离子交换吸附法
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
吸附法、离子交换法、膜析法
按合成树脂母体
苯乙烯系类 丙烯酸系类
c0
cx
tbcb
txt
池漏曲线
0 饱和度% 100
树
A
B 脂A
B
原
C
D 高C
D
度
R2Ca100% RNa100%
交换带:树脂床的厚度恰好足够使容积△V的水流过 时完成去除，其中全部钙离子的任务，这个厚度的 树脂称为交换带。
水中的Ca2+和Mg2+构成水的硬度
着在树脂颗粒上。 4、清洗 清洗是将树脂层内残留的再生废液清洗掉，清洗水 量一般为树脂体积的4～13倍。
1、转换离子组成，回收贵金属离子，或汇集有毒害 的离子。
2、浓缩离子的浓度 将废液中低浓度微量物质进行富集浓缩。
3、废水脱盐和酸、碱废水处理
4、提纯分离 溶液中同时会有Cr2O72- 、SO42-、NO3-、Cl-通过阴
1、交换 交换过程主要与树脂层高度、水流速度、原水浓 度、树脂性能以及再生程度等因素有关。 2、反洗 反洗的目的在于松动树脂层，使注入的再生液能分布 均匀，同时及时清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和 气泡。反洗使树脂层膨胀40～60%，反冲流速约 15m/h，历时约15min。
3、再生 再生液浓度对树脂再生程度有较大影响。 食盐再生液浓度： 5～10% 盐酸再生液浓度： 4～6% 硫酸再生液浓度：＜2%，以免再生时生成CaSO4粘
高出于水面的水柱高度是由于溶液的渗透压所致。 如果我们向溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗 透压，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一 侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反渗 透法。
任何溶液都具有相应的渗透压，其数值决定 于溶液中溶质的分子数，而与溶质的性质无 关。其数学表达式为：
离子交换吸附法探测放射性污染
流。
离子 交换 吸 附法 能够现 场检 测样 品 ，对 检 测 结果 进行 半 定量 分析 ，快速 确 定 物质 的氧 化 态 ，监 测放射 性 是 否超 标 ，以便 及 时 种 测定 液 态介质 中放 射 性 物质 的 氧化 态 ，鉴 别 ０或 ｐ放射 性 ，并确 定其 数 量 的 【
探 测 方 法 这种 探 测 方法 利 用 离子 交换 膜 收 集放 射 性 离子 ，将 衰 变的粒 子 转化 为 光子 ，并用机 械栅
栏测量光子。探测器分为两部分：交换室和探 测元件 。交换室浸泡于含有 阳离子与阴离子的溶液中，
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｐ ａ ａ ｕ ｏ ｅｅ ｔ ｇ ｔ ｅｐ ｅ ｅ ｃ ， ｎ ａ ｕ ｏ ｓｍｅ ｉ ｆｓ ｂ ｔ ｎ ｅ ｉｈ ｅ ｔ ｌ ｈ ｎ ／ ｒ ｐ ｒ ｔ ｓｆ ｒｄ ｔ ｃ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ｉ ｑ ｅ ｕ ｄ ａ ｏ ｕ ｓａ ｃ ｓｗｈ ｃ ｍｉ ａ ｐ ａ ａ ｄ ｏ ｎ ｈ ｂ ｔ ａ ｉｔ ｎ ａ ｄ ｄ ｔ ｒ ｉ ｉ ｇ ｔ ｅ ｏ ｉ ａ ｉ ｎ ｓａｅ ｏ ｅ ｅ ｒ ｄ ｏ ｃ ｉ ｅ ｓ ｂ ｔ ｃ ｓ ｗｈ ｔ ｅ ｈ ｙ ａ ｅ ｉ ｅａ ｒ ｄ ａｉ ｎ ｅ ｅｍ ｎ ｎ ｈ ｘ ｄ ｔ ｔｔ ｆ ｔ ｓ ａ ｉ ａ ｔ ｕ ｓａ ｅ ｅｈ ｒ ｔ ｅ ｒ ｎ ｏ ｏ ｈ ｖ ｎ ｃ ｔ ｎ ｃ ｒ ｎ ｏ ｉ ｆ ｒ ａｉ ｉ ｏ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍ． Ｅ ｃ ｉ ｎ ｅ ｃ ａ ｇ ｍａ ｅ ｉ ｌ ｏ ｐ ｉｅ ｏ ｓ ｉ ｔ ｌｔｏ ｐ ａ ｔ ａ ｄ ｏ ａｈ ｏ － ｘ ｈ ｎ ｅ ｔ ｒａ ｃ ｍ ｒｓ ｄ ｆ ａ ｃ ｎ ｉ ａｉ ｎ ｌ ｓｉ ｎ ａ ｌ ｃ
离子交换吸附
离子交换吸附离子交换吸附法指的是两种以上离子性物质之间的相互交换，即溶液（矿浆）中的离子与固体离子交换剂(树脂)之间的可逆离子交换过程。
交换过程分两步，首先是溶液中的离子选择性地转入固相（即吸附剂），然后用适当的试剂淋洗固相，使其中被吸附的离子重新转入液相（即淋洗解吸）。
从而达到富集目的组分或净化浸出液的效果。
矿浆吸附离子交换法是化学选矿对浸出液的处理方法之一。
离子交换吸附技术，人类最早是利用天然沸石净水。
从1880年用活性炭从溶液中回收金，至今已有愈百年的历史。
从20世纪30-40年代离子交换技术随着离子交换树脂合成的成功和应用的不断发展，已广泛应用于生产。
20世纪60年代后期至今炭浆法提金才规模化用于生产。
紧接着用离子交换树脂从铀浸出液中提取铀，再用硝酸或硝酸铵溶液淋洗树脂，达到富集铀的目的。
如今用离子交换技术已能分离、工业用水软化、废水净化、制取高纯水及从稀溶液中提取金属成分。
离子交换树脂在水中时，树脂交换基因团上的可交换离子即电离，并与溶液中电性相同的离子进行离子交换。
交换树脂为多孔高分子化合物，可吸附某些组分。
活性炭具有很大的活性比表面积，可选择性吸附溶液中的某些目的组分，但也兼有某些离子交换作用。
两者的吸附工艺有许多相似之处。
离子交换吸附方法分为清液吸附和矿浆吸附。
离子交换装置和工作方式可分为静态和动态两大类。
静态交换是指液体料流与离子交换树脂相对静止，而并不排斥搅拌运动。
静态交换在工业上应用不多，但在试验室内，作为一种分批试验方法，应用于小规模的初步试验，却是比较方便的。
操作时需要首先了解料液的成分和酸度，根据料液中欲回收的离子状态，选用离子交换树脂。
离子交换吸附法分离、净化和回收金属组分具有选择性高、作业回收率高及作业成本低等特点。
但交换吸附剂容量小，吸附速率小，循化周期长，只适用于从稀溶液中提取、分离目的组分。
污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法ppt
一. 离子交换剂
水处理中用的离子交换剂有磺化媒和离子交换树脂。磺化媒利用天然 媒为原粒，经浓硫酸磺化处理后制成，但交换容量低，机械强度差，化学 稳定性较差已逐渐为离子交换树脂所取代。
离子交换树脂按树脂的类型和孔结构的不同可分为：凝胶型树脂、大 孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型（MR型）树脂和高巨孔型（超MR型） 树脂等。
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沉降式固定层吸附塔的构造
五、吸附法在污水处理中的应用
1. 吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适 宜于处理含汞量低的废水。 2.炼油厂、印染厂废水的深度处理 某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，再经砂滤和活 性炭过滤深度处理
第二节 离子交换法
离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。在废水处理中主 要用于去除废水中的金属离子。离子交换的实质是不溶液中的其它同性离 子的交换反应，是一种特殊的吸附过程成，通常是可逆性化学吸附。
吸附法的分类
吸附法的分类
吸附法主要可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三类。
1. 物理吸附：基于吸附剂与溶质之间的分子间作用力即范德华力。
溶质在吸附剂上吸附与否或吸附量的多少主要取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂的极性。
一般物理吸附发生在吸附剂的整个自由表面，被吸附的溶质可通过改变温度、PH和盐浓度等物理条件脱附。
2. 化学吸附：会释放大量的热，吸附热高于物理吸附。
化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，故洗脱化学吸附质一般需采用破坏化学结合的化学试剂为洗脱剂。
化学吸附具有高选择性。
3. 离子交换吸附：所用吸附剂为离子交换剂。
离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。
离子交换的吸附质可以通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
现代离子交换与吸附技术
现代离子交换与吸附技术离子交换与吸附技术是一种重要的分离与纯化技术，广泛应用于水处理、废水处理、医药制造、食品加工等领域。
它们通过对溶液中的离子或分子与固体表面发生化学或物理作用，实现溶液组分的分离与富集。
本文将详细介绍现代离子交换与吸附技术的原理、应用以及未来的发展趋势。
一、离子交换技术离子交换技术是一种通过固定相上的功能基团与溶液中的离子发生置换反应，实现离子的分离与富集的方法。
离子交换材料通常是具有特定功能基团的聚合物或无机材料。
离子交换过程通常分为两个步骤：吸附和解吸。
在吸附阶段，离子与功能基团之间发生化学反应，被固定在固定相上；在解吸阶段，通过改变溶液条件，使离子与功能基团之间的化学键断裂，实现离子的解吸和再生。
离子交换技术在水处理中得到了广泛应用。
例如，通过阳离子交换树脂去除水中的钙、镁离子，可以软化水质，减少水垢的形成；通过阴离子交换树脂去除水中的硝酸盐、氯离子等有害物质，提高水质的安全性。
此外，离子交换技术还可用于药物分离纯化、金属离子富集等领域。
二、吸附技术吸附技术是一种通过固体表面与溶液中的分子或离子间的非化学作用力相互吸附，实现分离与纯化的方法。
吸附材料通常是具有特定吸附性能的多孔材料，如活性炭、硅胶等。
吸附过程主要取决于吸附材料的孔隙结构、表面化学性质以及溶液中物质的性质。
吸附技术在废水处理中具有重要的应用价值。
例如，活性炭是一种常用的吸附材料，可用于去除废水中的有机物、重金属离子等污染物，提高废水的处理效果。
此外，吸附技术还可用于气体分离、气体净化等领域。
三、现代离子交换与吸附技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，现代离子交换与吸附技术也在不断创新与改进。
以下是几个主要的发展趋势：1.新型材料的研发：研究人员正在不断开发新型离子交换树脂和吸附材料，以提高其选择性、吸附容量和再生性能，满足不同领域对分离与纯化的需求。
2.多功能材料的设计：研究人员正在致力于设计具有多种功能的离子交换与吸附材料，如具有吸附和催化功能的复合材料，以提高材料的综合性能。
化学吸附法与离子交换法在水处理中的应用
化学吸附法与离子交换法在水处理中的应用水是生命之源，清洁的水资源对于人类的生活和健康至关重要。
然而，在现实生活中，水质污染已成为世界性难题之一。
为了解决这一问题，科学家们提出了许多水处理方法，其中化学吸附法和离子交换法被广泛应用于水处理行业。
本文将介绍这两种方法在水处理中的应用。
化学吸附法是一种通过物理吸附、化学吸附或化学反应将污染物从水中去除的技术。
它可以有效去除水中的有机物、重金属离子和微生物等污染物。
其中最常用的吸附剂为活性炭。
活性炭具有大的比表面积和孔隙结构，能够吸附水中的有机物质。
此外，活性炭还能吸附重金属离子，如铅、铜和汞等。
通过将水与活性炭接触，有机物和重金属离子能够被吸附在活性炭表面，从而被去除。
此外，一些特殊的功能吸附剂，如陶瓷复合材料和纳米材料，也被用于水处理中。
它们具有更高的吸附性能和选择性，可以去除更多的污染物。
离子交换法是利用吸附剂的离子交换作用来去除水中的溶解性离子的方法。
在离子交换过程中，溶液中的离子与吸附剂表面上的离子相互交换，从而实现了离子的去除。
最常用的吸附剂为离子交换树脂。
离子交换树脂具有高度孔隙化的结构，能够吸附水中的阴离子和阳离子。
通过调整吸附剂的类型和工艺条件，可以选择性地去除特定的离子。
离子交换法广泛应用于饮用水处理、工业废水处理和海水淡化等领域。
例如，在海水淡化中，通过使用阳离子交换剂去除钠离子和镁离子，可以将海水转化为可饮用的淡水。
然而，化学吸附法和离子交换法也存在一些问题。
首先，吸附剂和离子交换剂的制备成本较高，生产过程需要消耗大量的能源和资源。
其次，吸附剂和离子交换剂的再生过程比较复杂，需要进行高温热解或化学反应，产生二次污染物。
此外，吸附剂和离子交换剂的使用寿命有限，需要定期更换和再生，增加了运营成本。
因此，科学家们正在寻求新型吸附剂和离子交换剂，以提高水处理的效率和可持续性。
在未来，化学吸附法和离子交换法仍然将是水处理领域的重要技术。
随着科学技术的不断进步，吸附剂和离子交换剂的性能将进一步改善。
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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。