第4章(離子交換分離)

1、研究生課程分離方法基礎(chǔ)與技術(shù)第第 4 講講（第（第4章章 離子交換分離法）第第4 4章章 離子交換分離法離子交換分離法4.1 離子交換分離法及其特點(diǎn)4.2 離子交換樹(shù)脂4.3 離子交換平衡4.4 離子交換分離實(shí)驗(yàn)技術(shù)4.5 離子交換分離法的應(yīng)用4.1 離子交換分離法及其特點(diǎn)1. 1. 離子交換分離法的發(fā)展歷史離子交換分離法的發(fā)展歷史(1) 1850年，英國(guó)農(nóng)業(yè)化學(xué)家H.S.Tompson和J.T.Way發(fā)現(xiàn)離子交換現(xiàn)象n用硫酸銨或碳酸銨處理土壤，銨離子被吸收而析出鈣；n土壤也是一種無(wú)機(jī)離子交換劑；n無(wú)機(jī)離子交換劑不能在酸性條件下使用。4.1 離子交換分離法及其特點(diǎn)(2) 1935年，B.A.A

2、dams和E.L.Holmes合成離子交換樹(shù)脂 合成了高分子材料聚酚醛系強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和聚苯胺醛系弱堿性陰離子交換樹(shù)脂；n這是離子交換分離技術(shù)的最重要的里程碑；n二戰(zhàn)期間，德國(guó)大量合成離子交換樹(shù)脂，并用于水處理；n戰(zhàn)后,英、美、蘇、日等國(guó)也大力發(fā)展離子交換技術(shù)。4.1 離子交換分離法及其特點(diǎn)(3) 1945年，美國(guó)人G.F.dAlelio合成聚苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂n后來(lái)又合成了性能良好的聚苯乙烯系和聚丙烯酸系的離子交換樹(shù)脂；n離子交換分離成為低能耗、高效率的分離技術(shù)。4.1 離子交換分離法及其特點(diǎn)(4) 20世紀(jì)60年代以后，離子交換樹(shù)脂的合成與離子交換分離技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展nR.

3、Kunin等合成了一系列大孔離子交換樹(shù)脂，該類(lèi)樹(shù)脂的多孔結(jié)構(gòu)兼具離子交換和吸附兩種功能。n各種載體和功能基化的離子交換樹(shù)脂層出不窮n高效離子色譜分析法的誕生 離子交換分離柱與電導(dǎo)檢測(cè)器結(jié)合的產(chǎn)物。n國(guó)產(chǎn)離子交換樹(shù)脂（南開(kāi)大學(xué)）。2.2.離子交換分離法的特點(diǎn)離子交換分離法的特點(diǎn)(1) 選擇性高。n樹(shù)脂種類(lèi)多、不同樹(shù)脂對(duì)不同離子的選擇性不同。n操作條件（淋洗劑等）可調(diào)節(jié)參數(shù)較多(2) 適用范圍廣。 從痕量物質(zhì)到工業(yè)用水，從少量樣品到工業(yè)規(guī)模。(3) 操作簡(jiǎn)單，成本低。 液固兩相溶液分開(kāi)，操作簡(jiǎn)單。3.3.幾個(gè)概念的區(qū)別幾個(gè)概念的區(qū)別n離子交換分離法：采用離子交換劑的分離技術(shù)。n色層（層析）分離法：

4、采用吸附劑、離子交換劑等各種填料的柱分離技術(shù)。n離子交換色譜法：以離子交換劑作固定相（柱），采用電導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)的分析技術(shù)。n離子色譜法：包括離子交換、離子排斥、離子對(duì)色譜等多種用于離子性成分分析的液相色譜方法。4.2 離子交換樹(shù)脂n離子交換劑：具有離子交換能力的物質(zhì)。通常指固體離子交換劑。n無(wú)機(jī)離子交換劑：由天然的（粘土、沸石類(lèi)礦物）或合成的（合成沸石、分子篩、水合金屬氧化物、雜多酸鹽等）無(wú)機(jī)化合物構(gòu)成。n有機(jī)離子交換劑：人工合成的帶有離子交換功能團(tuán)的高分子聚合物，其中應(yīng)用最為廣泛的是離子交換樹(shù)脂。n離子交換樹(shù)脂：具有特殊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物。4.2 離子交換樹(shù)脂4.2.1 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)

5、結(jié)構(gòu)4.2.2 離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)與命名分類(lèi)與命名4.2.3 離子交換樹(shù)脂的物理性能物理性能4.2.4 離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能化學(xué)性能4.2.5 離子交換樹(shù)脂的應(yīng)用應(yīng)用4.2.1 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)n骨架（載體） 三維網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，載體不參與離子交換反應(yīng)。n功能基團(tuán)（交換基團(tuán)） 離子交換反應(yīng)位置n固定離子（惰性離子） 與載體牢固結(jié)合，不能自由移動(dòng)的離子。n反離子（可交換離子） 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)模型4.2.1 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)4.2.1 離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)4.2.2 離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)與命名1.1.按功能基團(tuán)分類(lèi)按功能基團(tuán)分類(lèi)n陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂(anion-exchange re

6、sin)：含有堿性基團(tuán)(通常為季胺基)，在溶液中可離解出陰離子。 強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂： 含-N(CH3)3OH, -N(CH3)2C2H4OH等功能基團(tuán) 弱堿性弱堿性陰離子交換樹(shù)脂: 含-NH2, -NHR, -NR2等功能基團(tuán)4.2.2 離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)與命名n陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（cation-exchange resin ）：含有酸性基團(tuán)（多為羧基），在溶液中可離解出陽(yáng)離子。 強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂： 功能基為-SO3H, -CH2SO3H等強(qiáng)酸基團(tuán) 中等酸性中等酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂: 功能基為-PO3H2, -PO3H3 , -SO3H2等中等強(qiáng)度酸基團(tuán) 弱酸性弱酸

7、性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂: 功能基為-COOH, -OH, -CH2OH2等弱酸基團(tuán)4.2.2 離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)與命名n螯合樹(shù)脂螯合樹(shù)脂 功能基為胺羧基-N(CH2COOH)2，能與金屬離子生成六元環(huán)螯合物。n氧化還原樹(shù)脂氧化還原樹(shù)脂 功能基具有氧化還原能力，如-CH2SH，對(duì)苯二酚基。n兩性樹(shù)脂兩性樹(shù)脂 同時(shí)具有陰離子交換基團(tuán)和陽(yáng)離子交換基團(tuán)。如同時(shí)具有-N(CH3)3和-COOH。4.2.2 離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)與命名2. 2. 按孔型分類(lèi)按孔型分類(lèi)n凝膠型樹(shù)脂 具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)，顆粒內(nèi)部由單體聚合成的鏈狀大分子在交聯(lián)劑的連接下，組成了空間結(jié)構(gòu)，化學(xué)結(jié)構(gòu)中的空隙稱(chēng)為凝膠孔或化學(xué)孔，孔徑很?。?/p>

8、300nm以下）。n大孔型樹(shù)脂 制造過(guò)程中加入致孔劑，使之形成大量毛細(xì)孔，凝膠骨架被毛細(xì)孔道分割成非均相凝膠結(jié)構(gòu)，顆粒內(nèi)既有凝膠孔，也有毛細(xì)孔，毛細(xì)孔孔徑較大毛細(xì)孔孔徑較大（幾百nm至幾百u(mài)m)。4.2.2 離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)與命名3.3.按反離子種類(lèi)命名按反離子種類(lèi)命名如：RSO3H H型強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 RN(CH3)3OH OH-型強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂4.4.離子交換樹(shù)脂的型號(hào)離子交換樹(shù)脂的型號(hào) 離子交換樹(shù)脂型號(hào)圖解離子交換樹(shù)脂型號(hào)圖解 D 交聯(lián)度數(shù)值 凝膠型連接符號(hào) 順序號(hào) 順序號(hào) 骨架代號(hào) 骨架代號(hào) 分類(lèi)代號(hào) 分類(lèi)代號(hào) 大孔型代號(hào) 凝膠型離子交換樹(shù)脂凝膠型離子交換樹(shù)脂 大孔型離子交換

9、樹(shù)脂大孔型離子交換樹(shù)脂 4.4.離子交換樹(shù)脂的型號(hào)離子交換樹(shù)脂的型號(hào)樹(shù)脂產(chǎn)品分類(lèi)代號(hào)樹(shù)脂產(chǎn)品分類(lèi)代號(hào) 代號(hào) 分類(lèi)名稱(chēng) 0 強(qiáng)酸性 1 弱酸性 2 強(qiáng)堿性 3 弱酸性 4 螯合性 5 兩性 6 氧化還原性樹(shù)脂產(chǎn)品骨架代號(hào)樹(shù)脂產(chǎn)品骨架代號(hào) 代號(hào) 分類(lèi)名稱(chēng) 0 苯乙烯系 1 丙烯酸系 2 酚醛系 3 環(huán)氧系 4 乙烯吡啶系 5 脲醛系 6 脲乙烯系4.2.3 離子交換樹(shù)脂的物理性能n顏色顏色： 苯乙烯系黃色；其他赤褐色、黑色。n形狀形狀： 球型顆粒，要求圓球率90以上n粒度粒度： 分離用樹(shù)脂粒徑通常為數(shù)百微米； 要求粒徑分布范圍窄。n密度密度： 濕視密度單位視體積視體積（樹(shù)脂本身體積與顆粒間隙體積之

10、和）內(nèi)緊密無(wú)規(guī)排列的濕態(tài)離子交換樹(shù)脂的質(zhì)量。 濕真密度單位真體積真體積（僅指樹(shù)脂本身體積）內(nèi)濕態(tài)離子交換樹(shù)脂的質(zhì)量。4.2.3 離子交換樹(shù)脂的物理性能n交聯(lián)度交聯(lián)度 樹(shù)脂中交聯(lián)劑二乙烯苯的百分含量。通常為812。n含水率含水率 在水中充分膨脹的濕樹(shù)脂中含水分百分?jǐn)?shù)。 與樹(shù)脂的類(lèi)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)。一般樹(shù)脂的含水率在4060。n轉(zhuǎn)型膨脹率轉(zhuǎn)型膨脹率 從一種單一離子型轉(zhuǎn)為另一種單一離子型時(shí)樹(shù)脂體積變化的百分?jǐn)?shù)。例如，樹(shù)脂在交換和再生時(shí)都會(huì)發(fā)生體積變化，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間不斷脹縮，樹(shù)脂會(huì)發(fā)生老化。4.2.4 離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能1.1.酸堿性酸堿性n離子交換樹(shù)脂含酸性或堿性基

11、團(tuán)時(shí)，在水中離解。 RSO3H RSO3- H+ R=NHOH R=NH+ OH-n離子交換樹(shù)脂含弱酸鹽或弱堿鹽基團(tuán)時(shí)，在水中水解。 RCOONa H2O RCOOH NaOH RNH2Cl H2O RNH2OH HCl4.2.4 離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能不同類(lèi)型離子交換樹(shù)脂的有效不同類(lèi)型離子交換樹(shù)脂的有效pHpH值范圍值范圍 樹(shù)脂類(lèi)型 有效pH值范圍 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 014 弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 414 強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂 014 弱堿性陰離子交換樹(shù)脂 074.2.4 離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能2.2.交換容量交換容量 單位質(zhì)量或單位體積樹(shù)脂所能交換的離子摩爾數(shù)。n全交換容量全交換容量 單

12、位質(zhì)量樹(shù)脂中全部離子交換基團(tuán)的數(shù)量（mmol/g）。n工作交換容量工作交換容量 一個(gè)周期中單位體積樹(shù)脂實(shí)現(xiàn)的離子交換容量。 單位：?jiǎn)挝唬簃ol/kg(mol/kg(干樹(shù)脂干樹(shù)脂) )或或mol/L(mol/L(濕樹(shù)脂濕樹(shù)脂) )4.2.4 離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能3.3.選擇性選擇性n離子交換選擇性離子交換選擇性有些離子易被離子交換樹(shù)脂吸著，也易被解吸。n化合價(jià)越大的離子，交換能力越強(qiáng)。 同價(jià)離子中，原子序數(shù)越大，交換能力越強(qiáng)。 如：Fe3 Al3 Ca2 Mg2 K Na SO42- NO3- Cl- F- HCO3-4.2.4 離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能4.4.熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性n樹(shù)脂功能基團(tuán)受熱

13、會(huì)發(fā)生分解或脫落。n不同樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性不同。強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂的最高使用溫度通常在4060C，穩(wěn)定性最高的弱酸性樹(shù)脂雖說(shuō)在接近200C也不會(huì)立即被破壞，但通常不宜超過(guò)100C。 弱酸性強(qiáng)酸性弱堿性強(qiáng)堿性4.2.5 離子交換樹(shù)脂的主要應(yīng)用n除去離子性雜質(zhì)n分離、提純藥品（醫(yī)藥），回收各種金屬（冶金）n有機(jī)反應(yīng)中的酸堿催化劑 代替無(wú)機(jī)酸堿對(duì)水解、酯化、脫水、氨解、醇解、水合等多種反應(yīng)起催化作用。n以分析為目的的分離與富集n治療疾?。ㄎ笣儭⒛I臟?。?，消除腐敗食物毒素。4.3 離子交換平衡1.1.離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)n陽(yáng)離子交換：陽(yáng)離子交換： R-SO3H NaCl R-SO3Na HCln陰

14、離子交換：陰離子交換： R-N(CH3)3OH NaCl R-N(CH3)3Cl NaOHn螯合離子交換：螯合離子交換： R-N(CH2COONa)2 Cu2+ R-N(CH2COO)2Cu 2Na+2.離子交換（熱力學(xué)）平衡常數(shù)簡(jiǎn)化的陽(yáng)離子交換反應(yīng)： 離子上方的橫線表示該離子存在于樹(shù)脂相上述離子交換反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)為： HaNNaHHNaaNHHNaaNHaHNaaNHK3.濃度平衡常數(shù)（選擇性系數(shù)）n求熱力學(xué)平衡常數(shù)，需在平衡狀態(tài)下測(cè)定離子在兩相中的活度，而離子在樹(shù)脂相的活度是難以測(cè)定的。n選擇性系數(shù)（Na+對(duì)H+的選擇性系數(shù)KNa+,H+ ） KNa+,H+表示Na+在給定的離子交換

15、樹(shù)脂上對(duì)H+的相對(duì)親合力的大小。文獻(xiàn)上通常以H+或Li+為陽(yáng)離子參考離子，以Cl或OH為陰離子參考離子。參考離子不同，選擇性系數(shù)的值也不同。,HNaaNHKHNa3.選擇性系數(shù)n多價(jià)離子的選擇性系數(shù)多價(jià)離子的選擇性系數(shù)對(duì)于反應(yīng)： 對(duì)于一般反應(yīng)： HaCCaH22222222,HCaHaCKHCa122112212112nnnnMnMnMnMn12212112122112,nnnnnnnnMMMMMMK3.選擇性系數(shù)n不同離子間的選擇性系數(shù)換算不同離子間的選擇性系數(shù)換算 選擇性系數(shù)越大，該離子在樹(shù)脂上的保留越強(qiáng)。已知兩種離子對(duì)于同一參考離子的選擇性系數(shù)，即可計(jì)算該兩種離子之間的選擇性系數(shù)。例題：

16、已知 KNa,H=1.56, KK,H=2.28, 計(jì)算KK,Na 解： KK,Na= KK,H / KNa,H =2.28/1.56=1.46 可以推導(dǎo)出： KA,B= KA,C KC,B 4.分配系數(shù)（D） 在一定條件下（溫度、酸度、絡(luò)合劑種類(lèi)、濃度等），達(dá)到交換平衡時(shí)，某種離子在樹(shù)脂相和溶液相之間的濃度比稱(chēng)分配系數(shù)分配系數(shù)。也稱(chēng)分配比分配比。n通常的定義通常的定義： D每克干樹(shù)脂中某離子的摩爾數(shù)/ /每毫升溶液中該離子的摩爾數(shù)n分配系數(shù)與選擇性系數(shù)的關(guān)系分配系數(shù)與選擇性系數(shù)的關(guān)系：,HHDHNaaNHKHNa,HHKDHNa5.分離因子（分離系數(shù)）分離因子分離因子兩種離子在離子交換樹(shù)脂中

17、的分離程度。對(duì)于1價(jià)離子有： 所以：/,BBAADDBABA,HHKDHAA,HHKDHBBBAHBHABABAKKKDD,6.離子交換選擇性的一般規(guī)律 離子交換反應(yīng)的選擇性主要由溶質(zhì)離子與樹(shù)脂交換基團(tuán)的親合力大小決定。n離子電荷越大，親合力越大。n對(duì)于同價(jià)離子，水合離子半徑越小，親合力越大。n對(duì)于可極化離子，極化度越高，親合力越大。4.4 離子交換分離實(shí)驗(yàn)技術(shù)1. 操作方式操作方式n靜態(tài)交換靜態(tài)交換一種間歇式交換。將離子交換樹(shù)脂與樣品溶液放在同一容器中，充分混合（振蕩、攪拌、鼓氣等），平衡后分離樹(shù)脂與溶液（傾析、過(guò)濾、離心等），從樹(shù)脂上洗脫被分離物。 靜態(tài)交換效率低、操作繁瑣、耗時(shí)，實(shí)用意義

18、不大，只在測(cè)定分配系數(shù)等實(shí)驗(yàn)中用到。1.操作方式n動(dòng)態(tài)交換動(dòng)態(tài)交換 樣品溶液與樹(shù)脂相發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。其中，固定床柱式操作最有用。步驟：裝柱上樣洗脫再生 優(yōu)點(diǎn)：分離效率高、操作簡(jiǎn)便 柱分離常用離子交換柱2.固定床離子交換分離技術(shù)n樹(shù)脂的選擇樹(shù)脂的選擇 應(yīng)考慮被分離離子的電荷性、分子大小與數(shù)量、共存離子的種類(lèi)與性質(zhì)。(1) 根據(jù)樣品離子所帶電荷種類(lèi)選擇陰或陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；(2) 強(qiáng)吸附離子選用弱酸性或弱堿性樹(shù)脂，避免過(guò)強(qiáng)吸附；(3) 弱吸附離子選用強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性樹(shù)脂，以增加保留；(4) 大分子物質(zhì)，宜選用大孔樹(shù)脂。2.固定床離子交換分離技術(shù)n樹(shù)脂處理樹(shù)脂處理 新的干樹(shù)脂使用前須用水浸泡使之溶脹，并經(jīng)

19、酸堿處理除去雜質(zhì) 新樹(shù)脂處理步驟 （右圖）新樹(shù)脂水浸泡24h傾去水后洗至澄清除水后以23倍量2M鹽酸攪拌2h或淋洗除酸后水洗至中性除水后以45倍量2M NaOH攪拌2h或淋洗除堿后水洗至中性備用2.固定床離子交換分離技術(shù)n裝柱裝柱 (1) 大型床或柱易裝。而小型柱的手工裝填有技巧。 (2) 防止“節(jié)”和“氣泡”的形成。 “節(jié)”是裝填不均勻，造成樹(shù)脂時(shí)松時(shí)緊所形成； “氣泡”是裝填時(shí)沒(méi)有一定量的液體覆蓋而混入氣體。n通液通液 通液的目的可以是吸附（上樣）、洗滌、洗脫和再生。 流速控制是分離的關(guān)鍵步驟之一。 分離過(guò)程中分步收集流出物以獲得純物質(zhì)。2.固定床離子交換分離技術(shù)n再生再生(1)再生可采用

20、靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。靜態(tài)法是將樹(shù)脂傾入容器內(nèi)再生;動(dòng)態(tài)法是在柱上通過(guò)淋洗再生。(2)要依據(jù)樹(shù)脂失效的原因選擇再生劑，通常情況下仍為酸或堿溶液再生。(3)柱內(nèi)有氣泡和孔隙時(shí)可用水反洗（水流逆向過(guò)柱，使樹(shù)脂松動(dòng)以排除氣泡）。(4)顆粒物、有機(jī)物等吸附需采用酸溶或加有機(jī)溶劑淋洗。2.固定床離子交換分離技術(shù)n穿透曲線穿透曲線Na+的初始濃度c c0 0 Na Na Na Na溶液中Na+的濃度c c Na Na H H H H H H穿透體積當(dāng)溶液中開(kāi)始有Na+出現(xiàn)時(shí)所流過(guò)的淋洗劑體積。穿透容量對(duì)應(yīng)穿透體積的樹(shù)脂容量。工作容量對(duì)應(yīng)c/c00.5的樹(shù)脂容量。 離子交換柱的穿透曲線離子交換柱的穿透曲線 c/c

21、0 1.0 0.5 穿透體積 a b 流出體積2.固定床離子交換分離技術(shù)n分步淋洗與梯度淋洗分步淋洗與梯度淋洗等度淋洗等度淋洗在樹(shù)脂上吸附強(qiáng)度相差很大的物質(zhì)在用同一濃度的 B C淋洗劑淋洗時(shí)，要么弱吸 A附物質(zhì)之間不能分離，要么強(qiáng)吸附物質(zhì)淋洗時(shí)間太長(zhǎng)。2.固定床離子交換分離技術(shù)分步淋洗分步淋洗 分別用不同強(qiáng)度（不同濃度或不同組成）的淋洗劑從弱到強(qiáng)分次淋洗 0.5M NaNO3 2.0M NaNO3 80 160 240 320 淋洗體積，mL2.固定床離子交換分離技術(shù)梯度淋洗梯度淋洗 通過(guò)混合裝置使高濃度的A與低濃度的B按一定的比例混合后流入色層柱，A、B容器的液面始終維持抑制，靠容器的大小控

22、制A、B的比例。 梯度形式梯度形式 A B A B A BC V4.5 離子交換分離法的應(yīng)用 應(yīng)應(yīng) 用用 主主 要要 目目 的的水處理 除去水中無(wú)機(jī)陰陽(yáng)離子稀土元素分離 獲得單個(gè)高純稀土元素（排代法操作、延緩離子）含鉻廢水處理 除去Cu,Zn,Ni等陽(yáng)離子，除去并回收鉻（酸）氨基酸分離 使氨基酸與中性有機(jī)物分離糖的凈化 脫去糖中色素（多為陰離子或兩性物質(zhì)）香煙過(guò)濾嘴 脫去尼古丁、醛4.5.1 離子交換在水處理中的應(yīng)用1.水的純化2.水的軟化：脫鹽3.工業(yè)含汞廢水處理1.水的純化需要對(duì)水純化的場(chǎng)合：需要對(duì)水純化的場(chǎng)合：n鍋爐用水（水垢引起鍋爐爆炸）n半導(dǎo)體、電子制造行業(yè)用水n釀酒用水n分析化學(xué)用

23、水（離子色譜、原子光譜）n飲用水（硬水軟化）復(fù)合床離子交換法水處理流程 原水 除氣塔 去離子水 陽(yáng)離子柱 陰離子柱 混合柱2.水的軟化：脫鹽 H1Na5234 CO2 空氣空氣 出水出水 進(jìn)水進(jìn)水 圖圖2.2串聯(lián)串聯(lián)H-Na 聯(lián)合離子交換聯(lián)合離子交換1H型交換器2除氣器3水箱4水泵5Na型交換器 3.工業(yè)含汞廢水處理n處理方法：鹽酸將淤泥中的汞溶解。pH值控制在2以上，汞生成(HgCl4)2- ，用強(qiáng)堿性氯型陰離子樹(shù)脂（ Amberlite IRA-900 ）吸附。n離子交換反應(yīng)： 吸附反應(yīng)：2R-Cl +HgCl42- R2HgCl4 + 2Cl- 洗脫反應(yīng)（用鹽酸洗脫)： R2HgCl4

24、+ HCl 2R-Cl +HgCl42- 強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂Amberlite IRA-900-Cl- 工業(yè)含汞廢水處理流程含汞淤泥含汞淤泥 鹽酸鹽酸 （汞溶解）（汞溶解） （過(guò)濾）（過(guò)濾） 含汞廢水含汞廢水 解吸劑解吸劑 33%HCl (中和中和)處處理理 水水 堿堿 （鹽水中和工序）（鹽水中和工序） 4.5.2 螯合樹(shù)脂分離富集貴金屬n20世紀(jì)50年代就有人開(kāi)始用離子交換法分離富集貴金屬。通過(guò)控制溶液中Cl-濃度和酸度，將貴金屬離子轉(zhuǎn)化成絡(luò)陰離子，而賤金屬以陽(yáng)離子形式存在。貴金屬的氯絡(luò)陰離子與季銨型陰離子交換樹(shù)脂的親和力很強(qiáng)，極易吸附，但難淋洗下來(lái)，只能將樹(shù)脂灼燒灰化

25、，因此限制了它的應(yīng)用。n1967年G.Koster等首先采用螯合樹(shù)脂富集分離貴金屬。此后，選擇性好、吸附容量大的新螯合樹(shù)脂相繼問(wèn)世，在貴金屬富集分離中得到廣泛的應(yīng)用。螯合樹(shù)脂 n螯合樹(shù)脂吸附金屬離子的機(jī)理與其它離子交換樹(shù)脂有很大差異。n螯合樹(shù)脂以交聯(lián)聚合物為骨架，連接有螯合基團(tuán)，能與溶液中的貴金屬離子通過(guò)離子鍵和配位鍵形成多元環(huán)狀絡(luò)合。再選用相應(yīng)的解脫劑，將吸附在螯合樹(shù)脂上的貴金屬離子分別淋洗下來(lái)。n陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂主要是靜電的相互作用，即基于庫(kù)侖力，與金屬離子形成線狀結(jié)構(gòu)。（1）選擇吸附性好；（2）吸附容量大；（3）吸附速度快；（4）機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好?，F(xiàn)在開(kāi)發(fā)的螯合樹(shù)脂主要有苯乙烯

26、系、丙烯系、苯酚系的高分子基體與亞氨基二乙酸基、聚胺基、硫醇基、雙硫代氨基甲酸基、氨甲基磺酸基、虧基等官能基。對(duì)螯合樹(shù)脂基體特性的要求 螯合樹(shù)脂類(lèi)型 官能團(tuán)螯合樹(shù)脂的類(lèi)型 官能團(tuán) 羧酸型 COOH 磷酸型 PO(OH)2 聚胺型 CH2CH2NH-二硫代氨基甲酸型 氨基羧酸型 NC(H2COOH)2 二硫代羧酸型 CSSH 羧型 CONHOH 硫醇型 SH二酮型 -COCH2-COCH3 硫脲型 NC(NH2)S螯合樹(shù)脂按官能基團(tuán)分類(lèi)螯合樹(shù)脂與陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的選擇系數(shù)金屬離子 Na+ Mg+ Ca2+ Mn+ Cd2+ Zn2+ Pb2+ Ni2+ Cu2+ 螯合樹(shù)脂UR-10 0.8 1.0

27、 1.4 4.4 12 23 57 460 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 0.4 0.6 1.01.0 0.8 0.7 1.9 0.8 0.8OHCH2COONaCH2NCH2CONaOOHCH2NCH2COCdOCH2COO+ Cd2+ +2 Na+ 螯合樹(shù)脂的吸附機(jī)理化學(xué)反應(yīng)式螯合樹(shù)脂的吸附機(jī)理化學(xué)反應(yīng)式（立體的環(huán)狀結(jié)構(gòu)所成的螯合結(jié)合 ）2RSO3H + Cd2+RSO3Cd2+SO3R + 2H+(R為樹(shù)脂母體)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的吸附機(jī)理化學(xué)反應(yīng)式陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的吸附機(jī)理化學(xué)反應(yīng)式 （線狀結(jié)構(gòu)所成的離子結(jié)合 ）螯合樹(shù)脂的解吸與再生化學(xué)反應(yīng)式螯合樹(shù)脂的解吸螯合樹(shù)脂的再生 OHCH2NCH2COCdOCH2

28、COOOHCH2N+ 2HClCH2COHCH2COHOO+ CdCl2OHCH2NCH2COHCH2COHOO+ 2NaOHOHCH2NCH2COONaCH2CONaO+2H2ONK8310螯合樹(shù)脂分離富集地質(zhì)樣品中痕量金銀鉑鈀1.微型吸附柱：=6,L=100。2.裝柱：用水浸泡NK8310螯合樹(shù)脂。濕法裝柱,柱床高6cm。 平衡：用1.2mol/L的HCl平衡柱，調(diào)節(jié)流速12ml/min。 3.實(shí)驗(yàn)方法 富集：取含、和各30的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,在10%王水介質(zhì)中上柱富集。收集流出液，測(cè)定其中、和的殘余量，計(jì)算吸附率。 除雜質(zhì)：用1.2mol/L HCl淋洗賤金屬。 解吸：用25mL熱的5g/L硫脲、0.12mol/L HCl溶液洗脫，收集洗脫液，待測(cè)。 樹(shù)脂再生：洗脫后，用5g/L硫脲、0.12mol/LHCl、水和1.2mol/L HCl洗滌樹(shù)脂，可重復(fù)使用5次。樹(shù)脂溶脹裝 柱柱平衡用水浸泡8310螯合樹(shù)脂 濕法裝柱,柱床高6cm 1.2mol/L HCl平衡交換柱調(diào)節(jié)流速12ml/min裝柱流程圖 除雜質(zhì)解吸 樹(shù)脂再生 洗脫液 棄去收集液測(cè)定富集 1.2mol/L HCl淋洗賤金屬5g/L硫脲+0.12mol/LHCl+水1.2m