離子交換分離法

1、離子交換分離法,離子交換分離法是利用離子交換劑與溶液中的離子之間 發(fā)生交換反應(yīng)來進(jìn)行分離的方法可用來分離帶不同電荷的離子可用以分離帶相同電荷的離子富集微量或痕量組分制備純物質(zhì)缺點(diǎn)是操作較麻煩，周期長。一般只用它解決某些比較復(fù)雜的分離問題,離子交換分離法 / 離子交換樹脂,離子交換劑的種類無機(jī)離子交換劑：（1）天然沸石：交換容量小，使用pH值范圍窄（2）高價(jià)金屬磷酸鹽、高價(jià)金屬水合氧化物有機(jī)離子交換劑：（1）有網(wǎng)狀

2、結(jié)構(gòu)且骨架上有可以與被交換離子起交換作用的活性基團(tuán)（2）難溶于水、酸和堿，對(duì)有機(jī)溶劑、氧化劑、還原劑和其它化學(xué)試劑具有一定的穩(wěn)定性。對(duì)熱也較穩(wěn)定。,離子交換分離法 / 離子交換樹脂,,離子交換分離法 / 離子交換樹脂,陽離子交換樹脂n R一SO3H + Mn+＝(R一SO3 ) nM +n H + 適用于酸性、中性和堿性溶液n R一COOH + Mn+＝(R一COO ) nM + nH + 弱酸性陽離子交換樹脂對(duì)H

3、+離子的親合能力強(qiáng),不適用于強(qiáng)酸溶液，但同時(shí)易用酸洗脫,選擇性高,適用于強(qiáng)度不同的有機(jī)堿,,,離子交換分離法 / 離子交換樹脂,,離子交換分離法 / 離子交換樹脂,陰離子交換樹脂R-N(CH3 ) 3+OH +NO3- === R-N(CH3 ) 3+ NO3 + OH - R—NH2+H2O=== R—NH3+OH- + H + R—NH3+OH- +SO42- === (R—NH3+ ) 2SO4 + OH -,,,離子交換

4、分離法 / 離子交換樹脂,螯合離子交換樹脂樹脂含有特殊的活性基團(tuán)，可與某些金屬離子形成螯合物，適用于分離富集金屬離子或某些有機(jī)化合物樹脂的特點(diǎn)是選擇性高交換容量低制備難度大，成本高,離子交換分離法 / 離子交換樹脂,,離子交換分離法 / 離子交換樹脂,交聯(lián)度和交換容量a．交聯(lián)度：樹脂中所含交聯(lián)劑(如二乙烯苯)的質(zhì)量百分率，就是樹脂的交聯(lián)度。樹脂的交聯(lián)度小，則對(duì)水的溶脹性能好，網(wǎng)眼大，交換反應(yīng)速度快；交換的選擇性差；機(jī)械強(qiáng)度

5、也差。樹脂的交聯(lián)度一般4％一14％為宜。 b. 交換容量 ：交換容量是指每克干樹脂所能交換的物質(zhì)的量(mmol/g)，一般樹脂的交換容量位3—6 m mol /g。它決定于樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)所含活性基團(tuán)的數(shù)目。交換容量可以用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得。弱酸性或弱堿性交換樹脂的交換容量與pH值有關(guān),離子交換分離法 / 離子交換分離操作,（一）樹脂的選擇、預(yù)處理和裝柱（二）交換過程（三）洗滌過程（四）洗脫過程（五）樹脂再生,,,離

6、子交換分離法/ 操作方法,樹脂的選擇、預(yù)處理和裝柱1. 樹脂的選擇 樹脂的種類、粒度（80—100目）2. 樹脂的預(yù)處理 晾干研磨、過篩 水浸泡溶脹（1—2d） 2—3倍2mol/L HCl浸泡（ 1—2d） 水洗至中性----得H+陽離子交換樹脂或Cl-陰離子交換樹脂 （可以繼續(xù)使用NaCl或NH4Cl溶液處理）3. 裝柱 L：10—30cm。i.d：1cm 細(xì)長的柱子比粗

7、短的柱子分離效果好,,,,離子交換分離法離子交換樹脂柱,,,離子交換分離法 / 交換過程,交換過程：將欲分離的試液緩慢注入交換柱內(nèi)，并以一定的流速由上向下流經(jīng)柱子進(jìn)行交換。始漏量：隨著試液不斷地流經(jīng)柱子，交換了的樹脂層越來越厚，繼續(xù)加試液于交換柱中，則流出液中開始出現(xiàn)末被交換的離子．此時(shí)交換過程達(dá)到了“始漏點(diǎn)”，被交換到柱上的離子的量(mmol)稱為該交換柱在此條件下的“始漏量”。交換容量與始漏量：交換柱的總交換容量大于始漏量。（由

8、于達(dá)到始漏點(diǎn)時(shí)，柱上還有未交換的樹脂）。,,,離子交換分離法 / 交換過程,交界層：部分被交換的樹脂層稱為交界層,離子交換分離法 / 洗滌過程,洗滌過程： 將離子交換樹脂柱上的殘留試液（包括未與樹脂發(fā)生交換作用的物質(zhì)）及被樹脂交換出的離子洗去的過程。洗滌劑 1。不含試樣 其它成分及酸度與試樣溶液相 同的“空白”試液 洗

9、滌劑 2。水,離子交換分離法 / 洗脫(淋洗)過程,洗脫(淋洗)過程： 將交換到樹脂上的離子，用洗脫劑(或淋洗劑)置換下來的過程，是交換過程的逆過程。洗脫曲線(淋洗曲線)： 以流出液中該離子濃度為縱坐標(biāo)，洗脫液體積為橫坐標(biāo)作圖，可得到洗脫曲線。幾種離子同時(shí)被交換在柱上，洗脫過程也就是分離過程： 親和力小的離子先被洗脫而親和力最大的離子后被洗脫。,離子交換分離法 / 洗脫(淋洗)過程,V1：開始流出被交換上

10、離子的洗脫液體積。V2：流出的洗脫液中檢測(cè)不到被交換離子的洗脫液體積,陽離子交換樹脂，常用 HCI 溶液作為洗脫液陰離子交換樹脂，則常用 HCI 、 NaCI 或 Na0H 溶液作洗脫液,離子交換分離法 / 樹脂再生,樹脂再生：將樹脂恢復(fù)到交換前的形式．這個(gè)過程稱為樹脂再生。有時(shí)洗脫過程就是再生過程。陽離子交換樹脂可用3mol/L鹽酸處理，將其轉(zhuǎn)化為H+型；陰離于交換樹脂可用l mol/L氫氧化鈉處理，將其轉(zhuǎn)化成OH-型備用。

11、,離子交換分離法 / 應(yīng)用示例,,離子交換分離法 / 應(yīng)用示例,離子交換分離法 / 應(yīng)用示例,離子交換分離法 / 離子交換色譜法,陽離子交換樹脂的親和力強(qiáng)酸型a. 不同價(jià)態(tài)離子，電荷越高，親和力越大。 例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）b. 當(dāng)離子價(jià)態(tài)相同時(shí)．親和力隨著水合離子半徑減小而增大。 例如；Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜Tl+ c. 二價(jià)離子

12、的親和力順序：UO22+＜Mg2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Ca2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2+ d．稀土元素的親和力隨原子序數(shù)增大而減小： La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+＞Tb3+＞Dy3+＞Y3+＞Ho3+ ＞Er3+＞Tm3+ ＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+弱酸型：H+的親和力比其它陽離子大，其它同強(qiáng)酸型。,離子交換分離法 / 離子交換色譜法,強(qiáng)堿型

13、常見陰離子的親和力順序?yàn)椋?F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO- ＜C1- ＜NO2-＜CN-＜Br-＜C2O42-＜ NO3-＜HSO42-＜I-＜CNS -＜ClO4-弱堿型常見陰離子的親和力順序?yàn)椋?F-＜C1-＜Br-＜I-＜CH3COO-＜Mo052-＜P043-＜AsO43-＜NO3-＜酒石酸根離子<CrO42-＜SO42-＜OH-,離子交換分離法 / 離子交換色譜法,Li+，Na+，K+的分離：（1

14、）含有Li+，Na+，K+的混合溶液通過強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂柱，三種離子都被樹脂吸附。（2）用0.1mol/L的HCl淋洗，三種離子都被洗脫。（3）根據(jù)樹脂對(duì)這三種離子親和力的不同，淋洗曲線見下頁圖。（4）將洗脫下來的Li+，Na+，K+分別用容器收集后進(jìn)行測(cè)定。,離子交換分離法 / 離子交換色譜法,Li+，Na+，K+離子洗脫（淋洗）曲線,由于離子間交換親和力的差異往往較少，單獨(dú)依靠交換親和力的差異來分離離子比較困難，如果采用某