分離科學(xué)與進(jìn)展中科大lecture(3)(編輯修改稿)
2025-02-01 21:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ， 達(dá)到平衡的時間較長 。 離子交換樹脂的化學(xué)特性 離子交換樹脂的化學(xué)特性 離子交換樹脂的化學(xué)特性 ? 交換容量：交換容量是離子交換樹脂的重要指標(biāo) ， 單位可以是 mmol/g、 mmol/mL等 。 ? 總交換容量：又稱全交換容量 、 極限交換容量 、最大交換容量 。 由樹脂中功能基的含量決定 ，對于一種樹脂它是一個固定值 。 ? 工作交換容量：指一定工作條件 （ 溶液組成 、溫度 、 流速 、 再生條件等 ） 下 ， 樹脂所能發(fā)揮的交換容量 。 同一樹脂在不同條件下表現(xiàn)出不同的交換容量 。 離子交換樹脂的化學(xué)特性 ? 化學(xué)穩(wěn)定性：指樹脂耐化學(xué)試劑 、 耐氧化和耐輻照的能力 。 鈉型比氫型穩(wěn)定 、氫氧型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂易發(fā)生不可逆的降解 ， 變?yōu)槭灏?、 仲胺以至最后失去交換能力 。 一般而言 ， 樹脂的交聯(lián)度越低 ， 其化學(xué)穩(wěn)定性越差 。 特殊的離子交換樹脂 ? 具有高度選擇性的離子交換樹脂：在合成樹脂時有意識地引入某些活潑基團(tuán) ，這些基團(tuán)對某種或某些離子具有特殊的選擇性 。 如五硝基二苯胺聚苯乙烯型樹脂對 K+， Rb+， Cs+， NH4+等具有很高的選擇性 。 特殊的離子交換樹脂 特殊的離子交換樹脂 ? 螯合樹脂：在離子交換樹脂中引入某些能與金屬離子螯合的基團(tuán) ， 就成為螯合樹脂 ， 具有較高的選擇性 。 ? 大孔徑樹脂：一般的離子交換樹脂為微網(wǎng)孔樹脂 ， 網(wǎng)孔的大小為 2~4nm， 比表面積一般為2~120m2/g。 而大孔徑樹脂又稱大網(wǎng)樹脂 ， 樹脂骨架部分的網(wǎng)孔很粗 ， 孔徑可達(dá) 20~120nm，比表面小于 ， 而機(jī)械性能卻相當(dāng)好 。 這種樹脂在極性和非極性溶劑中溶脹程度的差異比一般樹脂小 ， 對氧化劑的穩(wěn)定性較好 ， 可用于交換相對分子質(zhì)量高的離子 。 ? 萃淋樹脂： 離子交換的基本理論 ? 晶格理論：把離子交換樹脂看成聚電解質(zhì) ， 離子交換的機(jī)理與晶格點(diǎn)陣上的離子交換十分相似 。 ? 雙電層理論：認(rèn)為離子交換劑的活性表面存在一個雙電層 離子交換的基本理論 ? Donnan平衡理論：該理論由 Donnan在 20世紀(jì)初研究膠體膜兩側(cè)離子平衡問題時提出的 。 處于膠態(tài)的電解質(zhì) RNa中的 R–是不能透過膜的基團(tuán) ， 膜的另一側(cè)是食鹽溶液 。 當(dāng)滲透達(dá)到平衡時 ， 由于膜的半滲透性質(zhì) ， 兩側(cè)的離子不能趨于均勻 。在離子交換體系中的情形是相似的 ， 只要把離子交換樹脂表面設(shè)想成是一半透膜 。 離子交換的基本理論 ? Donnan平衡理論： 當(dāng)達(dá)到平衡時 ， 膜兩側(cè)電解質(zhì)的化學(xué)位相等： m NaCl = m NaCl 電解質(zhì)的化學(xué)位是離子化學(xué)位之和 ， 于是有： mNa+0 + RTln[Na+] + mCl–0 + RTln[Cl–] = mNa+0 + RTln[Na+] + mCl–0 + RTln[Cl–] 離子交換的基本理論 mNa+0 + RTln[Na+] + mCl–0 + RTln[Cl–] = mNa+0 + RTln[Na+] + mCl–0 + RTln[Cl–] 于是有： [Na+][Cl–] = [Na+][Cl–] 由于在溶液側(cè)： [Na+] = [Cl–] 因此有： [Na+][Cl–] = [Cl–]2 在樹脂側(cè)： [Na+] = [R–]+ [Cl–] 故： [Na+][Cl–] = ([R–]+ [Cl–]) [Cl–] = [Cl–]2 + [R–] [Cl–] 離子交換的基本理論 [Na+][Cl–] = ([R–]+ [Cl–]) [Cl–] = [Cl–]2 + [R–][Cl–] = [Na+][Cl–] = [Cl–]2 [Cl–]2 = [Cl–]2 + [R–][Cl–] 因此有： [Cl–] [Cl–] 當(dāng)樹脂相中 [R–]濃度很高 （ 可達(dá) 5 mol/L）時進(jìn)入樹脂相中的 [Cl–]是很少的 ， 此現(xiàn)象稱 Donnan排斥 。 離子交換的基本理論 若存在第二種陽離子 H+， 則有 [Na+][Cl–] = [Na+][Cl–] [H+][Cl–] = [H+][Cl–] 兩式相除得： [Na+]/[H+]=[Na+]/[H+] 對于二價離子如 Ca2+， [Na+]/[Ca+]1/2=[Na+]/[Ca+]1/2 Donnan理論解釋了離子交換的基本事實(shí) ， 說明了離子價態(tài) 、 電解質(zhì)濃度 、 樹脂固定離子濃度的影響 ， 但其得到的離子間選擇性系數(shù)永遠(yuǎn)為 1這一點(diǎn)偏離實(shí)驗(yàn)事實(shí) 。 離子交換的基本理論 ? 多相化學(xué)反應(yīng)理論：這種理論把離子交換視為多相的化學(xué)置換反應(yīng) ， 該理論可以說明離子交換平衡受電解質(zhì)濃度和價態(tài)影響的事實(shí) ， 這與 Donnan膜理論是相同的 ， 該理論沒有導(dǎo)出平衡常數(shù)為 1的緒論 ， 多相置換理論不能說明溶液中的電解質(zhì)何以很少能進(jìn)入樹脂相 。 離子交換的基本理論 離子交換平衡： 選擇系數(shù)和平衡系數(shù) EAB的數(shù)值說明了離子交換樹脂對于 A+， B+兩種不同的離子的交換選擇性，因此稱為選擇系數(shù)。 離子交換平衡： 選擇系數(shù)和平衡系數(shù) KDB， KDA分別代表 B+， A+在樹脂相與水相間的分配系數(shù)，因此選擇系數(shù)即分配系數(shù)之比，因此也就是“分離因子” aAB 離子交換平衡： 選擇系數(shù)
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