8.2离子交换法

1、8.2离子交换法ION EXCHANGE METHOD,2020/7/4,2,8.2离子交换法,8.2.1离子交换剂的种类和性能指标 8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力 8.2.3离子交换分离的基本过程,下节,上节,返回章,2020/7/4,3,一类具网状结构的复杂高分子化合物,树脂骨架上有许多可被交换的活性基团. (1)阳离子交换树脂(H+型阳离子交换树脂): 含有酸性基团的交换树脂.,离子交换剂可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂(离子交换树脂)等两大类.,含有-SO3H基的树脂(732);,活性基团为-COOH(724)或-OH基.,强酸型树脂:,弱酸型树脂:,1.kinds of

2、ion exchange resin:,休息,8.2.1离子交换剂的种类和性能指标,2020/7/4,4,羧基pH 4;酚基pH 9.5才具交换能力. (2)阴离子交换树脂(OH- 型阴离子交换树脂): 含有碱性基团的交换树脂.,弱酸型树脂因对H+的亲和力大,不能在酸性溶液中使用,但选择性高.,强碱型树脂:,弱碱型树脂:,活性基团为季胺碱(717);,活性基团为伯胺(701)或叔胺剂,休息,弱碱型树脂不能在碱性溶液中使用.,(3)螯合树脂:,8.2.1离子交换剂的种类和性能指标,2020/7/4,5,如含-N(CH2COOH)2的螯合树脂. 除此以外,还有大孔树脂,氧化还原树脂,萃淋树脂,纤维

3、交换剂等.,.,休息,含有特殊基团的树脂,能与某些金属离子形成螯合物.,2.behavior indexes of ion exchange resin:,(1)交换容量(exchange capacity): 每克干树脂所能交换的离子的物质的量,单位为mmolg-1,8.2.1离子交换剂的种类和性能指标,2020/7/4,6,8.2.1离子交换剂的种类和性能指标,(2)交联度(crosslinking degree): 树脂中所含交联剂的质量分数. 交联剂(crosslinking agent): 树脂网状结构中起链接作用的成分. 树脂的交联度一般以4 14%为宜. 交联度越大,树脂的网眼越

4、小,交换速度越慢, 但选择性较高,.,休息,交换容量的大小取决于树脂网状结构中活性基团的数目.,返回节,2020/7/4,7,8.2.1离子交换剂的种类和性能指标,交联剂,2020/7/4,8,利用离子交换树脂对不同离子的亲和力不同. 离子交换反应(ion exchange reaction)与其它化学反应一样,也遵从质量作用定律: R-B+ + A+ R-A+ + B+ 达到平衡时:,离子交换分离原理:,其中A+r、B+r分别为树脂中A+与B+的浓度; A+、B+分别为溶液中A+和B+ 的浓度,K =,A+rB+,B+rA+,.,休息,8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力,2020/7/4

5、,9,影响亲和力的因素,K称为树脂对离子的选择系数,或树脂对离子的亲和力(affinity).,水合离子的半径,所带电荷,极化度,亲和力. rule: 同价离子,原子序数,亲和力. 如:Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Tl+Ag+,水合离子半径; 离子电荷.,休息,8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力,.,2020/7/4,10,8.2.2离子交换反应和离子交换亲和力,如:Na+ Ca2+ Fe3+ Th4+ 注意: 弱酸型树脂对H+亲和力大于其它阳离子; 弱碱型树脂对OH-亲和力大于其它阴离子. 稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小,不同价离子,所带电荷,亲和力.,.,返回节,休息

6、,2020/7/4,11,一般根据需要.,Al3+ Fe3+,9molL-1HCl,FeCl4-,Al3+,强碱型树脂,树脂上:,流出液:,如:重量法测硫酸根时,SO42-与Fe3+的分离.,再如:Al3+与Fe3+的分离.,SO42- Fe3+,强酸型树脂,树脂上:,Fe3+,流出液:,SO42-,1.choice of ion exchange resin:,休息,8.2.3离子交换分离的基本过程,2020/7/4,12,2.processes of ion exchange chromatography:,装柱; 交换; 洗涤;,基本过程:,(1)装柱与交换:,交换分离一般在离子交换柱上

7、进行.,装柱及交换全过程应防止树脂中产生气泡. 装柱后应据分离的需要对柱子进行处理.如Al3+ 与Fe3+分离时,需处理至流出液的酸度也是9molL-1 HCl才能进行交换,.,休息,8.2.3离子交换分离的基本过程,洗脱; 再生.,2020/7/4,13,ion exchange column:,8.2.3离子交换分离的基本过程,2020/7/4,14,将残留在柱上不发生交换的离子洗出柱. 洗涤液一般用去离子水. 对Al3+与Fe3+的分离就必须采用9molL-1 HCl, 否则Fe3+也会被洗下来. (3)洗脱(elution)与再生: 洗脱就是将被交换到树脂上的离子置换下来的过程. 对阳离子交换树脂一般用3 4molL-1HCl,易洗脱的也可采用较稀的HCl溶液,(2)洗涤(wash):,.,休息,8.2.3离子交换分离的基本过程,2020/7/4,15,阴离子交换树脂常用NaCl或NaOH溶液;,.,有时也可用合适的配位剂为洗脱剂; 另外,还可用不同浓度的酸溶液进行选择性洗脱. 一般洗脱的过程也就是树脂的再生过程. 再生就是将树脂恢复到交换前形式的过程. 再生后的树脂可继续用于离子交换,下节,返回节,休息,8.2.3离子交换分离的基本过程,2020/7/4,16,8.2.3离子交换分离的基本过程,Ni2+ Mn2+ Co2+,12molL-1HCl,MnCl