什么是离子交来换源树脂的选择性?
离子交换树脂的选择性是指离子交换树脂能吸附的金属离子,污水中有很多金属离子而离子交树脂不可能可以把所有的金属离子都吸咐干净的,有一些金属离子树脂对它的吸附能力是比较弱的而有一些则比较强,也就是说离子交换树脂只能针对性的吸附某一些金属离子,这就是离子交换树脂的选择性。
离子交换树脂的选择性怎样?
离子交换反应和其他化学反应一样,完全服从质量作用定律。离子交换亲和力,也就是离子交换树脂对水中金属离子的吸附能力。离子交换树脂对离子的吸附能力与离子半径大小和离子所带的电荷数有关。离子交换树脂的吸附能力与金属离子的电荷数、价态和金属离子的半径成正比。
离子交换树脂的选择性:
经过实验证明,低浓度、常温下,离子交换树脂对不同离子的吸附能力顺序有下列规律。
阳离子交换树脂对金属离子的吸附顺序是:
Fe3+>Al3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。
强碱性阴离子树脂对阴离子的吸附顺序是:
SO42->NO3->CI->HCO3->OH-。
弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附顺序是:
OH->柠檬酸根3->SO42->酒石酸根2->草酸根2->PO43->NO2->Cl->醋酸根-
>HCO3-。
㈡ 离子交换是什么
离子交换法
一、前言
离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.1~1mm,其离子交换能力依其交换能力特征可分:
1. 强酸型阳离子交换树脂:主要含有强酸性的反应基如磺酸基(-SO3H),此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。
2. 弱酸型阳离子交换树脂:具有较弱的反应基如羧基(-COOH基),此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+,对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换。
3. 强碱型阴离子交换树脂:主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之-N+(CH3)3,在氢氧形式下,-N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除。
4. 弱碱型阴离子交换树脂:具有较弱的反应基如氨基,仅能去除强酸中的阴离子如SO42-,Cl-或NO3-,对于HCO3-,CO32-或SiO42-则无法去除。
不论是离子交换树脂或是沸石,都有其一定的可交换基浓度,称为离子交换容量(ion exchange capacity)。对阳离子交换树脂而言,大约在200~500meq/100g。因为阳离子交换为一化学反应,故必须遵守质量平衡定律。离子交换树脂的一般方程式可以表示如下:
全文请看:
http://www.qlhw.cn/ShiYan/UploadFiles/200501/20050106235836920.doc
离子交换的基本知识
为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换。这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底,因而能制得很纯的水。所以,在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中,它是一个必要的步骤。
离子交换处理,必须用一种称做离子交换剂的物质(简称交换剂)来进行。这种物质遇水时,可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换,离子交换剂的种类很多,有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分,大概情况如表所示。此外,按结构特征来分,还有大孔型和凝胶型等。
全文请看:
http://www.qlhw.cn/ShiYan/UploadFiles/200501/20050107000541376.doc
㈢ 为什么说离子交换色谱法是分离蛋白质的最佳方法
它是根据蛋白质的组成物质氨基酸的物理性质(基于氨基酸电荷行为)为分离基础的方法。相对透析和超过滤及凝胶过滤来说,可以针对多种蛋白质中的某一种(前提是知道蛋白质的氨基酸组成及其离子交换树脂的亲和度及洗脱强度)进行分离。(而透析和超过滤还有凝胶过滤方法更大的取决于相对分子质量及其结构 分离出的单一蛋白质纯度相对要低 并且凝胶过滤要求凝胶对要求组分不能有吸附作用 适用性较低 ) 相对盐溶和盐析来说,分离单一蛋白质的纯度要高,且更好的保留其天然理化性(盐溶要求蛋白质分子吸附某一盐离子从而改变其溶解性 但有些蛋白质吸附某些盐离子后其蛋白质构象及理化性会发生改变)。 相对有机溶剂分级分离法,更好的保留其天然理化性(有机溶剂分类法易造成蛋白质不可逆变形 且适用范围窄) 相对凝胶电泳和等电聚焦来说 更易于实现大量制备分离 且不改变蛋白质结构和功能(电泳会影响蛋白质结构 且操作繁琐 成本高) 相对亲和层析来说 它更加易于实现且成本低廉效果也不错(亲和层析需要制备其配体并与载体交联 因而制备难且成本较高)
PS: 最好的分离方法不是例子交换色谱法 而是高效液相色谱法 相对离子交换色谱来说有着更高的效率、更高的分辨率和过柱速度
㈣ 在进行离子交换操作过程中,为什么要控制流出液的流速,如太快,将会
保持液面下是防止表层树脂干燥,没有交换效果还有水对树脂的冲击,造成树脂浮游,还有会带人空气,造成气穴,影响树脂装填规整,影响交换效果。
控制水的流量是保证水与树脂能有充分的接触时间完成交换,否则流量太快可能有部分水分子没有充分作用,达不到交换效果,一般保证每小时5倍树脂体积的流量比较合适。
溶液中待交换的离子与交换树脂中的离子交换有一个过程:溶液中待交换的离子向树脂颗粒表面迁移并通过树脂表面的边界水膜,进入树脂内部的孔道与树脂的离子交换,被交换下的离子再从树脂孔道往外移动,穿孔树脂膜到溶液中,这个交换过程是需要一定时间的。
如果待处理的液体流速太快,就有一部份离子来不及交换,造成泄漏,影响处理质量;如果速度太慢就会减小处理流量,降低处理效率.所以要控制液体流速。
(4)离子交换质量法扩展阅读:
水溶液中的一些阳离子进入反离子层,而原来在反离子层中的阳离子进入水溶液,这种发生在反离子层与正常浓度处水溶液之间的同性离子交换被称为离子交换作用。
离子交换主要发生在扩散层与正常水溶液之间,由于黏土颗粒表面通常带的是负电荷,故离子交换以阳离子交换为主,故又称为阳离子交换。离子交换严格服从当量定律,即进入反离子层的阳离子与被置换出反离子层的阳离子的当量相等。
㈤ 离子交换法有哪些优点
离子交换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中
㈥ 什么是离子交换过程,影响离子交换过程的因素有哪些
离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到提取或去除溶液中某些离子的目的.它是一种属于传质分离过程的单元操作.
离子交换法
一、前言
离子交换法(ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中.
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状,其大小约为0.1mm,其离子交换能力依其交换能力特征可分:
1.
强酸型阳离子交换树脂:主要含有强酸性的反应基如磺酸基(-SO3H),此离子交换树脂可以交换所有的阳离子.
2.
弱酸型阳离子交换树脂:具有较弱的反应基如羧基(-COOH基),此离子交换树脂仅可交换弱碱中的阳离子如Ca2+、Mg2+,对于强碱中的离子如Ca2+、K+等无法进行交换.
3.
强碱型阴离子交换树脂:主要是含有较强的反应基如具有四面体铵盐官能基之-N+(CH3)3,在氢氧形式下,-N+(CH3)3OH-中的氢氧离子可以迅速释出,以进行交换,强碱型阴离子交换树脂可以和所有的阴离子进行交换去除.
4.
弱碱型阴离子交换树脂:具有较弱的反应基如氨基,仅能去除强酸中的阴离子如SO42-,Cl-或NO3-,对于HCO3-,CO32-或SiO42-则无法去除.
不论是离子交换树脂或是沸石,都有其一定的可交换基浓度,称为离子交换容量(ion exchange capacity).对阳离子交换树脂而言,大约在200~500meq/100g.因为阳离子交换为一化学反应,故必须遵守质量平衡定律.离子交换树脂的一般方程式可以表示如下:
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离子交换的基本知识
为了除去水中离子态杂质,现在采用得最普遍的方法是离子交换.这种方法可以将水中离子态杂质清除得以较彻底,因而能制得很纯的水.所以,在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中,它是一个必要的步骤.
离子交换处理,必须用一种称做离子交换剂的物质(简称交换剂)来进行.这种物质遇水时,可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换,离子交换剂的种类很多,有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分,大概情况如表所示.此外,按结构特征来分,还有大孔型和凝胶型等.
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㈦ 离子交换法有哪些优点
离子交换法用于净化和富集金属组分具有选择性好、作业回收率高、作业内成本低、可以得到容质量较高的化学精矿等许多优点,还可以从浸出矿浆中直接提取目的组分,亦可将浸出作业和吸附作业合在一起进行。以提高浸出率和省去固液分离作业。
㈧ 阳离子交换质量作用方程
(一)阳离子吸附亲合力
就特定的固相物质而言,阳离子吸附亲合力是不同的。影响阳离子吸附亲合力的因素主要是;(1)同价离子,其吸附亲合力随离子半径及离子水化程度而差异,一般来说,它随离子半径的增加而增加,随水化程度的增加而降低;离子半径越小,水化程度越高。例如Na+、K+、NH4+的离子半径分别为0.98、1.33和1.43Å,其水化半径分别为7.9、5.37和5.32Å;他们的亲合力顺序为NH4+>K+>Na+。(2)一般来说,高价离子的吸附亲合力高于低价离子的吸附亲合力。
按各元素吸附亲合力的排序如下:
水文地球化学基础
上述排序中,H+是一个例外,它虽然是一价阳离子,但它具有两价或三价阳离子一样的吸附亲合力。
值得注意的是,上述排序并不是绝对的,因为阳离子交换服从质量作用定律,所以吸附亲合力很弱的离子,只要浓度足够大,也可以交换吸附亲合力很强而浓度较小的离子。
(二)阳离子交换质量作用方程
按质量作用定律,阳离子交换反应可表示为:
水文地球化学基础
式中,KA-B为阳离子交换平衡常数,A和B为水中的离子,Ax和Bx为吸附在固体颗表面的离子,方括弧表示活度。
以Na-Ca交换为例,其交换反应方程为:
水文地球化学基础
(1.146)式表明,交换反应是等当量交换,是个可逆过程;两个钠离子交换一个钙离子。如果水中的Na+交换已被吸附在固体颗粒表面的Ca2+(即Cax),则反应向右进行;反之,则向左进行。如反应向右进行,那么,就钙离子而言,是个解吸过程;就钠离子而言,是个吸附过程。所以,阳离子交换反应,实际上是一个吸附-解吸过程。
在地下水系统中,Na-Ca交换是一种进行得最广泛的阳离子交换。例如,当海水入侵到淡水含水层时,由于海水Na+远高于淡水,而且淡水含水层颗粒表面可交换性的阳离子主要是Ca2+,因此产生海水中的Na+与颗粒表面的Ca2+产生交换,形成Na+被吸附而Ca2+被解吸,方程(1.146)向右进行。又如,如果在某个地质历史里,淡水渗入海相地层,按上述类似的机理判断,则产生Na+被解吸Ca2+被吸附的过程,方程(1.146)向左进行。
Na-Ca交换反应方向的判断,以及对地下水化学成分的影响,仍至对土壤环境的影响,是水文地球化学及土壤学中一个很重要的问题,后面将作更详细的介绍。
上述(1.145)式中都使用活度,水中的A和B离子活度可以按第一节所提供的方法求得,但如何求得被吸附的阳离子(Ax和Bx)的活度,目前还没有太满意的解决办法。万赛罗(Vanselow,1932)〔7〕提出,规定被吸附离子的摩尔分数等于其活度。
摩尔分数的定义为:某溶质的摩尔分数等于某溶质的摩尔数与溶液中所有溶质摩尔数和溶剂摩尔数总和之比。其数学表达式如下
水文地球化学基础
式中,xB为B组分的摩尔分数,无量纲;mA为溶剂的摩尔数(mol/L);mB、mC、mD、……为溶质B、C、D……的摩尔数(mol/L)。就水溶液而言,溶剂是水,1mol H2O=18g,lL H2O=1000g,所以l升溶剂(H2O)的摩尔数=1000/18=55.56mol/L。
按照上述摩尔分数的定义,Ax和Bx的摩尔分数的数学表达式为:
水文地球化学基础
式中,NA和NB分别为被吸附离子A和B的摩尔分数;(Ax)和(Bx)分别为被吸附离子A和B的摩尔数(mol/kg)。
以摩尔分数代替被吸附离子A和B的活度。则(2.145)的交换平衡表达式可写成:
水文地球化学基础
式中,
从理论上讲,
在研究阳离子交换反应时,人们关心的问题是,在地下水渗流过程中,从补给区流到排泄区,由于阳离子交换反应,地下水中的阳离子浓度将会产生何种变化?为了简化问题起见,假定其他反应对阳离子浓度的变化都可忽略,那么从理论上讲,地下水从原来的地段进入一个具有明显交换能力的新地段后,必然会破坏其原有的阳离子交换平衡,而调整到一个新的交换平衡条件。达到新的平衡后,其阳离子浓度的变化主要取决于:(1)新地段固体颗粒表面各种交换性阳离子的浓度,以及它们互相间的比值;(2)进入新地段地下水的原有化学成分,特别是阳离子浓度。随着地下水的不断向前流动,阳离子交换平衡不断被打破,又不断地建立新的平衡。其结果是,不但水的阳离子浓度变化了,含水层固体颗粒表面有关的交换性阳离子浓度也改变了。为了定量地说明上述理论上的判断,特列举下列例题的计算。
例题1.8
在某一地下水流动系统中,有一段具有明显阳离子交换能力且含有大量粘土矿物的地段,试利用阳离子交换质量平衡方程(2.150),计算地下水达到新的交换平衡后,水中Ca2+和Mg2+浓度的变化,含水层粘土矿物颗粒表面交换性阳离子(被吸附的阳离子)浓度的变化。
假定:(1)含粘土矿物地段的阳离子交换容量为100meq/100g,交换性阳离子只有Ca2+和Mg2+,且Cax=Mgx,即Cax=Mgx=50meq/100g;(2)进入该地段前,地下水中的Ca2+和Mg2+浓度也相等,即Ca2+=Mg2+=1×10-3mol/L;(3)该含水层地段的有关参数:孔隙度n=0.33;固体颗粒密度ρ=2.65g/cm3;(4)地下水与该地段粘土矿物颗粒相互作用后,达到平衡时,选择系数
计算步骤:
(1)求新的地下水进入该地段前的NCa和NMg
按题意所给,Cax=Mgx=50meq/100g。把它们换算为以mol/g表示,则Cax=Mgx=0.25×10-8mol/g;将此数据代入(1.149)式,则
NCa=NMg=0.5
(2)求新的地下水刚进入该地段时,起始状态的
按质量作用定律,Ca-Mg交换方程为:
水文地球化学基础
交换平衡后,虽然各自的摩尔分数有所增减,但其总数仍然不变,即NCa+NMg=1。
设达到新交换平衡时,NCa=Y,那么,NMg=1-Y。
把上述假设代入(1.151)式,则
水文地球化学基础
因达到新的交换平衡时,
水文地球化学基础
因达到新交换平衡时,Cax和Mgx虽然有变化,那其总和仍然不变,即Cax+Mgx=0.5。设那时的Cax=Z,那么:
水文地球化学基础
把(1.154)式代入(1.153)式,得:
水文地球化学基础
由于达到交换平衡前后,固相中的交换性钙离子(Cax)和液相中的溶解钙离子的总和不变。就一升水及其所接触的岩土而论,达到交换平衡前,一升水的Ca2+为1mmol;岩土中的Cax=0.25mmol/g,-升水所占据的岩土体积=5379.5g。达交换平衡后,一升水的Ca2+摩尔数为x,岩土中交换性钙离子(Cax)浓度为Z。那么,其均衡方程为:
水文地球化学基础
式的左边,为交换平衡前固液相中钙离子总量(mmol);式的右边,为交换平衡后固液相中钙离子总量(mmol)。
整理(1.156)式,得:
水文地球化学基础
把(1.157)式代入(1.155)式,整理后得:
水文地球化学基础
解方程(1.158),得:
Z=0.250046,即交换平衡后,Cax=0.250046mmol/g
那么,Mgx=0.5-0.250046=0.249954mmol/L
按上述计算摩尔分数的方法,得:
NCa=0.50009,NMg=0.49991
把所算得的Z值代入(1.157),得:
x=0.7525,即交换平衡后,〔Ca2+〕=0.7525mmol/L
那么,〔Mg2+〕=2-0.7525=1.2475mmol/L
上述计算结果说明,当新的地下水通过交换地段,达到交换平衡时,吸附的阳离子(Ca2+和Mg2+)的浓度或摩尔分数的比值变化极小;相比之下,地下水中Ca2+和Mg2+的浓度变化很大,〔Mg2+〕/〔Ca2+〕从1约增至1.7。如果随后进入该地段的地下水〔Mg2+〕/(Ca2+)仍然是1的话,地下水再次破坏了刚建立起来的交换平衡,交换反应又继续进行,直至NMg/NCa=O.6为止。此时,新流入地下水的Ca2+和Mg2+的浓度才不会改变。然而,要达到此种状态,必需通过无数个孔隙体积的水,甚至要几百万年时间才能完成。
上述计算还说明,阳离子的交换方向,从左向右进行(2.151式),水中的Ca2+被吸附,而固相表面所吸附的Mg2+不断被解吸。交换反应方向不仅取决于水中两种离子的浓度比,同时也取决于吸附离子的摩尔分数比。如若交换的起始条件为NMg=0.375和NCa=0.625,流入的水,其钙镁活度比为1,那么流过该地段的地下水,其Ca2+和Mg2+的浓度就没有变化了。如若交换的起始条件为NMg/NCa<0.6,其交换方向则与上述相反,从右向左进行(2.151式)。
(三)地下水系统中的Na-Ca交换
地下水中Na-Ca交换在地下水化学成分形成和演变过程中,是一个很重要的阳离子交换过程,它无论在深层地下水形成和演变,或者在浅层潜水水化学成分的改变,特别是硬度升高等方面,都具有重要意义;在土壤科学中,它对盐碱土的形成,也有重要作用。
地下水系统中,固液相间的Na-Ca交换也服从质量作用定律,但其质量作用方程的表达形式不同。其交换反应如下:
水文地球化学基础
(2.159)反应最常用的质量作用方程是Gappn方程:
水文地球化学基础
在Gapon方程的基础上,又有许多学者提出类似于此方程的各种表达式。例如,美国盐实验室〔17〕在研究灌溉水与土壤间的Na-Ca交换时,提出类似于Gapon方程的表达式:
水文地球化学基础
式中,Nax为达到交换平衡时土壤的交换性钠量(meq/100g);CEC为土壤的阳离子交换容量(meq/100g);Na+、Ca2+和Mg2+是达交换平衡时水中这些离子的浓度(meq/L);K为平衡常数。
(1.161)式左边项表示为:
水文地球化学基础
式中的ESR称为“交换性钠比”。
(1.16l)式右边项表示为:
水文地球化学基础
式中的“SAR”称为钠吸附比,它是Na-Ca交换中一个很重要的参数。(1.161)式可改写成:
水文地球化学基础
(1.164)式说明,ESR与SAR线性相关,水中的SAR越高,岩土中的ESR值也越大,岩土中的Nax也越高。许多学者通过岩土的Na-Ca交换试验,得出了有关回归方程,列于表1.20。
表1.20Na-Ca交换的回归方程
表1.20中的Na-Ca交换方程是实验方程,应用起来当然有其局限性。其中,美国盐实验室的回归方程是用美国西部12个土壤剖面59个土样试验得出的,所以其代表性较好。尽管有其局限性,但是,应用此类方程判断Na-Ca交换的方向,定量化计算其交换量,还是比较有效的。表1.21的数据充分说明这一推断。
表1.21Na-Ca试验中某些参数的变化〔2〕
表1.21中是一组Na-Ca交换试验数据,其中包括实测值与计算值的对比。表中的数据可说明以下几点;
(1)Na-Ca交换反应方向取决于水中的起始SAR值,及岩土中的起始ESR值。例如,用SAR值分别为0.73和9.81的水淋滤ESR值为0.046的同一种土壤时,淋滤后,前者的(Cax+Mgx)从8.56增至8.76meq/100g,水中的Ca2+和Mg2+被吸附,而固体颗粒表面的交换性Na+解吸到水中,按(1.159)式,其交换反应方向朝左进行;相反,后者的(Cax+Mgx)从8.56减至7.52meq/100g,水中的Na+被吸附,而固体颗粒表面的交换性Ca2+和Mg2+解吸进入水中,按(1.159)式,其交换反应向右进行。如果起始条件已知,即水中的SAR值及岩土中的ESR值已知,也可判断其反应方向。例如,把表1.21中的SAR值0.73和9.81分别代入表1.20中的3号方程,ESR值的计算值分别为0.038和0.1379。前者的ESR计算值(0.038)小于土壤的起始ESR值(0.046,见表1.21),反应按(1.159)式向左进行;后者的SER计算值(0.1379)明显大于土壤的起始ESR值(0.046),反应按(1.159)式向右进行。也就是说;如果ESR计算值小于岩土的ESR值,反应向左进行;反之,则相反。当然,如果土壤的起始ESR值为0.038,与S4R值为0.73的水相互作用时,Na-Ca交换处于平衡状态,水中的Na+、Ca2+和Mg2+浓度不会改变。表1.22是现场试验结果,结果说明,SAR值越高,固体表面解吸出来的Ca2+和Mg2+就越多,水的硬度增加就越大。这些数据充分证明了上述理论。
表1.22SAR值不同的污水现场试验结果〔2〕
注:硬度以CaCO3计(mg/L)。
(2)把Na-Ca交换方程应用于实际是比较可靠的。表1.21中(Cax+Mgx)的实测值及计算值相差很小,说明了这一点。其计算方法如下:以计算SAR=0.73的水为例,将0.73代入表1.20中的方程3,求得ESR=0.038;将此值及CEC值(8.96)代入(1.162)式,求得Nax=0.328meq/100g;将CEC值减去Nax值,即为(Cax+Mgx)值(因为土中吸附的阳离子主要是Na+、Ca2+和Mg2+),其值为8.63meq/100g。
SAR值不仅在研究Na-Ca交换反应中是重要的,而且它是灌溉水质的一个重要参数。前面谈到,SAR高的水,在水岩作用过程中,引起水中的Na+被吸附到固相颗粒表面上,2个Na+交换一个Ca2+或Mg2+(等当量交换)。因为2个Na2+的大小比一个Ca2+或Mg2+大,因而引起土壤的透气性减小,产生板结及盐碱化。有关SAR值的灌溉水质标准可参考有关文献。本书不详述。