离子交换

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离子交换层析的洗脱条件

离子交换层析的洗脱条件

离子交换层析的洗脱条件一、离子交换层析概述离子交换层析是一种基于离子交换树脂上可解离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换,依据这些溶质离子对交换剂亲和力的不同而进行分离的方法。

在这个过程中,洗脱条件的选择至关重要,它直接影响着分离的效果。

二、影响洗脱条件的因素(一)离子强度1. 原理•离子交换过程中,洗脱液的离子强度增加会与目标离子竞争离子交换树脂上的结合位点。

随着离子强度的升高,目标离子与树脂的亲和力相对降低,从而被洗脱下来。

•例如,在分离蛋白质时,如果使用阳离子交换树脂,目标蛋白质带正电,开始时以低离子强度的缓冲液上样,使蛋白质结合到树脂上。

当用含有较高浓度的NaCl等盐溶液进行洗脱时,Na⁺会与蛋白质竞争树脂上的正电荷结合位点,随着NaCl浓度的增加,蛋白质逐渐被洗脱下来。

2. 应用•在实际操作中,通常采用梯度洗脱的方式来控制离子强度。

可以从低离子强度开始,逐步增加到高离子强度,这样能够使不同亲和力的离子或分子按照顺序被洗脱下来,实现较好的分离效果。

(二)pH值1. 原理•溶液的pH值会影响目标分子的电荷状态。

对于离子交换层析,目标分子的电荷状态决定了其与离子交换树脂的亲和力。

•以氨基酸的分离为例,如果使用阴离子交换树脂,在低pH值下,氨基酸可能带正电,与树脂的亲和力低,不易结合;而随着pH值升高,氨基酸的羧基解离,带负电的程度增加,对阴离子交换树脂的亲和力增大。

当用改变pH值的洗脱液洗脱时,在合适的pH值下,氨基酸与树脂的结合被破坏,从而被洗脱下来。

2. 应用•不同的生物分子有其特定的等电点(pI)。

在离子交换层析中,需要根据目标分子的等电点来选择合适的pH值范围进行洗脱。

一般来说,对于阳离子交换层析,洗脱液的pH值应低于目标分子的等电点;对于阴离子交换层析,洗脱液的pH值应高于目标分子的等电点。

(三)洗脱液类型1. 盐溶液•常用的盐溶液如NaCl、KCl等。

这些盐在洗脱过程中主要通过改变离子强度来影响目标分子与离子交换树脂的结合。

离子交换过程的5个步骤

离子交换过程的5个步骤

离子交换过程的5个步骤嘿,咱今儿就来唠唠离子交换过程的 5 个步骤哈。

你想啊,这离子交换就好比一场奇妙的旅程。

第一步呢,就像是旅程的起点,离子们要准备好出发啦,也就是离子在溶液中扩散到树脂表面。

就好像一群小伙伴要去探险,得先聚集到一起嘛。

第二步呀,那就是离子和树脂上的功能基团相互接触啦,这就好比小伙伴们找到了目的地的入口,开始相互打招呼、认识呢。

第三步呢,是离子和功能基团发生交换反应,哎呀呀,这就像是小伙伴们开始交换礼物,你给我一个,我给你一个,多有意思呀。

第四步,交换后的离子从树脂内部扩散到树脂表面,这就好像小伙伴们在里面玩够了,又一起跑出来啦。

最后一步,那就是被交换下来的离子从树脂表面扩散到溶液中。

嘿,这不就像小伙伴们完成了这次活动,又各自散开去别的地方玩耍啦。

离子交换过程这 5 个步骤,环环相扣,一个都不能少呢。

少了任何一个步骤,那可就像一场游戏少了关键环节,玩不起来啦。

你再想想,要是第一步离子都扩散不到树脂表面,那后面还怎么进行呀,就像小伙伴们都没到齐,活动根本没法开始嘛。

或者第三步交换反应没发生好,那不是乱套啦,就跟小伙伴们交换礼物没交换成功一样。

所以呀,这离子交换的每一个步骤都重要得很嘞!咱得好好了解,才能更好地理解这个神奇的过程呀。

在实际应用中,这 5 个步骤可都有着关键的作用呢。

比如说在水处理中,通过离子交换可以去除水中的杂质离子,让水变得更干净、更健康。

这可关系到咱每天喝的水呢,马虎不得呀。

总之呢,离子交换过程的 5 个步骤就像是一个团队在合作,每个步骤都发挥着自己独特的作用,共同完成离子交换这个大任务。

咱可得好好记住它们,说不定啥时候就用上了呢,你说是不是呀?。

离子交换的概念

离子交换的概念

离子交换的概念
嘿,朋友们!今天咱来聊聊离子交换这个有意思的事儿。

你说离子交换像不像一场奇妙的交换舞会呀!各种离子就像是舞会上的舞者,它们在特定的场合里,欢快地跳动、交换位置。

咱就拿水处理来说吧,那水里头可是有各种各样的离子呢。

就好像一个大杂烩,啥都有。

这时候离子交换就发挥大作用啦!那些专门的离子交换树脂就像是热情的组织者,把该留下的离子留下,把不该有的离子给“请”出去。

这不就把水给净化得干干净净啦!
再想想我们的身体,其实也有类似离子交换的过程呢。

细胞内外的离子进进出出,维持着我们身体的正常运转。

要是这个交换出了问题,那可不得了,身体可能就会闹别扭啦。

离子交换在工业上的应用那也是杠杠的!可以用来提取珍贵的金属呀,或者去除有害物质啥的。

就好比是个神奇的魔术棒,轻轻一挥,就能让有用的东西留下来,没用的东西消失不见。

你说离子交换是不是很神奇呢?它就像是一个默默工作的小能手,在我们看不见的地方发挥着大作用。

我们的生活中有好多东西都离不开它呢!比如我们每天用的干净水,工厂里生产的各种产品。

它虽然不声不响,但却至关重要。

我们可不能小瞧了它呀!这不就跟我们身边那些默默付出的人一样吗?平时可能不太起眼,但关键时刻却能顶大用。

所以呀,大家要好好了解离子交换这个神奇的概念,知道它在我们生活中的重要性。

以后再看到跟离子交换有关的东西,就不会觉得陌生啦,反而会感叹一句:“嘿,原来这就是离子交换在起作用呀!”让我们一起为离子交换点个赞吧!。

离子交换吸附顺序

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。

化学物质的离子交换

化学物质的离子交换

化学物质的离子交换化学物质的离子交换是一种重要的化学反应过程,它在我们的日常生活中扮演着重要的角色。

离子交换可以发生在溶液中,也可以发生在固体之间。

本文将简要介绍离子交换的定义、原理以及一些具体的应用。

1. 离子交换的定义离子交换是指在化学反应中,不同离子种类之间发生的相互取代的过程。

在离子交换过程中,溶液中的某些离子会被其他离子所取代,使得溶液中的离子组成发生变化。

这种过程常常涉及到离子交换树脂或固体材料。

2. 离子交换的原理离子交换的原理涉及到离子的电荷和大小。

根据静电作用力的原理,带有相同电荷的离子会互相排斥,而带有不同电荷的离子会互相吸引。

当两种不同离子溶液相遇时,它们中的离子会发生交换。

通常情况下,离子交换树脂或固体材料具有特殊的结构和化学性质,可以吸附或释放离子,实现离子的交换。

3. 离子交换的应用离子交换在许多领域有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用:(1)水处理:离子交换树脂可以用来去除水中的硬度离子,如钙离子和镁离子,从而软化水质。

此外,离子交换还可以用来去除其他有害的离子污染物,如重金属离子。

(2)制药工业:离子交换可以用来分离和纯化药物。

根据药物的性质和目标分离物,可以选择合适的离子交换树脂,将药物和其他杂质分离开来,从而得到纯净的药物。

(3)食品加工:离子交换在食品加工中也有广泛的应用。

例如,离子交换可以用于去除水中的金属离子,改善食品品质。

此外,离子交换树脂还可以用于浓缩果汁、脱盐和除臭等处理过程。

(4)环境保护:离子交换在环境保护中有着重要的作用。

例如,离子交换树脂可以用来去除污水中的重金属离子和有机污染物,达到净化水质的目的。

此外,离子交换还可以用来回收金属离子和其他有价值的物质。

综上所述,化学物质的离子交换是一种重要的化学反应过程。

通过离子的相互吸附和排斥,离子交换可以实现溶液中的离子组成的改变。

离子交换在水处理、制药工业、食品加工和环境保护等领域有着广泛的应用,对我们的生活和社会发展都起到了积极的作用。

ew离子交换当量

ew离子交换当量

ew离子交换当量离子交换是一种广泛应用于水处理、化学工业和环境保护等领域的技术。

它通过特定离子交换剂与溶液中的离子进行选择性吸附,实现离子浓度的降低或离子种类的转换。

本文将从离子交换基本概念、离子交换当量的定义和计算方法、离子交换过程中的影响因素、离子交换应用领域和提高离子交换效果的策略等方面进行详细阐述。

一、离子交换基本概念离子交换是指在溶液中,离子通过交换剂上的可交换离子位点,从一个溶液相转移到另一个溶液相的过程。

这个过程通常发生在两个溶液相之间,其中一个溶液中含有待处理的离子,另一个溶液中含有可以与待处理离子发生交换的离子交换剂。

二、离子交换当量的定义和计算方法离子交换当量(Exchange Equivalence)是指在一定条件下,离子交换剂可以交换的离子的数量。

它是一个重要的性能指标,用于衡量离子交换剂的交换能力和效果。

离子交换当量的计算方法为:离子交换当量= (吸附离子的摩尔浓度× 交换剂的吸附量)/ 溶液的体积其中,吸附离子的摩尔浓度是指离子交换剂在吸附过程中所吸附的离子的摩尔数,交换剂的吸附量是指单位质量的交换剂所能吸附的离子数量,溶液的体积是指进行离子交换的溶液体积。

三、离子交换过程中的影响因素1.离子交换剂的性质:离子交换剂的种类、结构和活性位点对离子交换效果具有重要影响。

2.溶液条件:溶液的pH值、离子浓度和温度等条件会影响离子交换过程的动力学和热力学。

3.交换过程的动力学:包括交换速度、吸附和解离速度等,影响离子交换效果的速率和效率。

4.操作条件:包括流量、交换时间和交换剂量等,合理调整操作条件可以提高离子交换效果。

四、离子交换应用领域1.水处理:离子交换技术在水处理领域具有广泛应用,如去除水中的硬度离子、脱盐、除碱等。

2.化学工业:用于离子分离、提纯和浓缩等过程,如离子交换膜法电解、离子交换吸附等。

3.环境保护:应用于废水中有害离子的去除和污水处理,如重金属离子去除、有机物降解等。

离子交换法

离子交换法简介离子交换法是一种常用的分离和提纯离子的方法。

它利用固体材料中存在的离子交换树脂来与溶液中的离子进行交换,并实现离子的选择性分离和浓缩。

离子交换法具有操作简便、工艺灵活、效果好等优点,被广泛应用于水处理、制药、饮料工业等领域。

原理离子交换法基于离子的化学性质和固体材料的物理性质,通过离子交换树脂将固态材料与溶液中的离子进行交换。

离子交换树脂是一种具有特殊结构的聚合物,其表面带有一定的正负电荷。

当离子溶液通过离子交换树脂时,其中的离子会与树脂表面的离子发生电荷交换,使离子从溶液中被吸附到固体材料上。

离子交换树脂可以根据其具有的功能基团而分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

阳离子交换树脂具有负电荷,可吸附并固定阳离子,阴离子交换树脂具有正电荷,可吸附并固定阴离子。

在实际应用中,通常使用一定的工艺步骤和反应条件,调节离子交换树脂与溶液中离子之间的交换效率和选择性。

应用离子交换法在许多领域得到了广泛的应用。

水处理离子交换法在水处理中起着重要的作用。

水中的硬度主要由钙和镁离子引起,在水中存在一定量的钠、钾和氢离子。

使用针对特定离子的离子交换树脂,可以将水中的硬度离子与树脂上的钠、钾或氢离子进行交换,从而降低水中的硬度。

此外,离子交换法还可以去除水中的有害离子,如重金属离子、铵离子等。

制药在制药过程中,离子交换法常用于药物的纯化和提纯。

药物中常常存在各种离子杂质,通过选择性吸附这些离子杂质的离子交换树脂,可以有效地将其从溶液中去除,并得到纯净的药物。

饮料工业离子交换法在饮料工业中也发挥着重要作用。

饮料中常常存在着对人体健康有害的重金属离子和有机物。

通过使用离子交换树脂,可以去除饮料中的这些有害成分,提高饮料的质量和安全性。

实施步骤离子交换法的具体实施步骤如下:1.选择适当的离子交换树脂。

根据需要从阳离子交换树脂和阴离子交换树脂中选择合适的材料。

2.准备离子交换树脂。

将离子交换树脂按照要求进行预处理,如清洗、活化等。

离子互换反应

离子互换反应离子互换反应是一种常见的化学反应,它在化学实验室以及工业上都有广泛的应用。

离子互换反应指的是溶液中的两种离子彼此交换位置,形成新的物质。

在离子互换反应中,通常使用带电的树脂或陶瓷颗粒作为固定相,将其浸泡在离子交换溶液中。

当目标离子溶解在溶液中时,它们会与固定相上的可交换离子发生竞争性吸附和解吸,从而实现离子之间的交换。

这个过程可以重复进行,直到达到预期的离子平衡。

离子互换反应在水处理、食品加工、制药业和环境科学等领域发挥着重要的作用。

比如在水处理中,我们经常需要将水中的离子去除,以提高水的纯净度。

离子交换树脂可以选择性地吸附并去除水中的阳离子或阴离子,从而净化水源。

在食品加工中,离子互换反应被用于调整食品的酸度、去除金属离子以防止食品腐败,以及去除杂质提高产品质量等。

此外,在制药业中,离子互换技术也被广泛应用于纯化药物和制备高纯度的有机物。

离子互换反应的机理可以归结为固定相表面上的可交换离子与溶液中的目标离子之间的竞争吸附。

固定相材料通常是具有特定功能基团的聚合物或矿物质,它们能够选择性地吸附离子。

这些功能基团可以是阴离子交换基团,如硫酸树脂上的氯根离子,也可以是阳离子交换基团,如胺基树脂上的氢离子。

离子互换反应还可以使用化学试剂来进行促进或控制。

例如,可以通过调节溶液的pH值、温度、化学添加剂的浓度等条件来改变反应速率和选择性。

此外,也可以通过连续流动的方式进行反应,以实现大规模的离子交换。

总结起来,离子互换反应是一种重要的化学反应,在水处理、食品加工、制药业等领域具有广泛应用。

通过选择合适的固定相材料和调控反应条件,离子互换反应可以实现对溶液中的离子的选择性吸附和去除,从而达到纯净化、调节酸碱度、提高产品质量等目的。

在未来,随着新材料和技术的发展,离子互换反应将继续在各个领域发挥重要作用。

离子交换的基本原理

离子交换的基本原理离子交换是指在固体和液体之间,离子在固体表面上发生交换的一种化学反应。

离子交换通常发生在具有离子交换功能的固体材料上,比如离子交换树脂、离子交换膜等。

离子交换的基本原理是通过固体材料上的功能基团与溶液中的离子发生化学反应,使得固体材料上的离子与溶液中的离子发生交换,从而达到分离、纯化、浓缩或者转化溶液中的离子的目的。

离子交换的基本原理可以用化学方程式来描述。

以离子交换树脂为例,树脂上的功能基团通常是阴离子或者阳离子,比如硫酸树脂上的功能基团是-SO3H,氢氧化铁树脂上的功能基团是-Fe(OH)3等。

当这些功能基团与溶液中的离子发生反应时,树脂上的功能基团会释放出H+或者OH-,与溶液中的离子发生交换。

比如,当硫酸树脂上的-SO3H功能基团与溶液中的钠离子Na+发生反应时,树脂上的功能基团会释放出H+,与溶液中的Na+发生交换,形成Na+的硫酸盐,并且树脂上的-SO3H功能基团转化为-SO3Na功能基团。

离子交换的基本原理还可以用离子交换平衡方程式来描述。

离子交换平衡方程式描述了固体材料上的功能基团与溶液中的离子之间的化学平衡关系。

比如,对于硫酸树脂上的-SO3H功能基团与Na+离子的交换反应,可以用下面的平衡方程式来描述:R-SO3H + Na+ = R-SO3Na + H+。

在这个平衡方程式中,R代表树脂骨架,-SO3H代表功能基团,Na+代表溶液中的钠离子,R-SO3Na代表树脂上的硫酸盐,H+代表树脂上释放出的氢离子。

这个平衡方程式表明了离子交换反应达到了化学平衡,树脂上的功能基团与溶液中的离子之间达到了一定的分布比例。

离子交换的基本原理还包括了离子交换过程中的动力学过程。

离子交换速率受到多种因素的影响,比如溶液中离子的浓度、温度、固体材料的孔隙结构等。

在离子交换过程中,离子需要通过固体材料的孔隙扩散到功能基团表面,然后与功能基团发生反应,最后释放出交换后的离子。

因此,离子交换的速率受到扩散速率和化学反应速率的共同影响。

离子交换技术名词解释

离子交换技术名词解释
《离子交换技术名词解释》
嘿,大家好呀!今天咱来聊聊离子交换技术。

离子交换技术呢,就好比是一场特别的“交换舞会”。

比如说啊,有一天我在实验室里,看到那些小小的离子们,就像一群小精灵一样。

它们在溶液里欢快地游来游去。

然后呢,我们有一个神奇的装置,就像是一个特别的“舞台”。

这个装置里面有一些特殊的材料,就像是舞台上的主角。

当这些离子游过来的时候,那些特殊材料就会和它们发生作用,就好像是在邀请离子一起跳舞。

有些离子很乐意,就和这些材料紧紧地结合在了一起,完成了一次交换。

而其他的离子呢,可能就继续游啊游,去寻找下一个合适的“舞伴”。

这就是离子交换技术啦!是不是挺有意思的呀!它就是通过这样的方式,把我们想要的离子给留下来,或者把不想要的离子给替换掉。

就像在一场舞会中,我们可以选择和喜欢的人跳舞,把不喜欢的人晾在一边一样。

哈哈,这样说是不是很好理解呀!总之呢,离子交换技术就是这么神奇又有趣的一个东西哦!大家这下应该对它有个更清楚的认识啦!。

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第二节 离子交换平衡与交换动力学
2.1 离子交换平衡和选择性
各种离子交换树脂相当于各种酸和碱,螯合树脂与氧化还原树脂相当于一般螯合试剂与氧化还原试剂。

如果用R 代表树脂骨架,各种树脂的典型反应可概括如下:
(1) 强酸树脂相当于硫酸一元酸:
R-SO3H + NaCl ⇌ R-SO3Na + HCl
(2) 弱酸树脂相当于羧酸
R-COOH + NaOH ⇌ R-COONa + H2O
(3) 强碱树脂相当于季胺
R-N (CH3)3OH + HCl ⇌ R-N (CH3)3Cl + H2O
(4) 弱碱树脂相当于相应的(伯,仲,叔)胺
R-NH2 + HCl ⇌ R-NH 2·HCl
或 R-NH 2·HOH + HCl ⇌ R-NH2·HCl + H2O
R-NH2中一个H被CH3取代时为仲胺R-NH (CH3),两个H均被CH3取代时为叔胺R-N (CH3)2.
(5) 螯合树脂相当于螯合试剂
R-N (CH2COONa )2 + Cu2+ ⇌ R-N (CH2COO )2Cu + 2Na+
总之,各种树脂的离子交换反应是一种两相间的可逆反应。

为了表示这种反应中树脂对各种离子亲和力的差别,引入选择性系数的概念。

以一种氢型的阳离子树脂同一价离子M+的交换反应为例:
(RH )+ M+ ⇌ (RM )+ H+
(RH )和(RM )表示在树脂相。

为简便,则写作 (H )+ M ⇌ (M )+ H
反应的平衡常数是 K = ]
[4)][(3][2)][(1M f H f H f M f 各f 是相应组分的活度系数,它们的计算或测定是相当困难的,故引入选择性系数,它是平衡常数略去活度系数后的值。


K M H = K 2
143f f f f = ])][[(])][[(M H H M 这个值是可以实际测定的,但都随溶液的浓度变化,也随温度而变化。

它的意义在于可以比较相同条件下树脂对不同离子的亲和力。

上式可改为:K M H = ][)]
[(M M /]
[)][(H H
它是离子在树脂相与溶液相浓度之比和氢在树脂相与溶液相之比的比值。

若此值大于1,则[(M)]/[M] > [(H)]/[H]
表明M更倾向于留在树脂相中,其亲和力更强,树脂倾向于选择性地将它吸收。

反之,K M H 值小于1,树脂对氢的亲和性更大些。

注意:(1)文献上谈到选择性系数往往以H+或Li+作参考离子,参考离子不同,选择性系数的值也不同。

阴离子树脂的选择性系数常用Cl-或OH-作参考离子。

(2)对于1价离子有:K A B = K A C + K C B
(3)n价离子M n+ 与H+ 交换的选择性系数表示为
K M/n H = [(M)]1/n [H]/[M][(H)]
把H换成Li也是一样。

离子与树脂亲合能力的差别,与离子电荷多少及半径的大小有关。

(1)不同价的离子,亲合力大小顺序一般为:Na+ < Ca2+ < Al3+ < Th4+
即亲合力随电荷增多而增大。

(2)对同价离子,则通常是;Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+
Mg2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+
即亲合力随水合离子半径的减小而增大。

以上顺序是指稀溶液而言的。

溶液较浓时选择性系数与顺序可能变化。

酸的存在及浓度大小也对选择性有影响。

树脂的交联度提高,一般会增加离子选择性,即增加筛分能力。

2.2 分配系数和分离系数
在离子交换平衡中引入分配系数D表示某一离子在树脂相和液相的分配:D=[(M)]/[M]
通常定义为:D = 每克树脂中M离子的摩尔数/每毫升溶液中M离子的摩尔数
则分配系数和选择性系数的关系:
D=(K M/n H [(H)]/[H])n
为了表示两种离子在离子交换中的分离程度,引入分离系数ɕ12:
ɕ1
2 = D1/D2 =
]1
[
)]
1
[(
M
M/
]2
[
)]
2
[(
M
M
ɕ1
2
越偏离1,表明M1和M2越容易分离,ɕ12等于1时完全没有分离效果。

对于1价离子,ɕ12 的值等于该两离子间的选择性系数:
ɕ1
2
= D1/D2= K M1H / K M2H = K M1M2
2.3 离子交换的动力学
离子交换发生在固、液相之间,反应速度一般较慢,所以反应速率对于分离情况影响较大。

当溶液中离子A与树脂上离子B发生交换反应时,整个过程分为以下五步:
(1)离子A达到树脂表面
溶液的搅拌或在树脂柱中的流动有利于这个过程。

但由于树脂颗粒的表层总有一层溶液的薄膜,离子A必须在此膜内扩散并透过。

此膜厚度与搅拌强度有关,一般为10-2-10-3cm.
(2) 离子A在树脂内扩散到交换位置
(3)A和B在交换位置上发生交换反应
(4)反应后释放出的B从交换位置扩散到树脂表面
(5)离子B从树脂表面通过液膜扩散到溶液中。

为了保持电中性条件,(1)和(5)必须同时以同样的速度发生,(2)和(4)也是同时产生的这样实际上就是三个步骤,即膜扩散,树脂颗粒内的扩散和化学交换。

其中最慢的一步为整个交换反应的速控步,决定了交换反应的速度。

这一步往往是两扩散步骤之一。

扩散速度表示为单位时间内通过单位面积的离子量:dq/dt=D(C1-C2) / δ
其中,C1,C2分别表示扩散界面两侧的离子浓度,C1>C2;δ是界面层厚度;D是总扩散系数,单位是cm2/s.
影响离子交换速度的因素:
(1)树脂粒度
树脂颗粒大小对交换速度有很大影响。

一般小颗粒树脂总是相应于大的交换速度。

因为:(i)若膜扩散为速控步,小颗粒增大了树脂的比表面,单位时间内可以有更多的离子达到单位质量树脂的表面,从而增大总的膜扩散速度;
(ii)若颗粒内部扩散是速控步,则小颗粒使离子通过的路程缩短,从而加快了过程的速度。

注意:颗粒均匀的树脂比不均匀的树脂交换速度高,因为其中大的颗粒数目少。

(2)树脂交联度
树脂交联度越大,树脂的溶胀性越差,从而影响离子在树脂颗粒内部扩散的速度。

交联度很大时,树脂内扩散速度可能会成为整个过程的控制步骤。

(3)温度
提高温度既提高了扩散速度,又提高了交换反应速度,从而加快了整个交换速度。

(4)溶液浓度
一般情况下,在溶液浓度小于0.01mol/L时,总的交换速度可由膜扩散决定;当浓度增加时,膜扩散速度上升,浓度达1.0mol/L以上时,树脂内扩散常变为控制步骤,因为可以观察到,继续提高溶液浓度时,提高反应速度就不再有效了。

(5)搅拌速度
加大搅拌速度可以减小膜厚度从而增大扩散速度,但搅拌强度达一定值以后,交换反应便不再上升。

(6)交换离子的性质
主要是离子的价态和水化离子的大小。

在树脂内扩散的离子是由于树脂的固定离子库仑力的吸引而扩散进入的,故离子价态越高,吸引力越大,扩散速度越快。

水化离子越大,则越难分散。

除上述因素外,在非水介质中,尤其是非极性溶液中,交换速度要慢得多。

其原因之一是树脂在非水溶剂中的溶胀要小得多,同时也因为在非水溶剂中离解得少,只能提供较少的可交换离子。

基于同样原因,弱酸和弱碱型的树脂的溶胀也较小,只能提供较低的交换速度。

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