93離子交換分離法

1、11/5/2021第第第九九九章章章 分析測(cè)定中常分析測(cè)定中常分析測(cè)定中常用的分離方法用的分離方法用的分離方法 第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 離子交換分離法離子交換分離法離子交換分離法離子交換分離法離子交換分離法離子交換分離法11/5/20219.3.19.3.19.3.1 離子交換樹脂及交換作用原理離子交換樹脂及交換作用原理離子交換樹脂及交換作用原理離子交換樹脂及交換作用原理離子交換樹脂及交換作用原理離子交換樹脂及交換作用原理1.離子交換樹脂離子交換樹脂 離子交換樹脂是以高分子聚合物為骨架，反應(yīng)引入活離子交換樹脂是以高分子聚合物為骨架，反應(yīng)引入活性基團(tuán)構(gòu)成。高分子聚合物以苯乙烯性基團(tuán)

2、構(gòu)成。高分子聚合物以苯乙烯二乙烯苯共聚物小二乙烯苯共聚物小球常見，可引入各種特性的活性基團(tuán)，使之具有選擇性。球常見，可引入各種特性的活性基團(tuán)，使之具有選擇性。 resinso3h（氫型）樹脂的酸性最強(qiáng)，其（氫型）樹脂的酸性最強(qiáng)，其resinso3 na （鈉型）比氫型穩(wěn)定，商品常為鈉型，使用前用酸淋（鈉型）比氫型穩(wěn)定，商品常為鈉型，使用前用酸淋洗轉(zhuǎn)型（再生）。陰離子交換樹脂的洗轉(zhuǎn)型（再生）。陰離子交換樹脂的cl型穩(wěn)定。型穩(wěn)定。 離子交換反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)。離子交換反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)。 離子交換樹脂使用后需要進(jìn)行再生處理。離子交換樹脂使用后需要進(jìn)行再生處理。 11/5/2021離子交換樹脂離子交

3、換樹脂離子交換樹脂離子交換樹脂離子交換樹脂離子交換樹脂11/5/2021 2. 2. 2. 2. 2. 2.離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)離子交換分離法是通過試樣離子在離子交換劑（固相離子交換分離法是通過試樣離子在離子交換劑（固相）和淋洗液（液相）之間的分配（離子交換）而達(dá)到分離）和淋洗液（液相）之間的分配（離子交換）而達(dá)到分離的方法。分配過程是一離子交換反應(yīng)過程。的方法。分配過程是一離子交換反應(yīng)過程。 陽離子交換反應(yīng)：陽離子交換反應(yīng)： resin-so3h + na+ = resin-so3 na + h+ resin-so3na + h+ = re

4、sin-so3 h + na + 陰離子交換反應(yīng)：陰離子交換反應(yīng)： resin-n(ch3) 3oh + cl- = n(ch3) 3 cl + oh- resin-n(ch3) 3 cl + oh- = n(ch3) 3 oh + cl - 11/5/2021 3. 3. 3. 3. 3. 3.離子交換容量離子交換容量離子交換容量離子交換容量離子交換容量離子交換容量 離子交換樹脂在交換反應(yīng)中可交換離子的數(shù)目用交換離子交換樹脂在交換反應(yīng)中可交換離子的數(shù)目用交換容量表示，單位容量表示，單位 m mol / g 干樹脂。干樹脂。 將離子交換樹脂裝入玻璃柱即構(gòu)成離子交換分離柱，將離子交換樹脂裝入玻璃

5、柱即構(gòu)成離子交換分離柱，可用來分離干擾離子。當(dāng)淋洗液為中性水溶液時(shí)，干擾離可用來分離干擾離子。當(dāng)淋洗液為中性水溶液時(shí)，干擾離子保留在柱中。子保留在柱中。 離子交換反應(yīng)是一可逆反應(yīng)，被交換離子隨淋洗液離子交換反應(yīng)是一可逆反應(yīng)，被交換離子隨淋洗液ph不同而在分離柱中移動(dòng)，由于不同離子與離子交換樹脂之不同而在分離柱中移動(dòng)，由于不同離子與離子交換樹脂之間的作用力不同，流出分離柱的時(shí)間不同而被分離。間的作用力不同，流出分離柱的時(shí)間不同而被分離。 一般使用的離子交換樹脂的粒度為一般使用的離子交換樹脂的粒度為50100目。目。11/5/20214. 4. 4. 離子交換親和力與選擇性系數(shù)離子交換親和力與選擇

6、性系數(shù)離子交換親和力與選擇性系數(shù)離子交換親和力與選擇性系數(shù)離子交換親和力與選擇性系數(shù)離子交換親和力與選擇性系數(shù) 離子交換分離中的分配系數(shù)是組分離子在樹脂上的濃離子交換分離中的分配系數(shù)是組分離子在樹脂上的濃度與在溶液中的濃度比，對(duì)陽離子度與在溶液中的濃度比，對(duì)陽離子mn+，分配系數(shù)，分配系數(shù)kp為：為： ncckmmrp 分配系數(shù)分配系數(shù)kp反映了離子與樹脂的親和力大小。反映了離子與樹脂的親和力大小。 不同離子對(duì)樹脂的親和力大小具有如下規(guī)律：不同離子對(duì)樹脂的親和力大小具有如下規(guī)律：(1) 稀溶液中，離子電荷越大，親和力越大；稀溶液中，離子電荷越大，親和力越大；(2) 相同電荷時(shí)，水合半徑越小，親

7、和力越大；相同電荷時(shí)，水合半徑越小，親和力越大；11/5/2021 (3) (3) (3) 多元素陰離子親和力的順序?yàn)槎嘣仃庪x子親和力的順序?yàn)槎嘣仃庪x子親和力的順序?yàn)槎嘣仃庪x子親和力的順序?yàn)槎嘣仃庪x子親和力的順序?yàn)槎嘣仃庪x子親和力的順序?yàn)?so42-c2o42- i-no3- cro42- br- scn- cl- ac-f- (4) h+對(duì)強(qiáng)酸性離子交換樹脂的親和力在對(duì)強(qiáng)酸性離子交換樹脂的親和力在na+與與li+之間，之間，離子交換樹脂的酸性越弱，離子交換樹脂的酸性越弱， h+與其親和力越大；與其親和力越大； (5) oh-對(duì)強(qiáng)堿性離子交換樹脂的親和力在對(duì)強(qiáng)堿性離子交換樹脂的親和力

8、在ac-與與f-之間，之間，離子交換樹脂的堿性越弱，離子交換樹脂的堿性越弱， oh-與其親和力越大；與其親和力越大；當(dāng)溶液中有多種離子可與樹脂發(fā)生交換時(shí)：當(dāng)溶液中有多種離子可與樹脂發(fā)生交換時(shí)： ra + b+ = rb + a+ 此反應(yīng)的平衡常數(shù)稱為離子交換的選擇性系數(shù)此反應(yīng)的平衡常數(shù)稱為離子交換的選擇性系數(shù)kb/a。11/5/20219.3.2 9.3.2 9.3.2 離子交換分離操作程序離子交換分離操作程序離子交換分離操作程序離子交換分離操作程序離子交換分離操作程序離子交換分離操作程序 1. 樹脂的處理樹脂的處理（1）選擇適當(dāng)?shù)臉渲?。）選擇適當(dāng)?shù)臉渲?。?）使用前要用水浸透使之充分吸水膨脹

9、，）使用前要用水浸透使之充分吸水膨脹，（3）用酸堿處理。）用酸堿處理。（4）樹脂轉(zhuǎn)型成所需的型式）樹脂轉(zhuǎn)型成所需的型式 陽離子交換樹脂用陽離子交換樹脂用hcl處理則轉(zhuǎn)為處理則轉(zhuǎn)為h+型，用型，用naoh處理處理則轉(zhuǎn)為則轉(zhuǎn)為na+型；型； 陰離子交換樹脂用陰離子交換樹脂用hcl處理則轉(zhuǎn)為處理則轉(zhuǎn)為cl-型，用型，用naoh或或nh4oh處理則轉(zhuǎn)為處理則轉(zhuǎn)為oh-型。型。 11/5/20212. 2. 2. 裝柱裝柱裝柱裝柱裝柱裝柱 防止柱中出現(xiàn)氣泡和分層；防止柱中出現(xiàn)氣泡和分層； 裝填要均勻；裝填要均勻； 柱內(nèi)要始終保持液面高于樹脂層幾厘米；柱內(nèi)要始終保持液面高于樹脂層幾厘米； 裝柱時(shí)樹脂要與水

10、混合傾入，使樹脂自然沉積在下面，裝柱時(shí)樹脂要與水混合傾入，使樹脂自然沉積在下面，裝柱操作盡可能均勻連續(xù)。裝柱操作盡可能均勻連續(xù)。 11/5/20213. 3. 3. 柱上操作柱上操作柱上操作柱上操作柱上操作柱上操作(1)交換交換：試液的濃度一般為：試液的濃度一般為0.030.05moll-1，不能超過，不能超過0.1mmoll-1。(2)洗滌洗滌：洗去留在交換柱上的不發(fā)生交換作用的離子。洗：洗去留在交換柱上的不發(fā)生交換作用的離子。洗滌液一般為純水或稀酸（滌液一般為純水或稀酸（0.01moll-1hcl）。）。(3)洗脫洗脫(再生再生)：將被交換分離的離子從樹脂上洗脫下來：將被交換分離的離子從樹

11、脂上洗脫下來,同同時(shí)使樹脂恢復(fù)再生能力。時(shí)使樹脂恢復(fù)再生能力。 對(duì)洗脫液的要求：對(duì)洗脫液的要求： 陽離子交換樹脂常用陽離子交換樹脂常用hcl(3 4 moll-1 )作洗脫液；作洗脫液； 陰離子交換樹脂常用陰離子交換樹脂常用naoh或或nacl作為洗脫液。作為洗脫液。 為了提高分離的分辨率，可采用不斷改變洗脫溶劑組為了提高分離的分辨率，可采用不斷改變洗脫溶劑組成的梯度洗脫法。成的梯度洗脫法。11/5/20219.3.3 9.3.3 9.3.3 離子交換分離法的應(yīng)用離子交換分離法的應(yīng)用離子交換分離法的應(yīng)用離子交換分離法的應(yīng)用離子交換分離法的應(yīng)用離子交換分離法的應(yīng)用 1. 1.去離子水的制備去離子

12、水的制備 實(shí)驗(yàn)室用去離子水及鍋爐用水的軟化。采用串聯(lián)的陽離子交實(shí)驗(yàn)室用去離子水及鍋爐用水的軟化。采用串聯(lián)的陽離子交換柱和陰離子交換柱。換柱和陰離子交換柱。 2.2.干擾組分的分離干擾組分的分離 如測(cè)定礦石中的鈾時(shí)，為了除去其他金屬離子的干擾，將礦石溶解后處如測(cè)定礦石中的鈾時(shí)，為了除去其他金屬離子的干擾，將礦石溶解后處理成理成0.1mol/l的硫酸溶液，的硫酸溶液，u(vi)形成形成uo2(so4)22-或或uo2(so4)34- ，在通過，在通過強(qiáng)堿性離子交換樹脂時(shí)，被留在樹脂上，金屬離子則流出。之后，將其破壞強(qiáng)堿性離子交換樹脂時(shí)，被留在樹脂上，金屬離子則流出。之后，將其破壞成為成為uo2+形式洗脫，回收率可達(dá)形式洗脫，回收率可達(dá)98% 3. 3. 痕量組分的富集痕量組分的富集 天然礦石中痕量釷的富集：釷在鹽酸溶液中難以形成穩(wěn)定天然礦石中痕量釷的富集：釷在鹽酸溶液中難以形成穩(wěn)定的配位離子，的配位離子，