第七章 離子交換分離技術-2011

1、第七章離子交換分離技術第七章離子交換分離技術SO3H + NaClSO3Na + HCl第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 在食品和制藥工業(yè)中，很多原料和產品是極性的，在食品和制藥工業(yè)中，很多原料和產品是極性的，在一定條件下可以使其帶電，帶電后則可用離子交在一定條件下可以使其帶電，帶電后則可用離子交換法進行分離和純化。換法進行分離和純化。 離子交換劑離子交換劑是由基質、荷電基團和反離子構成，在是由基質、荷電基團和反離子構成，在水中呈不溶解狀態(tài)，能釋放出反離子。水中呈不溶解狀態(tài)，能釋放出反離子。 離子交換離子交換基質基質是一類表面帶有可交換離子的功能高是一類表面帶有可交換離子的功能高分子材料，如樹脂、纖維素

2、、葡聚糖、瓊脂糖等，分子材料，如樹脂、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖等，不溶于水也不溶于電解質溶液。不溶于水也不溶于電解質溶液。 基質表面結合了大量基質表面結合了大量功能基團功能基團，功能基團由固定在，功能基團由固定在骨架上的骨架上的荷電基團荷電基團和和可交換的離子可交換的離子兩部分組成，二兩部分組成，二者所帶電荷相反，以靜電力結合。者所帶電荷相反，以靜電力結合。 可進行交換的離子稱為可進行交換的離子稱為反離子反離子或抗衡離子，這種反或抗衡離子，這種反離子可與溶液中帶同種電荷的離子進行交換反應。離子可與溶液中帶同種電荷的離子進行交換反應。 離子交換反應是離子交換反應是可逆可逆的，是的，是平衡反應平衡反

3、應 離子交換法離子交換法通過帶電的溶質分子與離子交換通過帶電的溶質分子與離子交換劑中可交換的離子進行交換而分離純化。劑中可交換的離子進行交換而分離純化。 歷史回顧歷史回顧 1814年英國年英國Thompson和和Way發(fā)現銨離子發(fā)現銨離子與土壤中鈣離子的交換現象開始的與土壤中鈣離子的交換現象開始的 1870年年Lemberg的實驗又證明離子交換過的實驗又證明離子交換過程的可逆性和當量關系程的可逆性和當量關系 軟化水始于軟化水始于20世紀初期，德國化學家世紀初期，德國化學家Gens應用沸石軟化水及處理蔗糖漿以除去鈣離應用沸石軟化水及處理蔗糖漿以除去鈣離子子 1935年年Adams和和Holmes

4、合成了酚醛型離合成了酚醛型離子交換樹脂子交換樹脂 第二節(jié)離子交換劑第二節(jié)離子交換劑 離子交換劑離子交換劑是由基質、荷電基團和反離子是由基質、荷電基團和反離子構成構成 一、離子交換劑基質一、離子交換劑基質 離子交換劑基質是一類不溶于水和電解質離子交換劑基質是一類不溶于水和電解質溶液的大分子物質：溶液的大分子物質： 通用型聚合樹脂類：以聚合樹脂作為基質通用型聚合樹脂類：以聚合樹脂作為基質(基體，基體，matrix)的離子交換劑。的離子交換劑。 多糖類基質：以多糖材料為基體，通過接多糖類基質：以多糖材料為基體，通過接枝引入交換基團而制成的離子交換材料。枝引入交換基團而制成的離子交換材料。 （一）通用

5、型聚合樹脂類（一）通用型聚合樹脂類 聚合樹脂的制造方法：縮聚法聚合樹脂的制造方法：縮聚法 、加聚法、加聚法 縮聚法縮聚法制得的樹脂一般穩(wěn)定性較差，多半為無定形制得的樹脂一般穩(wěn)定性較差，多半為無定形(或或球狀球狀)，以甲醛等作為交聯劑，樹脂的交聯度不易控制，以甲醛等作為交聯劑，樹脂的交聯度不易控制，反應復雜，結構不十分確定，大多為多功能團。反應復雜，結構不十分確定，大多為多功能團。 加聚法加聚法制造的樹脂，一般結構確定，常為單功能團的，制造的樹脂，一般結構確定，常為單功能團的，樹脂一般性能好，多為球形，以樹脂一般性能好，多為球形，以二乙烯苯二乙烯苯等為交聯劑。等為交聯劑。 加聚法樹脂制造原料主要

6、有加聚法樹脂制造原料主要有苯乙烯苯乙烯和和丙烯酸丙烯酸(酯酯)兩大類。兩大類。 丙烯酸系樹脂丙烯酸系樹脂能交換吸附大多數離子型色素，脫色容量能交換吸附大多數離子型色素，脫色容量大，而且吸附物較易洗脫，便于再生。大，而且吸附物較易洗脫，便于再生。苯乙烯系樹脂苯乙烯系樹脂擅擅長吸附芳香族物質，善于吸附多酚類色素長吸附芳香族物質，善于吸附多酚類色素(包括帶負電包括帶負電的或不帶電的的或不帶電的)，但在再生時較難洗脫。，但在再生時較難洗脫。 其他有機單體聚合樹脂。其他有機單體聚合樹脂。 +DVBCH2CHCH2CHCH2CHCH2CHH2SO4HClSO3SO3CH2CHCH2CHH2SO4OHOHS

7、O3HHCHOCH2OHSO3HOHSO3H 二乙烯苯百分數二乙烯苯百分數：高，高，則交聯度高，樹脂聚合得則交聯度高，樹脂聚合得比較緊密，堅牢而耐用，密度較高，內部空隙較比較緊密，堅牢而耐用，密度較高，內部空隙較少，對離子的選擇性較強。少，對離子的選擇性較強。 低，低，則樹脂孔隙較大，脫色能力較強，反應速度則樹脂孔隙較大，脫色能力較強，反應速度較快，但在工作時的膨脹性較大，機械強度稍低，較快，但在工作時的膨脹性較大，機械強度稍低，比較脆而易碎。比較脆而易碎。 交聯度一般不低于交聯度一般不低于4%，用于脫色的交聯度一般不，用于脫色的交聯度一般不高于高于8%，單純用于吸附無機離子的樹脂，其交聯，單

8、純用于吸附無機離子的樹脂，其交聯度可較高。度可較高。 凝膠型樹脂凝膠型樹脂：二乙烯苯百分數高：二乙烯苯百分數高 大孔型樹脂大孔型樹脂：交聯度低（交聯劑的百分比低），：交聯度低（交聯劑的百分比低），孔隙大，樹脂內部表面積大，因此適宜于吸附大孔隙大，樹脂內部表面積大，因此適宜于吸附大分子和用做催化劑。分子和用做催化劑。 離子交換樹脂的命名離子交換樹脂的命名 命名規(guī)定：由分類名稱，骨架命名規(guī)定：由分類名稱，骨架(或基團或基團)名稱，基本名稱名稱，基本名稱排列組成。排列組成。對大孔型離子交換樹脂，在型號的前面加對大孔型離子交換樹脂，在型號的前面加“D”表示，表示，凝膠型離子交換樹脂在型號的后面用凝膠型

9、離子交換樹脂在型號的后面用“”接阿拉伯數接阿拉伯數字。字。 交聯度數值交聯度數值順序號順序號骨架代號骨架代號分類代號分類代號D D 大孔型代號大孔型代號順序號順序號骨架代號骨架代號分類代號分類代號在國外主要是以公司來命名，國內則根據石油化在國外主要是以公司來命名，國內則根據石油化學工業(yè)部學工業(yè)部1977年制定的年制定的離子交換樹脂產品分類、離子交換樹脂產品分類、命名及型號命名及型號部頒標準，根據離子交換樹脂功能部頒標準，根據離子交換樹脂功能性質不同將其分為七類。性質不同將其分為七類。 代號代號骨架分類骨架分類代號代號骨架分類骨架分類0苯乙烯系苯乙烯系4乙烯吡啶系乙烯吡啶系1丙烯酸系丙烯酸系5脲

10、醛系脲醛系2酚醛系酚醛系6氯乙烯系氯乙烯系3環(huán)氧系環(huán)氧系代號代號分類名稱分類名稱代號代號分類名稱分類名稱0強酸性強酸性4螯合性螯合性1弱酸性弱酸性5兩性兩性2強堿性強堿性6氧化還原氧化還原3弱堿性弱堿性離子交換樹脂產品的分類代號離子交換樹脂產品的分類代號 離子交換樹脂骨架分類代號離子交換樹脂骨架分類代號 00l7 D315 0017苯乙烯系強酸性離子交換樹脂苯乙烯系強酸性離子交換樹脂用于：硬水軟化、脫鹽水、純用于：硬水軟化、脫鹽水、純水制備、稀有元素分離、分離水制備、稀有元素分離、分離和提取氨基酸制糖、制藥可作和提取氨基酸制糖、制藥可作為催化劑和脫水劑為催化劑和脫水劑國內外離子交換樹脂相應牌號

11、對照國內外離子交換樹脂相應牌號對照704 = 3112717 = 2017732 = 0017711 = 2014703 = D311HD42 = 001（二）多糖類基質（二）多糖類基質 以多糖材料為基體，通過接枝引入交換基團而制以多糖材料為基體，通過接枝引入交換基團而制成的離子交換材料。成的離子交換材料。 特點：特點：有開放性支持骨架，大分子可以自由進入有開放性支持骨架，大分子可以自由進入和迅速擴散，因而交換空間大；親水性強，吸附和迅速擴散，因而交換空間大；親水性強，吸附力弱，洗脫時不需要劇烈的條件，對生物大分子力弱，洗脫時不需要劇烈的條件，對生物大分子物質變性作用小物質變性作用小。 以纖維

12、素為基質：甲基磺酸纖維素、羧甲基纖維以纖維素為基質：甲基磺酸纖維素、羧甲基纖維素（素（CMC）、二乙基氨基乙基（）、二乙基氨基乙基（DEAE）纖維素）纖維素 以葡聚糖凝膠為基質：以葡聚糖凝膠為基質：Sephadex G25和和Sephadex G50 瓊脂糖凝膠：瓊脂糖凝膠：Sepharose，命名：命名：交換活性基團交換活性基團+骨架骨架+原骨架編號原骨架編號 CM-sephadex C-25、DEAE-sephadex A-25 二、離子交換基團二、離子交換基團根據根據可交換離子的種類可交換離子的種類分分 ：陽離子交換劑、陰離子交換劑陽離子交換劑、陰離子交換劑根據根據其解離性大小其解離性大

13、小分：強、弱。分：強、弱。 陽離子交換劑陽離子交換劑 解離基團主要有磺酸（解離基團主要有磺酸（-SO3H）、磷酸（）、磷酸（-PO3H2）、）、 羧酸（羧酸（-COOH）和酚羥基（）和酚羥基（-OH）等酸性基團。）等酸性基團。 強酸性：強酸性：R-SO3-H+Na+R-SO3-Na+H+ 弱酸性：弱酸性：R-COOHNa+ R-COONaH+ 陰離子交換劑陰離子交換劑 可解離基團主要有伯胺可解離基團主要有伯胺(-NH2)、仲胺、仲胺(-NHCH3)、叔胺叔胺N-(CH3)2和季胺和季胺-N(CH3)3、DEAE等堿等堿性基團。性基團。 強堿性：強堿性： R-N+(CH3)3 OH-Cl-R-N

14、+(CH3)2 Cl-OH- 弱堿性：弱堿性： R-NH(CH3) OHCl-R-NH(CH3)ClOH- 三、其他類型的樹脂三、其他類型的樹脂 含有一種以上的活性基團。含有一種以上的活性基團。 Eg:同時含羧基和酚羥基的樹脂、既含有酸同時含羧基和酚羥基的樹脂、既含有酸性基團，又含有堿性基團的兩性樹脂性基團，又含有堿性基團的兩性樹脂 螯合樹脂四、離子交換樹脂的理化性能及其四、離子交換樹脂的理化性能及其測定方法測定方法 含水量：含水量： 顆粒度：機械篩分測顆粒度：機械篩分測 膨脹度：膨脹系數膨脹度：膨脹系數 濕真密度：比重瓶法濕真密度：比重瓶法 滴定曲線滴定曲線 離子交換容量：每克干樹脂或每毫升

15、濕樹脂所能離子交換容量：每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當量數交換的離子的毫克當量數 吸附選擇性：影響因素吸附選擇性：影響因素 ？ 1含水量含水量 通常樹脂是親水性的，因此常含有很多水通常樹脂是親水性的，因此常含有很多水分。分。 將樹脂在將樹脂在105110干燥至恒重就可測定其干燥至恒重就可測定其含水量含水量。 將樹脂放在一定的離心力場下將樹脂放在一定的離心力場下(通常為通常為400 g)，在一定的時間內，在一定的時間內(30 min)所失去的水分所失去的水分稱為稱為溶脹水溶脹水。 2. 顆粒度顆粒度 顆粒度顆粒度一般以有效粒徑和勻度系數來表示。一般以有效粒徑和勻度系數來表示。 有

16、效粒徑有效粒徑指保留指保留90樣品質量的篩子孔徑；樣品質量的篩子孔徑； 勻度系數勻度系數的定義為：保留的定義為：保留40樣品質量的樣品質量的篩孔徑與保留篩孔徑與保留90樣品質量的篩孔徑之比。樣品質量的篩孔徑之比。其值愈小表示粒度分布愈均勻。其值愈小表示粒度分布愈均勻。 測定方法測定方法：機械篩分、沉降和顯微鏡觀察：機械篩分、沉降和顯微鏡觀察等等 3. 膨脹度膨脹度 膨脹系數與樹脂的交聯度有關。膨脹系數與樹脂的交聯度有關。 取取1015 ml烘干樹脂放入量筒中，加入欲烘干樹脂放入量筒中，加入欲試驗的試劑，通常是水，不時搖動，試驗的試劑，通常是水，不時搖動，24 h后，測定樹脂體積。前后體積之比，

17、稱為后，測定樹脂體積。前后體積之比，稱為膨脹系數。膨脹系數。 4. 濕真密度濕真密度 取處理成所需形式的濕樹脂，在布氏漏斗取處理成所需形式的濕樹脂，在布氏漏斗中抽干。迅速稱取中抽干。迅速稱取W2(一般一般25 g)抽干樹脂，抽干樹脂，放入比重瓶中加水至刻度稱重放入比重瓶中加水至刻度稱重W3。濕真密。濕真密度按下式計算（比重瓶充滿水時重度按下式計算（比重瓶充滿水時重W1）。）。 （濕真密度）（濕真密度）W2/(W1-W3)5. 滴定曲線滴定曲線 測定平衡時的測定平衡時的pH值，以每克干樹脂所加入值，以每克干樹脂所加入的的NaOH或或HCl的量的量(毫摩爾毫摩爾)為橫坐標，以為橫坐標，以平衡平衡p

18、H值為縱坐標，就得到滴定曲線。值為縱坐標，就得到滴定曲線。 測定平衡時的測定平衡時的pH值，以每克干樹脂值，以每克干樹脂所加入的所加入的NaOH或或HCl的量的量(毫摩爾毫摩爾)為橫坐標，以平衡為橫坐標，以平衡pH值為縱坐標，值為縱坐標，就得到滴定曲線。就得到滴定曲線。6. 離子交換容量離子交換容量 每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克每克干樹脂或每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當量數，當量數，meq/g(干干)或或 meq/mL(濕濕)；當離子為一價；當離子為一價時，毫克當量數即是毫克分子數時，毫克當量數即是毫克分子數(對二價或多價離子，對二價或多價離子，前者為后者乘離子價數前者為后

19、者乘離子價數)。 總交換容量總交換容量表示每單位數量表示每單位數量(重量或體積重量或體積)樹脂能進樹脂能進行離子交換反應的化學基團的總量。行離子交換反應的化學基團的總量。 工作交換容量工作交換容量表示樹脂在某一定條件下的離子交表示樹脂在某一定條件下的離子交換能力，它與樹脂種類和總交換容量，以及具體工換能力，它與樹脂種類和總交換容量，以及具體工作條件（溶液的組成、流速、溫度等因素）有關。作條件（溶液的組成、流速、溫度等因素）有關。 再生交換容量再生交換容量表示在一定的再生劑量條件下所取表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹脂的交換容量，表明樹脂中原有化學基得的再生樹脂的交換容量，表明樹脂中原有

20、化學基團再生復原的程度。團再生復原的程度。 再生交換容量為總交換容量的再生交換容量為總交換容量的5090%(一般控制一般控制7080%)，而工作交換容量為再生交換容量的，而工作交換容量為再生交換容量的3090%(對再生樹脂而言對再生樹脂而言)，后一比率亦稱為樹脂的，后一比率亦稱為樹脂的利用率。利用率。 離子樹脂交換容量的測定一般以離子樹脂交換容量的測定一般以無機離子無機離子進行。進行。 測定方法：測定方法：可先將樹脂處理成氫型。稱幾可先將樹脂處理成氫型。稱幾克樹脂，測其含水量，同時稱取若干克樹克樹脂，測其含水量，同時稱取若干克樹脂，加入一定量的標準脂，加入一定量的標準NaOH溶液靜置一晝溶液靜

21、置一晝夜夜(強酸性樹脂強酸性樹脂)或數晝夜或數晝夜(弱酸性樹脂弱酸性樹脂)后，后，測定剩余測定剩余NaOH的毫摩爾數，就可求得總交的毫摩爾數，就可求得總交換容量。換容量。 7. 離子交換樹脂的吸附選擇性離子交換樹脂的吸附選擇性 離子受樹脂交換吸附作用的強弱程度有一離子受樹脂交換吸附作用的強弱程度有一般的規(guī)律。其般的規(guī)律。其影響因素影響因素主要有：主要有： 離子的水化半徑離子的水化半徑 離子的化合價離子的化合價 溶液的酸堿度溶液的酸堿度 樹脂的交聯度和孔隙率樹脂的交聯度和孔隙率 樹脂與離子的輔助作用力樹脂與離子的輔助作用力 有機溶劑等。有機溶劑等。（1）離子半徑）離子半徑 水化半徑水化半徑較小的

22、離子較易吸附，較大時就較難吸較小的離子較易吸附，較大時就較難吸附。附。 對于一價陽離子對于一價陽離子 Li+Na+NH4+Rb+Cs+Ag+Ti+ 對于二價陽離子對于二價陽離子 Mg2+Zn2+Cu2+Ni2+Co2+Ca2+Cs2+Pb2+Ba2+ 對于一價陰離子對于一價陰離子 F-HCO3-C1-HSO3-Br-NO3-I-ClO4-（2）離子的化合價）離子的化合價 對陽離子的吸附，高價離子通常被優(yōu)先吸對陽離子的吸附，高價離子通常被優(yōu)先吸附附 同一種樹脂對應同一工作液中的多種離子，同一種樹脂對應同一工作液中的多種離子，優(yōu)先吸附化合價高的離子優(yōu)先吸附化合價高的離子 在蛋白質、抗生素分離純化時

23、，優(yōu)先吸附在蛋白質、抗生素分離純化時，優(yōu)先吸附帶電量大的蛋白質和抗生素。帶電量大的蛋白質和抗生素。 （3）溶液的酸堿度）溶液的酸堿度 溶液的溶液的pH值對各種樹脂的影響是不同的值對各種樹脂的影響是不同的 對于對于弱酸弱酸性樹脂，在酸性和中性下，它的電離度性樹脂，在酸性和中性下，它的電離度很小，氫離子不易游離出來，因此交換容量很低，很小，氫離子不易游離出來，因此交換容量很低，只有在堿性的情況下，才能起交換作用；只有在堿性的情況下，才能起交換作用； 對對強酸強酸性樹脂，一般在所有的性樹脂，一般在所有的pH范圍內能起交換范圍內能起交換作用。作用。 對于對于弱堿弱堿性樹脂，只能在酸性的情況下才能起作性

24、樹脂，只能在酸性的情況下才能起作用，用， 對對強堿強堿性樹脂，則性樹脂，則pH范圍沒有限制。范圍沒有限制。 （4）樹脂的交聯度、膨脹度和分子篩）樹脂的交聯度、膨脹度和分子篩 對于無機離子和有機大分子對于無機離子和有機大分子,交聯度大、膨脹度小交聯度大、膨脹度小的樹脂選擇性比較好的樹脂選擇性比較好 對于大離子的吸附，情況要復雜些。對于大離子的吸附，情況要復雜些。膨脹度膨脹度:當膨當膨脹系數的值很小時，空間效應占主要地位，交換脹系數的值很小時，空間效應占主要地位，交換容量隨膨脹系數而增加。當膨脹系數增大到一定容量隨膨脹系數而增加。當膨脹系數增大到一定值時，樹脂內部為大分子所達到的程度變化就不值時，

25、樹脂內部為大分子所達到的程度變化就不大，此時選擇性的影響占主要地位，因此交換容大，此時選擇性的影響占主要地位，因此交換容量隨膨脹系數的增加而降低。量隨膨脹系數的增加而降低。 增大樹脂的交聯度，有機大分子便不能進入樹脂增大樹脂的交聯度，有機大分子便不能進入樹脂內部，但無機離子不受阻礙內部，但無機離子不受阻礙(或者認為兩者在樹脂或者認為兩者在樹脂內擴散速度不等內擴散速度不等)，利用這一原理將大分子和無機，利用這一原理將大分子和無機離子分開的方法，稱為離子分開的方法，稱為分子篩方法分子篩方法。 （5）樹脂和交換離子間的輔助力）樹脂和交換離子間的輔助力 對于小分子的無機離子，一般以庫侖力為對于小分子的

26、無機離子，一般以庫侖力為主。但對于一些生物大分子來說，除帶電主。但對于一些生物大分子來說，除帶電產生的庫侖力外，還可能產生各種作用力，產生的庫侖力外，還可能產生各種作用力，如氫鍵、范德華力等。如氫鍵、范德華力等。 吸附大分子時起主要作用的是范德華力，吸附大分子時起主要作用的是范德華力，而庫侖力居次要地位。而庫侖力居次要地位。 因為，親和力隨離子的水化半徑增大而增因為，親和力隨離子的水化半徑增大而增大大 （6）有機溶劑的影響）有機溶劑的影響 當有機溶劑存在時，常常會使對有機離子當有機溶劑存在時，常常會使對有機離子的選擇性降低，而容易吸附無機離子。的選擇性降低，而容易吸附無機離子。 原因：原因：離

27、子溶劑化程度降低；影響離子的離子溶劑化程度降低；影響離子的電離度，使它減小，尤其是有機離子，影電離度，使它減小，尤其是有機離子，影響更顯著。響更顯著。 第三節(jié)離子交換原理第三節(jié)離子交換原理 一、離子交換平衡一、離子交換平衡 m1為反離子為反離子U濃度為濃度為1時溶質時溶質X的分配系數的分配系數. abaUmm/1abbUaRXaXbRUabbbaaXUXRUURXK離子強度離子強度I代替反離子濃度代替反離子濃度:abImm/1 蛋白質的分配系數與離子強度的關系：蛋白質的分配系數與離子強度的關系： b/a 是蛋白質的靜電荷是蛋白質的靜電荷b與反離子的離子價數與反離子的離子價數a之比的絕對值。一般

28、蛋白質帶電數較大，因此之比的絕對值。一般蛋白質帶電數較大，因此 b/a 數值較大，離子強度數值較大，離子強度I的微小變化會引起的微小變化會引起分配系數的很大改變。分配系數的很大改變。 在相同的離子強度和在相同的離子強度和pH下，由于不同蛋白質帶電下，由于不同蛋白質帶電性質的不同，其分配系數相差很大，此性質用于性質的不同，其分配系數相差很大，此性質用于分離不同的蛋白質效果顯著。分離不同的蛋白質效果顯著。 另外，由于離子交換過程中溶質的分配系數隨離另外，由于離子交換過程中溶質的分配系數隨離子強度增大而急劇降低，因此離子交換操作需在子強度增大而急劇降低，因此離子交換操作需在低離子強度下進行。低離子強

29、度下進行。 abImm/1二、離子交換速度二、離子交換速度 離子交換過程離子交換過程 A+離子由溶液中擴散到樹離子由溶液中擴散到樹脂表面脂表面 A+離子從樹脂表面再擴散離子從樹脂表面再擴散到樹脂內部的活性中心到樹脂內部的活性中心 A+離子與離子與RB在活性中心在活性中心上發(fā)生復分解反應上發(fā)生復分解反應 解吸離子解吸離子B+自樹脂內部的自樹脂內部的活性中心擴散到樹脂表面活性中心擴散到樹脂表面 B+離子從樹脂表面擴散到離子從樹脂表面擴散到溶液中溶液中 BRARBA擴散是控制步驟擴散是控制步驟 （二）影響交換速度的因素（二）影響交換速度的因素 顆粒大小、交聯度顆粒大小、交聯度 、溫度、溫度 、離子的

30、化合價、離子的化合價 、離子的大、離子的大小小 、攪拌速度、攪拌速度 、溶液濃度、溶液濃度 圖圖7-6中中的編的編號號DVB/%r0/cm溫度溫度/BDi106平均飽和平均飽和時間時間/s150.0272250.0826.13.72170.0273500.0292.210.43170.0273250.01431.0821.04170.0446250.00161.2349 1.顆粒大小顆粒大小顆粒減小無論對內部擴散控制或外顆粒減小無論對內部擴散控制或外部擴散控制的場合，都有利于交換速度的提高，部擴散控制的場合，都有利于交換速度的提高，但對內擴散的場合，影響更為顯著。但對內擴散的場合，影響更為顯著

31、。 2.交聯度交聯度交聯度越低樹脂越易膨脹，其內部孔交聯度越低樹脂越易膨脹，其內部孔隙率越高，離子在樹脂內部擴散就較容易。隙率越高，離子在樹脂內部擴散就較容易。 3.溫度溫度溫度越高，離子運動越劇烈，互相碰撞溫度越高，離子運動越劇烈，互相碰撞和交換的幾率增大。和交換的幾率增大。 4.離子的化合價離子的化合價離子在樹脂中擴散時，與樹脂離子在樹脂中擴散時，與樹脂骨架骨架(和擴散離子的電荷相反和擴散離子的電荷相反)間存在庫侖引力；間存在庫侖引力；離子的化合價越大，這種引力越大，因此，擴散離子的化合價越大，這種引力越大，因此，擴散速度就愈小。速度就愈小。 5.離子的大小離子的大小小離子的交換速度比較快

32、。主要小離子的交換速度比較快。主要是因為大分子會和樹脂骨架碰撞，因而在樹脂中是因為大分子會和樹脂骨架碰撞，因而在樹脂中的擴散速度慢，有時甚至使骨架變形。（分子篩的擴散速度慢，有時甚至使骨架變形。（分子篩 ） 6.攪拌速度攪拌速度當液膜控制時，增加攪拌速度會使當液膜控制時，增加攪拌速度會使交換速度增加，但增大到一定程度后再繼續(xù)增加交換速度增加，但增大到一定程度后再繼續(xù)增加轉速，影響就比較小。轉速，影響就比較小。 7.溶液濃度溶液濃度當溶液濃度為當溶液濃度為0.001 mol/L時，一般時，一般為外擴散控制。當濃度增加時，交換速度也按比為外擴散控制。當濃度增加時，交換速度也按比例增加。當濃度達到例

33、增加。當濃度達到0.01 mol/L 左右時，濃度再左右時，濃度再增加，交換速度就增加得較慢。此時內擴散和外增加，交換速度就增加得較慢。此時內擴散和外擴散同時起作用。當濃度再繼續(xù)增加，交換速度擴散同時起作用。當濃度再繼續(xù)增加，交換速度達到極限值后就不再增大，此時已轉變?yōu)閮葦U散達到極限值后就不再增大，此時已轉變?yōu)閮葦U散控制?？刂啤?第四節(jié)離子交換過程與設備第四節(jié)離子交換過程與設備 選用樹脂首先決定于目標物質的性質。如果目標選用樹脂首先決定于目標物質的性質。如果目標物質物質是非離子型是非離子型的，那就不能用離子交換法來進的，那就不能用離子交換法來進行分離；反之，如能在行分離；反之，如能在水中離解水

34、中離解，就可考慮用離，就可考慮用離子交換法來分離提取子交換法來分離提取 一、樹脂的選擇的一般原則一、樹脂的選擇的一般原則 交換劑的基質是疏水性還是親水性交換劑的基質是疏水性還是親水性 選擇陰離子抑或陽離子交換劑選擇陰離子抑或陽離子交換劑 對強堿性物質宜采用弱酸性樹脂對強堿性物質宜采用弱酸性樹脂 樹脂還應有一定的交聯度樹脂還應有一定的交聯度 交換劑對各種反離子的結合力交換劑對各種反離子的結合力 弱酸性物質宜用強堿性樹脂，強酸性物質宜用弱弱酸性物質宜用強堿性樹脂，強酸性物質宜用弱堿性樹脂。堿性樹脂。 目標物質分子較大，應選擇交聯度較低的樹脂，目標物質分子較大，應選擇交聯度較低的樹脂，但交聯度過小，

35、會影響樹脂的選擇性，且易粉碎，但交聯度過小，會影響樹脂的選擇性，且易粉碎，造成使用過程中樹脂流失。故選擇交聯度的原則造成使用過程中樹脂流失。故選擇交聯度的原則是：是：在不影響交換容量的條件下，盡量提高交聯在不影響交換容量的條件下，盡量提高交聯度。度。 離子交換劑處于電中性時常帶有一定的反離子，離子交換劑處于電中性時常帶有一定的反離子，使用時選擇何種離子交換劑形式，取決于交換劑使用時選擇何種離子交換劑形式，取決于交換劑對各種反離子的結合力。對各種反離子的結合力。為了提高交換容量，一為了提高交換容量，一般應選擇結合力較小的反離子。般應選擇結合力較小的反離子。據此，強酸型和據此，強酸型和強堿型離子交

36、換劑一般分別選擇強堿型離子交換劑一般分別選擇H型和型和OH型；弱型；弱酸型和弱堿型交換劑應分別選擇酸型和弱堿型交換劑應分別選擇Na型和型和Cl型。但型。但如果目標物質在酸性、堿性下易破壞，則不宜采如果目標物質在酸性、堿性下易破壞，則不宜采用氫型或羥型樹脂。對偶極離子，應采用氫型樹用氫型或羥型樹脂。對偶極離子，應采用氫型樹脂吸附。脂吸附。二、離子交換過程二、離子交換過程 正吸附正吸附：選擇適當的條件使目的產物離子化，被：選擇適當的條件使目的產物離子化，被交換到介質上，雜質不被交換而從柱流出，然后交換到介質上，雜質不被交換而從柱流出，然后采用洗脫液將被吸附物質洗脫的方法。采用洗脫液將被吸附物質洗脫的方法。 負吸附：負吸附：在選擇的條件下，目的物質不帶電或帶在選擇的條件下，目的物質不帶電或帶上與離子交換劑上可交換離子相反的電荷（即與上與離子交換劑上可交換離子相反的電荷（即與骨架所帶電荷相同），而一些雜質溶質（即不需骨架所帶電荷相同），而一些雜質溶質（即不需要的物質）帶上與可交換離子相同電荷，則上柱要的物質）帶上與可交換離子相同電荷，則上柱操作時目的物質隨溶液流出，雜質被吸附。操作時目的物質隨溶液流