离子交换分离讲稿.ppt
《离子交换分离讲稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《离子交换分离讲稿.ppt(70页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于离子交换分离第一页,讲稿共七十页哦第第4 4章章 离子交换分离法离子交换分离法4.1 离子交换分离法及其特点4.2 离子交换树脂4.3 离子交换平衡4.4 离子交换分离实验技术4.5 离子交换分离法的应用第二页,讲稿共七十页哦4.1 离子交换分离法及其特点1.1.离子交换分离法的发展历史离子交换分离法的发展历史(1)1850年,英国农业化学家H.S.Tompson和J.T.Way发现离子交换现象n用硫酸铵或碳酸铵处理土壤,铵离子被吸收而析出钙;n土壤也是一种无机离子交换剂;n无机离子交换剂不能在酸性条件下使用。第三页,讲稿共七十页哦4.1 离子交换分离法及其特点(2)1935年,B.A.A
2、dams和E.L.Holmes合成离子交换树脂 合成了高分子材料聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂;n这是离子交换分离技术的最重要的里程碑;n二战期间,德国大量合成离子交换树脂,并用于水处理;n战后,英、美、苏、日等国也大力发展离子交换技术。第四页,讲稿共七十页哦4.1 离子交换分离法及其特点(3)1945年,美国人G.F.dAlelio合成聚苯乙烯阳离子交换树脂n后来又合成了性能良好的聚苯乙烯系和聚丙烯酸系的离子交换树脂;n离子交换分离成为低能耗、高效率的分离技术。第五页,讲稿共七十页哦4.1 离子交换分离法及其特点(4)20世纪60年代以后,离子交换树脂的合成与离
3、子交换分离技术取得了突飞猛进的发展nR.Kunin等合成了一系列大孔离子交换树脂,该类树脂的多孔结构兼具离子交换和吸附两种功能。n各种载体和功能基化的离子交换树脂层出不穷n高效离子色谱分析法的诞生 离子交换分离柱与电导检测器结合的产物。n国产离子交换树脂(南开大学)。第六页,讲稿共七十页哦2.2.离子交换分离法的特点离子交换分离法的特点(1)选择性高。n树脂种类多、不同树脂对不同离子的选择性不同。n操作条件(淋洗剂等)可调节参数较多(2)适用范围广。从痕量物质到工业用水,从少量样品到工业规模。(3)操作简单,成本低。液固两相溶液分开,操作简单。第七页,讲稿共七十页哦3.3.几个概念的区别几个概
4、念的区别n离子交换分离法:采用离子交换剂的分离技术。n色层(层析)分离法:采用吸附剂、离子交换剂等各种填料的柱分离技术。n离子交换色谱法:以离子交换剂作固定相(柱),采用电导检测技术的分析技术。n离子色谱法:包括离子交换、离子排斥、离子对色谱等多种用于离子性成分分析的液相色谱方法。第八页,讲稿共七十页哦4.2 离子交换树脂n离子交换剂:具有离子交换能力的物质。通常指固体离子交换剂。n无机离子交换剂:由天然的(粘土、沸石类矿物)或合成的(合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、杂多酸盐等)无机化合物构成。n有机离子交换剂:人工合成的带有离子交换功能团的高分子聚合物,其中应用最为广泛的是离子交换树脂。n
5、离子交换树脂:具有特殊网状结构的高分子化合物。第九页,讲稿共七十页哦4.2 离子交换树脂4.2.1 离子交换树脂的结构结构4.2.2 离子交换树脂的分类与命名分类与命名4.2.3 离子交换树脂的物理性能物理性能4.2.4 离子交换树脂的化学性能化学性能4.2.5 离子交换树脂的应用应用第十页,讲稿共七十页哦4.2.1 离子交换树脂的结构n骨架(载体)三维网状空间结构,载体不参与离子交换反应。n功能基团(交换基团)离子交换反应位置n固定离子(惰性离子)与载体牢固结合,不能自由移动的离子。n反离子(可交换离子)阳离子交换树脂结构模型第十一页,讲稿共七十页哦4.2.1 离子交换树脂的结构第十二页,讲
6、稿共七十页哦4.2.1 离子交换树脂的结构第十三页,讲稿共七十页哦4.2.2 离子交换树脂的分类与命名1.1.按功能基团分类按功能基团分类n阴离子交换树脂阴离子交换树脂(anion-exchange resin):含有碱性基团(通常为季胺基),在溶液中可离解出阴离子。强碱性强碱性阴离子交换树脂:含-N(CH3)3OH,-N(CH3)2C2H4OH等功能基团 弱碱性弱碱性阴离子交换树脂:含-NH2,-NHR,-NR2等功能基团第十四页,讲稿共七十页哦4.2.2 离子交换树脂的分类与命名n阳离子交换树脂阳离子交换树脂(cation-exchange resin):含有酸性基团(多为羧基),在溶液中
7、可离解出阳离子。强酸性强酸性阳离子交换树脂:功能基为-SO3H,-CH2SO3H等强酸基团 中等酸性中等酸性阳离子交换树脂:功能基为-PO3H2,-PO3H3,-SO3H2等中等强度酸基团 弱酸性弱酸性阳离子交换树脂:功能基为-COOH,-OH,-CH2OH2等弱酸基团第十五页,讲稿共七十页哦4.2.2 离子交换树脂的分类与命名n螯合树脂螯合树脂 功能基为胺羧基-N(CH2COOH)2,能与金属离子生成六元环螯合物。n氧化还原树脂氧化还原树脂 功能基具有氧化还原能力,如-CH2SH,对苯二酚基。n两性树脂两性树脂 同时具有阴离子交换基团和阳离子交换基团。如同时具有-N(CH3)3和-COOH。
8、第十六页,讲稿共七十页哦4.2.2 离子交换树脂的分类与命名2.2.按孔型分类按孔型分类n凝胶型树脂 具有均相高分子凝胶结构,颗粒内部由单体聚合成的链状大分子在交联剂的连接下,组成了空间结构,化学结构中的空隙称为凝胶孔或化学孔,孔径很小(300nm以下)。n大孔型树脂 制造过程中加入致孔剂,使之形成大量毛细孔,凝胶骨架被毛细孔道分割成非均相凝胶结构,颗粒内既有凝胶孔,也有毛细孔,毛细孔孔径较大毛细孔孔径较大(几百nm至几百um)。第十七页,讲稿共七十页哦4.2.2 离子交换树脂的分类与命名3.3.按反离子种类命名按反离子种类命名如:RSO3H H型强酸阳离子交换树脂 RN(CH3)3OH OH
9、-型强碱阴离子交换树脂第十八页,讲稿共七十页哦4.4.离子交换树脂的型号离子交换树脂的型号 离子交换树脂型号图解离子交换树脂型号图解 D 交联度数值 凝胶型连接符号 顺序号 顺序号 骨架代号 骨架代号 分类代号 分类代号 大孔型代号 凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂 大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂 第十九页,讲稿共七十页哦4.4.离子交换树脂的型号离子交换树脂的型号树脂产品分类代号树脂产品分类代号 代号 分类名称 0 强酸性 1 弱酸性 2 强碱性 3 弱酸性 4 螯合性 5 两性 6 氧化还原性树脂产品骨架代号树脂产品骨架代号 代号 分类名称 0 苯乙烯系 1 丙烯酸系 2 酚醛系
10、 3 环氧系 4 乙烯吡啶系 5 脲醛系 6 脲乙烯系第二十页,讲稿共七十页哦4.2.3 离子交换树脂的物理性能n颜色颜色:苯乙烯系黄色;其他赤褐色、黑色。n形状形状:球型颗粒,要求圆球率90以上n粒度粒度:分离用树脂粒径通常为数百微米;要求粒径分布范围窄。n密度密度:湿视密度单位视体积视体积(树脂本身体积与颗粒间隙体积之和)内紧密无规排列的湿态离子交换树脂的质量。湿真密度单位真体积真体积(仅指树脂本身体积)内湿态离子交换树脂的质量。第二十一页,讲稿共七十页哦4.2.3 离子交换树脂的物理性能n交联度交联度 树脂中交联剂二乙烯苯的百分含量。通常为812。n含水率含水率 在水中充分膨胀的湿树脂中
11、含水分百分数。与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子形态等有关。一般树脂的含水率在4060。n转型膨胀率转型膨胀率 从一种单一离子型转为另一种单一离子型时树脂体积变化的百分数。例如,树脂在交换和再生时都会发生体积变化,经长时间不断胀縮,树脂会发生老化。第二十二页,讲稿共七十页哦4.2.4 离子交换树脂的化学性能1.1.酸碱性酸碱性n离子交换树脂含酸性或碱性基团时,在水中离解。RSO3H RSO3-H+R=NHOH R=NH+OH-n离子交换树脂含弱酸盐或弱碱盐基团时,在水中水解。RCOONa H2O RCOOH NaOH RNH2Cl H2O RNH2OH HCl第二十三页,讲稿共
12、七十页哦4.2.4 离子交换树脂的化学性能不同类型离子交换树脂的有效不同类型离子交换树脂的有效pHpH值范围值范围 树脂类型 有效pH值范围 强酸性阳离子交换树脂 014 弱酸性阳离子交换树脂 414 强碱性阴离子交换树脂 014 弱碱性阴离子交换树脂 07第二十四页,讲稿共七十页哦4.2.4 离子交换树脂的化学性能2.2.交换容量交换容量 单位质量或单位体积树脂所能交换的离子摩尔数。n全交换容量全交换容量 单位质量树脂中全部离子交换基团的数量(mmol/g)。n工作交换容量工作交换容量 一个周期中单位体积树脂实现的离子交换容量。单位:单位:mol/kg(mol/kg(干树脂干树脂)或或mol
13、/L(mol/L(湿树脂湿树脂)第二十五页,讲稿共七十页哦4.2.4 离子交换树脂的化学性能3.3.选择性选择性n离子交换选择性离子交换选择性有些离子易被离子交换树脂吸着,也易被解吸。n化合价越大的离子,交换能力越强。同价离子中,原子序数越大,交换能力越强。如:Fe3 Al3 Ca2 Mg2 K Na SO42-NO3-Cl-F-HCO3-第二十六页,讲稿共七十页哦4.2.4 离子交换树脂的化学性能4.4.热稳定性热稳定性n树脂功能基团受热会发生分解或脱落。n不同树脂的热稳定性不同。强碱性阴离子交换树脂的最高使用温度通常在4060C,稳定性最高的弱酸性树脂虽说在接近200C也不会立即被破坏,但
14、通常不宜超过100C。弱酸性强酸性弱碱性强碱性第二十七页,讲稿共七十页哦4.2.5 离子交换树脂的主要应用n除去离子性杂质n分离、提纯药品(医药),回收各种金属(冶金)n有机反应中的酸碱催化剂 代替无机酸碱对水解、酯化、脱水、氨解、醇解、水合等多种反应起催化作用。n以分析为目的的分离与富集n治疗疾病(胃潰疡、肾脏病),消除腐败食物毒素。第二十八页,讲稿共七十页哦4.3 离子交换平衡1.1.离子交换反应离子交换反应n阳离子交换:阳离子交换:R-SO3H NaCl R-SO3Na HCln阴离子交换:阴离子交换:R-N(CH3)3OH NaCl R-N(CH3)3Cl NaOHn螯合离子交换:螯合
15、离子交换:R-N(CH2COONa)2 Cu2+R-N(CH2COO)2Cu 2Na+第二十九页,讲稿共七十页哦2.离子交换(热力学)平衡常数简化的阳离子交换反应:离子上方的横线表示该离子存在于树脂相上述离子交换反应的热力学平衡常数为:第三十页,讲稿共七十页哦3.浓度平衡常数(选择性系数)n求热力学平衡常数,需在平衡状态下测定离子在两相中的活度,而离子在树脂相的活度是难以测定的。n选择性系数(Na+对H+的选择性系数KNa+,H+)KNa+,H+表示Na+在给定的离子交换树脂上对H+的相对亲合力的大小。文献上通常以H+或Li+为阳离子参考离子,以Cl或OH为阴离子参考离子。参考离子不同,选择性
16、系数的值也不同。第三十一页,讲稿共七十页哦3.选择性系数n多价离子的选择性系数多价离子的选择性系数对于反应:对于一般反应:第三十二页,讲稿共七十页哦3.选择性系数n不同离子间的选择性系数换算不同离子间的选择性系数换算 选择性系数越大,该离子在树脂上的保留越强。已知两种离子对于同一参考离子的选择性系数,即可计算该两种离子之间的选择性系数。例题:已知 KNa,H=1.56,KK,H=2.28,计算KK,Na 解:KK,Na=KK,H/KNa,H=2.28/1.56=1.46 可以推导出:KA,B=KA,C KC,B 第三十三页,讲稿共七十页哦4.分配系数(D)在一定条件下(温度、酸度、络合剂种类、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 离子交换 分离 讲稿
限制150内