化学中的分离方法.ppt

1．阳离子交换树脂这是含有酸性基团的树脂，酸性基团上的H+可以和溶液中的阳离子发生交换作用，如磺酸基－SO3H，羧基一COOH和酚基－OH等就是这种酸性基团。磺酸是较强的酸，因此含磺酸多的树脂为强酸性阳离子交换树脂。若以R代替树脂的网状结构的骨架部分，则这一类树脂可用R－SO3H代表。其它两种树脂R一COOH及R－OH则为弱酸性阳离子交换树脂。第53页,共72页，2024年2月25日，星期天强酸性阳离子交换树脂在酸性、碱性和中性溶液中都可应用；交换反应速度快，与简单的、复杂的、无机的和有机的阳离子都可以交换，因而在分析化学上应用较多。弱酸性阳离子交换树脂的交换能力受外界酸度的影响较大，羧基在pH＞4、酚基在pH＞9.5时才具有离子交换能力，因此应用受到一定影响；但选择性较好，可用来分离不同强度的有机碱。第54页,共72页，2024年2月25日，星期天上述各种树脂中酸性基团上的H+可以离解出来，并能与其他阳离子进行交换，因此又称为H—型阳离子交换树脂。H—型强酸性阳离子交换树脂与溶液中的其他阳离子例如Na+发生的交换反应，对以简单地表示如下：第55页,共72页，2024年2月25日，星期天溶液中的Na+进入树脂网状结构中，H+则交换进入溶液，树脂就转变为Na型强酸性阳离子交换树脂。由于交换过程是可逆过程，如果以适当浓度的酸溶液处理已经交换的树脂，反应将向反方向进行，树脂又恢复原状，这一过程称为再生或洗脱过程。再生后的树脂经过洗涤又可以再次使用。第56页,共72页，2024年2月25日，星期天2．阴离子交换树脂这是含有碱性基团的树脂，含有伯氨基－NH2、仲胺基－NH(CH3)、叔胺基－N(CH3)2的树脂为弱碱性阴离子交换树脂，树脂水合后即分别成为R－NH3+OH－，R－NH2(CH3)+OH－和R－NH(CH3)2+OH－。水合后含有季铵基－N(CH3)3+OH－的树脂为强碱性阴离子交换树脂。这些树脂中的OH－能与其他阴离子，例如Cl－发生交换。交换过程和洗脱过程可以表示如下：第57页,共72页，2024年2月25日，星期天上述各种阴离子交换树脂称为OH－型阴离子交换树脂，经交换后则转变为Cl－型阴离子文换树脂。交换后的树脂经适当浓度的碱溶液处理后，可以再生。各种阴离子交换树脂中以强碱性阴离子交换树脂的应用较广，在酸性、中性和碱性溶液中都能应用，对于强酸根和弱酸根离子都能交换。弱碱性阴离子交换树脂，在碱性溶液中就失去交换能力，在分析化学中应用较少。第58页,共72页，2024年2月25日，星期天3．螯合树脂在离子交换树脂中引入某些能与金属离子螯合的活性基团，就成为螯合树脂。例如含有氨基二乙酸基团的树脂，由该基团与金属离子的反应特性，可估计这种树脂对Cu2+、Co2+、Ni2+有很好的选择性。因此从有机试剂结构理论出发，可以根据需要，有目的地合成一些新的螯合树脂，以有效地解决某些性质相似的离子的分离与富集问题。第59页,共72页，2024年2月25日，星期天二、交换树脂特性1．离子交换亲和力亲和力大的离子可以将亲和力小的离子交换下来。一般价态高的离子亲和力大于价态低的离子，第60页,共72页，2024年2月25日，星期天对于一价阳离子亲和力：Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Tl+＜Ag+对于二价阳离子亲和力：Mg2+＜Ca2+＜Sr2+＜Ba2+＜Fe2+＜Co2+＜Ni2+＜Cu2+＜Zn2+对于阴离子亲和力：F－＜OH－＜Ac－＜HCOO－＜H2PO4－＜Cl－＜NO2－＜CN－＜Br－＜C2O4－＜NO3－＜HSO4－＜I－＜CrO4－＜SO4－＜柠檬酸根第61页,共72页，2024年2月25日，星期天2．交换容量指的是每单位质量的干树脂所能交换离子的数目。一般讲，当树脂实际交换量已达树脂交换容量80%时，树脂就应进行再生。第62页,共72页，2024年2月25日，星期天3．交联度离子交换树脂中含有交联剂的质量分数叫交联度。是树脂的重要性质之一，一般交联度约为8%~12%。第63页,共72页，2024年2月25日，星期天三、离子交换分离操作法在分析化学中应用最多的是强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，根据分离任务选用适当的树脂。市售的树脂往往颗粒大小不均匀或粒度不合要求，而且含有杂质，需经处理。处理步骤包括晾干、研磨、过筛，筛取所需粒度范围的树脂；再用4~6mol·L－1HCl溶液浸泡一二天以除去