第十章吸附和離子交換

第十章吸附和離子交換第一頁(yè)，共59頁(yè)。第十章

吸附和離子交換本章重點(diǎn)和難點(diǎn)掌握吸附原理、型類(lèi)、特點(diǎn)及影響因素;離子交換作用原理、型類(lèi)、特點(diǎn)、性能指標(biāo)及影響因素;了解吸附和離子交換過(guò)程機(jī)理、設(shè)備；熟悉吸附和離子交換在食品工業(yè)中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)方法。第二頁(yè)，共59頁(yè)。概述吸附和離子交換的應(yīng)用歷史(1)圣經(jīng)中摩西用枯樹(shù)枝將苦水變甜的故事。(2)明朝嘉靖年間（1522～1566年），我國(guó)制糖工人在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)黃泥吸附除去粗糖中的色素，制出質(zhì)量潔白的沙糖。(3)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。用硫酸銨或碳酸銨處理土壤時(shí)，銨離子被吸收而析出鈣；土壤也是一種無(wú)機(jī)離子交換劑；無(wú)機(jī)離子交換劑不能在酸性條件下使用。第三頁(yè)，共59頁(yè)。(4)1935年，B.A.Adams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；這是離子交換分離技術(shù)的最重要的里程碑；第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)大量合成離子交換樹(shù)脂，并用于水處理；第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,英、美、蘇、日等國(guó)也大力發(fā)展離子交換技術(shù)。第四頁(yè)，共59頁(yè)。(5)1945年，美國(guó)人G.F.dAlelio合成聚苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。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；離子交換分離成為低能耗、高效率的分離技術(shù)。第五頁(yè)，共59頁(yè)。(6)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。R.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。1956～1960年間，南開(kāi)大學(xué)何炳林院士在世界上首次制備出大孔型離子交換樹(shù)脂，為吸附樹(shù)脂的問(wèn)世奠定了基礎(chǔ)。第六頁(yè)，共59頁(yè)。2.吸附過(guò)程

吸附(Adsorption)是溶質(zhì)從液相或氣相轉(zhuǎn)移到固相的現(xiàn)象。利用吸附的原理從液相或者氣相中濃縮富集有效成分或者除去有害物質(zhì)的分離過(guò)程可統(tǒng)稱(chēng)為吸附過(guò)程。3.食品工業(yè)中吸附過(guò)程的應(yīng)用。

物理吸附和離子交換吸附。第七頁(yè)，共59頁(yè)。第一節(jié)

吸附劑及性能參數(shù)

一、吸附劑分類(lèi)

吸附劑按照其結(jié)構(gòu)可分為無(wú)機(jī)吸附劑和有機(jī)吸附劑兩大類(lèi)，有機(jī)吸附劑又分為天然有機(jī)吸附劑和合成有機(jī)吸附劑。第八頁(yè)，共59頁(yè)。二、大孔吸附樹(shù)脂物理性能及測(cè)定1.平均孔徑和孔徑分布2.比表面3.骨架密度（真密度）4.視密度5.孔容第九頁(yè)，共59頁(yè)。

三、

大孔吸附樹(shù)脂應(yīng)用中的基本原則

一般非極性吸附劑適宜于從極性溶劑（如水）中吸附非極性物質(zhì)。相反，高極性吸附劑適宜于從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。而中等極性的吸附劑則對(duì)上述兩種情況都具有吸附能力。第十頁(yè)，共59頁(yè)。第二節(jié)離子交換劑及性能參數(shù)

一、離子交換劑的基本概況

定義：凡具有離子交換能力的物質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為離子交換劑。一種多孔狀的固體，不溶于水，也不溶于電解質(zhì)溶液，但能從溶液中吸取離子而進(jìn)行離子交換。

構(gòu)成：離子交換劑是由固定的“骨架”本體成分和可交換的離子基團(tuán)構(gòu)成。第十一頁(yè)，共59頁(yè)。1.按照骨架分類(lèi)二、離子交換劑的分類(lèi)第十二頁(yè)，共59頁(yè)。2.有機(jī)合成離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)第十三頁(yè)，共59頁(yè)。1.離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)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)。功能基團(tuán)（交換基團(tuán)）

離子交換反應(yīng)位置固定離子（惰性離子）

與載體牢固結(jié)合，不能自由移動(dòng)的離子。反離子（可交換離子）三、合成類(lèi)離子交換樹(shù)脂第十四頁(yè)，共59頁(yè)。各類(lèi)型離子交換樹(shù)脂示意圖第十五頁(yè)，共59頁(yè)。聚苯乙烯型樹(shù)脂骨架結(jié)構(gòu)圖第十六頁(yè)，共59頁(yè)。2.離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)與命名（1）

按功能基團(tuán)分類(lèi)陰離子交換樹(shù)脂(Anion-exchangeresin)：含有堿性基團(tuán)(通常為季銨基)，在溶液中可離解出陰離子。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)

弱堿性陰離子交換樹(shù)脂:

含-NH2,-NHR,-NR2等功能基團(tuán)第十七頁(yè)，共59頁(yè)。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（Cation-exchangeresin）：含有酸性基團(tuán)（多為羧酸基），在溶液中可離解出陽(yáng)離子。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)弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂:

功能基為-COOH,-OH,-CH2OH2等弱酸基團(tuán)第十八頁(yè)，共59頁(yè)。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。氧化還原樹(shù)脂功能基具有氧化還原能力，如-CH2SH，對(duì)苯二酚基等。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。第十九頁(yè)，共59頁(yè)。（2）

按孔型分類(lèi)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，孔徑很小，在300nm以下。大孔型樹(shù)脂在制造過(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，在幾百納米至幾百微米。第二十頁(yè)，共59頁(yè)。（3）按反離子種類(lèi)命名如：R－SO3HH＋型強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

R－N(CH3)3OHOH-型強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂第二十一頁(yè)，共59頁(yè)。3.離子交換樹(shù)脂命名規(guī)則第二十二頁(yè)，共59頁(yè)。離子交換樹(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氧化還原性離子交換樹(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脲乙烯系第二十三頁(yè)，共59頁(yè)。4.離子交換樹(shù)脂的理化性能和測(cè)定方法顏色：苯乙烯系—黃色；其他—赤褐色、黑色。形狀：球型顆粒，要求圓球率90％以上粒度：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。密度：

濕視密度—單位視體積（樹(shù)脂本身的體積與顆粒間隙體積之和）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（僅包括樹(shù)脂本身的體積）內(nèi)濕態(tài)離子交換樹(shù)脂的質(zhì)量。第二十四頁(yè)，共59頁(yè)。交聯(lián)度樹(shù)脂中交聯(lián)劑二乙烯苯的百分含量。通常為8%～12％。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40%～60％。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。第二十五頁(yè)，共59頁(yè)。濕真密度

樹(shù)脂在水中充分膨脹后樹(shù)脂顆粒的密度。交換容量

交換容量是表征樹(shù)脂性能的重要數(shù)據(jù)，它用單位質(zhì)量干樹(shù)脂或單位體積濕樹(shù)脂所能吸附一價(jià)離子的毫摩爾數(shù)來(lái)表示。滴定曲線

離子交換樹(shù)脂也有滴定曲線，它較全面地表征樹(shù)脂功能團(tuán)的性質(zhì)。以每克干樹(shù)脂所加入的KOH或HCl的量為橫坐標(biāo)，以平衡pH值為縱坐標(biāo)，就得到滴定曲線。第二十六頁(yè)，共59頁(yè)。交換容量

交換容量是表征樹(shù)脂性能的重要數(shù)據(jù)，它用單位質(zhì)量干樹(shù)脂或單位體積濕樹(shù)脂所能吸附一價(jià)離子的毫摩爾數(shù)來(lái)表示。滴定曲線

離子交換樹(shù)脂也有滴定曲線，它較全面地表征樹(shù)脂功能團(tuán)的性質(zhì)。以每克干樹(shù)脂所加入的KOH或HCl的量為橫坐標(biāo)，以平衡pH值為縱坐標(biāo)，就得到滴定曲線。第二十七頁(yè)，共59頁(yè)。5.離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性能1.酸堿性離子交換樹(shù)脂含酸性或堿性基團(tuán)時(shí)，在水中離解。

RSO3HRSO3-

＋H+R=NHOHR=NH+

＋OH-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＋H2ORCOOH＋NaOHRNH2Cl＋H2ORNH2OH＋HCl第二十八頁(yè)，共59頁(yè)。不同類(lèi)型離子交換樹(shù)脂的有效pH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0～14

弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂4～

14

強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂0～

14弱堿性陰離子交換樹(shù)脂0～

7第二十九頁(yè)，共59頁(yè)。2.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)。全交換容量單位質(zhì)量樹(shù)脂中全部離子交換基團(tuán)的數(shù)量（mmol/g）。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，即單位體積樹(shù)脂從再生型基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)槭Щ鶊F(tuán)的量。

單位：mol/kg(干樹(shù)脂)或mmol/kg(干樹(shù)脂)；mmol/L(濕樹(shù)脂)第三十頁(yè)，共59頁(yè)。3.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?；蟽r(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-第三十一頁(yè)，共59頁(yè)。4.熱穩(wěn)定性樹(shù)脂功能基團(tuán)受熱會(huì)發(fā)生分解或脫落。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40～

60C，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。不同樹(shù)脂穩(wěn)定性次序：弱酸性>強(qiáng)酸性>弱堿性>強(qiáng)堿性第三十二頁(yè)，共59頁(yè)。第三節(jié)

吸附和離子交換原理

一、吸附平衡

溶質(zhì)在吸附劑上得吸附平衡關(guān)系是指吸附達(dá)到平衡時(shí)，吸附劑的平衡吸附質(zhì)濃度q*與液相游離溶質(zhì)濃度c之間的關(guān)系。一般q*是c和溫度的函數(shù)，即q*=f(c,T)

但是一般吸附進(jìn)行過(guò)程溫度恒定，此時(shí)q*只是c的函數(shù)，q*和c的關(guān)系曲線稱(chēng)為吸附等溫線（Adsorptionisotherm）。

當(dāng)q*與c之間呈線性函數(shù)關(guān)系時(shí)，如

q*=mc

稱(chēng)為亨利（Henry）型吸附平衡，其中的m為分配系數(shù)。第三十三頁(yè)，共59頁(yè)。

對(duì)于大多數(shù)情況，吸附平衡常呈非線性，經(jīng)常利用佛羅德里希（Freundlich）經(jīng)驗(yàn)方程和蘭格繆爾（Langmuir）經(jīng)驗(yàn)方程來(lái)描述，佛羅德里希（Freundlich）經(jīng)驗(yàn)方程描述為

q*=KAC1/n其中KA和n為常數(shù)，一般1﹤n﹤10。

蘭格繆爾（Langmuir）經(jīng)驗(yàn)方程描述為

其中qm

為飽和吸附容量，kd為吸附平衡解離常數(shù)。q*=qmc/(Kd+c)第三十四頁(yè)，共59頁(yè)。

二、離子交換平衡

離子交換樹(shù)脂與水溶液中離子或離子化合物所進(jìn)行的離子交換反應(yīng)是可逆的。假定以RU代表離子交換樹(shù)脂，其中R是離子交換樹(shù)脂上的功能基團(tuán)，U是可交換的離子，在溶液中RU可以發(fā)生電離，X是溶質(zhì)，其發(fā)生的交換反應(yīng)可表示為

陽(yáng)離子交換

陰離子交換

該反應(yīng)可以以極快的速度達(dá)到平衡，則離子交換反應(yīng)的平衡常

數(shù)為

表明離子交換的分配系數(shù)隨離子強(qiáng)度的增大而下降。也可以近一步用蘭格繆爾方程式來(lái)模擬這一過(guò)程。第三十五頁(yè)，共59頁(yè)。三、離子交換動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)離子交換過(guò)程應(yīng)包括下列五個(gè)步驟：A+離子自溶液中擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；A+離子從樹(shù)脂表面再擴(kuò)散到樹(shù)脂內(nèi)部的活性中心；A+離子與RB在活性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)；解吸離子B+自樹(shù)脂內(nèi)部的話(huà)性中心擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；B+離子再?gòu)臉?shù)脂表面擴(kuò)散到溶液中。第三十六頁(yè)，共59頁(yè)。

根據(jù)木桶理論，多步驟過(guò)程的總速度決定于最慢的一個(gè)步驟的速度(稱(chēng)為控制步驟)?？蓪㈦x子交換過(guò)程簡(jiǎn)化為因此實(shí)際上只有三個(gè)步驟：外部擴(kuò)散(經(jīng)過(guò)液膜的擴(kuò)散)，內(nèi)部擴(kuò)散(在顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散)和化學(xué)交換反應(yīng)。除極個(gè)別的場(chǎng)合外，化學(xué)反應(yīng)不是控制步驟，而擴(kuò)散是控制步驟。至于究竟內(nèi)部擴(kuò)散還是外部擴(kuò)散是控制步驟，要隨操作條件而變。第三十七頁(yè)，共59頁(yè)。四、影響交換速度的因素①顆粒大小

顆粒減小無(wú)論對(duì)內(nèi)部擴(kuò)散控制或外部擴(kuò)散控制的場(chǎng)合，都有利于交換速度的提高。②交聯(lián)度

交聯(lián)度越低樹(shù)脂越易膨脹，在樹(shù)脂內(nèi)部擴(kuò)散就較容易。所以當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散控制時(shí)，降低樹(shù)脂交聯(lián)度，能提高交換速度。③溫度

溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)增大，因而交換速度也增加。④

離子的化合價(jià)

離子的化合價(jià)越高，與樹(shù)脂骨架(和擴(kuò)散離子的電荷相反)間存在庫(kù)侖引力越大，因此擴(kuò)散速度就越小。原子價(jià)增加1價(jià)，內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)的值就要減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。⑤

離子的大小

小離子比大離子在樹(shù)脂中的擴(kuò)散速度快。第三十八頁(yè)，共59頁(yè)。⑥攪拌速度

當(dāng)液膜控制時(shí)，增加攪拌速度會(huì)使交換速度增加，但增大到一定程度后再繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速，影響就比較小。⑦溶液濃度

當(dāng)溶液濃度為0.001mol/L時(shí)，一般為外擴(kuò)散控制。當(dāng)濃度增加時(shí)，交換速度也按比例增加。當(dāng)濃度達(dá)到0.01mol/L左右時(shí)，濃度再增加，交換速度就增加得較慢。此時(shí)內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散同時(shí)起作用。當(dāng)濃度再繼續(xù)增加，交換速度達(dá)到極限值后就不再增大。此時(shí)已轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)擴(kuò)散控制。第三十九頁(yè)，共59頁(yè)。

五、離子交換過(guò)程的選擇性1.離子的水化半徑

離子在水溶液中的大小應(yīng)用水化半徑來(lái)表征，因此水化半徑較小的離子越易吸附。依著水化半徑的次序，可將各種離子對(duì)樹(shù)脂的親和力大小排成下列次序。

對(duì)于一價(jià)陽(yáng)離子Li+<Na+≈NH4+<Rb+<Cs+<Ag+<Ti+

對(duì)于二價(jià)陽(yáng)離子Mg2+≈Zn2+<Cu2+≈Ni2+<Co2+<Ca2+<Sr2+<Pb2+<Ba2+

對(duì)于一價(jià)陰離子F-<HCO3-<Cl-<HSO3-<Br-<NO3-<I-<ClO4-第四十頁(yè)，共59頁(yè)。H+和OH-對(duì)樹(shù)脂的親和力，和樹(shù)脂的性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于強(qiáng)酸性樹(shù)脂，H+和樹(shù)脂的結(jié)合力很弱，其地位和Li+相當(dāng)。反之，對(duì)弱酸性樹(shù)脂，H+具有最強(qiáng)的置換能力。

同樣OH–

和樹(shù)脂的結(jié)合力決定于樹(shù)脂堿性的強(qiáng)弱。對(duì)于強(qiáng)堿性樹(shù)脂，OH-和樹(shù)脂的結(jié)合力很弱，一價(jià)負(fù)離子和強(qiáng)堿樹(shù)脂的結(jié)合能力如下排列：OH-

≈F-<HCO3-<Cl-<HSO3-<Br-<NO3-<I-<ClO4-

對(duì)弱堿性樹(shù)脂，OH-具有最強(qiáng)的置換能力。一價(jià)負(fù)離子和弱堿樹(shù)脂的結(jié)合能力如下排列：F-<HCO3-<Cl-<HSO3-<Br-<NO3-<I-<ClO4-

≈OH-

第四十一頁(yè)，共59頁(yè)。2.離子的化合價(jià)

在低濃度(水溶液)和普通溫度時(shí)，離子的化合價(jià)越高，就越易被吸附。3.溶液的酸堿度

溶液的pH值對(duì)各種樹(shù)脂的影響是不同的。對(duì)于弱酸性樹(shù)脂，在酸性和中性下，它的電離度很小，氫離子不易游離出來(lái)，因此交換容量很低，只有在堿性的情況下，才能起交換作用。而對(duì)強(qiáng)酸性樹(shù)脂，一般在所有的pH范圍內(nèi)能起交換作用。同樣對(duì)于弱堿性樹(shù)脂，只能在酸性的情況下才能起作用，而對(duì)強(qiáng)堿性樹(shù)脂，則pH范圍沒(méi)有限制。第四十二頁(yè)，共59頁(yè)。4.交聯(lián)度、膨脹度和分子篩

交聯(lián)度對(duì)于無(wú)機(jī)離子和有機(jī)大分子吸附選擇性的影響是不相同的。一般交聯(lián)度大，膨脹度小的樹(shù)脂選擇性比較好。5.有機(jī)溶劑的影響

當(dāng)有機(jī)溶劑存在時(shí)，常常會(huì)使對(duì)有機(jī)離子的選擇性降低，而容易吸附無(wú)機(jī)離子。第四十三頁(yè)，共59頁(yè)。六、離子交換樹(shù)脂的主要用途除去離子性雜質(zhì)分離、提純藥品（醫(yī)藥），回收各種金屬（冶金）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。以分析為目的的分離與富集治療疾?。ㄎ笣?、腎臟病），消除腐敗食物毒素。第四十四頁(yè)，共59頁(yè)。

第四節(jié)

吸附和離子交換設(shè)備

吸附和離子交換過(guò)程設(shè)備常有攪拌釜式、流化床、固定床和移動(dòng)床等形式。其操作方法有間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。1.攪拌釜

將物料放入釜內(nèi)，通氣攪拌或者直接攪拌，使物料與樹(shù)脂均勻混合進(jìn)行交換反應(yīng)直至達(dá)到吸附平衡。排去平衡后的物料，通入洗脫液，通氣攪拌或者直接攪拌，進(jìn)行脫附反應(yīng)直至達(dá)到平衡。收集排出的脫附溶液并加入清水洗去樹(shù)脂中殘留的脫附溶液后續(xù)處理，攪拌釜中樹(shù)脂直接進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)操作或者再生后進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)操作。第四十五頁(yè)，共59頁(yè)。2.固定床

固定床是廣泛應(yīng)用的一類(lèi)離子交換設(shè)備，

可進(jìn)行間歇式、半連續(xù)和連續(xù)操作。第四十六頁(yè)，共59頁(yè)。3.移動(dòng)床

連續(xù)離子交換技術(shù)工藝流程第四十七頁(yè)，共59頁(yè)。

第五節(jié)

吸附和離子交換提取應(yīng)用

吸附和離子交換法具有分離速度快、容量大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、藥品的生產(chǎn)和分析中。1.脫色除雜蔗糖工業(yè)，果汁脫苦，食品工業(yè)除重金屬等。2.食品成分的分離提純氨基酸工業(yè)，淀粉糖和有機(jī)酸工業(yè)，天然產(chǎn)物等。3.生物大分子物質(zhì)提取、分離和純化酶制劑，活性多糖和蛋白質(zhì)等。4.水處理鍋爐水處理和廢水處理等。第四十八頁(yè)，共59頁(yè)。

第六節(jié)

吸附和離子交換新技術(shù)1.新型材料的開(kāi)發(fā)

如新型離子交換纖維的研制成功和廣泛應(yīng)用將對(duì)離子交換技術(shù)產(chǎn)生重要影響。2.新型設(shè)備的研制

若采用連續(xù)式移動(dòng)床，雖然可提高樹(shù)脂利用率，降低樹(shù)脂的投資，減少再生劑的消耗量．實(shí)現(xiàn)高效率的全連續(xù)化操作3.與其他方法結(jié)合使用

吸附分離技術(shù)與膜技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用．（如電滲析技術(shù)其實(shí)就是結(jié)合離子交換技術(shù)和膜技術(shù)的一個(gè)典型例子）。第四十九頁(yè)，共59頁(yè)。1.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)樣品離子所帶電荷選擇陰或陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；(2)吸附強(qiáng)的離子選用弱酸性或弱堿性樹(shù)脂，避免過(guò)強(qiáng)吸附；(3)吸附性弱的離子選用強(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。

第七節(jié)

離子交換分離實(shí)驗(yàn)技術(shù)第五十頁(yè)，共59頁(yè)。

2.樹(shù)脂的預(yù)處理目的：去除樹(shù)脂在制備過(guò)程中所帶來(lái)的雜質(zhì)（殘留的低聚物和致孔劑、雜質(zhì)離子等），并將樹(shù)脂轉(zhuǎn)化成所需要的離子型式。方法：（以陽(yáng)樹(shù)脂為例）（1）用自來(lái)水反復(fù)清洗至浸洗水無(wú)色且泡沫很少。（2）用一定量1NHCl（強(qiáng)酸2～3BV、弱酸3～5BV)緩慢流過(guò)樹(shù)脂，流速1.5BV/h。（3）用自來(lái)水沖洗至pH約為4。（4）用一定量1NNaOH流過(guò)樹(shù)脂，用量、流速同B。（5）用自來(lái)水沖洗至pH約為10。（6）用3