离子交换吸附顺序
生物工程下游技术 第七章 吸附与离子交换法
由于离子交换法分辨率高、工作容量大且易于 操作，它已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分
发酵产物分离纯化的一种重要方法，在生化分
离中约有75%的工艺采用离子交换法。
离子交换树脂
其结构由三部分组成：
1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架，
使树脂具有化学稳定性；
2.是与骨架相联的功能基团；
3.是与功能基团所带电荷相反的可移动的离子，
蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。
“离子交换树脂之父”何炳林
1942年毕业于西南联合大学 1952年获美国印第安纳大学博士学位南
开大学教授
1980年当选为中国科学院院士 开创并发展了我国的离子交换树脂和吸 附工业，发明了大孔离子交换树脂，系 统研究了新型离子交换树脂和大孔新型
吸附树脂的合成、结构、性质及应用。
吸附剂性质：
吸附容量（a 比表面，b 空隙度） 吸附速度（a 粒度，b 孔径分布） 机械强度（使用寿命）
吸附物性质:
（1）表面张力降低的物质 （2）溶质在易溶解的溶剂中吸附量小 （3）极性吸附剂易吸附极性物质 （4）同系物极性越小，越易被非极性吸附剂吸附
溶液pH 的影响 （解离度） 温度的影响 （吸附热，溶解度） 其它组分的影响（促进，干扰，互不影响）
纯化方式
对生物大分子进行分离纯化，可采用两种方式： ①将目的产物离子化，被交换到介质上，杂质 不被吸附而从柱流出，目的产物经洗脱收集称 为正吸附。
②将杂质离子化后被交换，而目的产物不被交
换直接流出，这种方式称为负吸附。
操作方式
离子交换法按操作方法可分为间歇式分批操作和柱
离子交换树脂吸附性及去硬度技术大全
离子交换树脂吸附性及去硬度技术大全(1) 对阴离子的吸附强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附的一般顺序为：SO42-> NO3- > Cl- > HCO3- > OH-弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附的一般顺序如下：OH-> 柠檬酸根3- > SO42- > 酒石酸根2- >草酸根2- >PO43- >NO2- > Cl- >醋酸根- > HCO3-(2) 对阳离子的吸附高价离子通常被优先吸附，而低价离子的吸附较弱。
在同价的同类离子中，直径较大的离子的被吸附较强。
一些阳离子被吸附的顺序如下：Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+(3) 对有色物的吸附糖液脱色常使用强碱性阴离子树脂，它对拟黑色素(还原糖与氨基酸反应产物)和还原糖的碱性分解产物的吸附较强，而对焦糖色素的吸附较弱。
这被认为是由于前两者通常带负电，而焦糖的电荷很弱。
通常，交联度高的树脂对离子的选择性较强，大孔结构树脂的选择性小于凝胶型树脂。
这种选择性在稀溶液中较大，在浓溶液中较小。
软化器是用来降低或基本消除原水硬度的装置，其出水残留硬度可降至0.03mmol/L(以1/2Ca2+计)以下。
在软化过程中，当水流过树脂层后的出水硬度超过某一规定值，水质已不符合水质的标准要求时，则交换器中的离子交换树脂将视为“失效”，不再起软化作用，这时，为恢复离子交换树脂的交换能力，通常采用工业食盐水溶液(5%-10%)对离子交换树脂进行再生，又称还原，也就是用食盐中的钠离子将树脂中吸附的钙镁离子置换出来。
其离子反应式：Na++2RCa2+ =R2Na+2Ca+Na++2RMg2+=R2Na+2Mg2+采用钠型阳离子交换树脂C100E(RNa)来进行软化处理，用阳离子交换树脂中可交换的阳离子(如Na+、H+)，把水中所含的钙、镁离子交换出来，这一过程称为水的软化过程，该过程的离子反应式如下：Ca2++2RNa=R2Ca+2Na+Mg2++2RNa=R2Mg+2Na+水中的Ca2+ 、Mg2+被RNa型树脂中的Na+置换出来以后，就存留在树脂中，使离子交换树脂由RNa型变成R2Ca 或R2Mg型树脂。
离子交换吸附法
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟离子交换吸附法（一）概述离子交换吸附的实质是溶液中的目的组分离子与固体离子交换剂之间的复分解反应，使目的组分选择性地由液相转入固相，然后用相应试剂使目的组分重新转入液相，以使目的组分分离富集。
通常将目的组分由液相转入固相的过程称为吸附，由固相转入液相的过程称为淋洗。
离子交换法的原则流程如图1 所示。
吸附和淋洗是该工艺两个最基本的作业，通常这二个作业后均有洗涤作业，吸附后的反洗是洗去原液和亲和力小的杂质，淋洗后的冲洗是洗去淋洗剂。
冲洗后的树脂有时送去转型，转型后的树脂返回吸附作业。
目前最常使用的固体离子交换剂是各种类型的离子交换树脂和活性炭。
离子交换吸附法常用于从稀溶液中提取有用组分、稀土分离、污水净化等。
（二）离子交换树脂离子交换树脂是具有三维多孔网状结构和含有交换基团且不溶不熔的有机高分子化合物，其单元结构由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的交换基团(固定离子)和交换基所带的相反电荷离子(可交换离子)三部分组成。
交换基团均匀分布于网状骨架中，骨架中的网眼可允许交换离子自由出入。
国产离子交换树脂的全名由分类名称、骨架(或基团)名称、基本名称排列组成。
离子交换树脂分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂。
氧化还原树脂名称由基团名称，骨架名称、分类名称和树脂两字排列组成。
国产树脂的型号由五位数组成，各数值的意义如图2 所示。
国产树脂分为七类，骨架也分为七类。
国产树脂旧型号由三位数组成，统以“7”开头，第二位数表示类型,“0”为弱碱,“1”为强碱,“1”为弱酸,“3”为强酸。
第三位数为顺序号。
（三）活性炭吸附。
离子交换吸附顺序
离子交换吸附顺序离子交换吸附是指通过离子交换作用，将溶液中的离子与固体表面上的离子进行交换，从而使溶液中的离子被吸附在固体表面上。
离子交换吸附顺序主要分为阳离子交换和阴离子交换两种。
一、阳离子交换吸附顺序：1. 钠离子交换：钠离子交换是最常见的阳离子交换吸附顺序之一。
它通常是通过将固体表面上的钠离子与溶液中的其他阳离子进行交换，从而实现离子的吸附。
钠离子交换广泛应用于水处理、污水处理、制药工业等领域。
2. 钙离子交换：钙离子交换是指将溶液中的钙离子与固体表面上的其他离子进行交换。
钙离子交换在水处理、海水淡化、染料工业等领域有着重要的应用。
3. 镁离子交换：镁离子交换是指将溶液中的镁离子与固体表面上的其他离子进行交换。
镁离子交换在水处理、制药工业、冶金工业等领域有着广泛的应用。
二、阴离子交换吸附顺序：1. 氯离子交换：氯离子交换是最常见的阴离子交换吸附顺序之一。
它通常是通过将固体表面上的氯离子与溶液中的其他阴离子进行交换，从而实现离子的吸附。
氯离子交换在水处理、环境保护等领域有着重要的应用。
2. 硝酸盐离子交换：硝酸盐离子交换是指将溶液中的硝酸盐离子与固体表面上的其他离子进行交换。
硝酸盐离子交换在水处理、冶金工业等领域有着广泛的应用。
3. 磷酸盐离子交换：磷酸盐离子交换是指将溶液中的磷酸盐离子与固体表面上的其他离子进行交换。
磷酸盐离子交换在水处理、农业、食品工业等领域有着重要的应用。
离子交换吸附顺序的选择通常取决于溶液中的离子组成以及需要去除或富集的离子。
不同的离子交换材料具有不同的选择性，可以实现对特定离子的高效吸附。
离子交换吸附技术在环境治理、水处理、化学工业等领域发挥着重要的作用，为我们提供了清洁的水源和优质的产品。
离子交换的五个过程
离子交换的五个过程离子交换是一种广泛应用于水处理、化学制品生产和生物科学领域的分离和纯化技术。
离子交换过程可以分为五个步骤：吸附、洗脱、再生、去除和回收。
第一步，吸附。
吸附是离子交换的第一步，即将混合物中的离子吸附到离子交换树脂的表面上。
离子交换树脂是一种高分子化合物，具有一定的亲和力，可以吸附离子。
吸附过程中，树脂会与离子之间发生化学反应，形成化学键，因此吸附是可逆的。
第二步，洗脱。
洗脱是指将吸附在离子交换树脂上的离子从树脂表面洗脱出来。
洗脱过程中，需要使用一定的溶剂或者其他化学物质，使离子交换树脂表面的离子与溶剂中的离子发生竞争作用，从而将离子从树脂表面洗脱出来。
第三步，再生。
再生是指将用过的离子交换树脂进行再生，使其恢复吸附能力。
离子交换树脂在吸附离子的过程中，随着时间的推移，会逐渐失去吸附能力。
因此需要对离子交换树脂进行再生，将其表面的离子去除，恢复其吸附能力。
第四步，去除。
去除是指将离子交换树脂中吸附的杂质离子去除，使其保持高纯度。
在离子交换过程中，离子交换树脂不仅吸附目标离子，也会吸附一些杂质离子。
因此需要对离子交换树脂进行去除，将其表面的杂质离子去除，使其保持高纯度。
第五步，回收。
回收是指将离子交换树脂中吸附的目标离子回收利用。
在一些应用中，离子交换树脂中吸附的目标离子具有一定的价值，因此需要将其回收利用。
回收过程中，需要对离子交换树脂进行洗脱，将吸附的离子从树脂表面洗脱出来，并进行后续的处理和利用。
离子交换是一种重要的分离和纯化技术，可以应用于许多领域。
离子交换过程中需要进行吸附、洗脱、再生、去除和回收等五个步骤，每个步骤都具有其独特的作用和意义。
通过离子交换，可以实现混合物中的离子的分离和纯化，促进各个领域的发展。
离子交换法制备单分散二氧化硅的机理
对于阳离子交换树脂，其对一些常见阳离子的吸附顺序如下：Fe 3+ > Cr 3+ > Al 3+ > Ba 2+ > Pb 2+ > Ca 2+ > Cu 2+ > Zn> Zn 2+ > Mg 2+ > K + > Na + > H +其符合的规律为：高价离子比低价离子容易被吸附；价态相同时，直径大的离子比直径小的离子容易被吸附。
对阴离子交换树脂，其对一些常见阴离子的吸附顺序如下：SO 42->I ->NO 3->Cl ->HCO 3->OH -在用离子交换法制备活性硅酸的实验过程中，主要是原料溶液中的Na +与阳离子交换树脂上H +之间的离子交换,可以表示为式(3)：Na ++Re ·H →H ++Re ·Na (3)2 活性硅酸的聚合反应及机理离子交换法中制备得到的活性硅酸，其具有相当重要的一个化学特性就是可以自聚合反应，生成低聚硅酸，不仅如此，低聚硅酸也有一定的活性，还会继续反应并最终生成多聚硅酸。
研究表明，在pH<2时，溶液中主要是以六配位的[(H 2O)3Si(OH)3]+水合硅酸正离子及[(H 2O)2Si(OH)4]水合硅酸两种形式存在；而在pH>2的微酸性和碱性溶液中，溶液中将不再是上述两种离子存在，硅酸的离子配位数会变为四。
戴安邦等[3-6]认为，由于硅酸在不同酸碱性溶液中存在的配位形式不同，因此其相互之间的聚合机理也不尽相同。
在硅酸钠溶液中的阴离子，不是以简单的SiO 32-的离子形式存在，而是以H 3SiO 4-和H 2SiO 42-两种离子形式存在。
经过离子交换后，离子交换树脂上的H +不断取代溶液中0 引言离子交换法是一个以水玻璃制备二氧化硅的过程，主要包括以下三个步骤[1]：(1)原料预处理，而后与阳离子交换树脂进行离子交换反应，制备所需要的活性硅酸；(2)活性硅酸加热制备粒子增长所需要的母核；(3)连续进料活性硅酸，使原有母核生长成为单分散二氧化硅粒子。
污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法[www
污水的pH值对吸附也有影响，活性炭一般在酸性条件下比 在碱性条件下有较高的吸附量。吸附反应通常是放热反应，因 此温度低对吸附反应有利。
三、萃取设备
萃取设备的型式很多，可以分三大类：罐式（萃取器）、塔式（萃取塔）和离心机 式（离心萃取机），其中塔式设备是最常用的。常用的萃取塔有筛板萃取塔、脉动 筛板萃取塔、转盘萃取塔、填料萃取塔。
四、萃取法在废水处理中的应用
1.萃取法处理含酚废水
2.萃取法处理含重金属废水
第四节 膜析法
膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某此物质的方法的统称。目前有 扩散渗析法（渗析法）、电渗析法、反渗透法和超过滤法等。
反渗透膜的种类多，目前研究得比较多和应用较广的是醋酸纤维素膜和芳香 族聚酰胺膜，其他类型的膜材料也正在不断研究开发中。
反渗透的装置主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式。
反渗透法所需的压力较高，工作压力要比渗透压力大几十倍。即使是改进的 复合膜，正常工作压力也需1。5Mpa左右。同时，为了保证反渗透装置的正常运 行和延长膜的寿命，在反渗透装置前必须有充分的预处理装置。
离子交换树脂按活性基团的不同可分为：含有酸性基团的阴离子交换 树脂含有碱性基团的阳离子交换树脂，含有胺羧基团等的合树脂，含有氧 化还原基团的氧化还原树脂及两性树脂等。
二、离了交换树脂的选用
1.离子交换树脂的有效pH值范围 2.交换容量 交换容量是离子交换树脂最重要的性能，它定量地表示树脂交换能力的大小。 交换容量的单位是mol/kg（干树脂）或mol/L（湿树脂）。交换容量又可区分为 全交换容量与工作交换容量。前者指一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离 子的总数量，后者指树脂在给定工作条件下实际的交换能力。 3.交联度 4. 交换势
离子交换和吸附
Yb表观选择性系数 。 给定X与后，Y的值随Co而变化。 3.2.1.5 分配比与分离系数
q C
用湿树脂体积表示时λ 为无因次的量，用 干树脂重量表示时，λ 的单位为m3/kg。
定义为交换平衡中的A、B的分离系 数，它等于A、B的分配比的比值
[ Na ] [Cl ]
[ Na ][Cl ] [Cl ]
[ Na ] [ R ] [Cl ]
2
[ Na ][C l ] ([R ] [Cl ])[Cl ]
[C l ] [Cl ] [ R ][Cl ]
2 2
2 ] ] [Cl [Cl 2
[C l ] [Cl ]
• 树脂中 [R ] 浓度很高时，同离子[Cl ]浓度 很小，阳离子交换树脂中的固定离子 [R ] 可高达5mol/L，故它的同离子进入树脂中 的量极微。
3.2.3.2 道南位与道南排斥
如果RA型树脂与AY型电解质水溶液接触， 因为树脂上的反离子与溶液中的可交换离 子为同一种离子A，所以从表面上看，没有 离子交换反应发生。但由于树脂中的微孔 的毛细管吸入作用，中性电解质AY仍可被 吸入交换剂内，只不过这时A和Y都不占据 交换剂中的交换位置，这种作用称为非交 换吸入。
§3.2
离子交换平衡
3.2.1 基本概念 阳离子交换树脂的可交换离子是阳离子（又称反 离子），或者说阳离子交换树脂阻止同离子（阴离子） 进入树脂相而允许反离子（阳离子）进入树脂相。阴 离子交换树脂亦然，只不过阴树脂的同离子是阳离子， 反离子是阴离子。 离子交换过程: （1）吸附—漂洗—解吸 （2）吸附—漂洗—解吸—漂洗 （3）吸附—漂洗—淋洗—解吸—漂洗
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离子交换吸附顺序
离子交换吸附顺序是指在离子交换过程中，不同离子的吸附顺序。
离子交换是一种常用的分离、富集和净化技术，广泛应用于环境、化工、生物医药等领域。
吸附顺序的不同对于离子交换过程的效果和应用具有重要影响。
一、阳离子的吸附顺序
在阳离子的吸附顺序中，常见的离子交换树脂按照吸附顺序可以分为：
1. 钠离子(Na+)：钠离子是最容易被吸附的阳离子，吸附能力较弱，很容易被其他阳离子替代；
2. 钙离子(Ca2+)：钙离子的吸附能力较强，可以吸附在树脂上，并且较难被其他离子替代；
3. 镁离子(Mg2+)：镁离子的吸附能力介于钠离子和钙离子之间，吸附能力较强，但比钙离子弱；
4. 铵离子(NH4+)：铵离子的吸附能力较强，可以吸附在树脂上，并且较难被其他离子替代。
二、阴离子的吸附顺序
在阴离子的吸附顺序中，常见的离子交换树脂按照吸附顺序可以分为：
1. 氢氧根离子(OH-)：氢氧根离子是最容易被吸附的阴离子，吸附能力较弱，很容易被其他阴离子替代；
2. 硝酸根离子(NO3-)：硝酸根离子的吸附能力较强，可以吸附在树脂上，并且较难被其他离子替代；
3. 氯离子(Cl-)：氯离子的吸附能力介于氢氧根离子和硝酸根离子之间，吸附能力较强，但比硝酸根离子弱；
4. 硫酸根离子(SO42-)：硫酸根离子的吸附能力较强，可以吸附在树脂上，并且较难被其他离子替代。
三、离子交换应用
离子交换技术在水处理、废水处理、环境修复、食品加工、制药工业等方面有着广泛的应用。
例如，将含有重金属离子的废水通过离子交换树脂处理，可以将重金属离子吸附在树脂上，达到净化水质的目的。
另外，离子交换树脂还可以用于制备高纯度的化学品，分离和富集有机物质，调节水质酸碱度等。
四、离子交换技术的优缺点
离子交换技术具有许多优点，如操作简单、处理效果好、可用性广泛等。
然而，离子交换技术也存在一些缺点，如需要经常更换树脂、废弃物处理困难等。
离子交换吸附顺序是离子交换过程中的重要参数，不同离子的吸附顺序影响着离子交换技术的应用效果。
了解离子的吸附顺序可以帮助我们选择合适的树脂和优化离子交换工艺，提高离子交换技术的效率和经济性。
离子交换技术将在各个领域继续发挥重要作用，为人们的生产和生活带来更多的便利和效益。