離子交換樹脂在生化分離中應(yīng)用PPT課件

1、離子交換樹脂的原理離子交換樹脂的分類和性能離子交換樹脂的應(yīng)用總結(jié)與展望第1頁/共21頁離子交換樹脂的原理 離子交換樹脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為高分子骨架、離子交換基團(tuán)和孔 高分子骨架是由交聯(lián)的高分子聚合物組成：離子交換基團(tuán)一部分被束縛在高分子骨架上，稱為固定離子；一部分可以活動(dòng)，稱為可交換離子或反離子 陽離子交換過程：R-A+B=R-B+A+ (1) 陰離子交換過程：R+C-+D=R+D+C- (2) 式中 R樹脂本體；A、C樹脂上可被交換的例子；B、D溶液中的交換例子第2頁/共21頁離子交換樹脂的分類（一）陽離子交換樹脂（1）強(qiáng)酸性陽離子樹脂：這類樹脂含有大量的強(qiáng)酸基團(tuán)，如-SO3，此離子交換樹脂可

2、以交換所有的陽離子。（2）弱酸性陽離子樹脂：這類樹脂含弱酸基團(tuán)，如羧基-COOH, 此離子交換樹脂僅可交換弱堿中的陽離子如Ca2+、Mg2+, 對于強(qiáng)堿中的離子無法進(jìn)行交換（二）陰離子交換樹脂（1）強(qiáng)堿性陰離子樹脂：這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基-NR3OH能在水中解離出OH-而呈強(qiáng)堿性（2）弱堿性陰離子樹脂：這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基-NH2、仲胺基-NHR、或叔胺基-NR2，它們在水中能解離出OH-而呈弱堿性第3頁/共21頁 根據(jù)制造工藝不同，離子交換樹脂內(nèi)部形根據(jù)制造工藝不同，離子交換樹脂內(nèi)部形成不同的孔型結(jié)構(gòu)，常見的有凝膠型樹脂和大成不同的孔型結(jié)構(gòu)，常見的有凝膠型樹脂和大孔型樹

3、脂兩種孔型樹脂兩種 大孔型： 苯乙烯系強(qiáng)酸陽離子交換樹脂（D301-IIIFC) 丙烯酸系弱酸陽離子交換樹脂（D113-IIIFC) 苯乙烯系強(qiáng)堿陽離子交換樹脂（D201FC) 等等。 （大孔型樹脂由于孔隙較大、較多，用它除去水中高分子有機(jī)物具有良好效果，但交換能力較凝膠型差；特點(diǎn)二是吸附能力強(qiáng)，與交換離子結(jié)合牢固，所以不易恢復(fù)其交換能力）第4頁/共21頁物理性能 主要從離子的外觀、粒度、密度、含水量、轉(zhuǎn)型膨脹率和耐磨性判斷其實(shí)用性對離子交換水處理來說樹脂圓球率越高越好，含水量和樹脂的類別、結(jié)構(gòu)，酸堿性、交聯(lián)度、交換容量、離子形態(tài)等有關(guān)，含水量愈大，表示樹脂孔隙愈大交聯(lián)度愈小，一般樹脂含水量在

4、40%-60%之間；轉(zhuǎn)型膨脹率表征樹脂的老化程度，耐磨性是影響樹脂使用性能的指標(biāo)之一。離子交換樹脂的性能第5頁/共21頁化學(xué)性能（1）離子交換樹脂是一種不溶性的高分子電解質(zhì)，在水溶液中能發(fā)生電離，電離反應(yīng)分別為：該電離過程使水溶液呈酸性或堿性，且溶液的pH值也影響樹脂離子交換能力，因此在實(shí)際操作時(shí)，檢測pH值很重要。 各類樹脂有效pH值范圍第6頁/共21頁選擇性 離子交換樹脂對水中各種離子的交換能力是不相同的，例如在常溫、低濃度水溶液中，樹脂對一些常見離子的選擇性為：強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂：Fe 3+Al 3+ Ca 2+ Mg 2+ K + Na + H +弱酸性陽離子交換樹脂：H + Fe

5、3+ Al 3+ Ca 2+ Mg 2+ K + Na +強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂：SO42- NO3- Cl - OH- HCO3 - HSiO3 -弱堿性陰離子交換樹脂：OH - SO4 2- NO3 - Cl - HCO3 - HSiO3 化合價(jià)越大的離子被交換（吸附）的能力越強(qiáng)；在同價(jià)離子中則優(yōu)先交換院子序數(shù)大的離子第7頁/共21頁交換容量 主要包括全交換容量和工作交換容量，這是離子交換樹脂最重要的性能指標(biāo)。 影響交換容量的主要因素有：樹脂種類、粒度、原水水質(zhì)、出水水質(zhì)的重點(diǎn)控制，以及交換運(yùn)行流速、樹脂層高度、再生方式等。苯乙烯系弱型與強(qiáng)型樹脂交換容量的比較第8頁/共21頁 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定

6、性 在受熱作用下樹脂保持理化性能（主在受熱作用下樹脂保持理化性能（主要為交換容量）不變的能力。各種樹脂的要為交換容量）不變的能力。各種樹脂的熱穩(wěn)定性順序可排列為：熱穩(wěn)定性順序可排列為： 弱酸性強(qiáng)酸性弱堿性弱酸性強(qiáng)酸性弱堿性型型強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性型強(qiáng)堿性型強(qiáng)堿性 弱酸性陽樹脂的工作溫度可高達(dá)弱酸性陽樹脂的工作溫度可高達(dá)200200，而聚苯乙烯系，而聚苯乙烯系型強(qiáng)堿性最高使用型強(qiáng)堿性最高使用溫度只有溫度只有4040左右。左右。 第9頁/共21頁 1 1、水處理、水處理 2 2、食品工業(yè)、食品工業(yè) 3 3、制藥行業(yè)、制藥行業(yè) 4 4、化學(xué)合成和石油化學(xué)工業(yè)、化學(xué)合成和石油化學(xué)工業(yè) 5 5、環(huán)境保護(hù)、環(huán)境保

7、護(hù) 6 6、濕法冶金及其他、濕法冶金及其他離子交換樹脂的應(yīng)用第10頁/共21頁 （一）水處理（一）水處理 離子交換水處理是通過離子交換劑，除去水離子交換水處理是通過離子交換劑，除去水中呈離子態(tài)雜質(zhì)的水處理方法。中呈離子態(tài)雜質(zhì)的水處理方法。 水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約水處理領(lǐng)域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產(chǎn)量的占離子交換樹脂產(chǎn)量的90%90%，用于水中的各種，用于水中的各種陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大陰陽離子的去除。目前，離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等是原子能、半

8、導(dǎo)體、電子工業(yè)等 。第11頁/共21頁 （二）食品工業(yè)（二）食品工業(yè) 離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精離子交換樹脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如：高果糖漿制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業(yè)中的消耗量僅次于水處理。的消耗量僅次于水處理。第12頁/共21頁 （三）制藥行業(yè)（三）制藥行業(yè) 離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應(yīng)用。

9、離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應(yīng)用。如如在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。色、中和及中草藥有效成分的提取等。 離子交換樹脂本身可作為藥劑內(nèi)服，具有解離子交換樹脂本身可作為藥劑內(nèi)服，具有解毒、毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進(jìn)食緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進(jìn)食欲、欲、去除腸道放射物質(zhì)等。去除腸道放射物質(zhì)等。 對于外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可配制對于外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可配制軟軟膏、粉劑及嬰兒護(hù)膚用品，用以吸除傷口毒物和膏、粉劑及嬰兒護(hù)膚用品，用以吸除傷口毒物和作為作為解毒

10、藥劑。解毒藥劑。第13頁/共21頁 （四）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)（四）合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè) 在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹脂代替無機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)，且優(yōu)代替無機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)，且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)使用，產(chǎn)品容易分離，點(diǎn)更多。如樹脂可反復(fù)使用，產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制等。制等。甲基叔丁基醚甲基叔丁基醚（MTBE）的制備，就是用大孔的制備，就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑

11、，由異丁烯與甲醇反型離子交換樹脂作催化劑，由異丁烯與甲醇反應(yīng)而成，代替了原有的可對環(huán)境造成嚴(yán)重污染應(yīng)而成，代替了原有的可對環(huán)境造成嚴(yán)重污染的四乙基鉛。的四乙基鉛。 第14頁/共21頁（五）環(huán)境保護(hù)（五）環(huán)境保護(hù) 離子交換樹脂在廢水，廢氣的濃縮、處理、離子交換樹脂在廢水，廢氣的濃縮、處理、分分離、回收及分析檢測上都有重要應(yīng)用，已普遍用離、回收及分析檢測上都有重要應(yīng)用，已普遍用電電鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水，影片鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水，影片印印廢水、工業(yè)廢氣等的治理。例如影片洗印廢水中廢水、工業(yè)廢氣等的治理。例如影片洗印廢水中銀銀是以是以Ag(SOAg(SO3 3) )2

12、23-3-等陰離子形式存在的，使用等陰離子形式存在的，使用型堿型堿性離子交換樹脂處理后，銀的回收率可達(dá)性離子交換樹脂處理后，銀的回收率可達(dá)9090上，上，既節(jié)約了大量的資金，又使廢水達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。既節(jié)約了大量的資金，又使廢水達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。第15頁/共21頁 （六）原子能工業(yè) 離子交換樹脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括核燃 料的分離、提純、精制、回收等。用離子交換樹脂制備高純水，是核動(dòng)力用循環(huán)、冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一手段。離子交換樹脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理的主要方法。第16頁/共21頁 （七）濕法冶金及其他（七）濕法冶金及其他 離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操離子交換是冶金工業(yè)的重要單

13、元操作之一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金作之一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬貴金屬和過渡金屬屬、重金屬、輕金屬貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面，離子換樹脂的分離、提純和回收方面，離子換樹脂均起著十分重要的作用。離子交換樹脂均起著十分重要的作用。離子交換樹脂還用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹還用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦效率。選劑的選擇性和選礦效率。第17頁/共21頁 （八）（八）海洋資源利用海洋資源利用 利用離子交換樹脂，可從許多海洋利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水上，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟(jì)和方便的是十分經(jīng)濟(jì)和方便的第18頁/共21頁 結(jié)語結(jié)語 傳統(tǒng)的市政及電廠水處理對離子交換樹脂傳統(tǒng)的市政及電廠水處理對離子交換樹脂需求量巨大，并在不斷增長，并且制糖及需求量巨大，并在不斷增長，并且制