离子交换分离法.ppt

1、离子交换分离法,离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子之间 发生交换反应来进行分离的方法可用来分离带不同电荷的离子可用以分离带相同电荷的离子富集微量或痕量组分制备纯物质缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决某些比较复杂的分离问题,离子交换分离法 / 离子交换树脂,离子交换剂的种类无机离子交换剂：（1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄（2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物有机离子交换剂：（1）有网状结构且骨架上有可以与被交换离子起交换作用的活性基团（2）难溶于水、酸和碱，对有机溶剂、氧化剂、还原剂和其它化学试剂具有一定的稳定性。对热也较稳定。,离子交换分离法 / 离子交换树脂,离

2、子交换分离法 / 离子交换树脂,阳离子交换树脂n R一SO3H + Mn+(R一SO3 ) nM +n H + 适用于酸性、中性和碱性溶液n R一COOH + Mn+(R一COO ) nM + nH + 弱酸性阳离子交换树脂对H+离子的亲合能力强,不适用于强酸溶液，但同时易用酸洗脱,选择性高,适用于强度不同的有机碱,离子交换分离法 / 离子交换树脂,离子交换分离法 / 离子交换树脂,阴离子交换树脂R-N(CH3 ) 3+OH +NO3- = R-N(CH3 ) 3+ NO3 + OH - RNH2+H2O= RNH3+OH- + H + RNH3+OH- +SO42- = (RNH3+ ) 2

3、SO4 + OH -,离子交换分离法 / 离子交换树脂,螯合离子交换树脂树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物，适用于分离富集金属离子或某些有机化合物树脂的特点是选择性高交换容量低制备难度大，成本高,离子交换分离法 / 离子交换树脂,离子交换分离法 / 离子交换树脂,交联度和交换容量a交联度：树脂中所含交联剂(如二乙烯苯)的质量百分率，就是树脂的交联度。树脂的交联度小，则对水的溶胀性能好，网眼大，交换反应速度快；交换的选择性差；机械强度也差。树脂的交联度一般4一14为宜。 b. 交换容量 ：交换容量是指每克干树脂所能交换的物质的量(mmol/g)，一般树脂的交换容量位36 m mo

4、l /g。它决定于树脂网状结构内所含活性基团的数目。交换容量可以用实验的方法测得。弱酸性或弱碱性交换树脂的交换容量与pH值有关,离子交换分离法 / 离子交换分离操作,（一）树脂的选择、预处理和装柱（二）交换过程（三）洗涤过程（四）洗脱过程（五）树脂再生,离子交换分离法/ 操作方法,树脂的选择、预处理和装柱1. 树脂的选择 树脂的种类、粒度（80100目）2. 树脂的预处理 晾干研磨、过筛 水浸泡溶胀（12d） 23倍2mol/L HCl浸泡（ 12d） 水洗至中性-得H+阳离子交换树脂或Cl-阴离子交换树脂 （可以继续使用NaCl或NH4Cl溶液处理）3. 装柱 L：1030cm。i.d：1c

5、m 细长的柱子比粗短的柱子分离效果好,离子交换分离法离子交换树脂柱,离子交换分离法 / 交换过程,交换过程：将欲分离的试液缓慢注入交换柱内，并以一定的流速由上向下流经柱子进行交换。始漏量：随着试液不断地流经柱子，交换了的树脂层越来越厚，继续加试液于交换柱中，则流出液中开始出现末被交换的离子此时交换过程达到了“始漏点”，被交换到柱上的离子的量(mmol)称为该交换柱在此条件下的“始漏量”。交换容量与始漏量：交换柱的总交换容量大于始漏量。（由于达到始漏点时，柱上还有未交换的树脂）。,离子交换分离法 / 交换过程,交界层：部分被交换的树脂层称为交界层,离子交换分离法 / 洗涤过程,洗涤过程： 将离子

6、交换树脂柱上的残留试液（包括未与树脂发生交换作用的物质）及被树脂交换出的离子洗去的过程。洗涤剂 1。不含试样 其它成分及酸度与试样溶液相 同的“空白”试液 洗涤剂 2。水,离子交换分离法 / 洗脱(淋洗)过程,洗脱(淋洗)过程： 将交换到树脂上的离子，用洗脱剂(或淋洗剂)置换下来的过程，是交换过程的逆过程。洗脱曲线(淋洗曲线)： 以流出液中该离子浓度为纵坐标，洗脱液体积为横坐标作图，可得到洗脱曲线。几种离子同时被交换在柱上，洗脱过程也就是分离过程： 亲和力小的离子先被洗脱而亲和力最大的离子后被洗脱。,离子交换分离法 / 洗脱(淋洗)过程,V1：开始流出被交换上离子的洗脱液体积。V2：流出的洗脱

7、液中检测不到被交换离子的洗脱液体积,阳离子交换树脂，常用 HCI 溶液作为洗脱液阴离子交换树脂，则常用 HCI 、 NaCI 或 Na0H 溶液作洗脱液,离子交换分离法 / 树脂再生,树脂再生：将树脂恢复到交换前的形式这个过程称为树脂再生。有时洗脱过程就是再生过程。阳离子交换树脂可用3mol/L盐酸处理，将其转化为H+型；阴离于交换树脂可用l mol/L氢氧化钠处理，将其转化成OH-型备用。,离子交换分离法 / 应用示例,离子交换分离法 / 应用示例,离子交换分离法 / 应用示例,离子交换分离法 / 离子交换色谱法,阳离子交换树脂的亲和力强酸型a. 不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。 例如：

8、Na+Ca2+Al3+Th（IV）b. 当离子价态相同时亲和力随着水合离子半径减小而增大。 例如；Li+H+Na+NH4+K+Rb+Cs+Ag+Tl+ c. 二价离子的亲和力顺序：UO22+Mg2+Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+ d稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小： La3+Ce3+Pr3+Nd3+Sm3+Eu3+Gd3+Tb3+Dy3+Y3+Ho3+ Er3+Tm3+ Yb3+Lu3+Sc3+弱酸型：H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强酸型。,离子交换分离法 / 离子交换色谱法,强碱型常见阴离子的亲和力顺序为： F-OH-CH3COO-HCOO-

9、 C1- NO2-CN-Br-C2O42- NO3-HSO42-I-CNS -ClO4-弱碱型常见阴离子的亲和力顺序为： F-C1-Br-I-CH3COO-Mo052-P043-AsO43-NO3-酒石酸根离子CrO42-SO42-OH-,离子交换分离法 / 离子交换色谱法,Li+，Na+，K+的分离：（1）含有Li+，Na+，K+的混合溶液通过强酸型阳离子交换树脂柱，三种离子都被树脂吸附。（2）用0.1mol/L的HCl淋洗，三种离子都被洗脱。（3）根据树脂对这三种离子亲和力的不同，淋洗曲线见下页图。（4）将洗脱下来的Li+，Na+，K+分别用容器收集后进行测定。,离子交换分离法 / 离子交换色谱法,Li+，Na+，K+离子洗脱（淋洗）曲线,由于离子间交换亲和力的差异往往较少，单独依靠交换亲和力的差异来分离离子比较困难，如果采用某种配合剂溶液作洗脱液、则结合洗脱液的配位作用可使分离作用进行得较好,离子交换分离法 / 离子交换树脂,离子交换分离法 / 离子交换树脂,氧化还原离子交换树脂这类树脂含可逆的氧化还原基团，可与溶液中离子发生电子转移反应，实现分离富集的作用在树脂上进行氧化还原反应,而不引入杂质，提高产品纯度,