近代分离方法导论.ppt

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1、嗜硫毛细管整体材料的制备及应用李晓青2015年1月28日杜南理论把离子交换树脂看作是一种具有弹性的凝胶,它能吸收水分而溶胀.溶胀后的离子交换树脂的颗粒内部可以看作是一滴浓的电解质溶液.树脂颗粒和外部溶液之间的界面可以看作是一种半透膜,膜的一边是树脂相,另一边为外部溶液.树脂内的活泼基团上电离出来的离子和外部溶液中的离子一样,可以通过半透膜往来扩散;树脂网状结构骨架上的固定离子,以表示,是不能扩散的。1.杜南理论第3节离子交换的基本理论Na+式磺酸基阳离子交换树脂活性基团是磺酸基阳离子(—SO3Na),固定离子:—SO3-,平衡离子:Na+[Na+]内[Cl-]内=[Na

2、+]外[Cl-]外……①[Na+]外=[Cl-]外[Na+]内=[Cl-]内+[R-]内……②②代入①得:[Cl-]外2=[Cl-]内2+[Cl-]内[R-]内……③[Cl-]外≫[Cl-]内[Na+]内≫[Na+]外即阳离子可以进入阳离子交换树脂中进行交换,阴离子则不能,这就是杜南原则。根据杜南原则,阴离子交换树脂也只能交换阴离子,而不能交换阳离子,极少量扩散进入树脂相的Cl-称为杜南入侵。2.选择系数和平衡系数将树脂R-A浸入含有B+的溶液中,则B+将透过半透膜进入树脂相,与树脂上的A+发生交换,树脂相中的A+则透过半透膜进入外部溶液,即:A+内+B+外A+外+B+

3、内得平衡常数:如果>1,表示B+比较固定地结合在树脂上;如果<1,则表示A+比较牢固的结合在树脂上。的数值说明了离子交换树脂对于A+、B+两种不同离子的选择性,因此称为选择系数。由于外部溶液和树脂相内部都不是处于理想状态,严格讲,应用活度代替浓度。故有:则:是热力学交换常数,由于树脂相中离子浓度很高,远偏离理想状态,因此,的测定较为困难,在此,引入另一常数。称为平衡系数。(只适用于稀溶液且为一价离子交换体系!)3.离子交换亲合力离子交换亲和力:离子交换树脂对离子的吸着能力。影响树脂对离子亲合力的因素:(1)电荷数:电荷越高,亲和力越大。(2)水合离子半径:水合离子半径越

4、大,亲和力越大。(3)离子极化程度:离子极化程度越大,亲和力越大。实验前提:低浓度、常温!但是在含有-COOH基团的弱酸性阳离子交换树脂上,其离子交换亲合力顺序恰恰相反!a.各种一价阳离子离子不同交联度树脂上的平衡系数4%8%16%Mg2+2.953.293.57Ca2+4.155.167.27Sr2+4.706.1610.1Ba2+7.4711.520.8b.碱土金属离子稀土元素离子在强酸性阳离子交换树脂上的交换亲和力是随着原子序数的增加而降低的,即:Lu3+

5、

6、合离子半径Li+0.6810.0Na+0.987.9K+1.335.3Rb+1.495.03Cs+1.655.05Mg2+0.8910.8Ca2+1.179.6Sr2+1.349.6Ba2+1.498.8Eisenman理论现以碱金属离子的交换亲合力进行讨论。另一方面,离子交换树脂上的活性基团,在电离以后也存在着静电引力。但是不同的活性基团静电场的强弱不同,-SO3-与-COO-,前者弱,后者强。即在弱酸性阳离子交换树脂中交换基团上的静电场引力强,而强酸性阳离子交换树脂中交换基团上的静电场引力较弱。至于Ag+的交换亲和力特别大,这主要是由于Ag+易极化,诱导力起主要作用

7、,它促使Ag+牢固地结合在交换树脂上。弱酸性阳离子交换树脂,例如含有-COO-的树脂,由于它具有较强的静电场引力,它将和水分子竞争阳离子,结果它从水合离子中夺取阳离子并与之结合。这时离子裸半径最小的Li+结合能最大,离子交换亲和力最大;离子裸半径最大的Cs+交换亲和力最小。交换亲和力的顺序为:Cs+

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