水处理-离子交换分离

第三章离子交换分离

(ionexchange)

3.1离子交换基本原理3.2离子交换剂3.3离子交换分离过程3.4离子交换应用2/4/20231离子交换分离是利用离子交换剂与溶液中欲分离的离子之间发生交换反应而实现分离的方法，是在固液两相中进行的单元操作。阳离子交换反应：

Resin-SO3H+Na+=Resin-SO3Na+H+

Resin-SO3Na+H+=Resin-SO3H+Na+阴离子交换反应：Resin-N(CH3)3OH+Cl-=Resin-N(CH3)3Cl+OH-

Resin-N(CH3)3Cl+OH-=Resin-N(CH3)3OH+Cl–

离子交换反应是一可逆反应。2/4/20232离子交换过程的特点：选择性高：主要去除离子化的物质，并进行等物质的量交换；去除效率高；适用性强，应用范围广(无机、有机及高纯物的制备）；交换剂可反复使用；操作简便，分离容易2/4/202333.1离子交换的基本理论2/4/20234离子交换热力学——平衡问题，反应的方向和限度离子交换动力学——速率问题，反应的历程和达到平衡的时间3.1离子交换机理2/4/20235几点假设：a.把树脂看作是凝胶吸水溶涨；c.树脂上的可交换离子和外部溶液中的离子，可通过半透膜相互扩散；树脂骨架上的固定离子不能扩散b.树脂颗粒和外部溶液之间的界面看作是一种半透膜，膜的一边是树脂相，另一边是溶液相；一、道南理论(DonnanTheory)——膜平衡理论

d.当膜内外同类型离子扩散透过半透膜的速率相等时，离子交换过程达到平衡。2/4/20236

以H型阳离子交换树脂为例：道南原则：将H型阳离子交换树脂浸入盐酸（HCl）溶液，则树脂上的H+可以进入外部溶液，而外部溶液中的H+和Cl-

也可以进入内部溶液。当膜内外H+和Cl-扩散通过半透膜的速度相等时，交换达到了平衡。根据唐南原则，阳离子只能交换阳离子,不能交换阴离子;阴离子也只能交换阴离子,不能交换阳离子。一、道南理论(DonnanTheory)

2/4/20237离子交换过程也适用质量作用定律[H+]内[Cl-]内=[H+]外[Cl-]外由于膜两边电荷呈中性，即[H+]外=[Cl-]外，[H+]内=[Cl-]内+[R-]将[H+]外[H+]内代入质量作用定律，得[Cl-]

外2

=[Cl-]内*[[Cl-]内+[R-]]由于膜内有较多的固定离子存在,因此[R-]很大，则[Cl-]

外>>[Cl-]内,[H+]内>>[H+]外一、道南理论(DonnanTheory)2/4/20238离子交换过程可看作是固相的交换树脂和液相中电解质之间的化学置换反应。其反应一般是可逆的。

阳离子交换：R-A++B+=R-B++A+

阴离子交换：R+C-+D-=R+D-+C-如：树脂上有可交换离子Na+，溶液中有Ca2+Ca2+与树脂上的Na+交换Na+进入溶液。当溶液Na+

浓度很高时Na+又置换树脂上的Ca2+

二、离子交换平衡2/4/20239二、离子交换平衡

离子交换反应的界面过程2/4/202310由于离子交换反应是可逆的，进行的方向主要取决于树脂相和溶液相中各种离子的相对浓度。树脂相和溶液相中离子浓度差作为推动力，推动着交换反应的进行。当反应进行到一定程度时，就达到了离子交换平衡状态。此时，每一种物质在树脂相中的化学势与在溶液相中的化学势相等，即：二、离子交换平衡2/4/202311离子交换平衡可用平衡常数来表示。例如：将树脂R-A浸入含有B＋的溶液中，B+与A+能通过半透膜进行交换：

RA+内+B+外=RB+内+A+外达到平衡后，平衡常数

如果KAB>1，表示B+比较牢固地结合在树脂上；如果KAB<1，则表示A+比较牢固的结合在树脂上。

∴KAB的数值说明了离子交换树脂对A+、B+两种离子的选择性，因此称为选择性系数。KAB越大，离子交换树脂对B+的选择性越大。二、离子交换平衡2/4/202312严格来说，平衡常数

应该用离子的活度来表示，但在稀溶液中，离子的活度系数非常接近于1，可近似的用浓度来代替。2/4/202313某些离子在阳离子树脂上的选择系数：阳离子交联度阳离子交联度８％１２％８％１２％Li+1.001.00Mg2+3.293.51H+1.271.47Zn2+3.473.78Na+1.982.37Co2+3.743.81NH4

+2.553.34Cu2+3.854.46K+2.904.50Cd2+3.884.95Rb+3.164.62Ni2+3.934.99Cs+3.254.66Ca2+5.167.27Ag+8.5122.9Sr2+6.5110.1Tl+1.2428.5Pb2+9.9118.0UO2

2+2.453.34Ba2+11.520.82/4/202314

二、离子交换亲和力与选择性系数

离子交换中的分配系数是某种离子在树脂上的浓度与在溶液中的浓度之比，对阳离子Mn+，分配系数KP为：

分配系数KP反映了离子与树脂的亲和力大小。

不同离子对树脂的亲和力大小具有如下规律：(1)稀溶液中，离子电荷越大，亲和力越大；(2)相同电荷时，水合半径越小，亲和力越大；2/4/202315

(3)多元素阴离子亲和力的顺序为：

SO42->C2O42->I->NO3->CrO42->Br->SCN->Cl->Ac->F-(4)H+对强酸性离子交换树脂的亲和力在Na+与Li+之间，离子交换树脂的酸性越弱，H+与其亲和力越大；

(5)OH-对强碱性离子交换树脂的亲和力在Ac-与F-之间，离子交换树脂的碱性越弱，OH-与其亲和力越大；2/4/202316三、离子交换选择性问题

影响离子交换选择性的因素很多，目前最令人满意的是Eisenman理论。现在从最简单的碱金属的交换选择性入手来进行讨论。由实验可知，对同一种Li+-型强酸性阳离子交换树脂，各种阳离子的平衡系数按下列顺序增加：

Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+

Be2+<Mg2+<Ca2+<Sr2+<Ba2+但是，在含有-COOH的弱酸性阳离子交换树脂上，上述离子交换的平衡系数的大小刚好相反。2/4/202317

一方面，由于离子半径最小的Li+，静电引力最强。因此它吸引水分子形成水合离子的现象最显著，所形成的水合离子的半径最大，于是水合了的Li+静电场引力最弱。而Cs+离子裸半径最大的，静电场引力最弱，于是水合的Cs+半径就最小，水合了的Cs+静电引力就最强，与树脂的亲和力最强。

另一方面，离子交换树脂上的活性基团，在电离以后也存在着静电引力。但是不同的活性基团静电场的强弱不同，-COO-与SO3-比较，前者强，后者弱。三、离子交换选择性问题2/4/202318所以：对于具有弱静电引力的强酸性阳离子交换树脂，它和水合Cs+间的引力将最大，交换亲和力最大；和水合Li+间的引力将最小，交换亲和力最小。因而碱金属离子的交换亲和力顺序是：Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+

但对于弱酸性阳离子交换树脂，例如含有-COO-的树脂，由于它具有较强的静电引力场，它将和水分子竞争阳离子，结果它从水合分子中夺取出阳离子来而与之结合。这时离子裸半径最小的结合能最大，离子交换亲和力最大，离子裸半径最大的交换亲和力最小。此时亲和力的顺序是：Cs+<Rb+<K+<Na+<Li+三、离子交换选择性问题2/4/202319[定义]:离子与树脂上的活性基团的交换能力称离子对树脂的亲和力。总规律：离子与树脂的亲和力大小与水合离子的半径、电荷数、离子的极化程度有关：稀溶液中，离子电荷越大，亲和力越大例：Na+<Ca2+<Al3+<Th(Ⅳ)相同电荷时，水合半径越小，亲和力越大

例：Li+<H+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+<Ag+<Tl+三、离子交换选择性问题2/4/2023201.强酸型阳离子交换树脂(1)不同价态的离子，电荷越高，亲和力越大；例如：Na+<Ca2+<Al3+<Th(Ⅳ)(2)价态相同时，水合离子半径越小，亲和力越大;例如：Li+<H+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+<Ag+<Tl+(3)

二价离子的亲和力顺序：UO22+＜Mg2+＜

Zn2+

＜

Co2+

＜

Cu2+

＜

Cd

2+

＜

Ni2+

＜

Ca2+

＜

Sr

2+

＜

Pb

2+

＜

Ba

2+

(4)稀土元素的亲和力顺序：随原子系数增多而减少：La3+＞Ce

3+

＞

Pr3+

＞

Nd

3+

＞

Sm

3+

＞

Eu

3+

＞

Gd

3+

＞

Tb3+

＞

Dy

3+

＞

Y3+

＞

Ho3+

＞

Er

3+

＞

Tm3+

＞

Yb

3+

＞

Lu3+

＞

Sc3+

三、离子交换选择性问题2/4/2023212、弱酸型阳离子交换树脂

H+的亲和力比其它阳离子大，其他同强酸型，即：

H+<Li+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+<Ag+<Tl+三、离子交换选择性问题2/4/2023223.强碱型阴离子交换树脂

常见的强碱型阴离子树脂的亲和力顺序为：

F‾<OH‾<CH3COO‾<HCOO‾<Cl‾<NO2‾<CN‾<Br‾<HSO4‾<I‾<CrO4‾<SO4‾<柠檬酸根离子

OH-在Ac-与F-之间，离子交换树脂的碱性越弱，OH-与其亲和力越大。

三、离子交换选择性问题2/4/2023234.弱碱型阴离子交换树脂常见的弱碱型阴离子的亲和力顺序为：F‾<Cl‾<Br‾<I‾<CH3COO‾<MoO42‾<PO43‾<AsO43‾<NO3‾<酒石酸根离子<CrO42‾<SO42‾<OH‾多元素阴离子树脂的亲和力顺序为：SO42->C2O42->I->NO3->CrO42->Br->SCN->Cl->Ac->F-三、离子交换选择性问题2/4/2023242.影响亲和力的因素离子价数：树脂优先选择高价的反离子，价数越高，与树脂的静电吸引力越大，亲和力也越大；颗粒内部的膨胀力：离子的水化产生膨胀力，水化半径越小越好；树脂的交联度：交联度越大影响就越大三、离子交换选择性问题2/4/202325三、离子交换动力学1.离子交换反应离子交换反应——通常指离子交换树脂与溶液中的离子发生互换的反应。RA+内+B+外=RB+内+A+外分解反应复分解反应中和反应成盐反应2/4/2023261.离子交换速率RA+内+B+外=RB+内+A+外离子交换的五个步骤：①溶液中的离子B+扩散通过树脂外表面的液膜到达树脂表面；（膜扩散or外扩散）②离子B+扩散透过树脂表面的半透膜到达交换位置；（颗粒扩散or内扩散）③离子B+和树脂上的可交换离子A+发生交换反应；（化学反应）④反应后释放出的A+离子从交换位置扩散到树脂的表面；（颗粒扩散or内扩散）⑤离子A+从树脂表面扩散通过液膜到达溶液中。（膜扩散or外扩散）四、离子交换动力学2/4/202327浓度稀时（小于0.01mol/l），为膜扩散控制{慢}；浓度浓时（大于0.1mol/l），为颗粒扩散控制；当在0.01—0.1mol/l之间时，两种扩散速度相差不大，离子交换速度由两种扩散速度共同控制。

2/4/202328影响交换速率的因素树脂的粒度：粒度小且均匀的树脂交换速率高；树脂的交联度：交联度越大，树脂的溶胀性越差，影响了离子在树脂内部的扩散；温度：提高温度利于交换；溶液浓度：提高浓度有利于增加膜扩散速率；搅拌强度：适当提高搅拌速度可提高扩散速率；待交换离子的性质：价态和半径的大小四、离子交换动力学＋2/4/2023293.2离子交换剂2/4/202330离子交换剂——是指带有可交换离子（阴离子或阳离子）的不溶性固体，它能与溶液中带有同种电荷离子进行置换。如：Resin-SO3H、Resin-N(CH3)3OH等3.2离子交换剂2/4/202331一、离子交换剂的分类

——分为无机和有机两大类：

天然：海绿石、粘土、天然沸石等，性能不够无机类稳定，交换容量小，颗粒易破碎；人造：人工合成沸石、分子筛、杂多酸等，在选择性、交换容量、物理性能均有改进;

天然：磺化煤有机类人造：离子交换树脂——是以高分子聚合物为骨架，反应引入活性基团构成的。3.2离子交换剂2/4/202332无机离子交换剂的缺点：1、交换能力低2、化学稳定性差3、机械稳定性差有机离子交换剂的特点：具有空间网状结构；难溶于水、酸、碱和有机溶剂；较稳定（热、机械、化学）；含活性基团（-SO3H、-COOH、≡NOH等）3.2离子交换剂2/4/202333离子交换树脂——是一类具有特殊交换性能的有机高分子聚合物，具有多孔结构的固体球形颗粒，粒径一般为0.3-1.2mm，不溶于水和电解质。二、离子交换树脂2/4/2023341、树脂的结构：由树脂骨架+活性基团组成树脂骨架——具有空间网状结构的高分子聚合物，在离子交换过程中不发生反应；高分子聚合物以苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球最为常见。骨架中含有一定量的交联剂，作用是使树脂骨架形成立体的网状结构。活性基团——以化学键与骨架相连，由固定离子+反离子组成。反离子即可交换离子，它与固定离子通过离子键结合，在离子交换过程中反离子被溶液中的离子置换。活性基团是树脂具有交换选择性的原因。二、离子交换树脂2/4/202335SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3H-SO3H：活性基团（-SO3—固定离子，H+—交换离子）：树脂基体（骨架）树脂的结构二、离子交换树脂2/4/202336例：制备聚苯乙烯磺酸基阳离子交换树脂nnnn聚合反应式中有二乙烯苯2/4/202337浓H2SO4Ag2SO4SO3HSO3HSO3HSO3Hnnnn二、离子交换树脂2/4/2023382、离子交换树脂的分类

（1）阳离子交换树脂（2）阴离子交换树脂（3）特种离子交换树脂

凝胶树脂大孔树脂螯合树脂氧化还原树脂萃淋树脂二、离子交换树脂2/4/202339a.阳离子交换树脂：活性基团是酸性的，能与溶液中的阳离子交换，如R—SO3H，H+可电离，与其他阳离子交换；R-SO3H+Na+=R-SO3Na+H+强酸性：活性基团为强酸性的，如—SO3H，在酸、中、碱介质均可用，交换速度快。中等酸性：含—PO3H

弱酸性：如－COOH,酚羟基-OH等，能在酸度较低的溶液中离解出H+而呈弱酸性。对Ｈ＋亲合力大，不宜在酸介质中使用，但选择性好。Resin-SO3H（氢型）树脂的酸性最强，其钠型比氢型稳定，故商品树脂常为钠型，使用前用酸淋洗转型（再生）。二、离子交换树脂2/4/202340b.

阴离子交换树脂：活性基团是碱性的，能与溶液中的阴离子交换，如R—NH2，-NH2水合后形成含有可离解的-OH-，和其他的阴离子交换。

R-N(CH3)3OH+Cl-=R-N(CH3)3Cl+OH-强碱性：N（季胺基，如-NR3OH）离解性很强，使用的pH没有限制，一般用强碱进行再生；R-NR3OH=R-NR3++OH-弱碱性：伯胺基（-NH2），仲胺基(-NHR)，叔胺基(-NR2),对OH-的亲和力大，在碱性溶液中，失去交换能力，故不宜在碱介质中使用，用Na2CO3等再生。Cl型的阴离子交换树脂较稳定。二、离子交换树脂2/4/202341c.

螯合树脂：螯合树脂是一种对金属离子具有高选择性的离子交换树脂。在树脂中引入能与金属离子螯合的活泼基团——常含有O、N、S、P和As等原子，它们与金属离子往往形成多配位络合物。

特点：选择性高，但交换容量低，制备成本高、难度大。螯合树脂的分类（按螯合基团分）亚氨基二乙酸型树脂8-羟基喹啉型树脂和8-氨基喹啉型树脂水杨酸型冠醚型

二、离子交换树脂2/4/202342螯合树脂的特点①高选择性：这主要是由于树脂中引入具有一定选择性的活性能团。②稳定性：正如普通的离子交换树脂一样，螯合树脂具有较高的稳定性。③交换速度：螯合树脂与金属离子的交换过程较为缓慢，这不仅与树脂交联度/孔径有关，而且与树脂骨架的特性有关。使用亲水性交换剂，或使用纤维状吸附剂，可能大幅度提高吸附速度。2/4/202343从分离的角度看，高选择性的螯合树脂是离子交换树脂的发展方向。例如：新合成的氨羧型LZ-85树脂能选择性地从大量钴中分离出微量镍。又如：含亚氨基二乙酸基的树脂，对Cu2＋、Co2＋、Ni2＋具有高选择性。2/4/202344d.凝胶型树脂

吸水后溶胀，水分子进入树脂内部，形成细微孔隙，平均孔径为20A－40A，适于分离半径＜10A的无机离子。特点：树脂干燥后失去交换能力（无孔状态），必须在水中溶胀后方可使用，不适于油类的物质。二、离子交换树脂2/4/202345e.大孔树脂

树脂内部有永久微孔，比凝胶树脂具有更多、更大的孔道和比表面积，离子容易迁移扩散，交换速度快——适于大分子物质的分离。特点：可溶于水和非水体系，不需溶胀，耐氧化、耐磨、耐冷热变化，具有较高的稳定性。

例：国产D202#钠型大孔阳离子交换树脂二、离子交换树脂2/4/202346大孔性吸附树脂大孔性树脂的特性

大孔吸附树脂是一种不含交换基团的,具有大孔结构的高分子吸附剂。这是一种新型的介于离子交换树脂和活性炭之间的优良吸附剂。通常大孔性树脂是聚苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它们具有多孔性的巨大网状结构。2/4/202347f.氧化还原树脂（电子交换树脂）——含有可逆的氧化还原基团，可与溶液中离子发生电子转移反应，而不引入杂质。例：如聚乙烯氢醌树脂，E0=+0.23v，离子通过树脂时按E的大小发生氧化或还原，可用此树脂除水中DO。

二、离子交换树脂2/4/202348

g.萃淋树脂——一含有液态萃取剂的树脂，犹如将萃取液涂抹于载体上，兼有离子交换和萃取法的优点，用于贵金属制备分离。例：TBP萃淋树脂可用于分离工业废水中的Cr(Ⅵ)；P507萃淋树脂可用于分离稀土元素。二、离子交换树脂2/4/202349

h.纤维交换剂(离子交换纤维素)：在天然纤维素上接上活性基团，对其上的羟基进行脂化、磷酸化、羧基化后，即可得离子交换纤维。

特点：颗粒较小，亲水性强，表面积大(均是开放性长链)，大分子能自由地进入和迅速地扩散，稳定，交换速度快，容易洗涤。例：巯基棉-SH、黄原酯棉二、离子交换树脂2/4/202350离子交换纤维素特别适用于分离那些水溶性的大分子物质，如蛋白质、多糖、酸性多糖等。常用的离子交换纤维素有三种：二乙基氨基乙基（DEAE）纤维素羧甲基（CM）纤维素ECTEOLA纤维素2/4/202351

3、离子交换树脂的性能指标（1）交换容量——即树脂交换能力的大小。重量法表示：单位重量干树脂中离子交换基团的数量，用mmol/g或mol/kg表示。容积法表示：单位体积湿树脂中离子交换基团的数量，用mmol/L或mmol/m3表示。（常用）它取决于树脂网状结构所含的活性基团的数目，交换容量可用实验方法测定。弱酸性或弱碱性树脂的交换容量与pH值有关。二、离子交换树脂2/4/202352（1）交换容量全交换容量：指树脂中能够起交换作用的活性基团的总数。一般树脂的交换容量为3－6mmol/g。工作交换容量：指在动态工作条件下，所测得的能发挥交换作用的活性基团的数量。由于运行条件的限制，不同条件下测得的工作容量不同。有效交换容量：工作交换容量减去因正、反洗损失的交换容量。二、离子交换树脂3、离子交换树脂的性能指标2/4/202353交换容量的测定方法——可参看国家标准：GB5760-86阴离子交换树脂交换容量测定方法、GB8144-87阳离子交换树脂交换容量测定方法、GB11992-89氯型强碱性离子交换树脂交换容量测定方法。三、离子交换树脂的性能指标2/4/202354例：强酸性阳离子交换树脂交换容量测定方法

称1g干树脂于250mL干燥锥形瓶中,加入100mL0.1mol/LNaOH后,塞紧,充分振荡,放置24h。吸取25mL上清液于另一干净的锥形瓶中,加入酚酞溶液,用0.1mol/LHCl滴定至无色为终点。3、离子交换树脂的性能指标[交换容量的测定]2/4/202355

将强酸型离子交换树脂处理成H型，装柱，用水洗至中性。将5.10mL0.2340mol/L的CaCl2溶液加入到该树脂柱中，再用水洗至中性。淋洗液用0.1020mol/LNaOH滴定，消耗20.50mL。Ca2+在该树脂上的交换率为

。［交换率的测定］3、离子交换树脂的性能指标2/4/202356（2）交联度

——树脂中所含交联剂的质量百分率。它反映了树脂骨架中网孔的大小，是离子交换树脂的重要性质之一。例如：用88份苯乙烯与12份二乙烯苯合成的树脂，其交联度为12%。交联度小，溶胀性能好，网眼大，交换速度快，但选择性差，机械强度也差。通常，树脂的交联度以4-14%为宜。3、离子交换树脂的性能指标2/4/202357

（3）溶胀性树脂的溶胀——用水浸泡树脂，由于水的渗入，活性基团发生离解、水合作用，使树脂的网眼增大，体积膨胀。溶胀率——溶胀前后的体积差与溶胀前体积之比交联度大，溶胀性小；溶胀率大，交换容量就大。3、离子交换树脂的性能指标2/4/202358（4）含水率充分溶胀的湿树脂所含的溶胀水的重量占湿树脂总重的百分比。一般在5%左右。树脂中也有游离水或表面水，但能用离心法去除，这种水分并非化合水，与树脂的性质无关。3、离子交换树脂的性能指标2/4/202359（5）密度

三种表示方法：干真密度、湿真密度、湿视密度干真密度——树脂在干燥时的真实密度，一般用g/mL表示干真密度=干树脂质量/树脂颗粒的真体积湿真密度——树脂充分溶胀后，树脂颗粒的密度，单位同上。湿真密度=湿树脂质量/湿树脂颗粒的真体积

湿颗粒的体积包括：溶胀水分、颗粒内部间隙水，但不包括颗粒间的间隙水。一般为1.04-1.30g/mL.湿视密度——树脂充分溶胀后的堆积密度。湿视密度＝湿树脂质量／湿树脂堆积体积该密度用于计算离子交换柱中湿树脂的装载重量，一般为0.60-0.85g/mL.3、离子交换树脂的性能指标2/4/2023604、使用离子交换树脂的pH范围强酸型：R-SO3HpH>2弱酸型：R-COOHpH>6R-OHpH>10强碱型：R=NOHpH＜12弱碱型：RNH3OHpH<4二、离子交换树脂2/4/2023613.3离子交换分离过程2/4/202362一、操作方式1、静态交换：间歇操作，实验室中常用；效率较低，操作繁琐，时间消耗多2、动态交换：连续操作，固定床、活动床溶液与树脂层发生相对移动；交换、再生、清洗等操作在交换装置的不同部位同时进行；效率高、连续化，但操作较复杂，树脂磨损大3.3离子交换分离操作2/4/202363二、树脂的选择树脂的粒度、形状、密度、交换容量、稳定性等需考虑：待分离物质的电荷种类、电性强弱、分子大小＆数量等因素。比如：强碱性离子宜用→弱酸性树脂强酸性树脂能吸附但解离难，洗脱再生困难；弱碱性离子宜用→强酸性树脂弱酸性树脂吸附性弱强酸性离子宜用→弱碱性树脂弱酸性离子宜用→强碱性树脂大分子离子选择交联度较低的树脂或大孔树脂3.3离子交换分离操作2/4/202364二、树脂的选择粒度选择用途篩孔制备去离子水50~100目分离常量元素100~200目分离微量元素200~400目3.3离子交换分离操作树脂的型式

酸性树脂可用氢型或钠型

碱性树脂可用羟型或氯型2/4/2023653.3离子交换分离操作

三、树脂的预处理[过筛]：市售的树脂颗粒大小不一，应除去过大或过小的树脂颗粒。[除杂]:树脂含有杂质，应先除去树脂中的杂质。

[浸泡]：凝胶树脂→去离子水浸泡12h→2～3倍4mol/LHCl浸泡1～2d→水洗至中性→得H+阳离子交换树脂或Cl－阴离子交换树脂。2/4/202366除杂方法:三、树脂的预处理2/4/202367若需要特殊形式,可以用不同溶液处理。NaCl溶液处理→阳离子树脂成了Na+型，阴离子树脂成了Cl-型；NaOH溶液处理→阳离子树脂成了Na+型，阴离子树脂成了OH-型；Na2SO4溶液处理→阳离子树脂成了Na+型，阴离子树脂成了SO42-型；

树脂处理成需要的形式后,浸泡在蒸馏水中备用。树脂的转型：三、树脂的预处理2/4/202368四、装柱示意图见下，可用滴定管代替。a.润湿的玻璃丝塞在下端（防止树脂流出）；b.柱子充满水；c.倒入树脂（不可有气泡)d.盖一层玻璃丝（防止加入溶液时把树脂层冲动）2/4/202369离子交换柱2/4/202370单床：只装一种树脂复床：两种以上树脂分层装在同一柱内移动床：树脂使用、再生和清洗在不同的柱中树脂层的高度：一般为1~1.5m柱体高度约为树脂层高度的2倍柱有效高度与直径之比（4:1）~（5:1）树脂层高度为柱有效高度的1/2~1/3离子交换柱2/4/202371五、离子交换过程——将试液按规定的流速，流经交换柱进行交换。达到始漏点时，被交换离子的物质的量称工作容量。工作交换容量<交换容量3.3离子交换分离操作饱和区工作区未交换区2/4/202372交换过程中，溶液流经交换柱的速度控制是很重要的：流速过快，溶液中的离子来不及交换，处理效果不好；流速过慢：单位时间内处理量小，影响效率流速的选择应在质量保证下寻求最大流速，一般需要经实验确定。分离过程中，需要分步收集流出液以获得纯物质。树脂中毒现象——树脂被某些物质污染，交换容量下降；复活——使中毒的树脂再生的处理。五、离子交换过程2/4/202373用适当的洗脱液，按规定的流速，将交换上去的离子洗脱下来。——交换的逆过程。洗脱原理：用亲和性更强的同性离子取代树脂上吸附的目的产物。洗脱顺序：亲和力小的离子先被洗脱，亲和力大的离子后被洗脱。如提取谷氨酸，谷氨酸结合到树脂上，用Na+或NH4+溶液洗脱。六、洗脱（淋洗）2/4/202374六、洗脱——交换的逆过程。［洗涤］：把树脂上的残留液用纯水洗干净。［洗脱］：用适当的洗脱液，按规定的流速，将交换上去的离子洗脱下来。2/4/202375洗脱（淋洗）的方式：分步淋洗——准备两种或以上的洗脱液，先用洗脱力弱的后用洗脱力强的溶液，把树脂上的离子先后洗脱下来。梯度淋洗——把不同的洗脱液先混合，再流经树脂柱，把离子洗脱下来。浓度不同、pH不同、极性不同、离子强度不同2/4/202376

七、树脂再生交换一定时间后，树脂饱和，失去交换能力。将树脂恢复到交换前的形式，这个过程称为树脂再生。有时洗脱的过程就是再生的过程。3.3离子交换分离操作2/4/2023773.4离子交换法的应用2/4/2023781.去离子水的制备

实验室用去离子水及锅炉用水的软化。采用串联的阳离子交换柱和阴离子交换柱。先用阳离子交换树脂除去各种阳离子：Mn++nR-SO3H→(R-SO3)nM+nH+再用阴离子交换树脂除去各种阴离子：m(RN(CH3)3OH)+Xm-→(RN(CH3)3)mX+mOH-