第一节、第二节

第二章

离子交换分离法1第一节概述利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换作用而使离子分离的方法，称为离子交换分离法。离子交换分离是分析化学中重要的分离方法之一。它主要用于大量干扰元素的除去，微量元素的分离与富集，制取去离子水及提纯化学试剂等方面。2

20世纪初期,工业上就开始用天然的无机离子交换剂泡沸石来软化硬水。其化学成分为硅铝酸盐(Na2A12Si4O12·nH2O)，当与水接触时，其中的Na+便与水中的Ca2+、Mg2+发生交换作用：Na2Z+Ca2+＝CaZ+2Na+从而使水软化。但这类无机离子交换剂的交换能力低，化学稳定性和机械强度差，应用受到很大限制。近年来合成了有机离子交换剂——离子交换树脂，基本上克服了无机离子交换剂的缺点。因此离子交换分离法在生产和科研各方面得到了广泛的应用。3第二节离子交换剂的合成和分类离子交换剂无机离子交换剂：海绿砂、泡沸石、磷酸锆、磷酸铵等有机离子交换剂碳质离子交换剂：磺化煤离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性弱酸性强碱性弱碱性4

离子交换树脂是具有高分子量的一种有机聚合物。其主要特征是具有三度空间的网状结构，在网状结构的骨架上，均匀地分布着许多可以电离和被交换的离子基团，如磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)，这些离子交换树脂可以看成是一种高分子的电解质。5

离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换的活性基团。根据活性基团的不同、离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。6

如聚苯乙烯型阳离子交换树脂，属强酸性阳离子交换树脂，它是淡黄色球状颗粒，上有网状结构，在网状的骨架之间具有一定大小的孔隙，可以允许游离的离子自由来往，可电离的磺酸基均匀地分布在网状骨架上。如将树脂颗粒浸泡在水中，这些功能团即开始电离，产生游离的氢离子，在树脂内形成一种类似的高分子电解质“溶液”。这时，如果外来离子扩散入树脂相，置换了氢离子，就发生了离子交换反应。7一、阳离子交换树脂

能交换阳离子的树脂称为~。它所具有的活泼基团中，都有一个不能交换的阴离子和一个可被交换的阳离子。可以把阳离子交换树脂看成是一个酸，其酸性强弱决定于活泼基团的酸性强弱，顺序如下：8阳离子交换树脂具有酸性基团，如应用最广泛的强酸性磺酸型聚苯乙烯树脂，它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合，经浓硫酸磺化而制得的聚合物。这种树脂的化学性质很稳定，具有耐强酸、强碱、氧化剂和还原剂的性质，因此应用非常广泛。9

各种阳离子交换树脂含有不同的活性基因、常见的有磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)和酚基(-OH)等。根据活性基团离解出H+能力的大小不同，阳离子交换树脂分为强酸性和弱酸性两种。例如含-SO3的为强酸性阳离子交换树脂，常用R-SO3H表示(R表示树脂的骨架)，合-COOH和-OH的弱酸性阳离子交换树脂，分别用R-COOH和R-OH表示。强酸性阳离子交换树脂应用较广泛，弱酸性阳离子交换树脂的H+不易电离，所以在酸性溶液中不能应用，但它的选择性较高而且易于洗脱。10分为三类：1强酸性阳离子交换树脂2弱酸性阳离子交换树脂3混合型阳离子交换树脂11二、阴离子交换树脂

阴离子交换树脂与阳离子交换树脂具有同样的有机骨架，只是所联的活性基团为碱性基团。如含季胺(-N(CH3)3)的树脂的H+不易电离，称为强碱性阴离子交换树脂，含伯胺基(-NH2)、仲胺基(-NHCH3)和叔胺基(-N(CH3)2)的树脂为弱碱性阴离子交换树脂。这些树脂水化后分别形成R-NH3OH、R-NH2CH3OH、R-NH(CH3)2OH和R-N(CH3)3OH等氢氧型阴离子交换树脂，所联的OH-可被阴离子交换和洗脱。分