离子交换基本理论
强阳离子交换固相萃取柱原理

强阳离子交换固相萃取柱原理今天来聊聊强阳离子交换固相萃取柱原理。
你知道吗?咱们日常生活里就有类似的现象。
就像那种磁吸附小玩具,一些带磁性的小物件可以很容易地吸附在磁铁上。
强阳离子交换固相萃取柱有点像这个,不过不是磁场起作用啦。
强阳离子交换固相萃取柱里面有一些带负电荷的基团。
这些基团就像是一个个小挂钩,等待着合适的东西勾住。
当溶液经过这个柱子的时候,里面带正电荷的阳离子就被这些“小挂钩”给抓住了。
这就和咱们在集市上挂东西的那种挂钩类似,小物件挂上去,只要挂钩不断、外力不去干扰就掉不下来。
我理解呢,这就是强阳离子交换固相萃取柱最基本的原理吧。
说到这里,你可能会问,它到底是怎么判断哪些阳离子会被抓住的呢?这就要说到离子交换的选择性了。
就像交朋友一样,有些人气场很合就容易凑在一起,离子也是有选择性的。
它和离子所带电荷数量、离子水化半径等条件有关。
比如说某些离子水化半径小,它就更容易接近柱子里那些带负电荷的“小挂钩”,也就更容易被挂住。
我老实说,一开始也不明白这个选择性是怎么回事。
后来我学习了更多的相关理论才慢慢有了些感悟。
在化学知识里面,离子的极化作用那些东西就会影响到这个选择性,这就像是每个离子都有自己独特的个性,影响着它们在“交友(与柱子基团结合)”过程中的表现。
实际应用的话,这个在制药领域就很有用。
比如说药物的提纯,药物提取液中有很多杂质离子,我们可以用强阳离子交换固相萃取柱把不需要的阳离子杂质给去除掉。
就像筛选种子一样,想要好的种子,就用个筛子把坏种子给筛掉。
不过使用的时候得注意呢,首先柱子的选择很重要,要根据目标物的性质去选合适的柱子。
再就是溶液的pH值也会对交换效果有很大影响。
pH值不同,会导致离子的存在形式不同,有些离子可能就从带正电变成不带电或者带别的电荷啦,那柱子的“小挂钩”就没法抓住它了。
有意思的是,有时候实验结果也不完全和理论相同,有很多微妙的地方,这也是让我觉得这个强阳离子交换固相萃取柱还有很多神秘之处等待探索的地方呢。
水处理实验技术6-软化试验

水处理实验技术实验报告
学校名称河海大学准考证号033109275026 姓名王宝佳
课程代号60057 实验名称软化试验
实验日期2010.11 批报告日期成绩教师签名
一、实验目的
1.熟悉顺流再生固定床运行操作过程。
2.加深对钠离子交换基本理论的理解。
二、实验原理
水中、错误!未找到引用源。
等致硬离子经过Na型阳离子交换树脂,被Na+所取
代,从而达到软化
水的目的。
水中阴阳离子含量直接影响溶液的导电性能,经过离子交换树脂处理后,水中因离子很少,导电率很小,电阻值很大。
Na+型离子树脂失效后用8%~10%NaCl溶液再生。
三、实验设备
1.软化装置1套;
2.100mL量筒1个,秒表1块(控制再生液流量用);
3.2000mm钢卷尺1个;
4.测硬度所需用品;
5.食盐数百克。
四、结果讨论
1.实验中的Na+是由食盐提供的,当由食盐为主配制的再生液进入实验软化柱时,会吸附在阳离子交换树脂上,当原水进入软件柱与树脂接触后,就会发生阳离子交换反应,从而达到使水软化的目的。
2.在计算再生液浓度时,要根据软化树脂工作交换容量,树脂体积,顺流再生钠离子交换NaCI耗量以及食盐NaCI含量而定,计算出再生一次所需的食盐量,再配制浓度10%的食盐再生液。
3.实验过程中的反洗及软化,运行流速采用15m/h,并且要做好每隔10min的记录,记录水的硬度,并要进行比较。
2024届高三化学二轮复习+专题七++:离子交换膜在电化学中的应用

近年高考中涉及离子交换膜原理的考题 频繁出现,这一类题型的特点是新情境、 老问题,考查的知识点有原电池原理、 电解池原理、化学电源等。能够多方位 考查化学学科核心素养。
近几年高考卷中有关离子交换膜考查内容统计
阳离子交换膜 阴离子交换膜
小专题 2023年河北卷, 2023年湖北卷,10
13
2023年6月浙江 2023年山东卷,11 卷,13
3.重温经典
平衡电荷,溶质单一
原电池
【例2】(2023河北卷7题)我国科学家发明了一种以
负极
和MnO2为电极材料的新型电池,其内部结构
正极
如下图所示,其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时,电极材料
转化 -2e-
为
B 。+下2K列+说法错误的是( )
负极反应
A.充电时,b 电极上发生还原反应 B.充电时,外电源的正极连接 b 电极 C.放电时,①区溶液中的SO42-向②区迁移
稀
2.知识重构
7. 分离提纯时,杂质离子一般从“原料室”移出。
(6)离子交换膜的选择 离子交换膜作用:③分离提纯。
例4:[2016·全国卷Ⅰ]三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性 电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42-可通过 离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。 ab、cd均选何种交换膜?
质子交换膜
2023年全国 甲卷,6
2020年北京 卷,节选
双极膜
2023年广东 卷,16
2021年全国 甲卷,13
离子交换膜 2022年全国甲卷,4
2023年北京卷,5
2022年山东卷, 2023年河北卷,13 13 2021河北卷,9 2022河北卷,12
阳离子交换树脂原理

阳离子交换树脂原理
阳离子交换树脂是一种广泛应用于水处理、化工、生物制药等领域的重要功能材料,其原理和应用具有重要的理论和实际意义。
本文将对阳离子交换树脂的原理进行详细介绍,以便更好地理解和应用这一材料。
阳离子交换树脂是一种具有强酸性功能团的高分子化合物,其主要原理是通过阳离子交换作用去除水中的阳离子,如钠离子、钙离子、镁离子等。
阳离子交换树脂的功能团通常是硫酸基、磺酸基等,这些功能团能够与水中的阳离子发生离子交换反应,从而实现水质的净化和软化。
在水处理领域,阳离子交换树脂通常被用于软化水。
其原理是通过将水中的钙离子、镁离子等与树脂上的氢离子进行交换,从而将水中的硬度离子去除,达到软化水的目的。
此外,阳离子交换树脂还可以用于去除水中的重金属离子,如铅离子、镍离子等,具有良好的去除效果。
除了在水处理领域应用外,阳离子交换树脂在化工生产中也具有重要作用。
例如,它可以用于有机物的分离纯化、酸碱中和等过
程。
在生物制药领域,阳离子交换树脂还可以用于蛋白质的纯化和
富集,具有广泛的应用前景。
总之,阳离子交换树脂作为一种重要的功能材料,具有广泛的
应用价值。
通过对其原理的深入理解,可以更好地发挥其在水处理、化工、生物制药等领域的作用,为相关领域的发展和进步提供有力
支持。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解阳离子交换树脂的
原理和应用。
阴阳离子交换树脂的原理

阴阳离子交换树脂的原理
阴阳离子交换树脂是通过采用极性疏水交换机理,将水中含有的不性质离子选择性地
转移到交换树脂上,以使水质达到洁净化的作用,它主要由改性精细颗粒制成,具有超强
的吸附、离子交换功能。
它采用阴离子交换过程,通过分子间电解反应,将含氯水中的阴
离子和阳离子反应,以减少氯份含量。
阴阳离子交换树脂原理:阴阳离子交换树脂原理其实就是一种两相拌和动力学的理论,它的本质是利用不同的阴阳离子,在硅胶膜提供的空间不可分解能量作用下,形成不可分
解的分子链结构,以实现对物质的转移,两相拌和。
这种拌和,是由极性疏水性交换机理
来实现的,它具有极强的疏水性金属离子交换能力,核心是在水中转移溶液中的盐分,物
理状态,原子结构的改变。
这种交换过程,有效地对水质中的有害物质进行分离,实现水
质净化。
阴阳离子交换树脂的工作实际就是通过引发一系列的电解反应和二相拌和反应,将含
氯水中的阴离子和阳离子反应,以降低氯份含量,在改善水质的同时又保护了体外环境,
使介质物安全达标,从而有效地净化了水质。
此外,当阳离子和阴离子发生反应,会产生
结晶,从而使水中的离子得以捕获,不仅能够起到净化水质的作用,而且还有助于减少水
中的酸碱度,抗菌作用也是不容忽视的,为满足净水和环境保护的需要提供了有效技术保
障和环保方案。
离子交换软化实验报告

1实验目的(1)熟悉顺流再生固定床运行操作过程;(2)加深对钠离子交换基本理论的理解。
2实验原理当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。
当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时,水中的Ca2+及Mg2+便与树脂中的可交换离子(钠型树脂中的Na+,氢型树脂中的H+)交换,使水中的Ca2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除,这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。
钠离子交换用食盐(NaCl)再生,氢离子交换用盐酸或硫酸再生。
基本反应式如下:(1)钠离子交换软化再生(2)氢离子交换交换再生钠离子交换的最大优点是不出酸性水,但不能脱碱;氢离子交换能去除碱度,但出酸性水。
本实验采用钠离子交换。
3实验内容3.1实验设备与试剂表3-1 实验中所用试剂及说明仪器(试剂)数量或说明软化装置 1 套100 mL量筒 1 个秒表 1 块2000 mm钢卷尺 1 个测硬度所需用品若干食盐1000 g3.2实验装置实验装置如图3-1所示。
图3-1 离子树脂交换装置1—软化柱;2—阳离子交换树脂;3—转子流量计;4—软化水箱;5—定量投再生液瓶;6—反洗进水管;7—反洗排水管;8—清洗排水管;9—排气管3.3实验步骤(1)熟悉实验装置,搞清楚每条管路、每个阀门的作用;(2)测原水硬度,测量交换柱内径及树脂层高度;用100 mL吸管移取三份水样,分别加5mL NH3-NH4Cl缓冲溶液,2~3滴铬黑T 指示剂,用EDTA 标准溶液滴定,溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。
(3)将交换柱内树脂反洗数分钟,反洗流速采用15 m/h,以去除树脂层的气泡;(4)软化:运行流速采用15 m/h,每隔10 min测一次水硬度,测两次并进行比较;(5)改变运行流速:流速分别取20、25、30 m/h,每个流速下运行5 min,测出水硬度;(6)反洗:冲洗水用自来水,反洗结束将水放到水面高于树脂表面10 cm左右。
(7)根据软化装置再生钠离子工作交换容量(mol/L),树脂体积(L),顺流再生钠离子交换NaCl 耗量(100~120g/mol)以及食盐NaCl 含量(海盐NaCl 含量≥80~93%),计算再生一次所需食盐量。
离子交换膜法电解食盐水

离子交换膜法电解食盐水离子交换膜法电解的原理、工艺条件 盐酸的制备知识点:一、电解1、 含义:指在 原电池或电解池中,两个电极上发生的半反应,因为在原电池和电解池中, 氧化反应和还原反应使分别在两个电极上发生的。
原电池的负极和电解池的阳极的电极反应都 是氧化反应,故也叫氧化极。
原电池的正极和电解池的阴极反应都是还原反应,故也叫还原极。
2、 离子膜法电解食盐水的原理1、在离子交换膜发电解槽中, 由一种具有选择性透过性能的阳离子交换膜将电解槽分成阳极室 和阴极室学习情境五 氯碱生产技术工作任务 离子交换膜法电解授课地点 多媒体教室教学方法 讲授法课时包含章节 第五章第三四节主要教具、设 备、工具多媒体学习重点 及难点 离子交换膜法电解的原理、工艺条件 盐酸的制备学生学习基础 已具有有机化学,化工单元操作,物理化学,化工热力学等的学习基础,具有一定的自学能力,接受知识的能力也较强任务描述及任务目标Nut ]]»11值耳丨横士 24'1 * 2e =C'l 朗楹:211却2v = ir减小2NuCI+2ll ?O2Na(»H+H 2 T 增+ Cl ;黑三纽:I ni 极睛制teSm I ―1R7O(SJ?NaCIjS® SNdOH)以Nafion膜为例,离子膜的选择性透过离子膜是多孔结构物质,由孔和骨架组成,孔内是水相,固定离子团之间有微孔水道想通,骨架是含氟聚合物2、离子膜性能降低的主要因素1) 、钙和镁正离子在电场作用下,易进入离子膜内,形成沉积物堵塞孔通道2) 、为稳定操作,膜内的负离子团的数目要求相对稳定,电解液温度不宜过高,碱液浓度不宜过浓,避免出现脱水现象,在膜内产生结晶,造成膜的永久性损坏3) 、溶液碱浓度过低而温度较高时,在膜的界面处也可能出现积水起泡”现象,甚至使两层膜分开,失去离子膜的性能3、电解材料1) .阳极材料前氯碱工业上使用最广泛的是金属阳极和石墨阳极两类2) 阴极材料阴极材料要具有耐氯化钠、氢氧化钠的腐蚀,导电性能良好,且氢在电极上的过电位要低等特点。
离子交换分离法

nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+
交换达到平衡:
K
M nH
[ M ]r [ H ] s n [ M ] s [ H ]r
n
[M]r、[H]r— 平衡时,Mn+、H+在树脂相中浓度 (mmol/g) [M]s、[H]s— 平衡时,Mn+、H+在水溶液中浓度 (mmol/mL)
在一定条件下,平衡常数K值的大小表示树 脂对Mn+的吸附能力的强弱,即树脂对离子亲和 力的大小。 n+的亲和力大于树脂对H+的 M : 表示树脂对 M KnH 1 亲和力;即Mn+比较牢固的结合在树脂上。
2、树脂网状上的固定离子不能透过膜,而平衡 离子则可以通过膜进行扩散。 3、由于树脂中的固定离子的存在,使能通过膜 的可交换离子在膜的两边处于不均匀的平衡状 态。
聚苯乙烯型磺酸基Na型阳离子交换树脂,树 脂的骨架为聚苯乙烯聚合的长碳链由二乙烯苯交 联起来的网状结构,活性基团是 磺酸基阳离子
(—SO3Na),固定离子: —SO3- ,平衡离子:
§4.1 概述
一、离子交换分离法:
利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换 反应进行分离的方法。
二、 特点
优点:分离效率高,设备简单,操作不复杂, 树脂又具有再生能力,可反复使用,应用广泛。
缺点:分离周期长,耗时过多。
三、发展史
§4.2
离子交换剂
一、离子交换树脂的结构性能和作用 二、离子交换树脂的种类
3. 强碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为:F-< OH-<CH3COO-<HCOO-<Cl-<NO2-<CN<Br-<CrO42-<NO3-<HSO4-<I-<CrO4-< SO42-<柠檬酸根。
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1.>[AC]大孔型离子交换树脂的抗污染性能好,机械强度大。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
2.>[AA]一般来说,树脂的颗粒越小,交换反响速度越快,但压力损失相应增大。
( ) 答案:√
试题解析:
关键字:
3.>[AC]强酸阳离子交换树脂的工作交换容量比弱酸阳离子交换树脂的高。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
4.>[AA]离子交换树脂长期储存或备用时,应再生好,使其转化成H 型或OH 型。
( ) 答案:×
试题解析:
关键字:
5.>[AE]除硅必需用强碱性阴离子交换树脂。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
6.>[AC]在离子交换器运行过程中,进水流速越大,交换器的工作交换容量就越大,周期制水量也越大。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
7.>[AE]提高碱再生液的温度对转成硅酸型树脂的洗脱率有明显的提高。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
8.>[AA]阳离子交换器的选择性主要依据离子价和原子序数的大小不同,由小到大依次排列。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
9.>[AC]在强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性几种树脂比较中,强碱性阴树脂最易发生化学降解而产生胶溶现象。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
10.>[AE]弱碱性阴离子交换树脂在pH 值为0~7 的范围内,才具有较好的交换力气。
( ) 答案:√
试题解析:
关键字:
11.>[AC]在双层床中,胶体硅最易析出的局部是强碱树脂层。
( )
试题解析:
关键字:
12.>[AE]弱酸阳离子交换树脂对水中非碳酸盐硬度和中性盐根本无交换力气。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
13.>[AA]离子交换树脂的选择性系数与树脂的种类有关,与温度、浓度的变化无关。
( ) 答案:×
试题解析:
关键字:
14.>[AC]树脂颗粒越小,交换速度越快。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
15.>[AE]树脂交联度越大,其机械强度越高。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
16.>[AC]对于弱酸性阳离子交换树脂,承受逆流再生方式可降低其再生剂用量。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
17.>[AA]在中性溶液中碱性树脂不能与酸根离子进展交换。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
18.>[AC]自然水经Na 型离子交换器处理后,水中的含盐量略有增加。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
19.>[AA]有时为了便于混床内部树脂的分别,在反洗分层之前先通入NaOH 淋洗,使阴树脂变成OH-型,阳树脂变成Na+型。
由于Na+型阳树脂与OH-型阴树脂间的密度差小于H+型阳树脂与OH-型阴树脂间的密度差。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
20.>[AC]能有效去除水中强酸阴离子的是强碱阴离子交换树脂。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
21.>[AE]再生溶液浓度的凹凸对再生效果没有影响。
( )
答案:×
试题解析:
22.>[AE]离子交换树脂能导电是由于它能在水中电离出离子。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
23.>[AC]离子交换树脂由交联剂、单体和活性基团物质三局部组成。
( )
答案:√
试题解析:
关键字:
24.>[AE]阴离子交换树脂抗污染力气比阳离子交换树脂强。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
25.>[AA]树脂的除硅工作交换容量越大,则出水残留HSiO3-含量越低。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
26.>[AE]树脂的交联度越大,其溶胀力气越强。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
27.>[AC]D113 型树脂是强酸性阳离子交换树脂。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
28.>[AC]树脂的交联度越大,树脂与离子越简洁发生交换反响,反响速度越快。
( ) 答案:×
试题解析:
关键字:
29.>[AA]当再生剂用量确定时,随着再生液浓度的提高,树脂的再生程度也相应提高。
( )
答案:×
试题解析:
关键字:
30.>[BE]离子交换反响的( )是离子交换树脂可以反复使用的重要性质。
A.选择性
B.可逆性
C.酸碱性
D.化学性
答案:B
试题解析:
关键字:
31.>[BA]因强碱阴离子交换树脂对Cl-有较大的( ),使Cl-不仅易被树脂吸附,且不易洗脱。
C.亲合力
D.化学力
答案:C
试题解析:
关键字:
32.>[FC]对的阳离子交换树脂如何进展预处理?
答案:饱和食盐水溶液浸泡18~20h,然后进展清洗;现用2%~4%的NaOH 溶液浸泡4~8h,清洗至中性;用5%HC1 浸泡4~8h,清洗至中性,待用。
试题解析:
关键字:
33.>[FE]对的阴离子交换树脂如何进展预处理?
答案:饱和食盐水溶液浸泡18~20h,然后进展清洗;再用5%HC1 的溶液浸泡4~8h,淸洗至中性;用2%~4%的NaOH 浸泡4~8h,清洗至中性,待用。
试题解析:
关键字:
34.>[FC]什么是酸耗?如何计算?
答案:阳树脂每交换1mol 物质的量的阳离子所需的酸的克数称为酸耗。
单位为g/mol。
计算公式为酸耗=加酸量(kg)×浓度(%)×1000/[周期制水量(t)×总阳离子物质的量的浓度(mmol/L)] 其中总阳离子的物质的量浓度=阳床入口水平均碱度+阳床出口水平均酸度
试题解析:
关键字:
35.>[FC]什么是碱耗?如何计算?
答案:阴树脂每交换1mol 物质的量的阴离子所需的纯氢氧化钠的克数称为碱耗。
单位为
g/mol。
计算公式为碱耗=加碱量(kg)×浓度(%)×1000/L 周期制水量(t)×总阴离子量的浓度(mmol/L)]总阴离子的物质的量浓度=阳床出口水酸度+残留CO2 浓度/44+阳床出口SiO2 浓度/60
试题解析:
关键字:
36.>[BC]强碱性阴离子交换树脂氧化变质的表现之一是强碱性交换基团的数量( )。
A.削减
B.变化
C.增多
D.不变
答案:A
试题解析:
关键字:
37.>[BA]能有效去除水中硅化合物的是( )。
A.强酸阳树脂
B.强碱阴树脂
C.弱碱阴树脂
D.弱酸阳树脂
答案:B
38.>[BA]阴离子交换树脂受有机物污染后,常用( )进展复苏,效果较好。
A.盐酸
B.食盐溶液
C.氢氧化钠溶液
D.食盐溶液和氢氧化钠溶液
答案:D
试题解析:
关键字:
39.>[BC]从一阳床取出一些变黑的树脂,放在试管中,加几毫升水,摇动1min 觉察水面有“虹“消灭,说明树脂被( )。
A.铁污染
B.硫酸钙污染
C.油污染
D.有机物污染
答案:C
试题解析:
关键字:
40.>[BE]要除硅必需承受( )型离子交换树脂。
A.弱碱
B.强碱OH-
C.弱酸HSO4-
D.强酸H+
答案:B
试题解析:
关键字:
41.>[FC]简述阴树脂污染的特征和复苏方法。
答案:依据阴树脂所受污染的状况不同,承受不同的复苏方法或综合应用。
由于再生剂的质
量问题,常常造成铁的污染,使阴树脂颜色变得发黑,可以承受5%~10%的盐酸处理。
阴树脂最易受的污染为有机物污染,其特征是交换容量下降,再生后,正洗时间延长,树脂颜色常变深,除盐系统的出水水质变坏。
对于不同水质污染的阴树脂,需做具体的筛选试验,确定NaCl 和NaOH 的量,常使用两倍以上树脂体积的含10%NaCl 和1%NaOH 溶液浸泡复苏。
试题解析:
关键字:。