北京化工大学理学院：《分离科学与技术》课程电子教案（PPT教学课件）第七章 离子交换分离法

离子交换分离法

离子交换分离法

★定义及特点 ★离子交换剂的种类和性质 ★基本理论 ★基本操作 应用

2 定义及特点 离子交换剂的种类和性质 基本理论 基本操作 应用

定义 离子交换法是利用嵱漩通过离子交换剂(离 子交换树脂)肘发生在嵱液和离子交换剂之间的 相同符号的离子交换作用而使离子分离的方法。 各种离子与离子交换树脂交擴能力不同,被 交换到树脂上的离子可选用适当的洗脱剂依次冼 脱,从而达到分离目的

离子交换法是利用溶液通过离子交换剂（离 子交换树脂）时发生在溶液和离子交换剂之间的 相同符号的离子交换作用而使离子分离的方法。 各种离子与离子交换树脂交换能力不同，被 交换到树脂上的离子可选用适当的洗脱剂依次洗 脱，从而达到分离目的 定义

特点: (1)分离效率高 能用于带相反电荷离子分离,又能用于帶相同 电荷及性质相近离子的分离 (2)应用广 既可用于分离,又可用于害集,还可用高纯物 制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化 (3)分离过程周期长、耗附多 所以仅用于解决分析中较图唯的分离问题

4 （1）分离效率高 能用于带相反电荷离子分离，又能用于带相同 电荷及性质相近离子的分离 （2）应用广 既可用于分离，又可用于富集，还可用高纯物 制备及蛋白质、核酸、酶等生物活性物的纯化 （3）分离过程周期长、耗时多 所以仅用于解决分析中较困难的分离问题 特点：

★ 离子交换树脂的结构 Ion exchange resins 离子交换树脂_带有活性基团的网状高分子聚合物 骨架酚醛树脂 OH+CH,O 交联剂 CH-CH2/ CH=CH2 聚乙烯树脂 CHECH 活性基团 -SOH 酸性基团 -N+R -COOH 碱性基团]N 特殊基团 NR

5 离子交换树脂 离子交换树脂的结构 带有活性基团的网状高分子聚合物 骨架 活性基团 酚醛树脂 聚乙烯树脂 OH + CH2O CH=CH2 + CH=CH2 CH=CH2 交联剂 酸性基团 碱性基团 —SO3H —COOH —N+R3 —NR2 Ion exchange resins 特殊基团

聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂R-SO3H+M=RSO3M+H CHCH, CH=CH2 CH-CH-CH-CH—CHCH2 聚合 C CH-CH2+CH-CH2-CH-CH2-CH 交联剂 交联作用 -CH2-CH-CH2- CH-CH2-CH-CH2--CH-CH2 磺化 H2SO4 SO3H SO3H CH-CH2-CH-CH2--CH-CH2-CH 活性基 SO3H SO3H -CH2-CH-CH2

6 聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂 CH=CH2 + CH=CH2 CH=CH2 H2SO4 CH CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CH CH CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CH SO3H SO3H SO3H SO3H 聚合 磺化 交联剂 交联作用 活性基 团 R-SO3H + M+ = R-SO3M + H+

离子交换树脂的分类 依据活性基团分类 使用pH范围 「阳离子交换树脂『强酸型」SO pH>2 交换基为酸性,H弱酸型COOH pH>6 与阳离子交换 -OH pH>10 阴离子交换树脂「强碱型一N(CH)CpH<12 交换基为碱性,阴离弱碱型」一NH3OH pH<4 -NHR OH---- -NHR, OH 螯合树脂含有特殊薹合基团的树脂 两性交换树脂电子交换树脂,含有氧化还原功能基团

7 离子交换树脂的分类 依据活性基团分类 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 螯合树脂 两性交换树脂 强酸型 交换基为酸性，H+ 弱酸型 与阳离子交换 —SO3H —COOH —OH pH > 2 pH > 6 使用 pH 范围 pH >10 交换基为碱性，阴离 子发生交换 强碱型 弱碱型 —N+ (CH3 )3Cl- —N+H3 OH- —N+H2R OH- —N+HR2 OH￾pH <12 pH < 4 含有特殊螯合基团的树脂 电子交换树脂，含有氧化还原功能基团

-CH--CH2---CH--CH2--CH--CH3 CH2-N(CH3 )3CI HC-CH H2-N(CH3)3 CI- 强碱型阴离子树脂 CH NHCH2CH2 CH: NHCH2CH2NH……NH2 -CH--CHg-C--CHr- OOH 中 HN- C-CH:-C--CH:-C--CHz-CH-CHy- NH COOHCOOH NH-CH; NH-一CH2 -CH3 CHE NH 弱酸型阳离子树脂 弱碱型阴离子树脂

8 强碱型阴离子树脂 弱酸型阳离子树脂 弱碱型阴离子树脂

交联度与交换容量 (1)交联度 树脂在合成中分子间相互连成网状结构称之“交联” 交联度=交联剂用量/反应物总量×100% 乙烯基苯的质量 ×1009 乙烯基苯和苯乙烯质量之和 交联度大,水胀性差,网眼小,交换速度慢,选择性好,机 械强度好。 交联度小,水胀性好,网眼大,交换速度快,选择性差,机 械强度差。 般交联度4%~14%为宜

（1）交联度 = 100% 二乙烯基苯的质量 二乙烯基苯和苯乙烯质量之和 交联度与交换容量 交联度大，水胀性差，网眼小，交换速度慢，选择性好，机 械强度好。 交联度小，水胀性好，网眼大，交换速度快，选择性差，机 械强度差。 一般交联度4%～14%为宜 交联度=交联剂用量/反应物总量×100% 树脂在合成中分子间相互连成网状结构称之“交联

(2)交换容量 树脂质量的重要指标 取决于网状结构内所含活性基团数目 定义:每克干树脂能交换的物质的量(mmol/g) ①全交换容量:理论值,为特征常数,不随条件变化; ②有效(工作)交换容量:实测值,与实验条件有关

10 （2）交换容量 树脂质量的重要指标 取决于网状结构内所含活性基团数目 ①全交换容量：理论值，为特征常数，不随条件变化； ②有效（工作）交换容量：实测值，与实验条件有关。 定义：每克干树脂能交换的物质的量（mmol/g）