shù)脂（116（2）弱堿性陰離子交換樹(shù)脂具有弱堿性的活潑基團(tuán)：-CH2NH3+Cl--CH2NH2(CH3)+Cl--CH2NH(CH3)2+Cl-此類(lèi)樹(shù)脂的交換能力受酸度的影響較大。大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂

（2）弱堿性陰離子交換樹(shù)脂此類(lèi)樹(shù)脂的交換能力受酸度的影響較大173、特殊的離子交換樹(shù)脂螯合樹(shù)脂

特點(diǎn)：高選擇性和高穩(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，選擇性主要決定于樹(shù)脂中螯合基的結(jié)構(gòu)。

分類(lèi)：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、8-羥基喹啉類(lèi)樹(shù)脂、水楊酸樹(shù)脂、葡萄糖型樹(shù)脂等。具有高選擇性的離子交換樹(shù)脂選擇性好，可用于陰、陽(yáng)離子的分離。3、特殊的離子交換樹(shù)脂螯合樹(shù)脂特點(diǎn)：高選擇性和高18微孔樹(shù)脂（凝膠型樹(shù)脂）：網(wǎng)孔2-4nm，比表面一般為2—120m2/g。大孔徑樹(shù)脂（大網(wǎng)樹(shù)脂）：網(wǎng)孔20-120nm，比表面一般為0.1m2/g。有較好的機(jī)械性能。大孔徑樹(shù)脂微孔樹(shù)脂（凝膠型樹(shù)脂）：網(wǎng)孔2-4nm，比表面大孔徑樹(shù)脂19D403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—二乙烯苯的共聚球體的苯環(huán)上帶有亞胺二乙酸基團(tuán)[-N-(CH2COOH)2]的螯合型離子交換樹(shù)脂。對(duì)金屬離子的選擇性類(lèi)同于EDTA，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+1價(jià)離子和+2價(jià)金屬離子時(shí)，只選擇性交換+2價(jià)離子，這種樹(shù)脂適用于電解食鹽水中去除Ca2+、Mg2+，精制食鹽水，還用于廢水處理，回收貴重金屬等。

分子結(jié)構(gòu)式：

D403大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂在具有大孔隙結(jié)20外觀：淺黃色至米灰色不透明球狀顆粒

D403大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂

外觀：淺黃色至米灰色不透明球狀顆粒D403大孔隙鰲合型苯乙21D113大孔弱酸性丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

a.物化性能：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0.3～1.25mm，相對(duì)密度為1.15～1.20，樹(shù)脂含固量為35%～60%，含水量為40%～55%，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。

b.制備方法：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65～95℃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(lèi)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。

c.產(chǎn)品應(yīng)用：

(1)用D113弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與001×7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂配套使用。

(2)用D113弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與001×7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂、201×7強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂聯(lián)合使用。

D113大孔弱酸性丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

a.物化性22D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂

a.物化性能：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0.3～1.25mm。相對(duì)密度為1.0～1.1，樹(shù)脂含固量為35%～60%，含水量為40%～60%。

本品在水溶液中呈強(qiáng)堿性，可在60℃以下使用。適用于pH為0～14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?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，可燃。

b.制備方法：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)劑的作用下，于65～95℃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D201大孔強(qiáng)堿性樹(shù)脂。

c.產(chǎn)品應(yīng)用：

(1)D201大孔強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂與001×7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂(或D001)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂)等配套使用。

(2)D201MB強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹(shù)脂與001×7MB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。

D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂

a.物化性23§4.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論二、離子交換的親和力三、離子交換平衡四、離子交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)§4.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論二、離子交換24§4.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論1、樹(shù)脂在水中溶脹后，樹(shù)脂表面和外界溶液之間的界面可以看成是一個(gè)半透膜，膜的一邊是樹(shù)脂相，膜的另一邊是液相。2、樹(shù)脂網(wǎng)狀上的固定離子不能透過(guò)膜，而平衡離子則可以通過(guò)膜進(jìn)行擴(kuò)散。3、由于樹(shù)脂中的固定離子的存在，使能通過(guò)膜的可交換離子在膜的兩邊處于不均勻的平衡狀態(tài)?！?.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論25

聚苯乙烯型磺酸基Na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)起來(lái)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，活性基團(tuán)是磺酸基陽(yáng)離子（—SO3Na），固定離子：—SO3-，平衡離子：Na+[Na+]內(nèi)[Cl-]內(nèi)＝

[Na+]外[Cl-]外……①[Na+]外＝[Cl-]外[Na+]內(nèi)＝[Cl-]內(nèi)+[R-]內(nèi)……②②代入①得：[Cl-]外2＝[Cl-]內(nèi)2

+[Cl-]內(nèi)[R-]內(nèi)……③

[Cl-]外?[Cl-]內(nèi)[Na+]內(nèi)?[Na+]外聚苯乙烯型磺酸基Na型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂的骨架為26二、離子交換的親和力1、親和力：

離子在離子交換樹(shù)脂上的交換能力稱(chēng)為離子交換樹(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)。

2、影響親和力大小的因素：離子的體積越大，電荷越低，靜電引力越小，親和力越小。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，反之則大。二、離子交換的親和力1、親和力：273、離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力規(guī)律：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力隨交換離子的價(jià)數(shù)增加而變大；對(duì)不同價(jià)的離子，電荷越高，親和力越大。2.弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：H+的親和力比其他陽(yáng)離子大，而其他陽(yáng)離子的親和力順序與強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂相似。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)。3、離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力規(guī)律：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)離283.強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂親和力的順序?yàn)椋篎-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜Cl-＜NO2-＜CN-＜Br-＜CrO42-＜NO3-＜HSO4-＜I-＜CrO4-＜SO42-＜檸檬酸根。4.弱堿性陰離子交換樹(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＜CrO42-＜SO42-＜OH-3.強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂親和力的順序?yàn)椋篎-＜OH-＜CH29三、離子交換平衡1、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)離子發(fā)生交換反應(yīng)，即：R-H+M+=R-M+H+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)離子再交換到溶液中。三、離子交換平衡1、離子交換反應(yīng)R-H+M+=30

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基礎(chǔ)。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312、選擇系數(shù)某氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，與溶液中陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)，即：nR-H+Mn+=Rn-M+nH+交換達(dá)到平衡：[M]r、[H]r—平衡時(shí)，Mn+、H+在樹(shù)脂相中濃度（mmol/g)[M]s、[H]s—平衡時(shí)，Mn+、H+在水溶液中濃度（mmol/mL)2、選擇系數(shù)某氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，與溶液中陽(yáng)32

在一定條件下，平衡常數(shù)K值的大小表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的吸附能力的強(qiáng)弱，即樹(shù)脂對(duì)離子親和力的大小。:表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的親和力大于樹(shù)脂對(duì)H+的親和力；即Mn+比較牢固的結(jié)合在樹(shù)脂上。:表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的親和力小于樹(shù)脂對(duì)H+的親和力；即H+比較牢固的結(jié)合在樹(shù)脂上。:樹(shù)脂對(duì)Mn+和H+的親和力相同。在一定條件下，平衡常數(shù)K值的大小表示樹(shù)脂對(duì)Mn33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。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。金屬離子Mn+對(duì)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)。表示同一種離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子的吸附選擇性，不同類(lèi)型樹(shù)脂的K值不同。也可用來(lái)表示兩種離子對(duì)樹(shù)脂親和力的差別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34（1）水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；（2）離子化合價(jià)：高價(jià)離子易于被吸附；（3）溶液pH：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；（4）離子強(qiáng)度：越低越好；（5）有機(jī)溶劑：不利于吸附；（6）交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：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；（7）樹(shù)脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力；

影響離子交換選擇性的因素（1）水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；影響離子交換選擇性35例1：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KNaCs=?解：R-Li+Cs+=R-Cs+Li+R-Li+Na+=R-Na+Li+例1：已知某陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)：解：R-Li+36R-Na+Cs+=R-Cs+Na+R-Na+Cs+=R-Cs+Na+373、分配系數(shù)某離子Mn+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。[M]r—平衡時(shí)，樹(shù)脂相中Mn+的濃度（mmol/g)∑[M]s—平衡時(shí)，水溶液中Mn+的總濃度（mmol/mL)3、分配系數(shù)某離子Mn+和樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)達(dá)到平38R-H+M+=R-M+H+一價(jià)M+，交換反應(yīng)：若溶液中無(wú)其它副反應(yīng)：若M+是痕量離子，[H+]r為常數(shù)R-H+M+=R-M+H+一價(jià)M+，交換39二價(jià)二價(jià)40例2：2克H型樹(shù)脂與100mL0.1mol/LHCl并含有0.001mol/LCa2+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：K2HCa=3.2，樹(shù)脂交換容量為5mmol/g)。解：交換反應(yīng)：2R-H+Ca2+=R2-Ca+2H+Ca2+進(jìn)入樹(shù)脂相最大量：0.001100=0.1mmol平衡時(shí)：例2：2克H型樹(shù)脂與100mL0.1mol/LHCl并含有041交換反應(yīng)：2R-H+Ca2+=R2-Ca+2H+交換反應(yīng)：2R-H+Ca2+=R2-Ca+42溶液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：被樹(shù)脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：溶液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：被樹(shù)脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：434、分離因數(shù)離子交換樹(shù)脂對(duì)兩種離子的分離能力、常以?xún)煞N離子的分配系數(shù)DA、DB之比、即分離因子表示：SA/B1，表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力相同，兩者難以分離;

SA/B偏離1，則表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力有差別；偏離越大，則兩者越易分離。在離子交換分離體系中，可用SA/B衡量?jī)稍胤蛛x的可能性。4、分離因數(shù)離子交換樹(shù)脂對(duì)兩種離子的分離能44四、離子交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1、離子交換反應(yīng)的一般過(guò)程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；（2）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；（4）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。四、離子交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1、離子交換反應(yīng)的一般過(guò)程nR-H45稀的外部溶液（≦0.01mol/L)：外擴(kuò)散起決定作用。濃的外部溶液（≧0.1mol/L)：內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。溶液（0.01~0.1mol/L)：外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散控制。稀的外部溶液（≦0.01mol/L)：外擴(kuò)散起決定作用。462、影響外擴(kuò)散速度的因素離子濃度：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3~5%；攪拌速度越快，外擴(kuò)散速度越快；樹(shù)脂顆粒越小，外擴(kuò)散速度越快。3、影響內(nèi)擴(kuò)散速度的因素離子濃度：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4~8%；離子半徑與電荷：陽(yáng)離子每增加一個(gè)電荷，內(nèi)擴(kuò)散速度降低10倍；陰離子每增加一個(gè)電荷，內(nèi)擴(kuò)散速度降低7~8倍；2、影響外擴(kuò)散速度的因素離子濃度：離子濃度越大，外擴(kuò)散速度越47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)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低。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，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，樹(shù)脂顆粒越小，內(nèi)擴(kuò)散速度越快。48§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)一、離子交換樹(shù)脂的選擇二、離子交換樹(shù)脂的預(yù)處理三、離子交換裝置四、柱上操作§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)一、離子交換樹(shù)脂的選49§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)一、離子交換樹(shù)脂的選擇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子和它們的性質(zhì)。1、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。§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)一、離子交換樹(shù)脂的選50（3）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。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)堿性陰離子交換樹(shù)脂。2、樹(shù)脂粒度的選擇制備分離：50~100目分析分離：80~100目離子交換色譜柱：100~200目3、樹(shù)脂交聯(lián)度陽(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4%。（3）某種陰離子與共存陽(yáng)離子的分離一般應(yīng)用較多：2、樹(shù)脂粒度51二、離子交換樹(shù)脂的預(yù)處理研磨、過(guò)篩使粒度符合要求浸泡是其充分溶脹凈化減少雜質(zhì)二、離子交換樹(shù)脂的預(yù)處理研磨、過(guò)篩使粒度符合要求52三、離子交換裝置1、靜態(tài)交換法：工業(yè)上（間歇式工藝）：交換罐。實(shí)驗(yàn)室中：燒杯。2、動(dòng)態(tài)交換法：工業(yè)上（連續(xù)交換工藝、柱交換工藝）：離子交換器將樹(shù)脂裝入柱狀交換器中，使待交換溶液流過(guò)交換柱。即完成交換分離過(guò)程。然后在同一柱中進(jìn)行洗脫再生和洗滌，又重新開(kāi)始交換。固定床工藝移動(dòng)床工藝流化床工藝三、離子交換裝置1、靜態(tài)交換法：2、動(dòng)態(tài)交換法：固定床工藝53基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)6-課件54基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)6-課件55實(shí)驗(yàn)室中：交換柱或滴定管實(shí)驗(yàn)室中：交換柱或滴定管563、裝柱

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“節(jié)”和氣泡的產(chǎn)生。要做到均勻裝柱，柱內(nèi)要有一定高度的水面，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。3、裝柱較大型的離子交換床或交換柱比較容易裝勻57四、柱上操作（一）、柱上交換過(guò)程交換反應(yīng)：R-A+B+

R-B+A+OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO+OOOOOOO+O+OOO+O++O+OO++++O+++++++++++++++++++++++交界層O—R-B+—R-AB+B+始漏點(diǎn)四、柱上操作（一）、柱上交換過(guò)程O(píng)OOOOOO交界層O—58當(dāng)流出液中開(kāi)始出現(xiàn)待交換離子時(shí)，稱(chēng)交換過(guò)程達(dá)到始漏點(diǎn)。始漏量：到達(dá)始漏點(diǎn)為止，交換柱的交換容量?？偨粨Q容量：柱中樹(shù)脂的全部交換容量稱(chēng)為總交換容量。始漏量<總交換容量1、始漏點(diǎn)當(dāng)流出液中開(kāi)始出現(xiàn)待交換離子時(shí)，稱(chēng)交換過(guò)程達(dá)到始漏點(diǎn)592、交換曲線以C代表流出液中待交換離子的濃度，C0代表其總濃度：以流經(jīng)柱的物質(zhì)量為橫坐標(biāo)C/C0為縱坐標(biāo)交換曲線３、影響始漏量的因素待交換離子本身對(duì)離子交換樹(shù)脂的親和力越大，始漏量越大。樹(shù)脂顆粒越大，始漏量越小。2、交換曲線以C代表流出液中待交換離子的濃度，C060柱的形狀：直徑越小，始漏量越大。流速快，始漏量越小。溫度越高，始漏量越大。結(jié)論：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。常用的離子交換法：樹(shù)脂顆粒可選擇８０～１００目或１００～２００目，柱高：２０～４０cm，柱內(nèi)徑：０.８～１.５cm流速：２～５mL/min.柱的形狀：直徑越小，始漏量越大。結(jié)論：樹(shù)脂顆粒小一些，流速慢61（二）洗滌洗滌目的：用洗滌液流經(jīng)交換柱，將殘留在交換柱中的試液和被交換下來(lái)的離子除去。洗滌液的選擇：一般用蒸餾水；稀酸溶液；不含試樣的“空白溶液”（三）洗脫１、洗脫曲線洗脫液體積為橫坐標(biāo)流出液中離子濃度為縱坐標(biāo)洗脫曲線（二）洗滌洗滌目的：用洗滌液流經(jīng)交換柱，將殘留在交換洗滌液62２、影響洗脫曲線的因素樹(shù)脂顆粒越大，洗脫曲線位置右移；洗脫濃度大，洗脫曲線位置左移；洗脫劑的流速大，洗脫曲線位置右移；結(jié)論：樹(shù)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。２、影響洗脫曲線的因素樹(shù)脂顆粒越大，洗脫曲線位置右移；結(jié)論63（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(chēng)為樹(shù)脂的再生以適當(dāng)濃度的酸溶液處理已變?yōu)镸型的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，使其恢復(fù)到H型、再生后的樹(shù)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)濃度的堿溶液處理，可從Cl型轉(zhuǎn)為OH型。其交換與再生過(guò)程可表示為：（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(chēng)為樹(shù)脂的再生64

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(chēng)為復(fù)活。樹(shù)脂使用過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象，其原因是被某65五、離子交換樹(shù)脂的“中毒”和使用壽命造成樹(shù)脂破碎的主要原因造成樹(shù)脂受污染或稱(chēng)“中毒”的原因避免樹(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)脂代替普通凝膠樹(shù)脂。2、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。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，可以用較濃的酸或堿溶液處理。五、離子交換樹(shù)脂的“中毒”和使用壽命造成樹(shù)脂破碎的主要原因避662、已受有機(jī)物污染的樹(shù)脂可以采用熱堿液或含有NaCl的熱NaOH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67§4.５應(yīng)用去離子水的制備除去各種陽(yáng)離子：讓自來(lái)水先通過(guò)H-型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂。除去各種陰離子：再讓水通過(guò)OH-型強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂。一、水處理

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70％的離子交換樹(shù)脂用于此目的。目前，雖也有其它的水處理的方法，但離子交換法仍是一種簡(jiǎn)便有效的方法。§4.５應(yīng)用去離子水的制備一、水處理68

就是將RH樹(shù)脂和ROH樹(shù)脂分別(或混合)放在兩個(gè)(或一個(gè))離子交換器內(nèi)，用RH樹(shù)脂除掉水中的金屬離子，用ROH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)備分類(lèi)有陽(yáng)床、陰床、混床，在水處理應(yīng)用中，組成滿(mǎn)足各種用水要求的成套設(shè)備。處理水質(zhì)要求從簡(jiǎn)單的除鹽水到十分嚴(yán)格的超純水都能適應(yīng)，可滿(mǎn)足幾乎所有行業(yè)的用水要求。就是將RH樹(shù)脂和ROH樹(shù)脂分別(或混合)放在兩個(gè)(或一69

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。天然水中含有懸浮雜質(zhì)(如泥沙等)、細(xì)菌，還有一些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)。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Ca2+，Mg2+、Na+等陽(yáng)離子．也含有HCO3-,．SO42-，Cl-等陰離子，而且它們形成的CaSO4，CaCO3等將形成鍋垢．給鍋爐的運(yùn)行帶來(lái)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(duì)水質(zhì)的要求不斷提高。例如高壓鍋爐、原子反應(yīng)堆的鍋爐都要求高純度的水．紡織工業(yè)、電子工業(yè)也要求高純水。水的凈化處理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701、稀土元素的分離

雖然目前萃取法在稀土分離中也有很大優(yōu)勢(shì)．但為取得單個(gè)的高純度的稀土元素。離子交換法仍占有一定的地位。這個(gè)流程中使用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，并應(yīng)用延緩離子。由于所用淋洗劑是與稀土元素有很強(qiáng)結(jié)合能力的試劑乙二胺四乙酸(EDTA)。如無(wú)任何阻擋，所有稀土元素都會(huì)較快地從柱中流出而不能達(dá)到有效分離。所謂延緩離子是這樣的離子(比如Cu2+)，它與淋洗劑的結(jié)合能力比稀土強(qiáng)，事先充滿(mǎn)整個(gè)樹(shù)脂柱，當(dāng)淋洗劑與稀土形成的配合物下行遇到Cu2+時(shí)，Cu2+即與淋洗劑結(jié)合而將稀土元素離子釋放出來(lái)使之滯留在樹(shù)脂上。隨著淋洗的繼續(xù)，稀土元素經(jīng)過(guò)反復(fù)地在淋洗劑和樹(shù)脂間交換。最后按順序在柱上排列，達(dá)到分離的目的。二、在分析領(lǐng)域的應(yīng)用1、稀土元素的分離雖然目前萃取法在稀土分離中也有很大711、試樣中總鹽量的測(cè)定2、分離干擾離子（１）、不同電荷離子間的分離一般常用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。（２）、相同電荷離子間的分離將某種離子變成絡(luò)陰離子，而用離子交換樹(shù)脂分離。二、在分析領(lǐng)域的應(yīng)用例:分離Al3+和Fe3+HCl介質(zhì)1、試樣中總鹽量的測(cè)定2、分離干擾離子（２）、相同電荷離子間72將相同電荷的離子一起吸附到樹(shù)脂上，然后進(jìn)行選擇性淋洗，將它們分離。例:分離鎳、錳、鈷、銅、鐵、鋅

在濃鹽酸介質(zhì)中，強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂上進(jìn)行交換后，用不同濃度的鹽酸溶液洗脫。12mol/LHCl→Ni2+，

6.0mol/LHCl→Mn2+4.0mol/LHCl→Co2+，

2.5mol/LHCl→Cu2+0.5mol/LHCl→Fe3+，

0.005mol/LHCl→Zn2+將相同電荷的離子一起吸附到樹(shù)脂上，然后進(jìn)例:分離鎳、錳、鈷733、痕量物質(zhì)的富集例：測(cè)定天然水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-試液→陽(yáng)離子交換柱→陰離子交換柱→少量稀鹽酸洗脫陽(yáng)離子→少量氨溶液洗脫陰離子→濃縮3、痕量物質(zhì)的富集例：測(cè)定天然水中K+、Na+、Ca2+、M74三、化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用1、氫氣的凈化2、工業(yè)鹽酸的提純3、石油化工四、醫(yī)藥食品工業(yè)五、環(huán)境保護(hù)三、化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用四、醫(yī)藥食品工業(yè)五、環(huán)境保護(hù)75§4.６吸附分離及應(yīng)用

吸附色層分離是用吸附劑對(duì)某些元素或離子進(jìn)行吸附而建立起來(lái)的色層分離方法。吸附劑特性：化學(xué)穩(wěn)定性好，耐化學(xué)腐蝕，分離所得到產(chǎn)物具有良好的化學(xué)純度；(2)耐輻射性，尤其在放射化學(xué)分離中容易得到比較穩(wěn)定的分離效率和回收率?！?.６吸附分離及應(yīng)用吸附色層分離是用吸附劑76良好的吸附和淋洗性能，在吸附色層中溶質(zhì)和吸附劑之間容易達(dá)到平衡，吸附和淋洗較快，為快速分離相獲得較小體積的淋洗液創(chuàng)造了條件；(4)吸附劑易于獲取，價(jià)格低廉，操作比較簡(jiǎn)單，消化處理容易。良好的吸附和淋洗性能，在吸附色層中溶質(zhì)和吸附劑之間容易達(dá)到平77一、巰基棉吸附概述

巰基棉纖維（簡(jiǎn)稱(chēng)SCF），固體吸附劑，具有富集倍數(shù)大，吸附效率高，吸附速度快、選擇性強(qiáng)，解脫性能好，制備簡(jiǎn)單，操作方便，易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。一、巰基棉吸附概述782．巰基棉的吸附機(jī)理

是由于固—液或固—?dú)鈨上嚅g發(fā)生了化學(xué)吸附反應(yīng)和物理吸附作用。在簡(jiǎn)單穩(wěn)定體系中，巰基棉對(duì)于無(wú)氧化性但價(jià)態(tài)比較穩(wěn)定的重金屬離子的吸附機(jī)理以絡(luò)合反應(yīng)為主，其反應(yīng)如下：2．巰基棉的吸附機(jī)理是由于固—液或固—?dú)鈨上嚅g發(fā)生了79

首先將解離這幾種元素與氧之間的結(jié)合，使之還原為低價(jià)態(tài)才能被吸附，這就需要足夠的H+參與吸附反應(yīng)，以Se4+為例：巰基棉對(duì)As，Se，Te和Sb等的吸附反應(yīng)：首先將解離這幾種元素與氧之間的結(jié)合，使之還原803.巰基棉的吸附性能

1）吸附酸度：溶液酸度是影響巰基棉吸附的主要因素，巰基對(duì)元素的結(jié)合力越強(qiáng)，定量吸附該元素的允許酸度就越高。元素的形態(tài)不同、價(jià)態(tài)不同、定量吸附的酸度也不相同。2）吸附速度：

巰基棉的纖維素具有良好的親水性和較大的表面積，其對(duì)金屬的吸附速度一般比螯合樹(shù)脂要快，除Se4+和Sc3+吸附速度分別在4mL/min和2mL/min以下外，其余元素可控制在10-20ml/min，有的元素如Tl、Hg2+可允許高達(dá)40-50mL/min。3.巰基棉的吸附性能1）吸附酸度：溶液酸度是81

3）吸附量：巰基棉的吸附能力用飽和吸附量或工作吸附量(為前者的1/3—1/2)表示，主要取決于巰基化合物的含量與巰基棉的制備和吸附條件。4）巰基棉的吸附順序?qū)嶒?yàn)確定的巰基棉的吸附強(qiáng)弱順序如下：3）吸附量：4）巰基棉的吸附順序?qū)嶒?yàn)確定的巰基棉的吸附強(qiáng)825）共存物的干擾及消除：

金屬離子間的干擾，如較高濃度的堿金屬、堿土金屬以及Fe2+,Mn2+,Co2+,Cr3+等不干擾巰基棉對(duì)重金屬離子的定量吸附。各種重金屬離子因與巰基的結(jié)合能力不同而產(chǎn)生的干擾可通過(guò)控制溶液酸度進(jìn)行選擇性吸附。5）共存物的干擾及消除：金屬離子間的干擾，如較83

4．巰基棉分離富集和解吸方式

利用巰基棉分離富集采用靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附。

巰基棉吸附元素的解吸方式主要有熱消解法、溫浸法或加熱煮沸法、洗脫法。熱消解法：靜態(tài)吸附后，將巰基棉轉(zhuǎn)移一容器中，加適當(dāng)試劑分解或先高溫灼燒，后加酸分解。

洗脫法可避免巰基棉轉(zhuǎn)移時(shí)的損失和污染，避免灼燒、消解等帶來(lái)的誤差。洗脫法適用于吸附能力較弱的大部分元素。吸附能力較強(qiáng)的貴金屬離子Pt，Pd需用較濃的酸，采用溫浸法或加熱煮沸法才能定量解吸。4．巰基棉分離富集和解吸方式利用巰基棉分離富集845.巰基棉的制備和質(zhì)量

1)1巰基棉的制備：棉花纖維含纖維素95％~97％，其結(jié)構(gòu)式中的羥基和巰基乙酸的羧基之間發(fā)生多相酯化反應(yīng)，將巰基接到纖維素的大分子上而制得巰基螯合纖維。制備時(shí)，巰基乙酸作為巰基引入劑，乙酐和乙酸作稀釋利，加入少許水，以防止纖維斷裂。具體制備方法有液相法和氣相法。液相法是棉纖維浸泡在巰基乙酸溶液中加熱反應(yīng)；氣相法是使巰基乙酸的蒸氣與棉纖維接觸而制得。5.巰基棉的制備和質(zhì)量1)1巰基棉的制備：棉花纖85幾種制備方法幾種制備方法862）巰基棉的質(zhì)量：巰基棉的質(zhì)量：衡量巰基棉質(zhì)量的主要指標(biāo)有巰基的含量，纖維強(qiáng)度，在酸堿介質(zhì)中水解的程度。高質(zhì)量的巰基棉應(yīng)是含巰基量適中，纖維強(qiáng)度好，吸附過(guò)程中無(wú)水解產(chǎn)生。通常巰基含量以巰基棉自重的1％一2％為宜。巰基棉的富集裝裝置一般由250mL或500mL分液漏斗或聚乙烯容器和下端垂直接巰基棉管組成。有的用普通玻璃漏斗代替，在其頸部直接裝填巰基棉。巰基棉使用后，用0.20-2.0mol/LHCl洗脫后可繼續(xù)使用數(shù)次。2）巰基棉的質(zhì)量：巰基棉的質(zhì)量：衡量巰基棉質(zhì)量的876.應(yīng)用巰基棉定量吸附的元素主要集中在周期表的右下部，且吸附能力強(qiáng)的元素,集中在五、六周期后部的過(guò)渡元素Pt，Pd，Au，Hg和V，VI主族后部的As，Sb，Se，Te。例如：巰基棉分離富集高純銅中銀對(duì)于Ag、Cu比為(1.8105以上)的高純銅以巰基棉分離富集2.510-4％~2.510-3％Ag，其回收率為95％以上。

分離步驟：稱(chēng)取1.0~2.0g試樣于燒杯中，加15~25mL(1+1)HNO3溶解,加熱蒸發(fā)近干，加100mL0.8mol/LHNO3加熱溶解鹽類(lèi)，冷至室溫，以3mL/min流速通過(guò)琉基棉管、以0.8mol/LHNO3洗滌、棄去流出液。以10mL0.5mol/LNH4SCN溶液分兩次洗脫Ag于25mL容量瓶中，以原子吸收法測(cè)定Ag。6.應(yīng)用巰基棉定量吸附的元素主要集中在周期表的右88二、黃原酯棉吸附分離黃原酯棉是富集分離金屬元素污染較小，而對(duì)Au，Ag，Cu，Cd，Hg，Pb等金屬的吸附回收率高，解脫和測(cè)定手續(xù)簡(jiǎn)便，用于巖礦地質(zhì)和環(huán)境水樣等方面日趨增多。三、泡沫塑料吸附分離聚氨基甲酸酯泡沫塑料(簡(jiǎn)稱(chēng)泡塑)吸附技術(shù)是1970年進(jìn)入分析化學(xué)領(lǐng)域的，開(kāi)始用于對(duì)Au的吸附進(jìn)行探索，后出現(xiàn)了泡塑吸附Tl的應(yīng)用。二、黃原酯棉吸附分離黃原酯棉是富集分離金屬89四、無(wú)機(jī)吸附劑吸附分離1.活性炭吸附活性炭是將炭經(jīng)高溫處理，增加了表面積，并除去了孔隙中的樹(shù)膠的一類(lèi)物質(zhì)，可分非極性活性炭和極性活性炭?jī)深?lèi)。前者是在1000℃高溫下使炭活化而制得，相當(dāng)于石墨，但比石墨具有更大的表面積；后者是在低溫氧化下制得，其表面含有OH-，CO32-等含氧基團(tuán)。商品活性炭在性質(zhì)上介于極性和非極性之間，但主要屬于非極性的，其表面積非常大，約800--l000m2/g。2.硅膠吸附分離硅膠具有多孔性，是吸附色層中常用的一種吸附劑。它是硅凝膠在115-130oC之間干燥脫水制得的產(chǎn)物，吸附色層用的硅膠的表面積在400m2/g以上。四、無(wú)機(jī)吸附劑吸附分離1.活性炭吸附90第四章離子交換分離法§4.1概述§4.2離子交換劑§4.3離子交換分離法的基本原理§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)§4.5應(yīng)用第四章離子交換分離法§4.1概述§4.2離子交換91§4.1概述一、離子交換分離法：

利用離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換反應(yīng)進(jìn)行分離的方法。二、特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：分離效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作不復(fù)雜，樹(shù)脂又具有再生能力，可反復(fù)使用，應(yīng)用廣泛。

缺點(diǎn)：分離周期長(zhǎng)，耗時(shí)過(guò)多。三、發(fā)展史§4.1概述二、特點(diǎn)三、發(fā)展史92一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)§4.2離子交換劑一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)§4.93§4.2離子交換劑

離子交換劑：具有離子交換能力的所有物質(zhì)，通常指固體離子交換劑，固體離子交換劑又稱(chēng)為吸著離子交換劑。

無(wú)機(jī)離子交換劑：

由天然的(粘土、沸石類(lèi)礦物)和合成的(合成沸石、分子篩、水合金屬氧化物、多價(jià)金屬酸性鹽類(lèi)、雜多酸鹽等)化合物構(gòu)成。

有機(jī)離子交換劑：人工合成的帶有離子交換功能團(tuán)的高分子聚合物．其中應(yīng)用最為廣泛的是離子交換樹(shù)脂，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、性質(zhì)及其應(yīng)用本章將作重點(diǎn)介紹?！?.2離子交換劑離子交換劑：具有離子94一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用1、離子交換樹(shù)脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)性能由兩部分組成：1)骨架：是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)酸、堿和一般的溶劑都不起作用。

2)活性基團(tuán)：連接在骨架上可以電離的、可被交換的基團(tuán)。它對(duì)離子交換劑的交換性質(zhì)起著決定性作用，可與溶液中的離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)。例如：聚苯乙烯型磺酸基陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是聚苯乙烯與二乙烯苯的共聚所得的聚合物，再經(jīng)濃H2SO4磺化而制得強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：一、離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)性能和作用1、離子交換樹(shù)脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)性95圖中以波形線條代表樹(shù)脂的骨架，活性基團(tuán)磺酸基（—SO3H）。

聚苯乙烯型磺酸基陽(yáng)離子交換樹(shù)脂圖中以波形線條代表樹(shù)脂的骨架，活性基團(tuán)磺酸基（—SO3H96R代表樹(shù)脂的骨架，與Na+發(fā)生交換交換過(guò)程：洗脫或再生離子交換樹(shù)脂可簡(jiǎn)寫(xiě)為：R-HR代表樹(shù)脂的骨架，與Na+發(fā)生交換洗脫或再生離子交換樹(shù)脂可簡(jiǎn)972、樹(shù)脂的性質(zhì)（1）外型顏色：白、黃、黑和褐。形狀：大多為球形。大?。和ǔＳ脴?shù)脂在水中膨脹后通過(guò)篩的大小表示。（2）溶脹性離子交換樹(shù)脂在水中會(huì)發(fā)生體積的膨脹。（3）密度表觀密度：指樹(shù)脂在交換柱中的裝填密度。2、樹(shù)脂的性質(zhì)（1）外型顏色：白、黃、黑和褐。（2）溶脹性（98一般離子交換樹(shù)脂的

表觀密度為：0.6~0.9g/mL;

真密度為：1.2~1.4g/mL.真密度：指樹(shù)脂顆粒本身密度。一般離子交換樹(shù)脂的

表觀密度為：0.6~0.9g/mL99(4)、交聯(lián)度

交聯(lián)度就是指樹(shù)脂的交聯(lián)程度，通常用加入樹(shù)脂中交聯(lián)劑的百分含量表示。樹(shù)脂的交聯(lián)度一般在4~14%之間。例如：國(guó)產(chǎn)強(qiáng)酸型樹(shù)脂112，表示是強(qiáng)酸型樹(shù)脂，編號(hào)1，交聯(lián)度12%。(4)、交聯(lián)度

交聯(lián)度就是指樹(shù)脂的交聯(lián)程100操作交換容量：?jiǎn)挝惑w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：mmol/mLmmol/g（6）允許pH范圍和允許溫度范圍查相關(guān)手冊(cè)！注意：它是常數(shù)，不代表真實(shí)交換能力。（5）交換容量總交換容量：?jiǎn)挝惑w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)。操作交換容量：?jiǎn)挝惑w積濕樹(shù)脂或單位重量干樹(shù)脂中，實(shí)際參加反應(yīng)101二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)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)脂弱酸性陽(yáng)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)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂

特殊的離子交換樹(shù)脂二、離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂1021、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換基是酸性基團(tuán),它的H+能交換陽(yáng)離子的樹(shù)脂為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。據(jù)交換基團(tuán)酸性的強(qiáng)弱，分為強(qiáng)酸性，弱酸性。OH強(qiáng)酸性中等酸性弱酸性(1)

強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有強(qiáng)酸性活潑基團(tuán)-SO3H,可分為聚苯乙烯型和酚醛型。1、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換基是酸性基團(tuán),它的H+能交換103特點(diǎn)：淡黃色球狀顆粒；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性好；在酸性、堿性和中性介質(zhì)中都可使用；交換反應(yīng)速度快；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)脂特點(diǎn)：淡黃色球狀顆粒；強(qiáng)酸性苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂104（2）弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有弱酸性活潑基團(tuán)，如：-COOH、-OH等。此類(lèi)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):R—SO3H+Na+＝R-SO3Na+H+式中R代表樹(shù)脂的骨架（2）弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有弱酸性活潑基團(tuán)，如：-COOH105交換基是堿性基團(tuán)，能交換陰離子的樹(shù)脂。2、陰離子交換樹(shù)脂（1）強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂具有強(qiáng)堿性的活潑基團(tuán)：-CH2N(CH3)3+Cl-特性淡黃色的球狀顆粒；對(duì)強(qiáng)酸根和弱酸根都能交換；對(duì)酸堿氧化劑及某些有機(jī)溶劑都比較穩(wěn)定；在酸性、堿性溶液中都能使用，交換容量不受溶液中pH值影響。交換基是堿性基團(tuán)，能交換陰離子的樹(shù)脂。2、陰離子交換樹(shù)脂（1106（2）弱堿性陰離子交換樹(shù)脂具有弱堿性的活潑基團(tuán)：-CH2NH3+Cl--CH2NH2(CH3)+Cl--CH2NH(CH3)2+Cl-此類(lèi)樹(shù)脂的交換能力受酸度的影響較大。大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂

（2）弱堿性陰離子交換樹(shù)脂此類(lèi)樹(shù)脂的交換能力受酸度的影響較大1073、特殊的離子交換樹(shù)脂螯合樹(shù)脂

特點(diǎn)：高選擇性和高穩(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，選擇性主要決定于樹(shù)脂中螯合基的結(jié)構(gòu)。

分類(lèi)：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、8-羥基喹啉類(lèi)樹(shù)脂、水楊酸樹(shù)脂、葡萄糖型樹(shù)脂等。具有高選擇性的離子交換樹(shù)脂選擇性好，可用于陰、陽(yáng)離子的分離。3、特殊的離子交換樹(shù)脂螯合樹(shù)脂特點(diǎn)：高選擇性和高108微孔樹(shù)脂（凝膠型樹(shù)脂）：網(wǎng)孔2-4nm，比表面一般為2—120m2/g。大孔徑樹(shù)脂（大網(wǎng)樹(shù)脂）：網(wǎng)孔20-120nm，比表面一般為0.1m2/g。有較好的機(jī)械性能。大孔徑樹(shù)脂微孔樹(shù)脂（凝膠型樹(shù)脂）：網(wǎng)孔2-4nm，比表面大孔徑樹(shù)脂109D403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—二乙烯苯的共聚球體的苯環(huán)上帶有亞胺二乙酸基團(tuán)[-N-(CH2COOH)2]的螯合型離子交換樹(shù)脂。對(duì)金屬離子的選擇性類(lèi)同于EDTA，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+1價(jià)離子和+2價(jià)金屬離子時(shí)，只選擇性交換+2價(jià)離子，這種樹(shù)脂適用于電解食鹽水中去除Ca2+、Mg2+，精制食鹽水，還用于廢水處理，回收貴重金屬等。

分子結(jié)構(gòu)式：

D403大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂在具有大孔隙結(jié)110外觀：淺黃色至米灰色不透明球狀顆粒

D403大孔隙鰲合型苯乙烯離子交換樹(shù)脂

外觀：淺黃色至米灰色不透明球狀顆粒D403大孔隙鰲合型苯乙111D113大孔弱酸性丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

a.物化性能：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0.3～1.25mm，相對(duì)密度為1.15～1.20，樹(shù)脂含固量為35%～60%，含水量為40%～55%，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。

b.制備方法：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65～95℃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(lèi)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。

c.產(chǎn)品應(yīng)用：

(1)用D113弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與001×7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂配套使用。

(2)用D113弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與001×7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂、201×7強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂聯(lián)合使用。

D113大孔弱酸性丙烯酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

a.物化性112D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂

a.物化性能：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0.3～1.25mm。相對(duì)密度為1.0～1.1，樹(shù)脂含固量為35%～60%，含水量為40%～60%。

本品在水溶液中呈強(qiáng)堿性，可在60℃以下使用。適用于pH為0～14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?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，可燃。

b.制備方法：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)劑的作用下，于65～95℃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D201大孔強(qiáng)堿性樹(shù)脂。

c.產(chǎn)品應(yīng)用：

(1)D201大孔強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂與001×7強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂(或D001)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂)等配套使用。

(2)D201MB強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹(shù)脂與001×7MB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。

D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂

a.物化性113§4.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論二、離子交換的親和力三、離子交換平衡四、離子交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)§4.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論二、離子交換114§4.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論1、樹(shù)脂在水中溶脹后，樹(shù)脂表面和外界溶液之間的界面可以看成是一個(gè)半透膜，膜的一邊是樹(shù)脂相，膜的另一邊是液相。2、樹(shù)脂網(wǎng)狀上的固定離子不能透過(guò)膜，而平衡離子則可以通過(guò)膜進(jìn)行擴(kuò)散。3、由于樹(shù)脂中的固定離子的存在，使能通過(guò)膜的可交換離子在膜的兩邊處于不均勻的平衡狀態(tài)?！?.3離子交換分離法的基本原理一、道南理論115

聚苯乙烯型磺酸基Na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)起來(lái)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，活性基團(tuán)是磺酸基陽(yáng)離子（—SO3Na），固定離子：—SO3-，平衡離子：Na+[Na+]內(nèi)[Cl-]內(nèi)＝

[Na+]外[Cl-]外……①[Na+]外＝[Cl-]外[Na+]內(nèi)＝[Cl-]內(nèi)+[R-]內(nèi)……②②代入①得：[Cl-]外2＝[Cl-]內(nèi)2

+[Cl-]內(nèi)[R-]內(nèi)……③

[Cl-]外?[Cl-]內(nèi)[Na+]內(nèi)?[Na+]外聚苯乙烯型磺酸基Na型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂的骨架為116二、離子交換的親和力1、親和力：

離子在離子交換樹(shù)脂上的交換能力稱(chēng)為離子交換樹(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)。

2、影響親和力大小的因素：離子的體積越大，電荷越低，靜電引力越小，親和力越小。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，反之則大。二、離子交換的親和力1、親和力：1173、離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力規(guī)律：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力隨交換離子的價(jià)數(shù)增加而變大；對(duì)不同價(jià)的離子，電荷越高，親和力越大。2.弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：H+的親和力比其他陽(yáng)離子大，而其他陽(yáng)離子的親和力順序與強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂相似。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)。3、離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的親和力規(guī)律：強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)離1183.強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂親和力的順序?yàn)椋篎-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-＜Cl-＜NO2-＜CN-＜Br-＜CrO42-＜NO3-＜HSO4-＜I-＜CrO4-＜SO42-＜檸檬酸根。4.弱堿性陰離子交換樹(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＜CrO42-＜SO42-＜OH-3.強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂親和力的順序?yàn)椋篎-＜OH-＜CH119三、離子交換平衡1、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)離子發(fā)生交換反應(yīng)，即：R-H+M+=R-M+H+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)離子再交換到溶液中。三、離子交換平衡1、離子交換反應(yīng)R-H+M+=120

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基礎(chǔ)。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1212、選擇系數(shù)某氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，與溶液中陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)，即：nR-H+Mn+=Rn-M+nH+交換達(dá)到平衡：[M]r、[H]r—平衡時(shí)，Mn+、H+在樹(shù)脂相中濃度（mmol/g)[M]s、[H]s—平衡時(shí)，Mn+、H+在水溶液中濃度（mmol/mL)2、選擇系數(shù)某氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，與溶液中陽(yáng)122

在一定條件下，平衡常數(shù)K值的大小表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的吸附能力的強(qiáng)弱，即樹(shù)脂對(duì)離子親和力的大小。:表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的親和力大于樹(shù)脂對(duì)H+的親和力；即Mn+比較牢固的結(jié)合在樹(shù)脂上。:表示樹(shù)脂對(duì)Mn+的親和力小于樹(shù)脂對(duì)H+的親和力；即H+比較牢固的結(jié)合在樹(shù)脂上。:樹(shù)脂對(duì)Mn+和H+的親和力相同。在一定條件下，平衡常數(shù)K值的大小表示樹(shù)脂對(duì)Mn123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。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。金屬離子Mn+對(duì)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)。表示同一種離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子的吸附選擇性，不同類(lèi)型樹(shù)脂的K值不同。也可用來(lái)表示兩種離子對(duì)樹(shù)脂親和力的差別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124（1）水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；（2）離子化合價(jià)：高價(jià)離子易于被吸附；（3）溶液pH：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；（4）離子強(qiáng)度：越低越好；（5）有機(jī)溶劑：不利于吸附；（6）交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：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；（7）樹(shù)脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力；

影響離子交換選擇性的因素（1）水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；影響離子交換選擇性125例1：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KNaCs=?解：R-Li+Cs+=R-Cs+Li+R-Li+Na+=R-Na+Li+例1：已知某陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)：解：R-Li+126R-Na+Cs+=R-Cs+Na+R-Na+Cs+=R-Cs+Na+1273、分配系數(shù)某離子Mn+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。[M]r—平衡時(shí)，樹(shù)脂相中Mn+的濃度（mmol/g)∑[M]s—平衡時(shí)，水溶液中Mn+的總濃度（mmol/mL)3、分配系數(shù)某離子Mn+和樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)達(dá)到平128R-H+M+=R-M+H+一價(jià)M+，交換反應(yīng)：若溶液中無(wú)其它副反應(yīng)：若M+是痕量離子，[H+]r為常數(shù)R-H+M+=R-M+H+一價(jià)M+，交換129二價(jià)二價(jià)130例2：2克H型樹(shù)脂與100mL0.1mol/LHCl并含有0.001mol/LCa2+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：K2HCa=3.2，樹(shù)脂交換容量為5mmol/g)。解：交換反應(yīng)：2R-H+Ca2+=R2-Ca+2H+Ca2+進(jìn)入樹(shù)脂相最大量：0.001100=0.1mmol平衡時(shí)：例2：2克H型樹(shù)脂與100mL0.1mol/LHCl并含有0131交換反應(yīng)：2R-H+Ca2+=R2-Ca+2H+交換反應(yīng)：2R-H+Ca2+=R2-Ca+132溶液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：被樹(shù)脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：溶液中遺留鈣的百分?jǐn)?shù)：被樹(shù)脂吸附鈣的百分?jǐn)?shù)：1334、分離因數(shù)離子交換樹(shù)脂對(duì)兩種離子的分離能力、常以?xún)煞N離子的分配系數(shù)DA、DB之比、即分離因子表示：SA/B1，表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力相同，兩者難以分離;

SA/B偏離1，則表示樹(shù)脂對(duì)兩種離子的吸附能力有差別；偏離越大，則兩者越易分離。在離子交換分離體系中，可用SA/B衡量?jī)稍胤蛛x的可能性。4、分離因數(shù)離子交換樹(shù)脂對(duì)兩種離子的分離能134四、離子交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1、離子交換反應(yīng)的一般過(guò)程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；（2）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；（4）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。四、離子交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1、離子交換反應(yīng)的一般過(guò)程nR-H135稀的外部溶液（≦0.01mol/L)：外擴(kuò)散起決定作用。濃的外部溶液（≧0.1mol/L)：內(nèi)擴(kuò)散起決定作用。溶液（0.01~0.1mol/L)：外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散控制。稀的外部溶液（≦0.01mol/L)：外擴(kuò)散起決定作用。1362、影響外擴(kuò)散速度的因素離子濃度：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3~5%；攪拌速度越快，外擴(kuò)散速度越快；樹(shù)脂顆粒越小，外擴(kuò)散速度越快。3、影響內(nèi)擴(kuò)散速度的因素離子濃度：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4~8%；離子半徑與電荷：陽(yáng)離子每增加一個(gè)電荷，內(nèi)擴(kuò)散速度降低10倍；陰離子每增加一個(gè)電荷，內(nèi)擴(kuò)散速度降低7~8倍；2、影響外擴(kuò)散速度的因素離子濃度：離子濃度越大，外擴(kuò)散速度越137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)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低。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，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，樹(shù)脂顆粒越小，內(nèi)擴(kuò)散速度越快。138§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)一、離子交換樹(shù)脂的選擇二、離子交換樹(shù)脂的預(yù)處理三、離子交換裝置四、柱上操作§4.4離子交換分離法的基本操作技術(shù)一、離子交換樹(shù)脂的選13