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1、12第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述318051805年英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中年英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中CaCa2+2+和和NHNH4 4+ +的交的交換現(xiàn)象；換現(xiàn)象；18761876年年Lemberg Lemberg 揭示了離子交換的可逆性和化揭示了離子交換的可逆性和化學(xué)計量關(guān)系；學(xué)計量關(guān)系；19351935年人工合成了離子交換樹脂；年人工合成了離子交換樹脂；19401940年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；19511951年我國開始合成樹脂。年我國開始合成樹脂。4 離子交換劑離子交換劑：具有離子交換能力的所有物質(zhì)，通具有離子交換能力的所有物質(zhì)，通常指固體離子交換劑常指固體離子交換劑，固體離子交換劑
2、又稱為吸固體離子交換劑又稱為吸著離子交換劑。著離子交換劑。 無機離子交換劑無機離子交換劑： 由天然的由天然的(粘土、沸石類礦物粘土、沸石類礦物)和合成的和合成的(合成沸石、分子篩、水合金屬氧化物、合成沸石、分子篩、水合金屬氧化物、多價金屬酸性鹽類、雜多酸鹽等多價金屬酸性鹽類、雜多酸鹽等)化化合合物構(gòu)成。物構(gòu)成。 有機離子交換劑有機離子交換劑：人工合成的帶有離子交換功能人工合成的帶有離子交換功能團的高分子聚合物。其中應(yīng)用最為廣泛的是離子團的高分子聚合物。其中應(yīng)用最為廣泛的是離子交換樹脂。交換樹脂。5一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)性能和作用一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)性能和作用 固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)固體球形
3、顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機高分子聚電解質(zhì)。性的有機高分子聚電解質(zhì)。1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (一) 組成 離子交離子交換樹脂換樹脂母體母體(骨架骨架)活性基團活性基團固固 定定 離離 子子可交換離子可交換離子苯乙烯苯乙烯( (單體單體) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交聯(lián)劑交聯(lián)劑) )母體母體共聚共聚H2SO4功功能能基基反反應(yīng)應(yīng)R SO3 H固定離子固定離子 可交換離子可交換離子母體母體6 7 (二) 樹脂分類按選擇性按結(jié)構(gòu)離子交離子交換樹脂換樹脂凝膠型凝膠型等孔型等孔型孔大、均勻，抗有機污染能力強。孔大、均勻，抗有機污染能力強。孔徑為孔徑為20-1
4、00nm，溶脹度小，交換速度高，抗，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強。污染能力強?？讖娇讖?nm，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型大孔型離子交離子交換樹脂換樹脂陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂 RNH3OH強堿性陰離子交換樹脂強堿性陰離子交換樹脂 R NOH弱酸性陽離子交換樹脂弱酸性陽離子交換樹脂 RCOOH強酸性陽離子交換樹脂強酸性陽離子交換樹脂 RSO3H8CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH SO3- H+ SO3- H+SO3- H+CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHSO3-
5、 H+ CH2CHCH2 SO3- H+苯乙烯系強酸性陽離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)苯乙烯系強酸性陽離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)9HC=CH2 HC=CH2m+ nHC=CH2據(jù)交換基團酸性的強弱，分為強酸性，弱酸性。據(jù)交換基團酸性的強弱，分為強酸性，弱酸性。 OHRCOOHRHPORHSOCHRHSORHSOR233233OH強酸性強酸性中等酸性中等酸性弱酸性弱酸性v 淡黃色球狀顆粒；淡黃色球狀顆粒；v 化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性好；化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨性好；v 在酸性、堿性和中性介質(zhì)中在酸性、堿性和中性介質(zhì)中都可使用；都可使用；v 交換反應(yīng)速度快；交換反應(yīng)速度快；v 無機、有機陰離子均可交換。無機、有機陰離子均可交換
6、。10強酸性苯乙烯型陽離子交換樹脂強酸性苯乙烯型陽離子交換樹脂1112大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹脂大孔弱堿性苯乙烯型陰離子交換樹脂 13離子交換劑的交換反應(yīng)離子交換劑的交換反應(yīng)陽離子交換反應(yīng)：陽離子交換反應(yīng)：Resin-SO3H + Na+ = Resin-SO3 Na + H+ Resin-SO3Na + H+ = Resin-SO3 H + Na+陰離子交換反應(yīng)：陰離子交換反應(yīng)：Resin-N(CH3)+ 3OH+ Cl = N(CH3) +3 Cl + OHResin-N(CH3) +3 Cl + OH = N(CH3) +3 OH + Cl 陽離子交換劑只與陽離子交換，陰離子交換劑
7、只與陽離子交換劑只與陽離子交換，陰離子交換劑只與陰離子交換。陰離子交換。14特殊作用的離子交特殊作用的離子交 換劑換劑 螯合樹脂螯合樹脂：含有：含有特殊的活性基團特殊的活性基團，可以有選，可以有選擇性地與某些金屬離子進行交換。如：國產(chǎn)擇性地與某些金屬離子進行交換。如：國產(chǎn) #401型是屬于氨羧基型是屬于氨羧基N（CH2COOH）215 萃淋樹脂萃淋樹脂一種含有液態(tài)萃取劑的一種含有液態(tài)萃取劑的樹脂，如樹脂，如TBP（磷酸三丁酯）萃淋樹脂，（磷酸三丁酯）萃淋樹脂，可用于處理工業(yè)廢水中的六價鉻離子等?？捎糜谔幚砉I(yè)廢水中的六價鉻離子等。162、樹脂的性質(zhì)、樹脂的性質(zhì)（1）外型）外型顏色：白、黃、黑和
8、褐。顏色：白、黃、黑和褐。形狀：大多為球形。形狀：大多為球形。大小：通常用樹脂在水中膨脹后通過篩的大?。和ǔＳ脴渲谒信蛎浐笸ㄟ^篩的 大小表示。大小表示。1718 (2) 密度密度u 干真密度：干燥狀態(tài)下，樹脂材料本身具有的密度。干真密度：干燥狀態(tài)下，樹脂材料本身具有的密度。u 濕真密度：在水中充分溶脹后濕樹脂本身的密度。濕真密度：在水中充分溶脹后濕樹脂本身的密度。u 表觀密度：樹脂在水中充分溶脹后的堆積密度（視密表觀密度：樹脂在水中充分溶脹后的堆積密度（視密度）。度）。u單位均為單位均為mg/L。 (3) 交聯(lián)度交聯(lián)度 交聯(lián)度為樹脂合成時交聯(lián)劑的用量，一般為交聯(lián)度為樹脂合成時交聯(lián)劑的用量，
9、一般為7%10%。u 交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對半徑較大的交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對半徑較大的離子和水合離子擴散速度越低，交換量越小。離子和水合離子擴散速度越低，交換量越小。u 在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。19 (4) 溶脹性溶脹性 吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：u溶脹的原因溶脹的原因 水擴散到樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹；水擴散到樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹； 活性基團離解形成水合離子?；钚曰鶊F離解形成水合離子。u 影響因素影響因素 樹脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低。樹脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低
10、。 活性基團：離解程度越大，溶脹率越大；活性基團：離解程度越大，溶脹率越大； 可交換離子：水合半徑越大，溶脹率越高?？山粨Q離子：水合半徑越大，溶脹率越高。%100前前后溶脹率VVV20 (5) 交換容量交換容量 單位體積濕樹脂單位體積濕樹脂(容量表示法容量表示法)或單位重量干樹脂或單位重量干樹脂(重量表示重量表示法法)可發(fā)生交換的活性基團數(shù)量。可發(fā)生交換的活性基團數(shù)量。 容量表示法容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW 濕比重濕比重(1-含水率含水率) 全交換容量：全交換容量： 單位體積或重量樹脂中含可交換基
11、團的總數(shù)。單位體積或重量樹脂中含可交換基團的總數(shù)。工作交換容量：工作交換容量： 在動態(tài)工作條件下，當出水水質(zhì)達到交換終點時，樹脂層在動態(tài)工作條件下，當出水水質(zhì)達到交換終點時，樹脂層達到的平均交換容量。達到的平均交換容量。2122 唐南理論把離子交換樹脂看作是一種具有彈唐南理論把離子交換樹脂看作是一種具有彈性的凝膠，它能吸收水分而溶脹。溶脹后的離子性的凝膠，它能吸收水分而溶脹。溶脹后的離子交換樹脂的顆粒內(nèi)部可以看作是一滴濃的電解質(zhì)交換樹脂的顆粒內(nèi)部可以看作是一滴濃的電解質(zhì)溶液。樹脂顆粒和外部溶液之間的界面可以看作溶液。樹脂顆粒和外部溶液之間的界面可以看作是一種半透膜，膜的一邊是樹脂相，另一邊為外
12、是一種半透膜，膜的一邊是樹脂相，另一邊為外部溶液。樹脂內(nèi)的活潑基團上電離出來的離子和部溶液。樹脂內(nèi)的活潑基團上電離出來的離子和外部溶液中的離子一樣，可以通過半透膜往來擴外部溶液中的離子一樣，可以通過半透膜往來擴散；樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架上的固定離子散；樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架上的固定離子, ,以以 表示，表示，是不能擴散的。是不能擴散的。一、唐南理論一、唐南理論R23樹脂彈性理論模型樹脂彈性理論模型 根據(jù)根據(jù)唐南原則唐南原則，陽，陽離子可以進入陽離子交離子可以進入陽離子交換樹脂中進行交換換樹脂中進行交換, ,陰陰離子則不能；陰離子交離子則不能；陰離子交換樹脂也只能交換陰離換樹脂也只能交換陰離子子, ,而不能
13、交換陽離子。而不能交換陽離子。24二、離子交換的親和力二、離子交換的親和力1、親和力親和力： 離子在離子交換樹脂上的交換能力稱為離子交換樹脂離子在離子交換樹脂上的交換能力稱為離子交換樹脂對離子的對離子的親和力親和力。 是是離子交換分離某些元素的主要依據(jù)離子交換分離某些元素的主要依據(jù)。 2、影響親和力大小的因素：、影響親和力大小的因素：v 離子的體積越大，電荷越低，靜電引力越小，親和力離子的體積越大，電荷越低，靜電引力越小，親和力越小。越小。v 決定于水合離子的大小和電荷數(shù)的多少。同價的離子，決定于水合離子的大小和電荷數(shù)的多少。同價的離子，其水合離子半徑大，親和力小，反之則大。其水合離子半徑大，
14、親和力小，反之則大。 253、離子交換樹脂對離子的親和力規(guī)律：、離子交換樹脂對離子的親和力規(guī)律：強酸性陽離子交換樹脂對不同價的離子，電荷強酸性陽離子交換樹脂對不同價的離子，電荷越高，親和力越大。越高，親和力越大。 Fe3+ Mg2+ Na+ 同電荷數(shù)離子水合離子半徑小的親和能力強同電荷數(shù)離子水合離子半徑小的親和能力強Ca2+ Mg2+ Be2+ K+ Na+ Li+ 弱酸性陽離子交換樹脂：弱酸性陽離子交換樹脂：H+的親和力比其他陽的親和力比其他陽離子大，而其他陽離子的親和力順序與強酸性離子大，而其他陽離子的親和力順序與強酸性陽離子交換樹脂相似。陽離子交換樹脂相似。26強堿性陰離子交換樹脂親和力
15、的順序為：強堿性陰離子交換樹脂親和力的順序為：F-OH-CH3COO-HCOO-Cl-NO2-CN-Br-CrO42-NO3-HSO4-I-CrO4-SO42-檸檬酸根檸檬酸根弱堿性陰離子交換樹脂親和力的順序為：弱堿性陰離子交換樹脂親和力的順序為：F-Cl-Br- I-=CH3COO-MoO42-PO43-AsO43-NO3-酒石酸根檸檬酸根酒石酸根檸檬酸根CrO42-SO42-OH-27三、離子交換平衡三、離子交換平衡1 1、離子交換反應(yīng)、離子交換反應(yīng) 例如，氫型陽離子交換樹脂與溶液中一價陽例如，氫型陽離子交換樹脂與溶液中一價陽離子發(fā)生交換反應(yīng)，即：離子發(fā)生交換反應(yīng)，即： R-H + M+
16、= R-M + H+ 如果在交換柱上交換，隨著溶液下移，這種如果在交換柱上交換，隨著溶液下移，這種交換不斷進行，直到溶液中的陽離子全部交換完交換不斷進行，直到溶液中的陽離子全部交換完畢為止。此時再向交換柱的頂端注入合適的洗提畢為止。此時再向交換柱的頂端注入合適的洗提液時，則洗提液將樹脂上己吸附的陽離子再交換液時，則洗提液將樹脂上己吸附的陽離子再交換到溶液中。到溶液中。282 2、選擇系數(shù)、選擇系數(shù) 某氫型陽離子交換樹脂，某氫型陽離子交換樹脂，與溶液中陽離子發(fā)與溶液中陽離子發(fā)生交換反應(yīng)，即：生交換反應(yīng)，即：nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+交換達到平衡：交換達到平衡：nrsnsrMn
17、HHMHMKMr、Hr 平衡時，平衡時，Mn+、H+在樹脂相中濃度在樹脂相中濃度 （mmol/g)Ms、Hs 平衡時，平衡時，Mn+、H+在水溶液中濃度在水溶液中濃度 （mmol/mL)29 在一定條件下，平衡常數(shù)在一定條件下，平衡常數(shù)K值的大小表示樹值的大小表示樹脂對脂對Mn+的吸附能力的強弱，即樹脂對離子親和的吸附能力的強弱，即樹脂對離子親和力的大小。力的大小。 1MnHK1MnHK1MnHK : : 表示樹脂對表示樹脂對Mn+的親和力大于樹脂對的親和力大于樹脂對H H+ +的親和力；即的親和力；即Mn+比較牢固的結(jié)合在樹脂上。比較牢固的結(jié)合在樹脂上。 : : 表示樹脂對表示樹脂對Mn+的
18、親和力小于樹脂對的親和力小于樹脂對H H+ +的親和力；即的親和力；即H+比較牢固的結(jié)合在樹脂上。比較牢固的結(jié)合在樹脂上。: :樹脂對樹脂對Mn+和和H H+ +的親和力相同。的親和力相同。30 若溶液中各種離子的濃度相同，則親和力大的若溶液中各種離子的濃度相同，則親和力大的離子先被交換上去，親和力小的后被交換上去。若離子先被交換上去，親和力小的后被交換上去。若選用適宜的洗提液洗脫時，則后被交換上去的離子選用適宜的洗提液洗脫時，則后被交換上去的離子先洗脫下來，從而使各種離子彼此分離。先洗脫下來，從而使各種離子彼此分離。MnHK金屬離子金屬離子Mn+對離子交換樹脂的對離子交換樹脂的選擇系數(shù)。選擇
19、系數(shù)。表示同一種離子交換樹脂對不同離子的吸表示同一種離子交換樹脂對不同離子的吸附選擇性，不同類型樹脂的附選擇性，不同類型樹脂的K值不同。值不同。也可用來表示兩種離子對樹脂親和力的差別。也可用來表示兩種離子對樹脂親和力的差別。31（1）水合離子半徑水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；：半徑越小，親和力越大；（2）離子化合價離子化合價：高價離子易于被吸附；：高價離子易于被吸附；（3）溶液溶液pH：影響交換基團和交換離子的解離程度，但：影響交換基團和交換離子的解離程度，但 不影響交換容量；不影響交換容量；（4）離子強度離子強度：越低越好；：越低越好；（5）有機溶劑有機溶劑：不利于吸附；：不利于吸附；
20、（6）交聯(lián)度、膨脹度、分子篩交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少；分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少； （7）樹脂與粒子間的輔助力樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和：除靜電力以外，還有氫鍵和 范德華力等輔助力；范德華力等輔助力； 影響離子交換選擇性的因素影響離子交換選擇性的因素323、分配系數(shù)、分配系數(shù)srMMMD 某離子某離子Mn+和樹脂進行交換反應(yīng)達到平衡后，和樹脂進行交換反應(yīng)達到平衡后，Mn+離子在樹脂相濃度和液相中濃度之比值。離子在樹脂相濃度和液相中濃度之比值。Mr 平衡時，樹脂相中平衡時，
21、樹脂相中Mn+的濃度的濃度 （mmol/g)Ms 平衡時，水溶液中平衡時，水溶液中Mn+的總濃度的總濃度 （mmol/mL) 334、分離因數(shù)、分離因數(shù) 離子交換樹脂對兩種離子的分離能力常以兩種離子交換樹脂對兩種離子的分離能力常以兩種離子的分配系數(shù)離子的分配系數(shù)DA、DB之比、即分離因子表示：之比、即分離因子表示：ABrssrBABAKBABADDS/ SA/B 1，表示樹脂對兩種離子的吸附能力相同，表示樹脂對兩種離子的吸附能力相同，兩者難以分離；兩者難以分離；SA/B偏離偏離1，則表示樹脂對兩種離子的，則表示樹脂對兩種離子的吸附能力有差別；偏離越大，則兩者越易分離。在離吸附能力有差別；偏離越
22、大，則兩者越易分離。在離子交換分離體系中，可用子交換分離體系中，可用SA/B衡量兩元素分離的可能衡量兩元素分離的可能性。性。34 四、離子交換動力學(xué)四、離子交換動力學(xué)一個離子交換過程一般用一個反應(yīng)式表示，如一個離子交換過程一般用一個反應(yīng)式表示，如 RH+Na+ RNa+H+但實際上包括五個步驟：但實際上包括五個步驟：1 溶液中的溶液中的Na+擴散到達樹脂顆粒表面。此過程又叫膜擴散擴散到達樹脂顆粒表面。此過程又叫膜擴散或外擴散；或外擴散；2 Na+擴散透過樹脂表面的半透膜進入樹脂顆粒內(nèi)部的網(wǎng)狀擴散透過樹脂表面的半透膜進入樹脂顆粒內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，這一過程稱顆粒擴散或內(nèi)擴散；結(jié)構(gòu)中，這一過程稱顆粒
23、擴散或內(nèi)擴散；3 Na+和和H+之間發(fā)生的交換反應(yīng)；之間發(fā)生的交換反應(yīng)；4 被交換下來的被交換下來的H+擴散通過樹脂內(nèi)部及其表面的半透摸即擴散通過樹脂內(nèi)部及其表面的半透摸即經(jīng)內(nèi)擴散離開樹脂相；經(jīng)內(nèi)擴散離開樹脂相；5 離開樹脂相后的離開樹脂相后的H+必須擴散經(jīng)過樹脂表面一薄層靜止不必須擴散經(jīng)過樹脂表面一薄層靜止不動的溶液薄膜，即經(jīng)外擴散后進入溶液主體。動的溶液薄膜，即經(jīng)外擴散后進入溶液主體。3536 由于外部溶液和樹脂內(nèi)部都必須保持電中性，由于外部溶液和樹脂內(nèi)部都必須保持電中性，因此進入樹脂與離開樹脂的速度必定相等，所以這因此進入樹脂與離開樹脂的速度必定相等，所以這五個步驟實質(zhì)上可以看作是三個步
24、驟，即膜擴散五個步驟實質(zhì)上可以看作是三個步驟，即膜擴散顆粒擴散和交換反應(yīng)。顆粒擴散和交換反應(yīng)。 這三個步驟中，交換反應(yīng)進行是較快的，而膜這三個步驟中，交換反應(yīng)進行是較快的，而膜擴散和顆粒擴散進行較慢，故整個交換過程的速度擴散和顆粒擴散進行較慢，故整個交換過程的速度就由就由膜擴散膜擴散和和顆粒擴散顆粒擴散的速度所決定。的速度所決定。37影響離子交換速率的因素影響離子交換速率的因素：1.溶液濃度：重要因素，交換速率隨濃度增加而溶液濃度：重要因素，交換速率隨濃度增加而增加，最后達到一個極限值。增加，最后達到一個極限值。2.樹脂顆粒大?。簶渲w粒越小，交換速率越大。樹脂顆粒大小：樹脂顆粒越小，交換速率
25、越大。3.樹脂相內(nèi)擴散系數(shù)樹脂相內(nèi)擴散系數(shù)4.樹脂相外擴散系數(shù)樹脂相外擴散系數(shù)5.攪拌攪拌38交換對象吸附性大分子物質(zhì)無機陽離子或有機堿陽離子無機陰離子或有機酸陰離子選用陽離子交換樹脂選用陰離子交換樹脂強弱選弱酸或弱堿性樹脂選強酸或強堿性樹脂選擇大孔樹脂或交聯(lián)度低的樹脂表5.1 樹脂的選擇1 1樹脂的選擇及其處理樹脂的選擇及其處理第四節(jié)第四節(jié) 離子交換分離操作離子交換分離操作39 研磨、過篩研磨、過篩使使粒度符合要求粒度符合要求 浸泡浸泡使其充分使其充分溶脹溶脹 凈化凈化減少雜質(zhì)減少雜質(zhì)一般經(jīng)過研磨、溶脹、洗滌等步驟。一般經(jīng)過研磨、溶脹、洗滌等步驟。樹脂的處理樹脂的處理402. 裝裝 置置（1
26、 1）靜態(tài)交換）靜態(tài)交換法：法：工業(yè)上（間歇式工藝）工業(yè)上（間歇式工藝） ：交換罐。：交換罐。實驗室中：實驗室中： 燒杯。燒杯。414243實驗室中：交換柱或滴定管實驗室中：交換柱或滴定管44裝柱：樹脂洗至中性后借助水的重力使樹脂自然沉裝柱：樹脂洗至中性后借助水的重力使樹脂自然沉積，避免夾雜氣泡現(xiàn)象。積，避免夾雜氣泡現(xiàn)象。3裝柱與裝樣交換裝柱與裝樣交換裝柱裝柱離子交換離子交換洗脫洗脫樹脂再生樹脂再生柱式操作：柱式操作：45裝樣交換：裝樣交換：464洗洗 脫脫 洗脫一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中分步洗脫，洗脫一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中分步洗脫，是指先采用洗脫能力較弱的溶液，使易洗脫組分流
27、出，然是指先采用洗脫能力較弱的溶液，使易洗脫組分流出，然后依次使用洗脫能力更強的溶液，洗脫較難洗脫的組分。后依次使用洗脫能力更強的溶液，洗脫較難洗脫的組分。04080120160200 240 280 320NaNO30.5mol/L2mol/L NaNO3Cl-Br-I-體積/mL圖5-3 Cl-，Br-和I-的分步淋洗濃度47 (一一) 再生的目的再生的目的5. 5. 樹脂的再生樹脂的再生使用過的樹脂恢復(fù)到原狀的過程稱為使用過的樹脂恢復(fù)到原狀的過程稱為樹脂的再生。樹脂的再生。以適當濃度的酸溶液處理以適當濃度的酸溶液處理已變?yōu)橐炎優(yōu)镸 M型的強酸性陽離型的強酸性陽離子交換樹脂，使其恢復(fù)到子交
28、換樹脂，使其恢復(fù)到H H型。型。交換使用過的陰離子樹脂交換使用過的陰離子樹脂以適當濃度的堿溶液處理，以適當濃度的堿溶液處理，可從可從ClCl型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為OHOH型。型。48 (二二) 影響再生的因素影響再生的因素 再生劑再生劑再生劑的種類再生劑的種類 強酸性陽樹脂：用強酸性陽樹脂：用HCl、H2SO4、NaCl、Na2SO4再生；再生； 弱酸性陽樹脂：用弱酸性陽樹脂：用HCl、H2SO4再生；再生； 強堿性陰樹脂：用強堿性陰樹脂：用NaOH、NaCl再生；再生； 弱堿性陰樹脂：用弱堿性陰樹脂：用NaOH、Na2CO3、NaHCO3等再生。等再生。再生劑的濃度再生劑的濃度 HCl：510% Na
29、OH：1012%、48%49 再生劑用量再生劑用量 樹脂的交換和再生均按等當量進行。但實際樹脂的交換和再生均按等當量進行。但實際上再生劑用量比理論值大得多。再生劑用量越多，上再生劑用量比理論值大得多。再生劑用量越多，再生效率越高。但當再生劑用量增加到一定值后，再生效率越高。但當再生劑用量增加到一定值后，再生效率隨再生劑用量增長不大。再生效率隨再生劑用量增長不大。506.6.樹脂的樹脂的“中毒中毒”樹脂使用過程被某樹脂使用過程被某些物質(zhì)污染，致使些物質(zhì)污染，致使交換容量下降，用交換容量下降，用一般洗滌方法不能一般洗滌方法不能使其復(fù)原。使其復(fù)原。樹脂中毒樹脂中毒樹脂中毒后，需樹脂中毒后，需在一定階
30、段予以在一定階段予以處理，以恢復(fù)交處理，以恢復(fù)交換能力，即中毒換能力，即中毒樹脂的再生處理樹脂的再生處理復(fù)活復(fù)活化學(xué)中毒化學(xué)中毒：與樹脂交：與樹脂交換基團起化學(xué)作用的換基團起化學(xué)作用的雜質(zhì)引起的中毒。雜質(zhì)引起的中毒。物理中毒物理中毒：某些物質(zhì)沉某些物質(zhì)沉淀在樹脂內(nèi)淀在樹脂內(nèi)部的空隙中。部的空隙中。515211 1、如果被、如果被金屬氧化物金屬氧化物或或氫氧化物氫氧化物膠體膠體污染，可以用較濃的污染，可以用較濃的酸或堿酸或堿溶液處理。溶液處理。 2 2、已受、已受有機物污染有機物污染的樹脂可以采用的樹脂可以采用熱熱堿液堿液或含有或含有NaClNaCl的熱的熱NaOHNaOH溶液處理。溶液處理。3
31、 3、受、受有機物污染有機物污染嚴重的樹脂可以采用嚴重的樹脂可以采用次氯酸鈉次氯酸鈉溶液處理。溶液處理。清除樹脂內(nèi)污染物所采取的措施：清除樹脂內(nèi)污染物所采取的措施：52第五節(jié)第五節(jié) 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 鏈霉素鏈霉素 鏈霉素為一強堿性抗生素，強酸樹脂雖可吸附，鏈霉素為一強堿性抗生素，強酸樹脂雖可吸附，但很難洗脫，故選用弱酸樹脂。氫型弱酸樹脂在酸性溶但很難洗脫，故選用弱酸樹脂。氫型弱酸樹脂在酸性溶液中不起交換作用，故采用鈉型樹脂。吸附前用水稀釋液中不起交換作用，故采用鈉型樹脂。吸附前用水稀釋發(fā)酵液，目的是提高鏈霉素高價離子的交換選擇性。吸發(fā)酵液，目的是提高鏈霉素高價離子的交換選擇性。吸附飽和后的樹脂
32、用大量軟水正、反洗滌樹脂至流出水澄附飽和后的樹脂用大量軟水正、反洗滌樹脂至流出水澄清，方可洗脫。羧酸樹脂和清，方可洗脫。羧酸樹脂和H+的親和力很強，用的親和力很強，用5%硫硫酸即可洗脫完全。酸即可洗脫完全。53 慶大霉素慶大霉素 慶大霉素是由小單孢菌所產(chǎn)生的一族氨基糖苷類慶大霉素是由小單孢菌所產(chǎn)生的一族氨基糖苷類抗生素，臨床上常用的慶大霉素是抗生素，臨床上常用的慶大霉素是C1、C2、C1a三個主三個主要組成的復(fù)合物。慶大霉素對廣泛要組成的復(fù)合物。慶大霉素對廣泛pH和熱都穩(wěn)定，可和熱都穩(wěn)定，可采用采用1x12或或1x7強酸樹脂在強酸樹脂在pH77.5吸附，飽和樹脂可吸附，飽和樹脂可以先用稀以先用
33、稀HCl-NH4Cl溶液或溶液或0.02mol/L氨水洗滌，去除氨水洗滌，去除組分雜質(zhì)及色素，再用無鹽水洗至無組分雜質(zhì)及色素，再用無鹽水洗至無Cl-，然后用，然后用1mol/L氨水洗脫，在堿性條件下慶大霉素從陰離子轉(zhuǎn)氨水洗脫，在堿性條件下慶大霉素從陰離子轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x堿，故容易洗脫。變?yōu)橛坞x堿，故容易洗脫。54青霉素青霉素 青霉素系弱酸性抗生素，在溶液中可陰離子化，青霉素系弱酸性抗生素，在溶液中可陰離子化，曾用弱堿樹脂吸附，洗脫率僅曾用弱堿樹脂吸附，洗脫率僅65%70%。樹脂法生產(chǎn)。樹脂法生產(chǎn)周期長，易染菌。青霉素是較不穩(wěn)定的抗生素，對熱、周期長，易染菌。青霉素是較不穩(wěn)定的抗生素，對熱、酸、堿、醇都很敏感，很易破壞，所以至今工業(yè)上沒有酸、堿、醇都很敏感，很易破壞，所以至今工業(yè)上沒有用樹脂法，而是用溶劑萃取法提取。用樹脂法，而是用溶劑萃取法提取。55思考題思考題1.根據(jù)選擇性離子交換樹脂可分為哪些？根據(jù)選擇性離子交換樹脂可分為哪些？2.陽離子交換樹脂所帶的活性基團有哪些？陽離子交換樹脂所帶的活性基團有哪些？ 陰離子交換樹脂所帶的活性基團有哪些？陰離子交換樹脂所帶的活性基團有哪些？3.交聯(lián)度、交換容量、樹脂中毒的概念。交聯(lián)度、交換容量、樹脂中毒的概念。56 Thank you !57
第10章 離子交換法提取抗生素
