第5章 离子交换分离

第五章离子交换分离法

(ionexchange)

5.1概述5.2离子交换剂5.3离子交换基本理论5.4离子交换分离操作5.5离子交换法的应用一、离子交换(ionexchange)

概念：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。5.1概述5.1概述二、离子交换法的特点：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，分离容易缺点：分离周期长，耗时过多。5.1概述三、离子交换分离法的发展历史(1)1850年，英国农业化学家H.S.Tompson和J.T.Way发现离子交换现象用硫酸铵或碳酸铵处理土壤时，铵离子被吸收而析出钙；土壤也是一种无机离子交换剂.5.1概述(2)1935年，B.A.Adams和E.L.Holmes合成离子交换树脂合成了高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂；这是离子交换分离技术的最重要的里程碑；二战期间，德国大量合成离子交换树脂，并用于水处理；战后，英、美、苏、日等国也大力发展离子交换技术。5.1概述(3)1945年，美国人G.F.dAlelio合成聚苯乙烯阳离子交换树脂后来又合成了性能良好的聚苯乙烯系和聚丙烯酸系的离子交换树脂；离子交换分离成为低能耗、高效率的分离技术。5.1概述(4)20世纪60年代以后，离子交换树脂的合成与离子交换分离技术取得了突飞猛进的发展R.Kunin等合成了一系列大孔离子交换树脂，该类树脂的多孔结构兼具离子交换和吸附两种功能。各种载体和功能基化的离子交换树脂层出不穷高效离子色谱分析法的诞生离子交换分离柱与电导检测器结合的产物。(一)给水处理

硬水软化、脱盐纯水、高纯水的制备

(二)废水处理

废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+

(三)工业生产

产品的提纯

四、离子交换法的应用5.1概述5.2离子交换剂5.2离子交换剂离子交换剂——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的离子进行置换。如：Resin-SO3H、Resin-N(CH3)3OH等

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。5.2

离子交换剂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）二、离子交换树脂的结构离子交换树脂——是一类具有空间网状结构的有机高分子聚合物，在这种网状结构的骨架上有许多可被交换的活性基团，一般为固体球形颗粒，粒径为0.3-1.2mm，不溶于水和电解质。

树脂的结构离子交换树脂母体(骨架)活性基团固定离子可交换离子苯乙烯(单体)+二乙烯苯(交联剂)母体共聚H2SO4功能基反应R—SO3H固定离子可交换离子母体离子交换树脂的结构例：制备聚苯乙烯磺酸基阳离子交换树脂nnnn聚合浓H2SO4Ag2SO4SO3HSO3HSO3HSO3Hnnnn离子交换树脂的结构骨架（载体）

三维网状空间结构，载体不参与离子交换反应。功能基团（交换基团）

离子交换反应位置固定离子（惰性离子）

与载体牢固结合，不能自由移动的离子。反离子（可交换离子）功能基团是树脂具有交换选择性的原因

离子交换树脂结构模型-SO3H：活性基团（-SO3—固定离子，H+—交换离子）按选择性分按结构分离子交换树脂凝胶型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH强碱性阴离子交换树脂RNOH弱酸性阳离子交换树脂R—COOH强酸性阳离子交换树脂R—SO3H三、离子交换树脂的种类凝胶型树脂：网孔2-4nm，比表面一般为2—120m2/g。大孔型树脂：网孔20-120nm，比表面一般为0.1m2/g。a、阳离子交换树脂

含有酸性基团（多为羧酸基），在溶液中可离解出阳离子，与溶液中的阳离子交换。据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。OH强酸性中等酸性弱酸性(1)强酸性阳离子交换树脂含有强酸性活泼基团-SO3H,可分为聚苯乙烯型和酚醛型。特点：

淡黄色球状颗粒；化学稳定性好，耐磨性好；在酸性、碱性和中性介质中都可使用；交换反应速度快；无机、有机阴离子均可交换。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂（2）弱酸性阳离子交换树脂含有弱酸性活泼基团，如：-COOH、-OH等。此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。对Ｈ＋亲合力大，不宜在酸介质中使用，R-COOH应在pH=6以上的溶液中使用；R-OH应在pH=9以上的溶液中使用。三、离子交换树脂的种类b.

阴离子交换树脂：含有碱性基团，在溶液中可离解出阴离子。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。弱碱性阴离子交换树脂大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂

c.

特殊的离子交换树脂

选择性好，可用于阴、阳离子的分离。

（1）螯合树脂：对金属离子具有较高选择性，功能基为胺羧基-N(CH2COOH)2，能与金属离子形成多配位络合物。特点：选择性好，稳定性高，但交换速度较为缓慢，制备成本高。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

三、离子交换树脂的种类从分离的角度看，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)凝胶型树脂

具有均相高分子凝胶结构，颗粒内部由单体聚合成的链状大分子在交联剂的连接下，组成了空间结构，树脂内部空隙很小，在300nm以下，称为凝胶孔或化学孔。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。三、离子交换树脂的种类(3)大孔树脂

在树脂聚合过程中加入致孔剂，它们在树脂中预先留下孔道，但并不参与反应，在骨架形成后取出致孔剂，留下永久的孔道。大孔树脂内部具有更多、更大的孔道和比表面积，孔径平均为200Å—1000Å，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；减少了“有机污染”现象（大分子不易洗脱）；可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树脂的比表面积，以适应不同的分离要求。

例：国产D202#钠型大孔阳离子交换树脂三、离子交换树脂的种类1.5～9nm，av.2～4nm10～500nm，av.20～100nm

(4)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。三、离子交换树脂的种类(5)

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。

三、离子交换树脂的种类(6)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，骨架松散、亲水性强，表面积大，交换容量大、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。常用的离子交换纤维素有：二乙基氨基乙基纤维素羧甲基纤维素甲基磺酸纤维素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。三、离子交换树脂的种类四、离子交换树脂的理化性能形状：透明或半透明的球状珠体,要求圆球率90％以上。颜色：白、浅黄、赤褐色。粒径：通常为数百微米，要求粒径分布范围窄，16~60目>90%；含水量：0.3~0.7g/g湿树脂；密度：干真密度、湿真密度、湿视密度交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量；交联度：4-14%为宜；稳定性：化学稳定性、热稳定性；溶胀性：溶胀前后的体积的变化。（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mol/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。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（有效交换容量）：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。其大小与溶液中离子的浓度、树脂层高度、流速、树脂粒度的大小以及交换基团的类型等因素有关。

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。离子交换树脂的性能指标例：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。离子交换树脂的性能指标[交换容量的测定]

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］离子交换树脂的性能指标（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%。通常，树脂的交联度以4-14%为宜。交联度小，溶胀性能好，网眼大，交换速度快；交联度↑，网眼↓，选择性↑，

颗粒在网眼的扩散↓，交换容量↓，溶胀性↓离子交换树脂的性能指标

（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影响因素树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。离子交换树脂的性能指标（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。离子交换树脂的性能指标（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.离子交换树脂的性能指标（6）热稳定性树脂的活性基团受热会发生分解或脱落。不同树脂的热稳定性不同。强碱性阴离子交换树脂的最高使用温度通常在40－60℃，稳定性最高的弱酸性树脂虽说在接近200C也不会立即被破坏，但通常不宜超过100C。弱酸性>强酸性>弱碱性>强碱性离子交换树脂的性能指标不同类型离子交换树脂的有效pH值范围树脂类型有效pH值范围强酸性阳离子交换树脂0－14

弱酸性阳离子交换树脂4－14

强碱性阴离子交换树脂0－14

弱碱性阴离子交换树脂0－75.3离子交换的基本理论5.3离子交换的基本理论一、离子交换反应

当离子交换树脂与溶液接触时，树脂上的可交换离子就会与溶液中相同电荷的离子发生交换反应。如：阳离子交换：

R-SO3H＋NaCl

R-SO3Na＋HCl阴离子交换：

R-N(CH3)3OH＋NaCl

R-N(CH3)3Cl＋NaOH螯合离子交换：

R-N(CH2COONa)2

＋Cu2+

R-N(CH2COO)2Cu＋2Na+离子交换过程可看作是固相的交换树脂和液相中离子之间的置换反应，其反应一般是可逆的。由于反应是可逆的，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，推动着离子由高浓度相向低浓度相移动。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，每种离子在树脂相中的化学势与在溶液相中的化学势相等，即：一、离子交换反应

特点：符合质量作用定律;

等当量进行的同性离子的互换反应;

具有饱和性;

树脂母体和固定离子不发生变化。一、离子交换反应

1、热力学平衡常数

Ka

离子交换平衡可用平衡常数来表示。对于离子交换反应：

离子上方的横线表示该离子存在于树脂相。达到平衡后，热力学平衡常数为：

二、离子交换平衡为了计算热力学平衡常数Ka，需要在平衡状态下测定离子在两相中的活度，而离子在树脂相的活度是难以测定的。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活度。即在一定条件下，K值的大小表示树脂对Na+交换能力的强弱，又称为树脂对离子的亲和力或选择性。如果KNa+H+<1，表示树脂对Na+的亲和力小于对H+的亲和力，即H+比较牢固地结合在树脂上；如果KNa+H+>1，表示树脂对Na+的亲和力大于对H+的亲和力，即Na+比较牢固地结合在树脂上如果KNa+H+=1，则表示树脂对Na+和H+的亲和力相同二、离子交换平衡多价离子的交换对于反应

对于一般反应：

推而广之，平衡常数KAB的大小说明：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，也就是说交换树脂对的B+亲和力越大。通常，以H+或Li+为阳离子参考离子，以Cl－或OH－为阴离子参考离子。参考离子不同，选择性系数的值也不同。2、选择性系数二、离子交换平衡不同离子间的选择性系数换算

选择性系数越大，该离子在树脂上的保留越强。已知两种离子对于同一参考离子的选择性系数，即可计算该两种离子之间的选择性系数。例题：已知KNa,H=1.56,KK,H=2.28,计算KK,Na

解：KK,Na=KK,H/KNa,H=2.28/1.56=1.46

可以推导出：KA,B=KA,C/KB,C某些离子在阳离子树脂上的选择性系数：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+11.520.8二、离子交换平衡3、分配系数（D）

在一定条件下（温度、酸度、络合剂种类、浓度等），达到交换平衡时，某种离子在树脂相和溶液相之间的浓度比,称分配比。通常的定义：

D＝每克干树脂中某离子的摩尔数/每毫升溶液中该离子的摩尔数分配系数D也反映了离子与树脂的亲和力大小。分配系数与选择性系数的关系：4、分离因数

离子交换树脂对两种离子的分离能力、常以两种离子的分配系数DA、DB之比、即分离因子表示：SA/B1，表示树脂对两种离子的吸附能力相同，两者难以分离;

SA/B偏离1，则表示树脂对两种离子的吸附能力有差别；偏离越大，则两者越易分离。在离子交换分离体系中，可用SA/B衡量两元素分离的可能性。二、离子交换平衡三、离子交换的选择性

[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。亲和力越大，越容易交换。它是离子交换分离某些元素的主要依据。

在一定条件下，平衡常数K值的大小表示树脂对Mn+的交换能力的强弱，即树脂对离子选择性或亲和力。

K值表示同一种离子交换树脂对不同离子的吸附选择性，不同类型树脂的K值不同。若溶液中各种离子的浓度相同，则亲和力大的离子先被交换上去，亲和力小的后被交换上去。（1）水合离子半径：半径越小，亲和力越大；（2）离子化合价：高价离子亲和力大；（3）溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；（4）离子强度：越低越好；（5）络合剂，金属离子在阳离子交换树脂上的亲和力将受到很大的影响。生成的络合物越稳定，影响就越大。（6）交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；（7）树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；

1、影响离子交换选择性的因素2、离子交换树脂对离子的选择性规律（1）强酸性阳离子交换树脂对离子的亲和力：对不同价的离子，电荷越高亲和力越大；相同电荷数的离子，水合半径小的离子亲和力强

Li+<H+<Na+<K+<Rb+<Cs+Be2+<Mg2+<Ca2+<Sr2+<Ba2+

Na+<Ca2+<Al3+<Th4+稀土元素离子在强酸性阳离子交换树脂上的交换亲和力随原子序数增加而减少：Lu3+<Yb3+<Er3+<Ho3+<Dy3+<Tb3+<Gd3+<Eu3+<Sm3+<Nd3+<Pr3+<Ce3+<La3+

2、离子交换树脂对离子的选择性规律原因：

由于Li+离子半径最小，静电引力最强，因此形成水合离子的现象最显著，形成的水合离子的半径最大，于是水合Li+的静电引力最弱，与树脂的亲和力最小。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，静电引力就最强，与树脂的亲和力最强。（2）弱酸性阳离子交换树脂：

H+的亲和力比其他阳离子大，而其他阳离子的亲和力顺序与强酸性阳离子交换树脂相似。

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

（3）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。

2、离子交换树脂对离子的选择性规律

（4）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‾2、离子交换树脂对离子的选择性规律四、离子交换动力学

离子交换过程：

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（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（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（内扩散）；

⑤离子A+从树脂表面扩散通过液膜到达溶液中（外扩散）

。

浓度稀时（小于0.01mol/l），为外扩散控制{慢}；浓度浓时（大于0.1mol/l），为内扩散控制；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、影响外扩散速度的因素离子浓度：离子浓度越大，外扩散速度越大。温度升高一度，外扩散速度增加3~5%；搅拌速度越快，外扩散速度越快；树脂颗粒越小，外扩散速度越快。3、影响内扩散速度的因素离子浓度：离子浓度越高，内扩散速度越小。温度升高一度，内扩散速度增加4~8%；离子半径与电荷：阳离子每增加一个电荷，内扩散速度降低10倍；阴离子每增加一个电荷，内扩散速度降低7~8倍；5.4离子交换分离操作

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5.4离子交换分离操作二、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5.4离子交换分离操作二、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5.4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5.4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。除杂方法:三、树脂的预处理

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）离子交换柱单床：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<交换容量饱和区工作区未交换区5.4离子交换分离操作交换过程中，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）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。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，再流经交换柱，把离子洗脱下来。浓度不同、pH不同、极性不同、离子强度不同

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。5.4离子交换分离操作

八、树脂的复活

树脂使用过程中有时会发生中毒现象，其原因是被某些物质污染，致使交换容量下降，用一般洗涤方法不能使其复原。树脂中毒后，需在一定阶段予以处理，以恢复交换能力。中毒树脂的再生处理有时称为复活。5.4离子交换分离操作避免树脂中毒所采取的措施：1、采用大孔结构的离子交换树脂代替普通凝胶树脂。2、加强交换液的处理，或在交换柱前增加一个大孔吸附树脂或活性炭柱。清除树脂内污染物所采取的措施：1、如果被金属氧化物或氢氧化物胶体污染，也可以用较浓的酸或碱溶液处理。2、已受有机物污染的树脂可以采用热碱液或含有NaCl的热NaOH溶液处理。3、受有机物污染严重的树脂可以采用次氯酸钠溶液处理。5.5离子交换法的应用1.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：