《离子交换法》课件2.pptx

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1、离子交换法 创作者：ppt制作人时间：2024年X月目录第第1 1章章 离子交换法离子交换法第第2 2章章 阴离子交换法阴离子交换法第第3 3章章 蛋白质离子交换法蛋白质离子交换法第第4 4章章 聚合物离子交换法聚合物离子交换法第第5 5章章 离子交换法的应用离子交换法的应用第第6 6章章 总结总结 0101第1章 离子交换法 什么是离子交换法？离子交换法是一种化学分离技术，利用离子交换树脂材料与待分离物种中各种离子的相互作用，通过交换前后离子位置来实现分离纯化目标物种的方法。出现的背景及意义离子交换法最早应用于横向流动技术，随后发展了各种离子交换材料、方法。离子交换法不仅在化工、制药、食品工

2、业中有广泛应用，也在环境保护等领域有着重要的作用。离子交换法的应用领域离子交换法主要应用于水处理、化工、药物、食品、环保等领域，如水处理中去除重金属离子、离子液相色谱、制药中制备药物、食品中萃取天然色素等。离子交换树脂的结构及作用离子交换树脂是由高分子化合物构成的球形、微孔、交联网络结构具有吸附离子并释放离子的特性，可用于分离、纯化离子及分离和富集有机分子作用 离子交换反应的基本原理离子交换树脂上的阴阳离子具有相反的电荷，能吸附对方形成复合物阴阳离子的吸附离子交换树脂吸附物种中的离子会被其他离子所替代，形成离子交换反应交换反应离子交换树脂吸附的离子可以通过一定的条件被去除或替换，以获得可再生的

3、材料再生 分离效果好，对待分离物种有选择性离子交换法0103操作简单，但回收率低，耗费溶剂多溶剂萃取法02分离效果较差，但可连续生产层析法离子交换方法的分类离子交换法根据材料的不同可以分类为阴阳离子交换法、蛋白质离子交换法、聚合物离子交换法等几种。阴阳离子交换法阴阳离子交换树脂通过静电作用分离带正电离子和带负电离子原理主要应用于饮用水、化学工业中，如去除水中的钠离子、分离蛋白质应用 蛋白质离子交换法通过静电吸附分离带电荷的蛋白质和其它离子原理主要应用于蛋白质制备、蛋白质亲和纯化、酶制备等领域应用 聚合物离子交换法利用有机聚合物结构和离子交换树脂一样，具有吸附离子，交换离子的能力，但价格更低原理

4、主要应用于水净化、废水处理、气体净化等领域应用 实验材料及设备实验材料及设备离子交换树脂离子交换树脂10mmol/L HCl10mmol/L HCl0.2mol/L NaOH0.2mol/L NaOH恒温槽恒温槽电动泵电动泵收集系统收集系统实验注意事项实验注意事项操作过程要注意卫生与安全操作过程要注意卫生与安全使用化学品一定要戴防护手套使用化学品一定要戴防护手套实验装置要清洗干净实验装置要清洗干净 实验操作横向流动离子交换法实验操作步骤实验操作步骤样品处理样品处理实验装置准备实验装置准备横向流动离子交换实验横向流动离子交换实验洗涤、再生、收集洗涤、再生、收集 0202第2章 阴离子交换法 介绍

5、介绍阴离子交换法是一种常用的离子交换技术，可以有效地去除阴离子交换法是一种常用的离子交换技术，可以有效地去除水中的污染物和杂质离子，是水处理、环境保护等领域的重水中的污染物和杂质离子，是水处理、环境保护等领域的重要技术。本节将介绍阴离子交换法的相关知识。要技术。本节将介绍阴离子交换法的相关知识。阴离子交换法的应用场景去除污染物和杂质离子水处理分离和纯化有机物化学工业分离和纯化生物制品生物制药 阴离子交换法的阴离子交换法的原理原理阴离子交换树脂的基团是季铵盐基团，可以与水中的阴离子阴离子交换树脂的基团是季铵盐基团，可以与水中的阴离子发生离子交换反应。阴离子交换反应的基本原理是：阴离子发生离子交换

6、反应。阴离子交换反应的基本原理是：阴离子交换树脂中的季铵盐基团与水溶液中的阴离子发生离子交换，交换树脂中的季铵盐基团与水溶液中的阴离子发生离子交换，使水溶液中的阴离子被树脂上的季铵盐基团替换，从而实现使水溶液中的阴离子被树脂上的季铵盐基团替换，从而实现离子的去除或分离。离子的去除或分离。阴离子交换树脂含基团的结构可与阴离子发生离子交换反应季铵盐基团可提高树脂的亲水性丙烯酸基团可提高树脂的物理强度甲基基团 阴离子交换反应的基本原理及特点树脂季铵盐基团与水中阴离子的离子交换基本原理选择性强、效率高、使用方便特点水处理、化学工业、生物制药等应用广泛 静态阴离子交换静态阴离子交换实验操作实验操作将含有

7、阴离子的水溶液用注射器滴入预先加入阴离子交换树将含有阴离子的水溶液用注射器滴入预先加入阴离子交换树脂的玻璃柱中，树脂吸附水溶液中的阴离子，实现离子的去脂的玻璃柱中，树脂吸附水溶液中的阴离子，实现离子的去除或分离。除或分离。实验原理操作步骤操作步骤加入阴离子交换树脂加入阴离子交换树脂将水溶液滴入玻璃柱将水溶液滴入玻璃柱等待树脂吸附阴离子等待树脂吸附阴离子收集实验结果收集实验结果实验注意事项实验注意事项注意安全注意安全操作要细心操作要细心注意卫生注意卫生 静态阴离子交换实验操作步骤准备工作准备工作准备所需材料和设备准备所需材料和设备清洗实验器具清洗实验器具动态阴离子交换动态阴离子交换实验操作实验操

8、作将含有阴离子的水溶液通过预先加入阴离子交换树脂的柱床，将含有阴离子的水溶液通过预先加入阴离子交换树脂的柱床，树脂吸附水溶液中的阴离子，实现离子的去除或分离。与静树脂吸附水溶液中的阴离子，实现离子的去除或分离。与静态阴离子交换同样原理，不同点在于水溶液是通过柱床流动态阴离子交换同样原理，不同点在于水溶液是通过柱床流动的，因此也称为流体化床实验。的，因此也称为流体化床实验。实验原理操作步骤操作步骤加入阴离子交换树脂加入阴离子交换树脂调节流速调节流速通过柱床流动的水溶液通过柱床流动的水溶液收集实验结果收集实验结果实验注意事项实验注意事项注意安全注意安全操作要细心操作要细心注意卫生注意卫生 动态阴离

9、子交换实验操作步骤准备工作准备工作准备所需材料和设备准备所需材料和设备清洗柱床清洗柱床 0303第3章 蛋白质离子交换法 什么是蛋白质离子交换法？蛋白质离子交换法是一种利用离子交换树脂作为固定相，通过改变离子交换树脂的物理、化学性质，将待分离的蛋白质分离出来的方法。蛋白质离子交换法的应用领域蛋白质离子交换法是一种广泛应用于生命科学领域中，用于蛋白质的分离与纯化的技术。可应用于生物制药、生物技术、食品工业、环境保护、化学分析等领域。蛋白质和离子交换树脂的互作用离子交换树脂上的功能基团能够与电荷异号的蛋白质结合，形成一种蛋白质-树脂复合物。通常树脂上的功能基团包括硫酸树脂（SO3-）、氨基树脂（N

10、H2+）等。蛋白质离子交换反应的基本原理蛋白质在离子交换树脂上的亲和性取决于其表面带电性质与树脂功能基团的亲和性。在酸性环境下，蛋白质表面带正电，容易与负离子树脂结合。在碱性环境下，蛋白质表面带负电，容易与正离子树脂结合。蛋白质离子交换法与其他蛋白质分离技术的对比与其他蛋白质分离技术相比，蛋白质离子交换法具有选择性好、分离效果好、操作简便等优点，但也存在分离效率低、操作时间长等缺点。实验材料及设备实验材料及设备蛋白质离子交换法静态分离的实验材料及设备包括：离子交蛋白质离子交换法静态分离的实验材料及设备包括：离子交换树脂、蛋白质样品、分离柱、离心管、换树脂、蛋白质样品、分离柱、离心管、pHpH计

11、等。计等。实验操作步骤将待分离的蛋白质可以在生理条件下活性的纯化，实验中样品要充分清洁，无其他污染物。制备样品将离子交换树脂溶液制备好，需要先对其进行酸化或者碱化等处理，并保证其充分悬浮。制备离子交换树脂将制备好的样品加入离子交换树脂中，放置一段时间，使其充分交换。样品交换使用适当的洗脱液或缓冲液洗脱吸附于树脂中的蛋白质，得到纯化的蛋白质。洗脱实验原理实验原理基于离子交换树脂和蛋白质表基于离子交换树脂和蛋白质表面带电的相互作用面带电的相互作用基于蛋白质的分子量和空间结基于蛋白质的分子量和空间结构构基于蛋白质分子与亲和层析树基于蛋白质分子与亲和层析树脂上的相互作用脂上的相互作用基于蛋白质在电场中

12、的电泳特基于蛋白质在电场中的电泳特性性分离效果分离效果选择性好，可纯化大量的蛋白选择性好，可纯化大量的蛋白质，分离效果好质，分离效果好适合分离分子量较大的蛋白质适合分离分子量较大的蛋白质选择性强，但缺少对蛋白质的选择性强，但缺少对蛋白质的分子量等信息的分离分子量等信息的分离适合分离分子量小的蛋白质适合分离分子量小的蛋白质操作难度操作难度简单易行，操作难度不大简单易行，操作难度不大操作难度不大操作难度不大操作难度较大，需要有一定的操作难度较大，需要有一定的经验和专业知识经验和专业知识操作难度较大，需要有一定的操作难度较大，需要有一定的经验和专业知识经验和专业知识蛋白质离子交换法与其他蛋白质分离技

13、术的对比技术名称技术名称蛋白质离子交换法蛋白质离子交换法蛋白质凝胶过滤法蛋白质凝胶过滤法蛋白质亲和层析法蛋白质亲和层析法蛋白质电泳法蛋白质电泳法蛋白质离子交换蛋白质离子交换法的实验注意事法的实验注意事项项静态蛋白质离子交换法的实验操作需要进行准备工作，并且静态蛋白质离子交换法的实验操作需要进行准备工作，并且需要注意以下几点：需要注意以下几点：1.1.操作过程中要严格控制温度，以避免操作过程中要严格控制温度，以避免样品的变性和失活；样品的变性和失活；2.2.离子交换树脂的使用应注意去除杂质，离子交换树脂的使用应注意去除杂质，以确保吸附效果；以确保吸附效果；3.3.需注意洗脱液的需注意洗脱液的pH

14、pH值和浓度的选择，以值和浓度的选择，以得到高纯度的蛋白质。得到高纯度的蛋白质。实验材料及设备需要选择合适的离子交换树脂，根据不同的样品选择相应的离子交换树脂。离子交换树脂需要制备好的蛋白质样品用于操作，要保证其纯度和质量。蛋白质样品包括分离柱和蛋白质色谱装置等设备。分离系统需要选择合适的分离缓冲液，以控制pH值和离子强度等参数。分离缓冲液实验操作步骤实验操作步骤蛋白质离子交换法动态分离的实验操作步骤如下：蛋白质离子交换法动态分离的实验操作步骤如下：1.1.制备好制备好离子交换树脂并填充在柱中；离子交换树脂并填充在柱中；2.2.制备好样品然后进行缓冲液制备好样品然后进行缓冲液和样品的溶液平衡；

15、和样品的溶液平衡；3.3.进行分离操作，将样品加入到离子交进行分离操作，将样品加入到离子交换柱内，达到特定的流速；换柱内，达到特定的流速；4.4.用缓冲液进行洗脱剂、洗脱杂用缓冲液进行洗脱剂、洗脱杂质；质；5.5.用不同的洗脱剂或梯度洗脱的方法来从离子交换柱中用不同的洗脱剂或梯度洗脱的方法来从离子交换柱中洗脱出目标组分。洗脱出目标组分。选择合适的离子交换柱，根据样品进行选择。离子交换柱的选择0103制备好的样品质量要保证高，以保证分离的效果。样品制备02选择合适的缓冲液，以控制实验中的pH值和离子强度等参数。缓冲液的选择 0404第4章 聚合物离子交换法 介绍聚合物离子交换法是一种利用高分子合

16、成的离子交换树脂对离子进行吸附和分离的技术。主要应用在水处理、化工、生物医药等领域。聚合物离子交换法的应用场景如海水淡化、纯水制备水处理如有机物分离、催化剂制备化工如蛋白质纯化、药物分离生物医药如废水处理、废气处理环保聚合物离子交换聚合物离子交换树脂的结构及作树脂的结构及作用用聚合物离子交换树脂是由高分子基质和离子交换基团组成的，聚合物离子交换树脂是由高分子基质和离子交换基团组成的，离子交换基团对离子具有特异性吸附作用。当离子在溶液中离子交换基团对离子具有特异性吸附作用。当离子在溶液中经过吸附剂床时，被离子交换基团吸附。经过吸附剂床时，被离子交换基团吸附。聚合物离子交换反应的基本原理聚合物离子

17、交换反应的基本原理是通过离子交换基团对溶液中的特定离子进行吸附和分离。离子交换基团的吸附能力与其化学结构和离子的物化性质有关。化学试剂硫酸钠0103实验仪器塑料漏斗02实验材料聚合物离子交换树脂实验中实验中聚合物离子交换树脂应按一定聚合物离子交换树脂应按一定比例加入实验器皿中比例加入实验器皿中硫酸钠溶液应缓慢滴加，避免硫酸钠溶液应缓慢滴加，避免冲击树脂床冲击树脂床实验后实验后聚合物离子交换树脂应洗净，聚合物离子交换树脂应洗净，保存在去离子水或纯水中保存在去离子水或纯水中实验器材应及时清洗和消毒实验器材应及时清洗和消毒注意事项注意事项聚合物离子交换树脂具有一定聚合物离子交换树脂具有一定的酸碱度，

18、应当注意安全的酸碱度，应当注意安全硫酸钠溶液应当小心使用硫酸钠溶液应当小心使用实验注意事项实验前实验前聚合物离子交换树脂应预先用聚合物离子交换树脂应预先用去离子水或纯水反复洗涤去离子水或纯水反复洗涤实验器材应当洗净消毒实验器材应当洗净消毒实验操作步骤操作流程基本操作步骤树脂制备制备聚合物离子交换树脂制备硫酸钠溶液制备浓度为1mol/L的硫酸钠溶液装填树脂床将聚合物离子交换树脂加入塑料漏斗中化学试剂硫酸钠0103实验仪器塑料漏斗02实验材料聚合物离子交换树脂 0505第5章 离子交换法的应用 离子交换法在环离子交换法在环境工程中的应用境工程中的应用离子交换法在环境工程中的应用非常广泛。其中废水处

19、理是离子交换法在环境工程中的应用非常广泛。其中废水处理是离子交换法的重要应用之一。离子交换树脂可以用于去除重离子交换法的重要应用之一。离子交换树脂可以用于去除重金属离子、放射性物质、有机物等污染物。此外，离子交换金属离子、放射性物质、有机物等污染物。此外，离子交换法还可以用于水资源的利用。法还可以用于水资源的利用。离子交换法在化妆品中的应用离子交换树脂可以去除化妆品中的铁、铜、镉、铅等金属离子，保证化妆品的质量和安全性。离子交换树脂用于去除金属离子的应用离子交换树脂可以用于水中重金属离子的分离和检测，保障水质安全。离子交换树脂用于水分析的应用离子交换树脂可以用于有机物的分离，可以提高化妆品的稳

20、定性和保质期。离子交换树脂用于有机物的分离离子交换树脂可以用于调节pH值，可以使化妆品更符合人体肌肤的酸碱度。离子交换树脂用于pH调节离子交换树脂可以用于啤酒、果酒等酒类的酿造中，可以去除杂质，提高酒的质量。离子交换树脂用于酿造食品中的应用0103离子交换树脂可以用于色素的分离，可以使食品更加漂亮、色彩鲜艳。离子交换树脂用于色素的分离02离子交换树脂可以用于蛋白质的分离和提纯，可以提高食品的营养价值。离子交换树脂用于蛋白质的分离药物的分析及检测药物的分析及检测-离子交换树脂可以用于药物离子交换树脂可以用于药物中离子和分子的分离和检测。中离子和分子的分离和检测。-离子交换树脂可以用于药物离子交换

21、树脂可以用于药物中杂质的去除和纯度的提高。中杂质的去除和纯度的提高。-离子交换树脂可以用于药物离子交换树脂可以用于药物中有机物的分离和检测。中有机物的分离和检测。药物的释放药物的释放-离子交换树脂可以用于药物缓离子交换树脂可以用于药物缓释剂的制备。释剂的制备。-离子交换树脂可以控制药物的离子交换树脂可以控制药物的释放速率，提高药效。释放速率，提高药效。药物的稳定性药物的稳定性-离子交换树脂可以用于控制离子交换树脂可以用于控制药物的酸碱度和保持稳定性。药物的酸碱度和保持稳定性。-离子交换树脂可以用于保护离子交换树脂可以用于保护药物免受环境中的光、热、氧药物免受环境中的光、热、氧化和水解的影响。化

22、和水解的影响。离子交换法在制药工业中的应用制制药药过过程程中中的的分分离离、纯化及提取纯化及提取-离子交换树脂可以用于药物离子交换树脂可以用于药物的纯化和提取，可以提高药品的纯化和提取，可以提高药品的活性和纯度。的活性和纯度。-离子交换树脂可以用于生物离子交换树脂可以用于生物制品的纯化和提取，可以提高制品的纯化和提取，可以提高生物制品的活性。生物制品的活性。-离子交换树脂可以用于多肽离子交换树脂可以用于多肽和蛋白质的纯化和富集，可以和蛋白质的纯化和富集，可以提高分子量较小的蛋白质的纯提高分子量较小的蛋白质的纯度。度。总结离子交换法作为一种分离纯化技术，在环境工程、化妆品、食品和制药工业中有着广

23、泛的应用。通过对不同应用领域的介绍，我们可以看到离子交换法在不同领域中的优势和具体应用。未来，离子交换法将继续发挥重要作用。0606第6章 总结 离子交换法的优点离子交换速度快，吸附能力强，去除杂质效率高高效离子交换树脂可以进行再生和重复使用，减少了生产成本可重复使用离子交换法广泛应用于水处理、食品加工、制药等领域广泛应用 离子交换树脂的选择需根据水质和处理要求来确定，不同情况下选型不同选型限制0103离子交换树脂成本高，对于大规模水处理及工业应用来说难以承受成本较高02离子交换后需要处理大量的废水和废树脂，如何处理成为难题后处理问题离子交换法的发展前景随着人们对水质的要求越来越高，离子交换法

24、在水处理、食品加工、制药等领域的应用也将逐步扩大。同时，新型离子交换材料的研究和开发也将为离子交换法的发展提供新的机遇。去除效果去除效果高高极高极高一般一般一般一般成本成本较高较高较高较高较低较低较低较低应用范围应用范围广泛广泛适用范围较窄适用范围较窄适用范围较窄适用范围较窄适用范围较窄适用范围较窄离子交换法与其他水处理技术的比较技术技术离子交换法离子交换法RORO反渗透反渗透沉淀法沉淀法活性炭吸附活性炭吸附离子交换法的应离子交换法的应用用离子交换法在水处理、食品加工、制药等领域有着广泛的应离子交换法在水处理、食品加工、制药等领域有着广泛的应用。其中，水处理是离子交换法的主要应用领域之一，离子用。其中，水处理是离子交换法的主要应用领域之一，离子交换法可以去除水中的铵、硝酸盐等有害物质，提高水的质交换法可以去除水中的铵、硝酸盐等有害物质，提高水的质量。在食品加工和制药领域，离子交换法可以用于分离和纯量。在食品加工和制药领域，离子交换法可以用于分离和纯化有机物和无机物，提高产品质量。化有机物和无机物，提高产品质量。离子交换法的应用去除水中的杂质和有害物质，提高水质水处理用于分离和纯化有机物和无机物，提高产品质量食品加工用于分离和纯化药品原料和成品，提高产品质量制药 谢谢观看！再会