《離子交換樹(shù)脂的選擇性ppt課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《離子交換樹(shù)脂的選擇性ppt課件（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第六節(jié)離子交換親和力 離子交換反應(yīng)和其他化學(xué)反應(yīng)一樣 完全服從質(zhì)量作用定律 離子交換親和力 就是離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的吸著能力 樹(shù)脂對(duì)離子親合力的大小 與離子的水合離子半徑大小和帶電荷的多少有關(guān) 離子的水化程度直接正比于離子的電荷或價(jià)態(tài) 反比于離子的半徑 所以離子交換親和力正比于離子所帶電荷 而反比于水和離子的半徑 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明 在低濃度 常溫下 離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子的親合力順序有下列規(guī)律 1 1 不同價(jià)態(tài)的離子 電荷越高親合力越大Th4 A13 Ca2 Na 2 相同價(jià)態(tài)離子的親合力順序 Ag Cs Rb K NH4 Na H Li Ba2 Pb2 Sr2 Ca2 Ni2 Cd2 Cu2 Co2 Zn2 Mg2 UO22 La3 Ce3 Pr3 Eu3 Y3 Se3 A13 一 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 2 二 弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂相同 只是對(duì)于H 親合力大于其他陽(yáng)離子 三 強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂Cr2O72 SO42 I NO3 CrO42 Br CN C1 OH F Ac 四 弱堿性陰離子交換樹(shù)脂OH SO42 CrO42 NO3 AsO43 PO43 Ac I Br C1 F 3 第七節(jié)離子交換動(dòng)力學(xué) 離子交換過(guò)程分為五個(gè)步驟 1被交換的離子從溶液中擴(kuò)散到離子交換樹(shù)脂顆粒的表面 外擴(kuò)散 2被交換的離子 穿過(guò)樹(shù)脂顆粒表面的薄膜而進(jìn)入樹(shù)脂顆粒內(nèi)部 并在樹(shù)脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散 到達(dá)交換位置 內(nèi)擴(kuò)散 3被交換的離子與樹(shù)脂上活潑基團(tuán)中的可交換離子進(jìn)行離子交換 離子交換 4 離子交換過(guò)程分為五個(gè)步驟 4被交換下來(lái)的離子由樹(shù)脂顆粒的內(nèi)部向顆粒表面擴(kuò)散 內(nèi)擴(kuò)散 5被交換下來(lái)的離子 穿過(guò)樹(shù)脂表面的薄膜而進(jìn)入溶液 并在溶液中進(jìn)行擴(kuò)散 外擴(kuò)散 一 影響外擴(kuò)散速度的因素1濃度2攪拌速度3溫度 5 二影響內(nèi)擴(kuò)散速度的因素 1濃度2溫度3擴(kuò)散離子的電荷和大小4樹(shù)脂的交聯(lián)度5交換容量6樹(shù)脂顆粒大小7樹(shù)脂的活潑基團(tuán) 6 強(qiáng)酸性和弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換速度的比較 7 第八節(jié)離子交換的技術(shù) 一 樹(shù)脂的選擇在化學(xué)分析中應(yīng)用最多的為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂 生產(chǎn)上出廠的交換樹(shù)脂顆粒大小往往不夠均勻 故使用時(shí)應(yīng)當(dāng)先過(guò)篩以除去太大和太小的顆粒 也可以用水泡脹后用篩在水中選取大小一定的顆粒備用 1樹(shù)脂的種類(lèi)2樹(shù)脂的型式3樹(shù)脂的粒度4樹(shù)脂的交聯(lián)度 在分析工作中 為了分離或富集某種離子 一般采用動(dòng)態(tài)交換 這種交換方法在交換柱中進(jìn)行 其操作過(guò)程如下 8 二 樹(shù)脂的處理 一般商品樹(shù)脂仍含有一定量的雜質(zhì) 所以在使用前必須進(jìn)行凈化處理 對(duì)強(qiáng)堿性和強(qiáng)酸性陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 通常用4mol LHCl溶液浸泡1 2天 以溶解各種雜質(zhì) 然后用蒸餾水洗滌至中性 這樣就得到在活性基團(tuán)上含有可被交換的H 或Cl 的氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或氯型陰離子交換樹(shù)脂 如果需要鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 則用NaCl處理氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 先浸泡在水中 溶脹后 鹽酸浸泡 洗至中性 9 進(jìn)行離子交換通常在離子交換柱中進(jìn)行 離子交換柱一般用玻璃制成 裝置交換柱時(shí) 先在交換柱的下端鋪上一層玻璃絲 灌入少量水 然后傾入帶水的樹(shù)脂 樹(shù)脂就下沉而形成交換層 裝柱時(shí)應(yīng)防止樹(shù)脂層中存留氣泡 以免交換時(shí)試液與樹(shù)脂無(wú)法充分接觸 樹(shù)脂高度一般約為柱高的90 為防止加試液時(shí)樹(shù)脂被沖起 在柱的上端亦應(yīng)鋪一層玻璃纖維 交換柱裝好后 再用蒸餾水洗滌 關(guān)上活塞 以備使用 應(yīng)當(dāng)注意不能使樹(shù)脂露出水面 因?yàn)闃?shù)脂露于空氣中 當(dāng)加入溶液時(shí) 樹(shù)脂間隙中會(huì)產(chǎn)生氣泡 而使交換不完全 交換柱也可以用滴定管代替 三 儀器裝置與裝柱 10 三 儀器裝置 11 四 柱上操作 裝柱 交換 洗滌 洗脫 再生 測(cè)定 12 將試液加到交換柱上 用活塞控制一定的流速進(jìn)行交換 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后 上層樹(shù)脂全部被交換 下層未被交換 中間則部分被交換 這一段稱(chēng)為 交界層 隨著交換的進(jìn)行 交界層逐漸下移 至流出液中開(kāi)始出現(xiàn)交換離子時(shí) 稱(chēng)為始漏點(diǎn) 或稱(chēng)穿漏點(diǎn) 此時(shí)交換柱上被交換離子的物質(zhì)的量數(shù)稱(chēng)為始漏量 在到達(dá)始漏點(diǎn)時(shí) 交界層的下端剛到達(dá)交換柱的底部 而交換層中尚有未被交換的樹(shù)脂存在 所以始漏量總是小于總交換量 五 柱上離子交換的情況 13 五 柱上離子交換的情況 14 始漏曲線中各項(xiàng)代表的物理意義 e為始漏點(diǎn)a代表待交換離子的始漏量b代表離子交換樹(shù)脂層的總交換容量 15 影響始漏量大小的因素 1 交換樹(shù)脂顆粒的大小2 交換柱的形狀3 溶液的流速4 溫度5 溶液的酸度常用的工作條件 樹(shù)脂粒度為80 120目 柱高為20 40cm 柱內(nèi)徑為0 8 1 5cm 流速為2 5mL min 在常溫下進(jìn)行交換反應(yīng) 16 當(dāng)交換完畢之后 一般用蒸餾水洗去殘存溶液 然后用適當(dāng)?shù)南疵撘哼M(jìn)行洗脫 在洗脫過(guò)程中 上層被交換的離子先被洗脫下來(lái) 經(jīng)過(guò)下層未被交換的樹(shù)脂時(shí) 又可以再度被交換 因此最初洗脫液中被交換離子的濃度等于零 隨著洗脫的進(jìn)行 洗出液離子濃度逐漸增大 達(dá)到最大值之后又逐漸減小 至完全洗脫之后 被洗出的離子濃度又等于零 五 離子交換的洗脫過(guò)程 17 對(duì)于陽(yáng)離子交換樹(shù)脂常采用HCl溶液作為洗脫液 經(jīng)過(guò)洗脫之后樹(shù)脂轉(zhuǎn)為氫型 陰離子交換樹(shù)脂常采用NaCl或NaOH溶液作為洗脫液 經(jīng)過(guò)洗脫之后 樹(shù)脂轉(zhuǎn)為氯型或氫氧型 因此洗脫之后的樹(shù)脂已得到再生 用蒸餾水洗滌干凈即可再次使用 18 五 離子交換的洗脫過(guò)程 19 1 洗脫劑濃度2 流速 影響洗脫過(guò)程的因素 20 第九節(jié)離子交換分離法的應(yīng)用 一 純水的制備 21 天然水中常含一些無(wú)機(jī)鹽類(lèi) 為了除去這些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)以便將水凈化 可將水通過(guò)氫型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 除去各種陽(yáng)離子 如以CaCl2代表水中的雜質(zhì) 則交換反應(yīng)為 2R SO3H Ca2 R SO3 2Ca 2H 再通過(guò)氫氧型強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂 除各種陰離子 RN CH3 3OH C1 RN CH3 3Cl OH 交換下來(lái)的H 和OH 結(jié)合成H2O 這樣就可以得到相當(dāng)純凈的所謂 去離子水 可以代替蒸餾水使用 22 二 試劑的制備與提純 如試劑級(jí)的亞硝酸鉀 只含KNO294 而其中大量的雜質(zhì)是KNO3 使用結(jié)晶法不能除去KNO3 將試劑級(jí)的亞硝酸鉀溶液1mol L通過(guò)NO2 式的陰離子交換樹(shù)脂柱 由于NO2 的離子交換親和力比NO3 小 NO3 完全定量地交換到樹(shù)脂上 并將樹(shù)脂上的NO2 交換下來(lái) 流出液中KNO2的純度最少達(dá)99 9 交換柱可用純NaNO2再生后重復(fù)使用 23 1 干擾陽(yáng)離子的分離在分析測(cè)定過(guò)程中 其他離子的存在常有干擾 對(duì)不同電荷的離子 用離子交換分離的方法排除干擾最為方便 例如用BaSO4重量沉淀法測(cè)定黃鐵礦中硫的含量時(shí) 由于大量Fe3 Ca2 的存在 造成BaSO4沉淀的不純 因此可先將試液通過(guò)氫型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去干擾離子 然后再將流出液中的SO42 沉淀為BaSO4進(jìn)行硫的測(cè)定 這樣便可以大大提高測(cè)定的準(zhǔn)確度 三 干擾組分的除去 24 如果要使幾種陽(yáng)離子或幾種陰離子分離開(kāi) 可以根據(jù)各種離子對(duì)樹(shù)脂的親和力不同 將它們彼此分離 例如欲分離Li Na K 三種離子 將試液通過(guò)陽(yáng)離子樹(shù)脂交換柱 則三種離子均被交換在樹(shù)脂上 然后用稀HCl洗脫 交換能力最小的Li 先流出柱外 其次是Na 而交換能力最大的K 最后流出來(lái) 三 干擾組分的除去 2 同性電荷離子的分離 25 陰離子交換樹(shù)脂一般是使用Cl 式或NO3 式 為了防止陽(yáng)離子在柱內(nèi)的水解 使用OH 式的陰離子交換樹(shù)脂是不合適的 如許多陽(yáng)離子用重量法 配位滴定法或原子吸收分光光度法測(cè)定時(shí) PO43 都將發(fā)生干擾 為了消除PO43 對(duì)EDTA滴定Ca2 Mg2 的干擾可以在滴定前將試液通過(guò)陰離子交換柱 即可把它除去 三 干擾組分的除去 3 干擾陰離子的分離 26 由于鉑 鈀在礦石中的含量一般為10 5 10 6 即使稱(chēng)取10克試樣進(jìn)行分析 也只含鉑 鈀0 1微克左右 因此 必須經(jīng)過(guò)富集之后才能進(jìn)行測(cè)定 富集的方法是 稱(chēng)取10 20克試樣 在700 灼燒之后用王水溶解 加濃HCl蒸發(fā) 鉑 鈀形成PtCl62 和PdCl42 絡(luò)陰離子 稀釋之后 通過(guò)強(qiáng)堿性陰離子交換 即可將鉑和鈀富集在交換柱上 四 微量組分的富集 1 測(cè)定礦石中的鉑 鈀 27 1 測(cè)定礦石中的鉑 鈀 用稀HCl將樹(shù)脂洗凈 取出樹(shù)脂移入瓷鉗鍋中 在700 灰化 用王水溶解殘?jiān)?加鹽酸蒸發(fā) 然后在8mol LHCl介質(zhì)中 鈀 II 與雙十二烷基二硫代乙二酰胺 DDO 生成黃色絡(luò)合物 用石油醚 三氯甲烷混合溶劑萃取 用比色法測(cè)定鈀 鉑 IV 用二氯化錫還原為鉑 II 與DDO生成櫻紅色螯合物可進(jìn)行比色法測(cè)定 28 若測(cè)定湖水中微量Na K Ca2 Mg2 Cl 和SO42 為了富集這些元素 可將1 5升左右的湖水以大約5升 時(shí)的流速先通過(guò)裝有30mL強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換柱 再以同樣的流速通過(guò)裝有30mL強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂的交換柱 然后用100mL2 5mol LHCl溶液從陽(yáng)離子交換柱中把陽(yáng)離子緩慢地洗脫下來(lái) 四 微量組分的富集 2微量元素的富集 29 以類(lèi)似的方法 用100mL0 5mol L氨水從陰離子交換柱中把陰離子洗脫下來(lái) 經(jīng)過(guò)這樣富集以后的微量物質(zhì) 就可用普通的方法分別測(cè)定它們 30 如果試液中含有 NH4 2SO4 NaNO3和NaCl 并且需要測(cè)定它的總鹽量的話 可以先個(gè)別的測(cè)定每一個(gè)陽(yáng)離子 或陰離子 然后計(jì)算鹽的總摩爾濃度 但是 一種更簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確的方法 是將試樣通過(guò)H 式強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱 用水洗滌并滴定流出液中的酸 五 總鹽量的測(cè)定 31 如果試樣中含有酸 那么這部分酸必須在試樣通過(guò)交換柱處理之前進(jìn)行滴定 并在結(jié)果計(jì)算時(shí)作為空白校正 如果試樣中含有堿 由于堿將被H 式陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換下來(lái)的H 所中和 而不需要進(jìn)行校正 32 從理論上說(shuō) 用OH 或強(qiáng)堿式陰離子交換樹(shù)脂處理試樣 并用標(biāo)準(zhǔn)酸液滴定流出液 然后算出鹽的總摩爾濃度 也是可以的 33 不采用強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂處理的原因 OH 離子對(duì)強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂的親和力很小 再生樹(shù)脂是更加昂貴的 而且比強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的情況要花費(fèi)較多的時(shí)間 要防止堿性流出液從空氣中吸收CO2 如試樣中含有能產(chǎn)生氫氧化物沉淀的陽(yáng)離子 那么這種方法將失敗 如試樣中含有較大量的銨鹽 由于氨的揮發(fā)而導(dǎo)致結(jié)果的誤差 除非流出液流入過(guò)量的標(biāo)準(zhǔn)酸中 34 一概述二分類(lèi) 第十節(jié)離子交換膜 按離子交換膜結(jié)構(gòu)分類(lèi) 異相膜 均相膜 半均相膜 按膜的作用分類(lèi) 陽(yáng)離子交換膜 陰離子交換膜 其它類(lèi)型膜 按離子交換膜的應(yīng)用分類(lèi) 電滲析濃縮用膜 電滲析脫鹽用膜 電解隔膜 選擇透過(guò)性膜 擴(kuò)散滲析用膜 35 三應(yīng)用 1電滲析方面的應(yīng)用 1 脫鹽及淡化將陰 陽(yáng)兩種膜交替排列在兩個(gè)電極之間 兩膜間用特制隔板隔開(kāi) 組成脫鹽 淡 和濃縮 濃 兩個(gè)系統(tǒng) 兩端各設(shè)電極室 即成多層電滲析器 稀釋液經(jīng)電滲析后即可脫鹽又可濃縮 高純水的制備 36 2 離子分離 3 利用復(fù)分解反應(yīng)制備化學(xué)藥品可以從廉價(jià)的氯化鈉和碳酸鉀制備價(jià)值較高的氯化鉀及碳酸鈉 使用電滲析法使產(chǎn)品分離是重要手段 4 電滲析水解制備酸和堿 5 藥物精制及食品工業(yè) 6 環(huán)境保護(hù) 37 2作為電極反應(yīng)的隔膜 3電池方面的應(yīng)用 38