离子交换剂教学教材
合集下载
离子交换PPT课件
交换容量 表征活性基团的性能参数
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
27
影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
3
树脂的网络骨架
4
5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
17
DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
27
影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
3
树脂的网络骨架
4
5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
17
DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
离子交换分离法ppt课件
纤维交换剂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
萃淋树脂
有机高分子大孔结构与 萃取剂的共聚物型树脂
— SO 3H — COOH 或 — OH
1— 14 6— 14
季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺
0— 12 0— 9
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
含氧化或还原基团
1
一、离子交换剂的种类和性质 1、离子交换剂的种类 无机离子交换剂： （1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄 （2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物 有机离子交换剂——即离子交换树脂 离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物， 网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。 在网的各处都有许多可被交换的活性基团。
La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+＞Tb3+＞Dy3+＞ Y3+＞Ho3+ ＞Er3+＞Tm3+ ＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+ 2、弱酸型阳离子交换树脂
解：干树脂（强酸型）与Na+交换，剩余NaOH用HCl滴定
(cV）NaOH(c 交换容量＝
V)HCl12050
m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.gl1)
1
阳离子交换树脂： 交换容cN 量 aOVH ＝ NaOHcHCV lHCl
干树脂(g质 ) 量
练习：称取某OH-型阴离子交换树脂1.00 g置于锥形瓶中,加入
2
返回
3
有机离子交换剂分类
分类
萃淋树脂
有机高分子大孔结构与 萃取剂的共聚物型树脂
— SO 3H — COOH 或 — OH
1— 14 6— 14
季 铵 碱 — N (C H 3)+O H 伯胺、仲胺或叔胺
0— 12 0— 9
— C H 2— N (C H 2C O O H ） 2
含氧化或还原基团
1
一、离子交换剂的种类和性质 1、离子交换剂的种类 无机离子交换剂： （1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄 （2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物 有机离子交换剂——即离子交换树脂 离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物， 网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。 在网的各处都有许多可被交换的活性基团。
La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+＞Tb3+＞Dy3+＞ Y3+＞Ho3+ ＞Er3+＞Tm3+ ＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+ 2、弱酸型阳离子交换树脂
解：干树脂（强酸型）与Na+交换，剩余NaOH用HCl滴定
(cV）NaOH(c 交换容量＝
V)HCl12050
m树脂(g)
0.11000.112.5100
25 5(mmo.gl1)
1
阳离子交换树脂： 交换容cN 量 aOVH ＝ NaOHcHCV lHCl
干树脂(g质 ) 量
练习：称取某OH-型阴离子交换树脂1.00 g置于锥形瓶中,加入
2
返回
3
有机离子交换剂分类
分类
第七章 离子交换分离技术-2014
代号 4 5 6
骨架分类 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
001×7苯乙烯系强酸性离子交换树脂
用于：硬水软化、脱盐水、纯 水制备、稀有元素分离、分离 和提取氨基酸制糖、制药可作 为催化剂和脱水剂
– 国内外离子交换树脂相应牌号对照
704 = 311×2
717 = 201×7 732 = 001×7 711 = 201×4 703 = D311 HD42 = 001
• 当有机溶剂存在时，常常会使对有机离子 的选择性降低，而容易吸附无机离子。 • 原因：离子溶剂化程度降低；影响离子的 电离度，使它减小，尤其是有机离子，影 响更显著。
第三节 离子交换原理
• 一、离子交换平衡
• m1为反离子［U］浓度为1时溶质X的分配系数.
bRU aX aRX bU
• 离子树脂交换容量的测定一般以无机离子 进行。 • 测定方法：可先将树脂处理成氢型。称几 克树脂，测其含水量，同时称取若干克树 脂，加入一定量的标准NaOH溶液静置一昼 夜(强酸性树脂)或数昼夜(弱酸性树脂)后， 测定剩余NaOH的毫摩尔数，就可求得总交 换容量。
7. 离子交换树脂的吸附选择性
3. 膨胀度
• 膨胀系数与树脂的交联度有关。 • 取10~15 ml烘干树脂放入量筒中，加入欲 试验的试剂，通常是水，不时摇动，24 h 后，测定树脂体积。前后体积之比，称为 膨胀系数。
4. 湿真密度
• 取处理成所需形式的湿树脂，在布氏漏斗 中抽干。迅速称取W2(一般2~5 g)抽干树脂， 放入比重瓶中加水至刻度称重W3。湿真密 度按下式计算（比重瓶充满水时重W1）。 • γ（湿真密度）＝W2/(W1-W3)
历史回顾
• 1814年英国Thompson和Way发现铵离子 与土壤中钙离子的交换现象开始的 • 1870年Lemberg的实验又证明离子交换过 程的可逆性和当量关系 • 软化水始于20世纪初期，德国化学家Gens 应用沸石软化水及处理蔗糖浆以除去钙离 子 • 1935年Adams和Holmes合成了酚醛型离 子交换树脂
第十六章 离子交换1(“交换”相关文档)共48张
废水的物化处理方法
---离子交换法
学习内容
1.概述 2.离子交换剂 3.离子交换平衡与交换动力学 4.离子交换工艺 5.离子交换系统的设计
1.概述
离子交换法
利用固相离子交换剂 功能基团所带的可交换离 子，与接触交换剂的溶液 中相同电性的离子进行交 换反应，以达到离子置换、 分离、去除、浓缩等目的。
思考：控速步骤？ 离子交换反应是瞬时完成的，其余步骤离子扩散
过程，所以离子交换速度实际上由传质过程所控制。
在废水处理的正常流速下，交换速度主要决定于膜扩散及孔
隙扩散。一般来说，溶液中交换离子浓度低时，膜扩 散为控制因素；浓度高时，则孔隙扩散为控制因素 。
如何提高离子交换过程的速度？？
4.离子交换工艺及设备
固定床
移动床
流动床
床层固定不 变，水流由上而 下流动。
工作时，定期从交换 柱排出部分失效树脂，送 到再生柱再生，同时补充 等量的新鲜树脂参与工作。
交换树脂再连 续移动中实现交换 和再生。
流动床离子交换器
4.2 工艺过程
一般包括过滤(工作交换)、反洗、再生和清洗等4个阶段， 依次进行，形成不断循环的工作周期
1.概述
1.2离子交换的基本原理 RA+B+=RB+A+
2.离子交换剂
2.1分类 无机离子交换剂--天然沸石和人造沸石
有机离子交换剂--高分子聚合物电解质，称为
离子交换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脂.
2.离子交换剂
2.2离子交换树脂的结构特征
骨架--结构主体,线型高分子有机化合物加上交联
剂,成空间网状结构.
活性基团--固定离子:固定在树脂骨架上;
• 被洗出的离子数=操作阶段被交换的离子数，但一般再 生的情况无法达到100%。
---离子交换法
学习内容
1.概述 2.离子交换剂 3.离子交换平衡与交换动力学 4.离子交换工艺 5.离子交换系统的设计
1.概述
离子交换法
利用固相离子交换剂 功能基团所带的可交换离 子，与接触交换剂的溶液 中相同电性的离子进行交 换反应，以达到离子置换、 分离、去除、浓缩等目的。
思考：控速步骤？ 离子交换反应是瞬时完成的，其余步骤离子扩散
过程，所以离子交换速度实际上由传质过程所控制。
在废水处理的正常流速下，交换速度主要决定于膜扩散及孔
隙扩散。一般来说，溶液中交换离子浓度低时，膜扩 散为控制因素；浓度高时，则孔隙扩散为控制因素 。
如何提高离子交换过程的速度？？
4.离子交换工艺及设备
固定床
移动床
流动床
床层固定不 变，水流由上而 下流动。
工作时，定期从交换 柱排出部分失效树脂，送 到再生柱再生，同时补充 等量的新鲜树脂参与工作。
交换树脂再连 续移动中实现交换 和再生。
流动床离子交换器
4.2 工艺过程
一般包括过滤(工作交换)、反洗、再生和清洗等4个阶段， 依次进行，形成不断循环的工作周期
1.概述
1.2离子交换的基本原理 RA+B+=RB+A+
2.离子交换剂
2.1分类 无机离子交换剂--天然沸石和人造沸石
有机离子交换剂--高分子聚合物电解质，称为
离子交换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脂.
2.离子交换剂
2.2离子交换树脂的结构特征
骨架--结构主体,线型高分子有机化合物加上交联
剂,成空间网状结构.
活性基团--固定离子:固定在树脂骨架上;
• 被洗出的离子数=操作阶段被交换的离子数，但一般再 生的情况无法达到100%。
最新离子交换原理课件PPT
▪ 树脂的交联度：交联度越高，选择性增加 ▪ 强酸(碱)、弱酸碱树脂的交换
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
13第十三章 离子交换、吸附与层析分离设备-161
代号 0 1 2 3 4 5 6 分类名称 强酸性 弱酸性 强碱性 弱碱性 螯合性 两性 氧化还原 代号 0 1 2 3 4 5 6 分类名称 苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系
四.离子交换树脂的命名
交联度数值 连接符号 顺序号 骨架代号 分类代号
D001x 7代表大孔型强酸性苯乙烯系离子交换树脂， 交联度为7
五.离子交换树脂的理化性质
5.膨胀度（视膨胀率） 干树脂在水或有机溶剂中溶胀，湿树脂在功能基离子转型或再生后水 洗涤时有溶胀现象。
膨胀现象的产生：当树脂浸在水溶液中时，活性离子因热运动可在树
脂空隙的一定距离内运动，由于内部和外部溶液的浓度差，存在着渗 透压。这种压力使外部水分渗入内部促使树脂骨架变形，空隙扩大而
七.离子交换过程的理论基础
假设：
交换体系为稀溶液，此时离子浓度为活度的近似值。 树脂在交换时无缩涨，不涉及化学位能或自由能的变化。 不涉及树脂弹性位能和溶剂分子的转移能。
(6.1)可以写作类似于复分解反应的平衡方程式 (6.2):
1 Z1 A1
+
-
1 Z2
A2
1 Z1
A1 +
1 Z2
A2
A1 A1、A2、
一.离子交换法的基本概念
离子交换剂由三部分组成：
(1)载体:惰性的不溶性的高分子固定骨架；
(2)功能基团:与载体以共价键联结的不能移动的活性基团； (3)平衡离子：与功能基团以离子键联结的可移动的活性离子。 例如：聚苯乙烯磺酸钠树脂，其骨架是聚苯乙烯高分子塑料， 活性基团是磺酸基，平衡离子为钠离子。 平衡离子带正电荷的为阳离子交换树脂，平衡离子带负电荷的 为阴离子交换树脂。
响。
四.离子交换树脂的命名
交联度数值 连接符号 顺序号 骨架代号 分类代号
D001x 7代表大孔型强酸性苯乙烯系离子交换树脂， 交联度为7
五.离子交换树脂的理化性质
5.膨胀度（视膨胀率） 干树脂在水或有机溶剂中溶胀，湿树脂在功能基离子转型或再生后水 洗涤时有溶胀现象。
膨胀现象的产生：当树脂浸在水溶液中时，活性离子因热运动可在树
脂空隙的一定距离内运动，由于内部和外部溶液的浓度差，存在着渗 透压。这种压力使外部水分渗入内部促使树脂骨架变形，空隙扩大而
七.离子交换过程的理论基础
假设：
交换体系为稀溶液，此时离子浓度为活度的近似值。 树脂在交换时无缩涨，不涉及化学位能或自由能的变化。 不涉及树脂弹性位能和溶剂分子的转移能。
(6.1)可以写作类似于复分解反应的平衡方程式 (6.2):
1 Z1 A1
+
-
1 Z2
A2
1 Z1
A1 +
1 Z2
A2
A1 A1、A2、
一.离子交换法的基本概念
离子交换剂由三部分组成：
(1)载体:惰性的不溶性的高分子固定骨架；
(2)功能基团:与载体以共价键联结的不能移动的活性基团； (3)平衡离子：与功能基团以离子键联结的可移动的活性离子。 例如：聚苯乙烯磺酸钠树脂，其骨架是聚苯乙烯高分子塑料， 活性基团是磺酸基，平衡离子为钠离子。 平衡离子带正电荷的为阳离子交换树脂，平衡离子带负电荷的 为阴离子交换树脂。
响。