《生物工程设备》课程教学资源（PPT课件）第五讲 离子交换分离原理及设备

离子交换分离原理及设备 >离子交换树脂及其分离原理 √离子交换树脂的分类及合成 √离子交换树脂的理化性能 离子交换机理及这抨性 离子交换装置及再生 离子交换设备及计算 离子交换设备的结构 离子交换设备的计算

离子交换分离原理及设备 ➢ 离子交换树脂及其分离原理 ✓ 离子交换树脂的分类及合成 ✓ 离子交换树脂的理化性能 ✓ 离子交换机理及选择性 ➢ 离子交换装置及再生 ➢ 离子交换设备及计算 ✓ 离子交换设备的结构 ✓ 离子交换设备的计算

离子交换树脂的分类 按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚丙 烯酸型树脂、酚-醛型树脂等; 按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂; 按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树脂) 大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂; 按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换树 脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂

离子交换树脂的分类 • 按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚丙 烯酸型树脂、酚-醛型树脂等； • 按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂； • 按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树脂)、 大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂； • 按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换树 脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂

几类树脂性能的比敦 类型 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 性能 强酸性弱酸性 强酸性弱酸性 活性基团磺酸羧酸 季胺伯胺、仲胺 pH的影响无 酸性交换力小无 碱性交换力小 盐的稳定性稳定洗涤时水解稳定洗涤时水解 再生剂用量3~5倍15~2倍 3~5倍12~2倍 交换速率快 慢 快 慢

几类树脂性能的比较 类型 性能 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 强酸性 弱酸性 强酸性 弱酸性 活性基团 磺酸 羧酸 季胺 伯胺、仲胺 pH的影响 无 酸性交换力小 无 碱性交换力小 盐的稳定性 稳定 洗涤时水解 稳定 洗涤时水解 再生剂用量 3～5倍 1.5～2倍 3～5倍 1.2～2倍 交换速率 快 慢 快 慢

离子爻换树脂的理化性能 颗粒度:大多数为球形,直径0.2~12mm; 交换容量:表示方法有质量交换容量(mmo/g树 脂)和体积交换容量( mmol/mL树脂);此外还有工作 交换容量和再生交换容量; 机械强度 膨胀度 含水量及密度:含水量一般是0.3~07g/g千树脂) 湿堆积密度和湿真密度一般为600~850kg/m2和1100 1400kg/m2; 孔结构

离子交换树脂的理化性能 • 颗粒度：大多数为球形，直径0.2～1.2mm； • 交换容量：表示方法有质量交换容量(mmol/g树 脂)和体积交换容量(mmol/mL树脂)；此外还有工作 交换容量和再生交换容量； • 机械强度 • 膨胀度 • 含水量及密度：含水量一般是0.3～0.7g/g干树脂)； 湿堆积密度和湿真密度一般为600～850kg/m2和1100～ 1400kg/m2； • 孔结构

离子交换机理及这抨性 √离子交换机理 at+rbt >ra+B 离子交换过程包括5步: 薄膜 1.A+自溶液扩散到树脂表面; 2.A+从树脂表面扩散到树脂 内部的活性中心; B A 3.A+在活性中心发生交换反 应 4.解吸离子B自树脂内部的 活性中心扩散到树脂表面; 5.B从树脂表面扩散到溶液;

离子交换机理及选择性 ✓ 离子交换机理 B+ A+ + + A + RB⎯→RA + B 薄膜 离子交换过程包括5步： 1. A+自溶液扩散到树脂表面； 2. A+从树脂表面扩散到树脂 内部的活性中心； 3. A+在活性中心发生交换反 应； 4. 解吸离子B+自树脂内部的 活性中心扩散到树脂表面； 5. B+从树脂表面扩散到溶液；

离子交换机理及这抨性 √离子交换机理 qulibration Sample Elution Regeneration application and wash anion exchanger ●Q

Sample application and wash Equilibration Elution Regeneration - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + anion exchanger bead - - - - - - - - - - - 离子交换机理及选择性 ✓ 离子交换机理

离子交换机理及这抨性 √离子交换过程的选擀性 离子的水化半径 离子的化合价 溶液的酸碱度 交联度、膨胀度和分子筛 树脂与交换离子之间的辅助力 有机溶剂的影响

离子交换机理及选择性 ✓ 离子交换过程的选择性 • 离子的水化半径 • 离子的化合价 • 溶液的酸碱度 • 交联度、膨胀度和分子筛 • 树脂与交换离子之间的辅助力 • 有机溶剂的影响

离子交换裝置及再生 √离子交换裝置 单床式多床式 复床式 混合床式 料液 料液 料液 料液 处理液 处理液 处理液 处理液

离子交换装置及再生 料液 处理液 单床式 料液 处理液 多床式 料液 处理液 复床式 料液 处理液 混合床式 ✓离子交换装置

离子交换装置及再生 √再生方式 料液再生液 料液 废液 处理液废液 处理液再生液 顺流再生 逆流再生

离子交换装置及再生 ✓再生方式 料液 再生液 处理液 废液 顺流再生 料液 处理液 再生液 废液 逆流再生

腐子交换装置及再生 √再生方式 料液再生液 料液再生液 废液 废液 处理液再生液 处理液再生液 对流逆流再生 对流再生

离子交换装置及再生 ✓再生方式 废液 再生液 料液 再生液 处理液 对流逆流再生 废液 再生液 料液 再生液 处理液 对流再生