吸附与离子交换课件

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1、吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换2.2.12.2.1物理吸附物理吸附（1 1）作用力作用力：吸附剂与吸附质间的范德华力（定向力、诱：吸附剂与吸附质间的范德华力（定向力、诱导力、色散力）或氢键。如：硅胶薄层层析分离叶绿素导力、色散力）或氢键。如：硅胶薄层层析分离叶绿素（2 2）吸附力大小吸附力大小：吸附质能否被吸附及吸附量多少：吸附质能否被吸附及吸附量多少 a. a. 溶质与吸附剂极性的相似性溶质与吸附剂极性的相似性 b. b. 溶剂极性与溶质极性的相似性溶剂极性与溶质极性的相似性（3 3）特点：特点：a.a.吸附发生在吸附剂整个表面无选择性吸附发生在吸附剂整个表面无选择

2、性 b.b.吸附为可逆吸附，平衡易达到。（可通过改变吸附为可逆吸附，平衡易达到。（可通过改变T T、pHpH、盐、盐浓度等物理条件解吸。）浓度等物理条件解吸。）吸附与离子交换 2.2.2 2.2.2 化学吸附化学吸附（1 1）原理：）原理：吸附剂与吸附质间发生化学键合，产吸附剂与吸附质间发生化学键合，产生电子转移而进行的吸附。生电子转移而进行的吸附。 （2 2）特点：特点： a. Eaa. Ea高，需高温下进行；反应时放出大量的热高，需高温下进行；反应时放出大量的热 b.b.选择性很强：只对某种或几种物质有特定吸附选择性很强：只对某种或几种物质有特定吸附 c.c.单分子层吸附，吸附稳定；为不可

3、逆吸附。单分子层吸附，吸附稳定；为不可逆吸附。（若需解吸，必须加破坏化学键的有机试剂。）（若需解吸，必须加破坏化学键的有机试剂。） 吸附与离子交换吸附与离子交换3 3 影响吸附的因素影响吸附的因素（1 1）吸附剂的性质：）吸附剂的性质：影响吸附容量和吸附速率影响吸附容量和吸附速率 a.a.吸附剂表面积大，空隙度大，吸附容量大吸附剂表面积大，空隙度大，吸附容量大 b.b.吸附剂孔径大，颗粒度小，吸附速率越大吸附剂孔径大，颗粒度小，吸附速率越大（孔径适中）（孔径适中） c.c.极性：极性化合物选极性吸附剂；非极性化合物选非极性：极性化合物选极性吸附剂；非极性化合物选非极性吸附剂。极性吸附剂。（2

4、2）吸附质性质）吸附质性质a.a.溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少（相（相似相容）似相容）b.b.极性极性吸附与离子交换吸附与离子交换4 4 常用吸附剂常用吸附剂4.14.1活性炭（活性炭（非极性吸附剂）非极性吸附剂）（1 1）种类：）种类： （2 2）选择）选择 a.a.欲分离物是否易被活性炭吸附；若容易吸附，欲分离物是否易被活性炭吸附；若容易吸附，选择吸附力弱的活性炭；反之，亦然。选择吸附力弱的活性炭；反之，亦然。 b .b .一般先选颗粒状，看能否被吸附、洗脱。一般先选颗粒状，看能否被吸附、洗脱。吸附与离子交换（4 4）活性炭的预处理：

5、分别用）活性炭的预处理：分别用48 % HF48 % HF，12M HCl12M HCl洗涤，除洗涤，除去杂质。定量分离时应做空白实验。去杂质。定量分离时应做空白实验。（5 5）应用：精制有机物常用）应用：精制有机物常用活性炭脱色活性炭脱色；高纯金属微量杂；高纯金属微量杂质的分离分析。质的分离分析。吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换（1 1）过程：）过程：a.a.吸附：吸附剂吸附：吸附剂固定固定在一定容器中，含目的物的液在一定容器中，含目的物的液体从体从容器一端进入容器一端进入，经容器上部液体分布器分布

6、，经容器上部液体分布器分布，从从另一端流出另一端流出。b.b.洗脱：用不同洗脱：用不同pHpH水或缓冲液、溶剂洗脱水或缓冲液、溶剂洗脱（2 2）特点）特点a.a.流出液溶质浓度逐步升高（慢快），穿透时流出液溶质浓度逐步升高（慢快），穿透时（浓度最大）停止操作。（浓度最大）停止操作。b.b.柱效高柱效高c.c.无法处理含颗粒的料液无法处理含颗粒的料液，易堵塞，需要预处理，易堵塞，需要预处理吸附与离子交换吸附与离子交换a.a.效率高效率高b.b.适合含固体颗粒物质的分离适合含固体颗粒物质的分离c.c.兼有吸附和固液分离的作用兼有吸附和固液分离的作用（3）特点）特点吸附与离子交换吸附与离子交换1.离

7、子交换概述离子交换概述1.1定义：定义：吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换（1）由）由3位数字组成位数字组成a.第一位代表产品的分类第一位代表产品的分类 b.第二代表骨架第二代表骨架 c.第三位顺序号第三位顺序号d.大孔树脂，前加大孔树脂，前加D e.凝胶树脂要标明交联度凝胶树脂要标明交联度吸附与离子交换D101、D201、2018吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换2.2离子交换离子交换 离子交换树脂与含离子的溶液接触时，树脂上的反离子离子

8、交换树脂与含离子的溶液接触时，树脂上的反离子A+进入溶液，而溶液中的进入溶液，而溶液中的B+被树脂被树脂“吸附吸附”，即，即“化学吸附化学吸附”。（1）反应可逆，平衡可迅速达到，且平衡移动遵守质量作用定）反应可逆，平衡可迅速达到，且平衡移动遵守质量作用定律。如：律。如：B+浓度增加，平衡右移浓度增加，平衡右移（2）离子交换树脂的选择性对溶液中不同离子具有不同）离子交换树脂的选择性对溶液中不同离子具有不同结合力结合力mnnmmnnmA,BBABAK外外相相树树脂脂树树脂脂外外相相 RBARAB选择性系数选择性系数： 吸附与离子交换ssBABARABRKR-A、R-B表示结合在树脂上的表示结合在树

9、脂上的A离子和离子和B离子浓度离子浓度AS、BS表示溶液中表示溶液中A离子和离子和B离子离子ssBAABARBRK/越大B越易被交换BAK吸附与离子交换吸附与离子交换HMSORMHSOR33选择性系数值的大小选择性系数值的大小表示树脂对表示树脂对金属离子金属离子M M+ +的亲和的亲和力的大小力的大小，它与，它与树脂的类型树脂的类型、离子的性质与浓度以离子的性质与浓度以及溶液的组成及溶液的组成有关有关。 为什么金属离子为什么金属离子(Na(Na+ +、K K+ +等等) )可以吸附在可以吸附在H-H-型强型强酸型阳离子交换柱上，而后又可以用酸型阳离子交换柱上，而后又可以用HClHCl来再生强来

10、再生强酸型阳离子交换柱酸型阳离子交换柱? ?吸附与离子交换 实验表明，在常温下，当离子浓度不大时，强酸型阳实验表明，在常温下，当离子浓度不大时，强酸型阳离子交换树脂树脂亲和力大小离子交换树脂树脂亲和力大小有如下一些规律。有如下一些规律。(1)(1)金属离子的价数增大，亲和力增大。如金属离子的价数增大，亲和力增大。如 NaNa+ + Ca Ca2+2+ Al Al3+3+ Th Th4+4+(2)(2)离子价数相同时，亲和力大小随着水合离子半径的离子价数相同时，亲和力大小随着水合离子半径的减少而增大。减少而增大。如如1 1价离子：价离子：LiLi+ + H H+ + Na Na+ + NH NH

11、4 4+ + K K+ + Rb Rb+ + Cs Cs+ + Tl Tl+ + Ag Ag+ +；2 2价离子：价离子：MgMg2+2+ Zn Zn2+2+ Co Co2+2+ Cu Cu2+2+ Cd Cd2+2+ Ni Ni2+2+ CaCa2+2+ Sr Sr2+2+ Pb Pb2+2+ Ba Ba2+2+。吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换-+Overall charge on proteinNH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-acid isoelectric point alkalineexcess positive charge balanced posi

12、tive and negative charge excess negative chargepH310吸附与离子交换Ixv_2 JB 98091020Charge on protein-+pH310Anion exchangerCation exchangerControlling selectivity by pH吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换04080120160200 240 280320NaNO30.5mol/L2mol/L NaNO3Cl-Br-I-体 积 /mL图 5-3 Cl-， B

13、r-和 I-的 分 步 淋 洗浓度吸附与离子交换吸附与离子交换吸附与离子交换阳柱塔除气阴柱混合柱去 离 子 水原 水原 水纯 水返 洗酸碱排 出 液空 气混合树脂阴阳阴阳排出液悬浮混合图 6-1 复 合 床 式 离 子 交 换 处 理 水 流 程 示 意 图图 6-2 混 合 床 式 处 理 水 示 意 图 据 统 计 ， 约 80%到 90%的 离 子 交 换 树 脂 用 于 水 的净 化 处 理 ， 其 中 两 种 常 见 的 脱 盐 如 下 图 所 示 。吸附与离子交换 N Na aO OH H再再生生剂剂 H H2 2S SO O4 4再再生生剂剂柱柱1 1阴阴离离子子交交换换柱柱号号

14、2 2C Cu uS SO O4 4Z Zn nS SO O4 4N Ni iS SO O4 4C Cr rO O4 42 2- -( (H H2 2C Cr rO O4 4) )去去除除C Cr rO O4 42 2- -回回收收C Cr rO O4 42 2- -H H2 2C Cr rO O4 4回回收收N Na a2 2C Cr rO O4 4N Na a2 2S SO O4 4去去中中和和工工序序H H2 2O O废废水水废废水水含含C Cr rO O4 42 2- -C Cu u2 2+ +Z Zn n2 2+ +N Ni i2 2+ +去去除除C Cu u2 2+ +Z Zn n

15、2 2+ +N Ni i2 2+ +废废水水再再生生水水图图6 6- -4 4 废废水水中中铬铬酸酸回回收收流流程程示示意意图图号号（H H型型）柱柱（H H型型）1 1，2 2号号柱柱再再生生剂剂都都是是5 5% %的的H H2 2S SO O4 4，阴阴离离子子交交换换柱柱再再生生剂剂是是1 10 0% %的的N Na aO OH H吸附与离子交换吸附与离子交换00.250.750.50755010012515017520022525000.250.50275300325350375400425450475P H 3 . 4 1 ， 3 7 . 50CP H 4 . 2 5 ， 5 00CP H 4 . 2 5 ， 5 00CP H 4 . 2 5 ， 7 50CP H 6 . 7 2 50CP H 8 . 3 ， 2 50C00.250.50500525550575600625650675P H 8 . 3 ， 2 50CP H 9 . 2 ， 2 50CP H 1 1 . 0 ， 2 50C淋 洗 体 积 / m LAspThrSerGluProGlyAlaCys-CysValMetIleLeuTyrPheHisLysArg