第一節(jié)、第二節(jié)

第二章

離子交換分離法1第一節(jié)概述利用離子交換劑與溶液中的離子發(fā)生交換作用而使離子分離的方法，稱為離子交換分離法。離子交換分離是分析化學(xué)中重要的分離方法之一。它主要用于大量干擾元素的除去，微量元素的分離與富集，制取去離子水及提純化學(xué)試劑等方面。2

20世紀(jì)初期,工業(yè)上就開(kāi)始用天然的無(wú)機(jī)離子交換劑泡沸石來(lái)軟化硬水。其化學(xué)成分為硅鋁酸鹽(Na2A12Si4O12·nH2O)，當(dāng)與水接觸時(shí)，其中的Na+便與水中的Ca2+、Mg2+發(fā)生交換作用：Na2Z+Ca2+＝CaZ+2Na+從而使水軟化。但這類無(wú)機(jī)離子交換劑的交換能力低，化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度差，應(yīng)用受到很大限制。近年來(lái)合成了有機(jī)離子交換劑——離子交換樹(shù)脂，基本上克服了無(wú)機(jī)離子交換劑的缺點(diǎn)。因此離子交換分離法在生產(chǎn)和科研各方面得到了廣泛的應(yīng)用。3第二節(jié)離子交換劑的合成和分類離子交換劑無(wú)機(jī)離子交換劑：海綠砂、泡沸石、磷酸鋯、磷酸銨等有機(jī)離子交換劑碳質(zhì)離子交換劑：磺化煤離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性弱堿性4

離子交換樹(shù)脂是具有高分子量的一種有機(jī)聚合物。其主要特征是具有三度空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架上，均勻地分布著許多可以電離和被交換的離子基團(tuán)，如磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)，這些離子交換樹(shù)脂可以看成是一種高分子的電解質(zhì)。5

離子交換樹(shù)脂是具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的有機(jī)高分子聚合物。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架部分一段很穩(wěn)定，不溶于酸、堿和一般溶劑。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架上有許多可被交換的活性基團(tuán)。根據(jù)活性基團(tuán)的不同、離子交換樹(shù)脂可分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂兩大類。6

如聚苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，屬?gòu)?qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，它是淡黃色球狀顆粒，上有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)狀的骨架之間具有一定大小的孔隙，可以允許游離的離子自由來(lái)往，可電離的磺酸基均勻地分布在網(wǎng)狀骨架上。如將樹(shù)脂顆粒浸泡在水中，這些功能團(tuán)即開(kāi)始電離，產(chǎn)生游離的氫離子，在樹(shù)脂內(nèi)形成一種類似的高分子電解質(zhì)“溶液”。這時(shí)，如果外來(lái)離子擴(kuò)散入樹(shù)脂相，置換了氫離子，就發(fā)生了離子交換反應(yīng)。7一、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

能交換陽(yáng)離子的樹(shù)脂稱為~。它所具有的活潑基團(tuán)中，都有一個(gè)不能交換的陰離子和一個(gè)可被交換的陽(yáng)離子?？梢园殃?yáng)離子交換樹(shù)脂看成是一個(gè)酸，其酸性強(qiáng)弱決定于活潑基團(tuán)的酸性強(qiáng)弱，順序如下：8陽(yáng)離子交換樹(shù)脂具有酸性基團(tuán)，如應(yīng)用最廣泛的強(qiáng)酸性磺酸型聚苯乙烯樹(shù)脂，它是以苯乙烯和二乙烯苯聚合，經(jīng)濃硫酸磺化而制得的聚合物。這種樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，具有耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑和還原劑的性質(zhì)，因此應(yīng)用非常廣泛。9

各種陽(yáng)離子交換樹(shù)脂含有不同的活性基因、常見(jiàn)的有磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)和酚基(-OH)等。根據(jù)活性基團(tuán)離解出H+能力的大小不同，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分為強(qiáng)酸性和弱酸性兩種。例如含-SO3的為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，常用R-SO3H表示(R表示樹(shù)脂的骨架)，合-COOH和-OH的弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，分別用R-COOH和R-OH表示。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂應(yīng)用較廣泛，弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的H+不易電離，所以在酸性溶液中不能應(yīng)用，但它的選擇性較高而且易于洗脫。10分為三類：1強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂2弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂3混合型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂11二、陰離子交換樹(shù)脂

陰離子交換樹(shù)脂與陽(yáng)離子交換樹(shù)脂具有同樣的有機(jī)骨架，只是所聯(lián)的活性基團(tuán)為堿性基團(tuán)。如含季胺(-N(CH3)3)的樹(shù)脂的H+不易電離，稱為強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，含伯胺基(-NH2)、仲胺基(-NHCH3)和叔胺基(-N(CH3)2)的樹(shù)脂為弱堿性陰離子交換樹(shù)脂。這些樹(shù)脂水化后分別形成R-NH3OH、R-NH2CH3OH、R-NH(CH3)2OH和R-N(CH3)3OH等氫氧型陰離子交換樹(shù)脂，所聯(lián)的OH-可被陰離子交換和洗脫。分