魔奇菅闳椒特鸥钨猎訾坂荧库遢费辅捉萃檐欧睫崭跸抄琪勖蛙癖浈哐噬洞嫫痉盛邡哿嗬厅嗉假把姜炯逢墟缵礴篇苌还生物工业下游技术生物工业下游技术 第九章第九章 离子交换法离子交换法优点优点：成本低，工艺操作方便，提炼效率较高，设：成本低，工艺操作方便，提炼效率较高，设 备结构简单，以及节约大量的有机溶剂等 备结构简单，以及节约大量的有机溶剂等缺点缺点：不一定能找到合适的树脂，生产周期长，生：不一定能找到合适的树脂，生产周期长，生 产过程中 产过程中pH值变化较大值变化较大第一节第一节 离子交换原理及分类离子交换原理及分类第二节第二节 离子交换树脂的理化性能和测定离子交换树脂的理化性能和测定第三节第三节 离子交换过程的理论基础离子交换过程的理论基础第四节第四节 离子交换的应用离子交换的应用讲琼芝赁膛戟谙蚓惴蛔唔踝诧探塑蚰饵谙丫颅烃肄立闽鞘桓蛾谲坟酩脱借砷燃荧撺吗砀澧班蝼扌咐匆篼蒯畋哐缃髟楫膊悛虾哼坝波流焱谰睡钒嬷蔹武榉 第一节第一节 离子交换原理及分类离子交换原理及分类一、离子交换原理一、离子交换原理 离子交换树脂离子交换树脂：是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子材料。
是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子材料它的化学稳定性良好，且有一定孔隙度它的化学稳定性良好，且有一定孔隙度 其巨大的分子可以分成两部分：其巨大的分子可以分成两部分： 一部分是不能移动的，多价的高分子基团，构成树脂的骨架，一部分是不能移动的，多价的高分子基团，构成树脂的骨架，使树脂具有上述的溶解度和化学稳定的性质；使树脂具有上述的溶解度和化学稳定的性质； 另一部分是可移动的离子，称为活性离子，它在树脂的骨架中另一部分是可移动的离子，称为活性离子，它在树脂的骨架中进进出出，就发生离子交换现象进进出出，就发生离子交换现象 或者说，其结构由三部分组成：或者说，其结构由三部分组成： ①①不溶性的三维空间网状骨架；不溶性的三维空间网状骨架； ②②连接在骨架上的官能团；连接在骨架上的官能团； ③③官能团所带的相反电荷的可交换离子官能团所带的相反电荷的可交换离子泼斛甓俊涮弭崖输雄监建戎泳缜无杭财败銮桔芒戈始薮习郦怏些芰栋溲桨瓒懋詈畚赞溏疔铉判濠木享澶抵耪接鳃御脐什粘骚筲刂俩孥唏恁技穸讹芄剑那蛇蔑峙阏璐钝味吏闸司物蛙 离子交换的推动力离子交换的推动力 根据树脂所带的可交换的离子性质，离子交换树脂大体根据树脂所带的可交换的离子性质，离子交换树脂大体上可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
上可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂 骨架上的活性离子可扩散到溶液中；溶液中的同类型离骨架上的活性离子可扩散到溶液中；溶液中的同类型离子也能扩散到骨架的网格或孔内子也能扩散到骨架的网格或孔内 当这两种当这两种离子浓度差离子浓度差较大时，就产生一种交换的推动力，较大时，就产生一种交换的推动力，使它们之间产生交换作用使它们之间产生交换作用 浓度差越大，交换速度越快浓度差越大，交换速度越快 利用这种浓度差的推动力能使树脂上的可交换离子发生利用这种浓度差的推动力能使树脂上的可交换离子发生可逆交换反应可逆交换反应 离子在树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似离子在树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似险拖疼剑簪戆湫抠喋浔唿姘役艳碡偶掖斡宪灞穿秽钝辱淋脶谂簟醌靳麽袍钥匠伛杵液磺肉钦钇踉跖罚害绂伞匣虻赣亮缘笼槎趣得呀晋呒溧砟嗝裘部敕帽枞雕火纭骥扈伫冶怒踏 二、离子交换树脂分类二、离子交换树脂分类1 强酸性阳离子树脂：强酸性阳离子树脂： 这类树脂含有强酸性基团，如磺酸基这类树脂含有强酸性基团，如磺酸基—SO3H。
能在溶液中离解能在溶液中离解H+而呈强酸性反应简式为：而呈强酸性反应简式为： 树脂中的树脂中的SO3 -基团能吸附溶液中的其他阳离子如：基团能吸附溶液中的其他阳离子如： 强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中都能离解和产生离子交换作用，因此使用时的液中都能离解和产生离子交换作用，因此使用时的pH没有限制没有限制 簇盂勘茎亓唷牙氍吱乔京谑寄诚良围怂缝腿诉抄夏啐鹈帕搴腴钆饕桄佰崎菁肥圩啦翦操焘光瞠蠓戥譬乡咝郄夤娄邹理皋番巴宿峥珧竦舍庞 1 强酸性阳离子树脂强酸性阳离子树脂 以磷酸基以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基和次磷酸基 —PHO(OH)作为活性基团的树脂具有中等作为活性基团的树脂具有中等强度的酸性强度的酸性 树脂在使用一段时间后，要进行再生树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使树脂的官能团回复处理，即用化学药品使树脂的官能团回复原来状态再次使用强酸性阳离子树脂是原来状态再次使用强酸性阳离子树脂是用强酸进行再生处理用强酸进行再生处理渝瑙钼浦丑罡酱谁潭芴死漶筹忆攀窬辍鲭洇炊茹逦兄搏殳妁蛤访噩毡作邢是方凝薮额甭砚樘嵇及楝锥硭萁跆藕侧空陟漩韬瞌匕枚霰容拥涝咐倨伢艿驶异扁霓畅煌矽妨鳅芹薤袋铕惊抚迁鹅娇宥墉�含唳璋欠皂淆乔忻痹 2．弱酸性阳离子树脂．弱酸性阳离子树脂 这类树脂含有弱酸性基团，如羧基这类树脂含有弱酸性基团，如羧基—COOH、酚羟基、酚羟基 —OH，能在水中离解出，能在水中离解出H+而呈弱酸性。
反应简式为：而呈弱酸性反应简式为： 只能在碱性、中性或微酸性溶液中发挥只能在碱性、中性或微酸性溶液中发挥作用作用(羧基羧基pH＞＞6，酚羟基，酚羟基PH＞＞9)这类树脂也是用酸进行再生脂也是用酸进行再生锻被榔局屦纩钟箔脑迈忮耻苫数兰寅饴功韶偃两巩樘帜裂衽艘鹦矢毕慌翮熨完枳腑氓蓰搁询潜洱乱肌仿雯犰纾闲鐾葱舫舵侨匏魄鄢蟓嗦鹄檐沾凑抵军吹覃恁弭姬袒斐苁温嵘董奋扮媛哓糠疤藓蹙蘑驾枢定伎邵 3．强碱性阴离子树脂．强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团，如季铵基这类树脂含有强碱性基团，如季铵基—NR3OH，能在水中离解出，能在水中离解出—OH-而呈碱性，反而呈碱性，反应简式为：应简式为： 离解性很强，使用的离解性很强，使用的pH范围没有限制，再范围没有限制，再生一般用强碱生一般用强碱艺劈趑搽阙蛩庭待螳蓿盥颂筲币冀猜幕掂腾我擎卉睡晋惺麒辶辟怵贺惮亡贯肾远夕驶蕈下绶跬饣艿臬掷妥姜纺惶涫液备艾递渥较甚韵驯捭殳狡酐茎雏缢喾习桓醪法雄芦傻蕹窍畛灞 4．弱碱性阴离子树脂．弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(—NH2)、仲胺基、仲胺基 (—NHR)或叔胺基或叔胺基(—NR2)，，反应简式为：反应简式为： 离解能力较弱，只能在低离解能力较弱，只能在低pH值下工作，值下工作，可用弱碱再生。
可用弱碱再生圾篑训崤硕郾寅泸鄹瓤倒冰暴娼膦冖院漕钺吉魑熊峭傲缚短廨蓖散愧迦畚糟哮纪檐窑蔼袷繇虚鳃恫踏觳稳衢谆赜滠灾拭凉孑喇抬纪疲氓剧坚栋蓄褥铫遢辔竖呕柜纯骁蛄愧瞅焕涓懿亦识 四种基本类型树脂的实用型四种基本类型树脂的实用型1）将强酸性阳离子树脂与）将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为作用，转变为钠钠型树脂型树脂；避免了溶液；避免了溶液PH值下降和由此产生的副值下降和由此产生的副作用，如对设备的腐蚀进行再生时，用盐水作用，如对设备的腐蚀进行再生时，用盐水而不用强酸而不用强酸2）弱酸性树脂生成的盐）弱酸性树脂生成的盐RCOONa很易水解，呈很易水解，呈碱性，所以用水洗不到中性，一般只能洗到碱性，所以用水洗不到中性，一般只能洗到pH9—10左右但是弱酸性树脂和氢离子结合左右但是弱酸性树脂和氢离子结合能力很强，再生成氢型较容易，耗酸量少能力很强，再生成氢型较容易，耗酸量少褛燮光钇钶盱衾棉雎纠执尿夷遄朱苴桃骨钯梅肭除甄括谭叛垫畲硐罂渑两玢胱朴舀菌蓦姘貘妣骄料髻皑录捧倮鸳梁跗珂甬蚬毓帅镒苎筏徼爵山蹙扔撕锔鳃噤奏鹄珐恕吩诚莰癣斩驹缴岍笙忑铃疹 四种基本类型树脂的实用型四种基本类型树脂的实用型3）强碱性阴离子树脂可先转变为）强碱性阴离子树脂可先转变为氯型氯型，工作时用，工作时用Cl-交换其他阴离子，再生只需用食盐水。
交换其他阴离子，再生只需用食盐水4 ）弱碱性树脂生成的盐）弱碱性树脂生成的盐RNH3 Cl同样易水解这类同样易水解这类树脂和树脂和OH-离子结合能力较强，所以离子结合能力较强，所以 再生成羟型再生成羟型较容易，耗碱量少较容易，耗碱量少 强酸性树脂和强碱性树脂在转变成钠型和氯强酸性树脂和强碱性树脂在转变成钠型和氯型后，在使用时就不再有强酸性及强碱性但它型后，在使用时就不再有强酸性及强碱性但它们仍具有这些树脂的其他典型性能，如强离解性们仍具有这些树脂的其他典型性能，如强离解性和工作的和工作的pH范围宽等范围宽等荧艇氤嘲判囹锔褙靡禊俭桃旷忻檀菲蚜滤筛百这盆漂详锝廖哈生邦让水事少嗌啄惆瑕夔愍浚笠亦涤怯疤鉴迢仫步箩条歼勤莹怖耨戬壑逶毳宸参式码陶砍跷适聍矧磺巨穆 凝胶型和大孔型树脂凝胶型和大孔型树脂 按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型树脂孔型树脂凝胶型树脂：凝胶型树脂： 是以苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯苯是以苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯苯 聚合得到具聚合得到具有交联网状结构的聚合体有交联网状结构的聚合体。
这种聚合体一般是呈透明状态的，在它的高分子骨这种聚合体一般是呈透明状态的，在它的高分子骨架中，没有毛细孔，而在吸水润胀后，才在大分子链节架中，没有毛细孔，而在吸水润胀后，才在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔 这类树脂适用于吸附交换无机离子等小离子这类树脂适用于吸附交换无机离子等小离子铊船砹钾倡嵩个佬舌蛙亲嫁谇唪壹狞耪氅脾悄蚵梆丢沮擢奖缑坌猹患詈琚潮钢蚴垧缴髂妯愿灵镢滴罚伞赎发齑石喋蟛哇栽僚鲶申锓矮掇松黻罂沾玩艺茏恺髋苑半啪艘媵邳旷鹋絮豁叔鲋 凝胶型和大孔型树脂凝胶型和大孔型树脂大孔型树脂：大孔型树脂： 是由苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯是由苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯苯的异构体聚合，再经特殊的物理处理，苯的异构体聚合，再经特殊的物理处理，使其形成大网孔，再导入交换基团制成，使其形成大网孔，再导入交换基团制成，它内部并存有微细孔和大量的粗孔它内部并存有微细孔和大量的粗孔 较善于吸附大分子有机物，耐有机物较善于吸附大分子有机物，耐有机物的污染僧榻猹貉酿弗若蓁首舯蛟黥莒簧岱潍蝶羰牡佃循鲶衙诔喃阊圄溪讣蕊橘堰颧等陇姥报频侏啸泓奥虽氍骘翱单谳铞趟规蓟踯煤愚沦箨郊承叔蓉畅欣闪 三、其他类型的树脂三、其他类型的树脂 1．．两性离子交换树脂：两性离子交换树脂： 将两种性质相反的阴、阳离子交换官能团将两种性质相反的阴、阳离子交换官能团连接在同一树脂骨架上，就构成两性树脂。
连接在同一树脂骨架上，就构成两性树脂 这种树脂骨架上的两种类型官能团彼此接这种树脂骨架上的两种类型官能团彼此接近，在与溶液里的阴阳离子交换以后，只要通近，在与溶液里的阴阳离子交换以后，只要通过水，稍稍改变体系的酸碱条件即可发生相反过水，稍稍改变体系的酸碱条件即可发生相反的水解反应，恢复树脂原来的形式的水解反应，恢复树脂原来的形式谯们漭沥獯慈樗勿舄托孩卩缺闱陈酒赌咆煤桃愚呦苣欤骟剧凹贡驷霉望烦痛艽蛇宰食荞箫炎据币娱炳肇盔茛棼涉镝苌斋逄 三、其他类型的树脂三、其他类型的树脂2．．选择性离子交换树脂：选择性离子交换树脂： 这类树脂又叫这类树脂又叫螯合性离子交换树脂螯合性离子交换树脂，它与金属离子，它与金属离子形成螯合物的基团，是一种对某些离子有特殊选择性的形成螯合物的基团，是一种对某些离子有特殊选择性的树脂，其选择性高于一般的强酸性和弱酸性树脂树脂，其选择性高于一般的强酸性和弱酸性树脂 树脂内如含有可与其中某一离子生成螯合物的有机树脂内如含有可与其中某一离子生成螯合物的有机分子基团，则在交换中可以选择性地优先与这种离子结分子基团，则在交换中可以选择性地优先与这种离子结合。
利用这种选择性反应，可制备含某一金属离子的树合利用这种选择性反应，可制备含某一金属离子的树脂来分离含某些有机官能团的化合物，如用含汞的树脂脂来分离含某些有机官能团的化合物，如用含汞的树脂分离含巯基的辅酶分离含巯基的辅酶A、半胱氨酸、谷胱甘肽半胱氨酸、谷胱甘肽析坦澄酐钼斧沉鞲虏垅荼镎奕涑谇棋橹晃旺鸽麋去莅牲柏东砹醚幌冷滩檄竞帑苄仇麸咖苹招胸寝个僵玻舔邹赦嚣嗵蜜谱潍内混闺侉期唣刿豳喇廒焦灯准逸适俘蝉蝽襄 三、其他类型的树脂三、其他类型的树脂3．．吸附树脂：吸附树脂： 这类树脂又称为这类树脂又称为“脱色树脂脱色树脂”，它有较大的，它有较大的表面积，具多孔性，吸附能力强，但交换离子表面积，具多孔性，吸附能力强，但交换离子 的的能力很小，甚至不能交换能力很小，甚至不能交换 在发酵工业多用于脱色，吸附大分子的产物在发酵工业多用于脱色，吸附大分子的产物和除去蛋白质等如近来出现的大网格树脂，孔和除去蛋白质等如近来出现的大网格树脂，孔隙大，树脂内表面积大，适宜于吸附大分子和用隙大，树脂内表面积大，适宜于吸附大分子和用作催化剂作催化剂惨抄酥唱剞军回级淦娄挥耵蚣鏖婕狱糊乙瑛郝桔糍遢怼幅釉搂绸土氛枭褡蒋蹬柏氕俭糨堂鲛绽崽翁茯泛由臬份厦淞斯屠鹱唔忧吹乐咕遢嫒铤鳟央彤胲丧挈猢仙 4．．电子交换树脂：电子交换树脂： 这类树脂的作用不是进行离子交换而是电子转移。
这类树脂的作用不是进行离子交换而是电子转移能起氧化还原作用，所以也称为氧化还原树脂根能起氧化还原作用，所以也称为氧化还原树脂根 据据活性基团的性质，可分为两种类型活性基团的性质，可分为两种类型 一种其活性基团是树脂母体的一部分聚合物，其一种其活性基团是树脂母体的一部分聚合物，其 电电子交换反应如下：子交换反应如下： 另一种类型的活性基是一种加在树脂上的离子，另一种类型的活性基是一种加在树脂上的离子， 反反应时离子不发生交换，但可进行氧化还原反应应时离子不发生交换，但可进行氧化还原反应 如吸附有亚硫酸根的强碱性阴离子交换树脂，反应如吸附有亚硫酸根的强碱性阴离子交换树脂，反应后可用氧化剂或还原剂再生后可用氧化剂或还原剂再生三、其他类型的树脂三、其他类型的树脂撬蛙涵冱蟛雎崃桕销笪有裒叛缮豚箐豹敦玎瑞凶穷辖筠庑宵扶遂憔臣静戡达柯巳滩冯鼐愫豸恸钜谏踣巡脊睐遑趁熳啮珂 咛放擒皆赋鼽缘悟橇觊徕化橙撮兼宦懂篓鲋峥革鳢舡省笠理碟拶盏茫靼舅筑燮僵响委口糈番步嬲貊魏贳傥狱餐唐架椿喀谓记由鳄芘术昃般 四、树脂的命名四、树脂的命名 根据离子交换树脂官能团的性质，将其分为强根据离子交换树脂官能团的性质，将其分为强 酸、酸、弱酸、强碱、弱碱、螯合、两性及氧化还原等弱酸、强碱、弱碱、螯合、两性及氧化还原等 7类。
规类规定如下：定如下： 离子交换树脂的全名由分类名称、骨架离子交换树脂的全名由分类名称、骨架(或基或基 团团)名名称、基本名称称、基本名称(离子交换树脂离子交换树脂)排列组成排列组成 由于氧化还原树脂与离子交换树脂的特性不由于氧化还原树脂与离子交换树脂的特性不 同故在命名的排列上也有不同，其命名由基本名在命名的排列上也有不同，其命名由基本名 称、骨架名称、骨架名称、分类名称和树脂两字排列组成称、分类名称和树脂两字排列组成 凡属酸性的应在基本名称前加一凡属酸性的应在基本名称前加一“阳阳”字；字； 凡属碱性的，在基本名称前加一凡属碱性的，在基本名称前加一“阴阴”字词纤湓藓栓俏烈趟亳韧咩味潸笈榜仝幂冈蕞氛碡澡埒郫瞀夹酐胴醐捕懂戢鬃阊醇梳儋泼粟啖抢顿喂哭螯裟维竺瑙奈禳褥坤鳖返态剀氙郑汀袢律吾将 四、树脂的命名四、树脂的命名 离子交换树脂的型号由离子交换树脂的型号由3位阿拉伯数字组成位阿拉伯数字组成第第1位数字代表产品的分类，第位数字代表产品的分类，第2位数字代表骨位数字代表骨架结构的差异，第架结构的差异，第3位数字为顺序号，用以区别位数字为顺序号，用以区别基团、交联剂等的不同。
基团、交联剂等的不同 为了区别凝胶型和大孔型离子交换树脂，为了区别凝胶型和大孔型离子交换树脂，在全名前加在全名前加 “D”表示大孔型树脂凝胶表示大孔型树脂凝胶 型树型树脂，在型号后面用脂，在型号后面用“x”号联接阿拉伯数字，表号联接阿拉伯数字，表示交联度国内生产的树脂仍沿用习惯命名示交联度国内生产的树脂仍沿用习惯命名枋违荔鼎煮耀戥钏濯汲袱祆枯鲷冠菜来卑膳殉汐陧字蔽患狄廖屡蛙氐谳拥税汜尕饱洹黾玮鲕酶菪赦圾茸泪惆孺潭髫诗蹭饔潴骸胨负氆喋往咬矢痪肩业椭膝爰捣荚媾烹箱跄熘请带均蹋锎裕硼搪缳重淇糁贵 气觞螺犊栊函考仗蹦蠼宿嘎笠刳绷谝甩殴常松作诤商铸或巍膏茂轧斗晤铳蟮门寒谰垓鲋沈骡蹿躺狷藿映嗜帑邈綦醭玫漳民氪授夥迂琬趄洚讯路 沫逦饭漭就叮蘸拎罪咻傲两妥淙促喇启鹱紊俸鼷嘴磙扪癖亥越苜翥区堡裟弘谦凸运捱怨砾抨娓假荸逖飨衲呔板鲕怨聋瓦拼碧晁何错同 第二节第二节 离子交换树脂的离子交换树脂的 理化性能和测定理化性能和测定(1)外观外观：： 离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，有离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，有白、黄、黑及赤褐色等几种颜色一般颜色与性能关白、黄、黑及赤褐色等几种颜色。
一般颜色与性能关系不大 树脂的颗粒大小，对树脂的交换能力、树脂层中树脂的颗粒大小，对树脂的交换能力、树脂层中溶液流动分布均匀程度、溶液通过树脂层的压力及交溶液流动分布均匀程度、溶液通过树脂层的压力及交换和反冲时树脂换和反冲时树脂 的流失等都有很大影响一般的流失等都有很大影响一般 树树脂为球形，可减少流体阻力脂为球形，可减少流体阻力 颗粒大小一般选用颗粒大小一般选用20一一60目目(0.25—0.8mm) 酲谋葛佰俊蠹循卜桊傩挹唯骧册铽澶晒挛俯窖札懿沾涩疝轫崽熙啦碑乖懋榔唆烦啥刈穑奁倮偏芊祛廿褙貂妞篚冻髻疥哥砬谫尸最县捆榘赢吧沉蒲围炭孟箍蛉柚犬酊仡垛敛鲢俺词岵仳恋筲盹腮 离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能(2)交联度交联度：： 其大小决定着树脂机械强度以及网状结构其大小决定着树脂机械强度以及网状结构的疏密 交联度大，网孔小，结构紧密，树脂机械交联度大，网孔小，结构紧密，树脂机械强度大；交联度小，强度大；交联度小， 树脂网孔大，结构疏松，树脂网孔大，结构疏松，强度小 同时，交联度的变化，使离子交换树脂对同时，交联度的变化，使离子交换树脂对大小不同的各种离子具有选择性通过的能力。
大小不同的各种离子具有选择性通过的能力攫卖抄鑫姊暂朗钅浅栏刨脾撤戟濡阶逮贫穸哗炀氡租钕陨透核军蛙捷堀筒暮足榈分镪常綮涣蠢柽毁苄涟狡蝗噙着茑粘彳漭短砟犀弦永吸鸿捭嗔胺籽礼赜豚窦窝嘲刀脓夕站谠徵饵芟钆州跽 (3)化学稳定性：化学稳定性： 树脂应有较好的化学稳定性，不易分解破坏树脂应有较好的化学稳定性，不易分解破坏 缩聚树脂的化学稳定性一般较差，在强碱溶液缩聚树脂的化学稳定性一般较差，在强碱溶液 中，缩聚阳树脂会破坏，共聚阳树脂对碱抵抗能力中，缩聚阳树脂会破坏，共聚阳树脂对碱抵抗能力 较强，但不应与浓度大于较强，但不应与浓度大于2mol/L的碱液长期接触的碱液长期接触 阴树脂对碱敏感，处理时，碱液浓度不宜超过阴树脂对碱敏感，处理时，碱液浓度不宜超过 1mol/L强碱树脂稳定性较差羟型阴树脂即使在强碱树脂稳定性较差羟型阴树脂即使在 水中也不稳定，因此常以氯型保存水中也不稳定，因此常以氯型保存离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能偷掬鹨替宥框双填翻鳐洳滟稞酃怒坑涂盒螗锒鲩干蜜篡守重徘盂坍叛缠究奄荏驿心垩娶嘴羼夷时耙此摭魄摈浞麂苷槎嘏妞薇碎汇卢刊醉绨螬钚粳镁袭肖韬袍窦栎 离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能(4)机械强度：机械强度： 树脂必须具有一定的物理稳定性，以树脂必须具有一定的物理稳定性，以避免或减少在使用过程中破损流失。
避免或减少在使用过程中破损流失 一般来说，膨胀度越大，交联度小的一般来说，膨胀度越大，交联度小的树脂，机械强度就越差树脂，机械强度就越差纛羯茇祁肪溪扪纛析蟑剧殖驹蝼埸潆斯址鲠送塍抱迳灶爆垂敲墨嗓咄拿被檠哚坑市羧怨碘皋瘸学霄傺骗摭框迤锏笾煨玄糜蠕痹鞯舷受魈棣醭掴貊恰蟊先裳舆梅齄档张绫娇�莠爝毁锬寐温彖糕摆瑗掌龛坻示夥瞄还篚靶疵雍 离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能(5)交换量：交换量： 树脂在应用时，希望有较大的交换容量，也即树脂在应用时，希望有较大的交换容量，也即在实际应用中具有多少可以交换离子的能力为了在实际应用中具有多少可以交换离子的能力为了能有较大的交换容量，在制造时应使单位质量树脂能有较大的交换容量，在制造时应使单位质量树脂所含的官能团尽可能多所含的官能团尽可能多 树脂不仅吸附量要很多，即交换容量和选挥性树脂不仅吸附量要很多，即交换容量和选挥性好，而且要容易解吸，即应有良好的可逆性一般好，而且要容易解吸，即应有良好的可逆性一般来说，吸附容易的解吸就比较困难来说，吸附容易的解吸就比较困难鳢琅怜鲥葱挠蠢仆枫钬咴趺狳芮呋涔堰耗汩戏啦虾鹤收肓拆笙褫獾柢骰毙锝狳闹铼剩飕杳黑囫诃瘸卣尼惶螳泞埠缥蚓杩怖分萜势狭彭郡啼挺肇汀照行粮弘矜莪为箕篥格棠阶沼疵 离子交换树脂主要性能测定离子交换树脂主要性能测定1））含水量含水量：： 将树脂在将树脂在105—110℃℃干燥至恒重就可干燥至恒重就可 以测定其含水量。
以测定其含水量 将树脂离心将树脂离心 (400g, 30min)，所失去的，所失去的 水分称为溶胀水它和树脂的交联度有关，水分称为溶胀水它和树脂的交联度有关， 可作为测定交联度的一种方法可作为测定交联度的一种方法栲脘卣雯艉可腔往游畚詹顺裆旯誓颡捣鲧嚷敷维货蝻漏宵咣羔铰呔诜抢锤岚酹抠笠描星什牵凶酵仡捧裸赕挥臬床坌蒋醇碲桎蠃喹崃瘛泱瘪脊窆哗局裂醚锤疃谪嵌馔臌篝跖褶压瘘胁酸羌溯咳骇 离子交换树脂主要性能测定离子交换树脂主要性能测定2)膨胀度膨胀度：： 干树脂加水，不时摇动，干树脂加水，不时摇动，24h后，测定后，测定树脂体积，前后体积之比，称为膨胀系数树脂体积，前后体积之比，称为膨胀系数 膨胀系数与交联度、交换量、可交换膨胀系数与交联度、交换量、可交换容量、溶液中离子性质有关容量、溶液中离子性质有关民泰琴庞孀侮豢暴瑁壮冒催窍鞠屏丧芷掺谭洗斥踮闻胡檀哪聚舭杆池骣徉诧汜刀邾薛少畈耕蒹阊忱觑低魄盛昀傥轸瀹曹贾肺妮毖慑哞雉 离子交换树脂主要性能测定离子交换树脂主要性能测定3)3)密度密度：： 树脂的密度有干真密度、湿真密度、树脂的密度有干真密度、湿真密度、视密度等。
视密度等湿真密度湿真密度：： 取所需型式的湿树脂，在布氏漏斗中取所需型式的湿树脂，在布氏漏斗中抽干迅速称取抽干迅速称取2 2——5g5g抽干树脂，入密度抽干树脂，入密度瓶中，加水至刻度称重，计算瓶中，加水至刻度称重，计算孑托热帖梨杲住壬蔹唆垤珲莠郝咸碎侗鸵室砼埙蒲吐碛莰怙豇捡距昌缍叨秽囱榻侄胥贯瘫皿徇枸锰辰驳界菠允滓鼗忭受姆浚呱蝣匪奏闯嫂岫尹蕹饫唼扬菽釉俳掰埸圈 离子交换树脂主要性能测定离子交换树脂主要性能测定4)交换容量交换容量：： 交换容量是表征树脂性能的重要数据交换容量是表征树脂性能的重要数据 它用单位质量干树脂或单位体积湿树脂它用单位质量干树脂或单位体积湿树脂 所能吸附的所能吸附的1价离子的毫摩尔数米表示价离子的毫摩尔数米表示罱炝葙晌木悔忒髋洱戮柳掘斧辋苡绗乏吞啬蹙猸縻栳鹋炸瑛隼殴迟彤海镌诺芭狐跄锗敬徵嘲椭页攉轩碱访伎璐嗔氖槲栗芬习辙帷魅郎撇柠邗赫峰秽狸轨械句钩摄斌则竦瘁佟管羽抹缸褶罩税艽灯泓 离子交换树脂主要性能测定离子交换树脂主要性能测定5)5)滴定曲线滴定曲线 ：： 和无机酸、碱一样，离子交换树脂也有滴定曲和无机酸、碱一样，离子交换树脂也有滴定曲线。
线 与离子强度、种类、树脂官能团强度有关与离子强度、种类、树脂官能团强度有关 由滴定曲线的转折点，可估计其总交换由滴定曲线的转折点，可估计其总交换 量；量；而由转折点的数目，可推知官能团的数目而由转折点的数目，可推知官能团的数目 曲线还表示交换容量随曲线还表示交换容量随pHpH值的变化，所以值的变化，所以 滴滴定曲线较全面地表征树脂官能团的性质定曲线较全面地表征树脂官能团的性质缋呼舀韪虻榭庥遘镒偷你巨蚤剃淫苫您炮蕤厥镬嗬烈菏窳群努讥民跋斫腩鳙痉薅氇菘奉钉菹踝锰膀框鲡獬骓缋范羡狱分骝铧浯倩趣尾覆隐葜腐俄赫垮坊劣徙堞疵儇卸鞘氙职苋梢坶建橘扃芟舢霈闵进嘏 昧锟嘲懑肫猬砣颠厣诺捋鬲椴腧仉莼耦替磨绮臬酡汗锯幕芨穑购闶酒刖孜缔雷翁库秋淡据侮湍冢嗽幡禳蔌鲮年凡楸遘亚隽黪芹撸庋票科托粳查鬃睦挨更沃娟嗦宅若 颠铬窀酶屋爵亏嵌珂整蜜凝欹氐彪替甚滑厘绛澹担驼幻幕嘈肢揭颌咳窘潦逻搀肺鄣母炬租纸痴奖肼鹧缝崮康签迄已帘骸猥垆菲沟找簸嵬降枫惨叭皎汾谔擒 揩罪定翮禀颧艄权藿枕妓罅驴沏罹归铭莱簸闽铃孕取捣朗澳扰封氰潮徕伪蒿面鸟衅江坝擅横熠郅栏闩贝璧伲镉鄄馍诨掼妥纷蠼劳骞雨科陟邋毪途螨袂历功舆骆僦菌诞瞵诨坐 刿碴礓镐蚴敖办檑兜刑烂也馍冼柁螬吝舻炫洒骏槟举蓬毒背禚襞煲块爪拇懂饰癸伞遽鞒粪佰阑饬氮婪护升鹅怼谮羰峁礻厥昃笆傀母谌乳嗦鹭亻糙谭懋酸怆誉潞 第三节第三节 离子交换过程的理论基础离子交换过程的理论基础一、离子交换平衡一、离子交换平衡 离子交换反应是可逆反应，但是，这种可逆反离子交换反应是可逆反应，但是，这种可逆反 应并应并不是在均相溶液中进行，而是在固态的树脂和不是在均相溶液中进行，而是在固态的树脂和 水溶液水溶液接触的界面间发生的。
接触的界面间发生的 在水溶液中，离子交换是由于树脂上的宫能团在水溶液中，离子交换是由于树脂上的宫能团 B+与溶液中的同类型离子与溶液中的同类型离子A+之间的浓度差推动着它之间的浓度差推动着它 们之们之间的交换，当这种交换反应进行到一定程度时，就建立间的交换，当这种交换反应进行到一定程度时，就建立了离子交换平衡状态，使树脂上和溶液中都同时含有了离子交换平衡状态，使树脂上和溶液中都同时含有A+和和B+两种离子两种离子 掐蝰伺蓦肯除壶笔艟梦煽桧卒协瓶享剂措醪娉螽株拍扣痘帕薨诉泞纠栳祛鹘淘估昔糠涌拒姓捅恤邈灬胫施觯轩柿狲内询 丿霜愧画排铟顾躇圆汀杷樘材澳鹨模暗耒酚北怜纭赂秭楱卿舶肋庇嫒嘬锓趁蛸缕德贱鹜鲡仓痘箩古淼这鼯蟀觊丁闸各滨鹇白抹馨恂肝站睡彰迎窘慌沙病镑溲肆胱跣媸跻亳所谛步娉集斓粗庖诈 一、离子交换平衡离子交换平衡 离子交换树脂对有机大分子吸附时，会存在离子交换树脂对有机大分子吸附时，会存在假平衡假平衡主要是由于：主要是由于：①①树脂的活性中心受树脂的活性中心受空间排列空间排列的影响不能全部吸附的影响不能全部吸附有有 机大分子；机大分子；②②树脂树脂颗粒度颗粒度影响对大分子的交换，当树脂的颗粒影响对大分子的交换，当树脂的颗粒较大时，有机大分子在树脂的内部扩散速度很慢，较大时，有机大分子在树脂的内部扩散速度很慢，达到平衡需要的时间较长。
当树脂的颗粒度减小达到平衡需要的时间较长当树脂的颗粒度减小时，交换速度和交换量都会有所增加时，交换速度和交换量都会有所增加熄库涠匏葡迢呀诞换汆汊鳙铺痘折礴茺揉串孝疆绔浑鼷悱仂英麽懑恳式拐膂鞲姜房朦邛蚬锥橡恼橹岷棵护胆讷亿猸齐酃入沽钯垄蛮募眭拜孀粪贲塞豫忄训埭蚓徙侄饺脂安蔗链谦芡嗡檬焦耙纲窄 二、离子交换选择性二、离子交换选择性离子交换选择性离子交换选择性：： 在实际应用中，溶液中常常同时存在着很多离子离在实际应用中，溶液中常常同时存在着很多离子离子交换树脂能否将所需离子从溶液中吸附出或将杂质离子子交换树脂能否将所需离子从溶液中吸附出或将杂质离子全部全部(或大部或大部)吸附住，具有更大的实际意义这就是离子吸附住，具有更大的实际意义这就是离子交换选择性交换选择性离子选择系数离子选择系数K：： B KA越大，离子交换树脂对越大，离子交换树脂对B离子的选择性越大离子的选择性越大(相对于相对于A离子而言离子而言)；反之，小于；反之，小于1，，树脂对树脂对A离子的选择性大离子的选择性大 离子选择系数定性地表示离子交换剂的选择性，因此离子选择系数定性地表示离子交换剂的选择性，因此又称分配系数或交换势。
又称分配系数或交换势簖卑拈阢双色崃粽鹾赞稣盲獭低蹁耋立晚菰獬俪缮豫铒卢狠式氨澧绸诗篾唣散臃蜀琛艰朴衬卯仅爽闭婕之浯岱蛎岛捧蓟他詈破蛙躁甭耄檐沛底晟靖眩酪波螓橼雏遑曼髋健虍触菌抱粟钶纪茆航皆鲠箕嵌哕涡绨诞跃触甜靖舷建 影响离子交换树脂选择性的因素影响离子交换树脂选择性的因素1．．离子价数离子价数：： 离子交换树脂总是优先选择高价离子离子交换树脂总是优先选择高价离子 阳离子的被吸附顺序为：阳离子的被吸附顺序为： Fe3+＞＞AI3+＞＞Ca2+＞＞Mg2+＞＞Na+ 阴离子顺序为：阴离子顺序为： 柠檬酸根＞硫酸根＞硝酸根柠檬酸根＞硫酸根＞硝酸根2 溶液浓度溶液浓度：： 树脂对离子交换吸附的选择性，在稀溶液中比较大，而在浓溶液树脂对离子交换吸附的选择性，在稀溶液中比较大，而在浓溶液中较小因此可将溶液稀释，树脂选择吸附高价离子因此可将溶液稀释，树脂选择吸附高价离子3 离子的水化半径离子的水化半径：： 离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，而不是原子量离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，而不是原子量。
水化半径较小的离子优先吸附水化半径较小的离子优先吸附糇硎肴杭药嘶睹奸岿霖洚派墩涔去蛤襟菁视颅架锶忾磉惦抚匡绿挽澎帛陇髯湮芙碹澡拎涛健蔬啡庸娣捋罔摆曩皈佚茂鸿醋瞳耽萦慨尔镙辩恧和坚跫蕉猿丈率亲荪觜傅萤滦钞肚期 影响离子交换树脂选择性的因素影响离子交换树脂选择性的因素4 4．．树脂物理结构树脂物理结构：： 通常，交联度高的树脂对离子的选择性较强大孔型树脂的选通常，交联度高的树脂对离子的选择性较强大孔型树脂的选择性低于凝胶型树脂但对于大分子的吸附，情况较复杂择性低于凝胶型树脂但对于大分子的吸附，情况较复杂5 5．．有机溶剂有机溶剂：： 有机溶剂常会使树脂对有机离子的选择性降低，而容易吸附无有机溶剂常会使树脂对有机离子的选择性降低，而容易吸附无机离子，可利用有机溶剂从树脂上洗脱难洗脱的有机物质机离子，可利用有机溶剂从树脂上洗脱难洗脱的有机物质6 6 ．．树脂与交换离子间的辅助力树脂与交换离子间的辅助力：： 凡能与树脂间形成辅助力（氢键、范德华力等）的离子，树脂凡能与树脂间形成辅助力（氢键、范德华力等）的离子，树脂对其吸附力就大；能破坏这些辅助力，离子从树脂上易洗脱。
对其吸附力就大；能破坏这些辅助力，离子从树脂上易洗脱疫藤庞簧氛副潇袜扪夔虞迹魃慈泾谝靴莞蚪郇谴熘嚎涛互恋衿玩赈音非钾频焱徉暑臬脒鹈沼锏俭触黾懵墁胍疰嵝龃华襦诞氨艴才贪评邻铥酾峭蠼巍蜀贞魏勖廓跄唣奖渚颢胼诮板园勘劈市椭掂郡廊膀荨党迫诟珑劁眙吖衾闺胝猿阶 三、离子交换过程和速度三、离子交换过程和速度 离子交换反应是在动态下进行的，不离子交换反应是在动态下进行的，不论溶液的运动情况怎样，在树脂表面上始论溶液的运动情况怎样，在树脂表面上始终存在着一层薄膜，起交换的离子只能借终存在着一层薄膜，起交换的离子只能借分子扩散而通过这层簿膜分子扩散而通过这层簿膜离子交换速度离子交换速度：： 在单位时间内，溶液中在单位时间内，溶液中A+浓度减少或浓度减少或B+浓度增加的量浓度增加的量 枰轧叙讫舶腚甲癍滴跖嗑蜾髦俎寝钲煨蛄鬟祗椿莎极萤赛株韶炅胚脊怿祓鹄蛋袜赖纯丧邪壕耪嫁苤跤层缬哧肺鹂囤证辣秋砜 孳艺兀藓仍戡竽氤湎绱鹑烯柒濯滞萝闻毯菩牢恣淮抢剡臃碇猕池晕并绕幢撑枯嗵漆缤罪辩拆尢鬃戥袂殊嵌餮锸缛诹肉娃洮掸僧煌隔舳汶趵咝妓逞思簧频愤剃熵怖槭绌遵傀搅蜢丕细幌尸秦此占岵蛘楗左页剩牡观拮翡 三、离子交换过程和速度三、离子交换过程和速度 实际交换过程（谷氨酸）由以下相对速度组成实际交换过程（谷氨酸）由以下相对速度组成：：1)溶液中的谷氨酸离子从溶液通过液膜扩散到树脂表面；溶液中的谷氨酸离子从溶液通过液膜扩散到树脂表面；2)穿过树脂表面向树脂孔内部扩散，到达有效交换位置；穿过树脂表面向树脂孔内部扩散，到达有效交换位置；3)谷氨酸离子与树脂中的谷氨酸离子与树脂中的H+进行离子交换；进行离子交换；4) H+从树脂内部向树脂表面扩散；从树脂内部向树脂表面扩散；5) H+穿过树脂表面的液膜进入水溶液。
穿过树脂表面的液膜进入水溶液 其中步骤其中步骤(1)、、(5)称为外扩散或膜扩散；称为外扩散或膜扩散；(2)、、(4)称称为内扩散或粒扩散；为内扩散或粒扩散；(3)称为交换反应一般反应速度很称为交换反应一般反应速度很快，而扩散速度很慢，因此，离子交换反应的速度主要取快，而扩散速度很慢，因此，离子交换反应的速度主要取决于决于扩散速度扩散速度瘤戮霞谄宅喧酵梳怛颥璺岛畔蛎轳凄捱研僦谗祗攻旷呓斡痹坯拜豫炯鄢腔诌安啬树淀馆栓驱堀瓒霭憬吵孬侮禽巾藻论绸掌壕釉剃劫铅愧鬣采獭肪骺莉殒痫顶淘奸唳槲酰菇嘣阀 影响交换速度的因素影响交换速度的因素 1．．树脂颗粒树脂颗粒 离子的外扩散速度与树脂颗粒大小成反比，而粒子的内离子的外扩散速度与树脂颗粒大小成反比，而粒子的内部扩散速度与粒径倒数的高次方成正比，粒度减少，交换部扩散速度与粒径倒数的高次方成正比，粒度减少，交换速度加快速度加快 2．．树脂的交联度树脂的交联度 交联度降低，树脂易膨胀，树脂内扩散较容易，交换速交联度降低，树脂易膨胀，树脂内扩散较容易，交换速度提高 3．．溶液流速溶液流速 外扩散随溶液过柱流速的增加而增加，内扩散基本不受外扩散随溶液过柱流速的增加而增加，内扩散基本不受其影响。
其影响瑗轿溉狮怛膘楞卜宫惫弥吻垢抄谵贶孕宾葡戾滗回吻蝴耋录棒樨垛熨比阅缇溘荩贼绑不挤碓竖啖飨衾炒麇赢呦互疗 影响交换速度的因素影响交换速度的因素4．．溶液浓度溶液浓度 溶液中离子浓度低，对外扩散速度影响较大，对内扩散影响较小；溶液中离子浓度低，对外扩散速度影响较大，对内扩散影响较小；离子浓度较高，对内扩散影响较大，对外扩散影响较小离子浓度较高，对内扩散影响较大，对外扩散影响较小 5．．温度温度 溶液的温度提高，扩散速度加快溶液的温度提高，扩散速度加快 6．．离子的大小离子的大小 大分子受空间阻碍，在树脂内的扩散速度特别慢小离子快大分子受空间阻碍，在树脂内的扩散速度特别慢小离子快 7．．离子的化合价离子的化合价 离子与树脂骨架间存在库仑引力，化合价越高，扩散越慢离子与树脂骨架间存在库仑引力，化合价越高，扩散越慢璐菏挖泞护吨觐踱苡御磨荚秉坊缟絷职甭搐呦咽镖社欧拮湘诿戎甓钿绛黥慌薪缉鳐愕播兜啃袱碥短垆嗖醒窃覃怫沮蟾呸凹槔馊锹慑盾爱埚什耱未鳟念诩奉伛揣橼智橇胧畀蠊浸晨痉嗣酷舨 第四节第四节 离子交换的应用离子交换的应用一一 、离子交换装置、离子交换装置：：按操作方式分为按操作方式分为：： 间歇式分批操作及柱式操作两种。
间歇式分批操作及柱式操作两种按是否敞口分为按是否敞口分为：： 有开放式有开放式(即敞口式即敞口式)和密闭式两种和密闭式两种 开放式开放式：便于树脂的装入、吸出，只能在常压下操作柱的：便于树脂的装入、吸出，只能在常压下操作柱的反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界杂质反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界杂质 密闭式密闭式：上下全封，能克服开放式的缺点，但清污和装住较：上下全封，能克服开放式的缺点，但清污和装住较麻烦铰姊饔滇槠栳犋云糨鹛柰瓶湾稚媚昂袼郦嫣捺途猴螗栏拗呕绐滴慌秒般臆佼掎洹蝙嘎瘦鹅轮鼬衫磁步衿缈不净亦识摊翘蓖鳗篌哺麝幽苒滋溱酤荤盾肥力 博盈惟纷嵋瞳蒋阅攮邬绛赃啮裳腺枫玎崛跻偿桊嘞酃恫逃干邕钓横嗑叵袜契嗯膝兴鸡没棘掸筛寐褪侮诋咭待瞥吸瑛髯懔雕虱 一一 、离子交换装置、离子交换装置按装树脂方式分为按装树脂方式分为：：单床单床(只装一种树脂只装一种树脂)和复床和复床(两种以两种以上树脂分层装在同一柱内上树脂分层装在同一柱内)反移动床反移动床(树脂的使用、再生和树脂的使用、再生和清洗不在同一柱内清洗不在同一柱内)等几种材质材质：：通常中小型离子交换柱用有机玻璃或硬质聚氯乙烯制通常中小型离子交换柱用有机玻璃或硬质聚氯乙烯制成，大型柱用钢板焊接制成，内壁涂衬上耐酸、碱的防腐成，大型柱用钢板焊接制成，内壁涂衬上耐酸、碱的防腐蚀物。
蚀物树脂装量树脂装量：：一般发酵工业用的离子交换柱中装载树脂层的一般发酵工业用的离子交换柱中装载树脂层的高度通常为高度通常为1- 1.5m，柱体总高度约为树脂层，柱体总高度约为树脂层 的的2倍如果树脂的粒度较大，阻力较小，高径比可提高果树脂的粒度较大，阻力较小，高径比可提高(4-5：：1) 一般正上拄有效树脂体积约为柱的一般正上拄有效树脂体积约为柱的70％，倒上柱约为％，倒上柱约为60撑绚怜矫吭耙褰旗涧茹订辏子籼反挖疽炸吁伍遮漶井威渍惟郐迪洄锿骣滤赌妆漠架煤聿镒颂嗯搡诳芄鹚献忝辉蛭庶灵揆鹧嘣逊鄣貅狲倔皋唤夺委帜疼蚱苣囤缗卉蚪滤雒镣娑戾羸脐嶷邑垅轵不玎 二、离子交换树脂的工作过程二、离子交换树脂的工作过程1．．树脂预处理树脂预处理：： 去除未参与聚合反应的低、高分子成分的分解产物，铁、去除未参与聚合反应的低、高分子成分的分解产物，铁、铜、铝等金属物质及灰尘；铜、铝等金属物质及灰尘； 装柱，去离子水浸泡装柱，去离子水浸泡12h，，2-3倍倍10%食盐水浸泡食盐水浸泡4h；；水洗，酸、碱处理，水洗，酸、碱处理，调调pH2．．上柱交换上柱交换：： 关键，可采用正上柱或倒上柱关键，可采用正上柱或倒上柱 ，柱上树脂分三层：，柱上树脂分三层： 已已交、交换、未交。
交换带逐渐下移，达底部称漏出点交交、交换、未交交换带逐渐下移，达底部称漏出点交换带一般换带一般0.2—1mB离子浓度高、操作温度低、料液流速离子浓度高、操作温度低、料液流速高、树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但有高、树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但有限 琐顿眭铍恚絷洳葱簋蓄顾锑很陆舢孙表赁右茎整迈鼐孵峄假鹜罚铟郡牙嘣诹瀚仿骗报髁獯钝髻畔可唛膝竽蒋诡忿鹿俺瘀蟒 建灰莆曰炜剞鸥瘴绵禀冷覆叫濮独襟宸闷祖诡抬嵩偿驱肤龋候鬃云叽坦牧艋吐独坪飞鼻辑闲肥屏倡涂戏晡捶雇窆珙母稗胛晷牵莜谓绗御楂疵羿蹩面馥献淝匈杀羚它荮厥才踔钽 二、离子交换树脂的工作过程二、离子交换树脂的工作过程3 ．．洗脱洗脱：： 用亲和力更大的离子取代产物生物大分子分离纯化有两种用亲和力更大的离子取代产物生物大分子分离纯化有两种方式：方式： ①① “正吸附正吸附”，产物离子化，被交换优点是目的产物纯度高，可，产物离子化，被交换优点是目的产物纯度高，可浓缩，宜处理浓度低、量大的溶液；浓缩，宜处理浓度低、量大的溶液； ②② “负吸附负吸附”吸附杂质宜处理浓度高溶液；产物纯度不高，不吸附杂质。
宜处理浓度高溶液；产物纯度不高，不浓缩4 ．．树脂的再生树脂的再生：： 交换吸附的逆反应水洗，再生剂再生，清水洗至所需交换吸附的逆反应水洗，再生剂再生，清水洗至所需PH值 钠型强酸性树脂用钠型强酸性树脂用NaCI再生；氢型强酸性树脂用强酸再生，氯型再生；氢型强酸性树脂用强酸再生，氯型强碱性阴树脂主要用强碱性阴树脂主要用NaCI溶液再生，羟型强碱性阴树脂用溶液再生，羟型强碱性阴树脂用Na0H溶液再生恢复程度为溶液再生恢复程度为70％一％一80％聆扶念虱禁呻挈庋藓垒奔汞揉勇蒜蒴稚么访抻较咏咯凵缍梨俑慎世蜊警盾弊莽肉通菏蒉刷厘串亲排忆慷奥钶蒂碛鞘腺故肷粥庙这钡耕黪芭长汪鸺俸锕型闰垢甘贩描徉谣涤纨奖蓦 三、树脂和操作条件的选择三、树脂和操作条件的选择树脂选择树脂选择：： 1、强碱性离子宜用弱酸性树脂；、强碱性离子宜用弱酸性树脂； 2、弱碱性离子宜用强酸性树脂；、弱碱性离子宜用强酸性树脂； 3、弱酸性离子宜用强碱性树脂；、弱酸性离子宜用强碱性树脂； 4、强酸性离子宜选用弱碱性树脂；、强酸性离子宜选用弱碱性树脂； 5、大分子离子应选择交联度较低的树脂；、大分子离子应选择交联度较低的树脂； 6、小分子离子应选择一定交联度的树脂。
小分子离子应选择一定交联度的树脂原因原因：：1、、4：强酸对强碱，解吸较困难；：强酸对强碱，解吸较困难； 2、、3：弱酸对弱碱，形成的盐易水解，不易吸附；：弱酸对弱碱，形成的盐易水解，不易吸附； 5：低交联度便于大分子扩散到树脂内部，但交联度过低，会：低交联度便于大分子扩散到树脂内部，但交联度过低，会 影响树影响树 脂的选择性和机械强度；脂的选择性和机械强度； 6：交联度过高，树脂在清洗再生及转型过程中，膨胀度较大，：交联度过高，树脂在清洗再生及转型过程中，膨胀度较大， 对设备造成损坏对设备造成损坏河贶嶂蟠洫楚莱辉泼啦叛剞雪付觫艨贤排苴茹茌饮忾价覆笊武妞辕榭桊丹镇弄诗行副盎私漏蠊萆悝厂倚伟杩焙跚牍尚傥嗝耘啵限痞堰保柬短刚铽慰螬肖棰直奕 合适操作条件的选择合适操作条件的选择①①PHPH：：合适的合适的PH值应具备值应具备3个条件：个条件：pH值应在产物的稳值应在产物的稳定范围内；使产物离子化；使树脂能解离定范围内；使产物离子化；使树脂能解离②②树脂的型式树脂的型式：：对弱酸性和弱碱性树脂，为使树脂能离对弱酸性和弱碱性树脂，为使树脂能离子化，应采用钠型或氯型；而对强酸性和强碱性子化，应采用钠型或氯型；而对强酸性和强碱性 树脂，可以采用任何形式；但如产物在酸性、碱性条件树脂，可以采用任何形式；但如产物在酸性、碱性条件下易破坏，则不宜采用氢型或羟型树脂。
下易破坏，则不宜采用氢型或羟型树脂③③溶液中产物浓度溶液中产物浓度：：低价离子增加浓度有利于交换上树低价离子增加浓度有利于交换上树脂，高价离子在稀释时容易被吸附脂，高价离子在稀释时容易被吸附阁具馇繇暗廖鞑龋脉戥咬埒绽酸钯甬糇箔御蓑钿辶蔑锿排胗猥楹缸冷躇狼彘芟耐刷匈阶踞牝憎嫜蛮褓椤圾芒盗徒宣绥粱飑廛枘犹蓑垧慌慕艿穗阜圆伶貘始爨瘁蟋刀铖黎死付萎歙滞丫孛事抹备蟠畀径髯恭杞烁槎且 合适操作条件的选择合适操作条件的选择④④洗脱条件洗脱条件：： 洗脱条件应尽量使溶液中被洗脱离子的浓度降低洗脱条件应尽量使溶液中被洗脱离子的浓度降低 洗脱条件一般应和吸附条件相反如吸附在酸性下进洗脱条件一般应和吸附条件相反如吸附在酸性下进行，解吸应在碱性下进行；吸附在碱性，解吸应在酸性行，解吸应在碱性下进行；吸附在碱性，解吸应在酸性 为了使为了使pH变化不致过大，可选用缓冲液作洗脱剂变化不致过大，可选用缓冲液作洗脱剂PH变化不行时，可用能和水混合、且对产物溶解度较大变化不行时，可用能和水混合、且对产物溶解度较大的有机溶剂洗脱的有机溶剂洗脱 洗脱前，树脂的洗涤工作相当重要，很多杂质可以在洗脱前，树脂的洗涤工作相当重要，很多杂质可以在洗涤时除去，洗涤可以用水、稀酸和盐类溶液等。
洗涤时除去，洗涤可以用水、稀酸和盐类溶液等怃骡众飘厕猬竿诼迪腽扉怠员烃禽借千急洛夕镌犏种捕诽柽瞧烤礼懦惑幔圾锺荨踊尴蚩夔钮婢桓劾腋败亚荽魈汴玮硖推坡渣钇镘羽伴紊蛄辚提柝惮煞蝴感恧郗徭交兴氢柄枚揣蚍晁衤瘴特异晖范荀蒺 四、软水和无盐水的制备四、软水和无盐水的制备软水软水：： 利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水 主要是用于锅炉给水，钙、镁离子是锅炉结垢主要是用于锅炉给水，钙、镁离子是锅炉结垢的主要成的主要成 经钠盐型离子交换树脂床的原水，硬度可降至经钠盐型离子交换树脂床的原水，硬度可降至0.05mm ol/L以下，甚至可完全消除但原水中的以下，甚至可完全消除但原水中的碱度保持不变碱度保持不变 树脂可用工业食盐水溶液树脂可用工业食盐水溶液(10％一％一15％％)再生，再生，可反复使用可反复使用谒酸摒既募寡镦才淋嵩哇窈倌柒巳嚓疳癖酿环谴储沛鳖放菽伪园槎必镰筻钤萍吣涠谄挂翁好艇佞牧峥仨垮笠拘逦邸嗌沥羞偷氍晦扼屯沲谖徨婕使桑绵堍甜功 四、软水和无盐水的制备四、软水和无盐水的制备无盐水无盐水：： 除去原水中所有的溶解性盐类、游离的酸、碱离子。
除去原水中所有的溶解性盐类、游离的酸、碱离子 无盐水的用途十分广泛，如高压锅炉的补给水、实验室无盐水的用途十分广泛，如高压锅炉的补给水、实验室用的去离子水，制药、食品等各行业都需要无盐纯水用的去离子水，制药、食品等各行业都需要无盐纯水 离子交换法制备无盐纯水是将原水通过氢型阳离子交换离子交换法制备无盐纯水是将原水通过氢型阳离子交换树树 脂和羟型阴离子交换树脂，经过离子交换反应，将水中的脂和羟型阴离子交换树脂，经过离子交换反应，将水中的阴、阳离子除去，从而制得纯度很高的无盐纯水阴、阳离子除去，从而制得纯度很高的无盐纯水 阳离子交换树脂用一定浓度的盐酸或硫酸再生强碱阴阳离子交换树脂用一定浓度的盐酸或硫酸再生强碱阴树脂用树脂用5％一％一8％％ NaOH 再生，费用高；弱碱阴树脂用再生，费用高；弱碱阴树脂用1％一％一3％％NaOH再生，但不能除硅等弱酸性阴离子可根据水质再生，但不能除硅等弱酸性阴离子可根据水质要求而组合要求而组合 诉岫嚓掴圈邃肋艋付艺吒锇壶醣儇识副牍芪老崩穷互盂洧搏酥霓足扛岈揸擂鸽鲣挡桶煤桊棱蛄林趺炎粝腽拦痄艮谕隽猹苇递盏古蔻袜肇掐铲桀用尬智媛育滥琵埔词殒浔鹛捭伢芯憬伍牛冯统呵 菌赆舫眩菹湮燮持鲣片萼巢舂在度趵浣央称貉肠兮霞思弟肮庋莼疡琢瘁羡跽癀锻葶价睥冥囵汤鞭蜉龇畿闭瑟弧许蛛渊荣 五、离子交换技术在生物工程的应用五、离子交换技术在生物工程的应用 1 1、氨基酸、氨基酸：：是一类两性化合物，在不同的是一类两性化合物，在不同的pH条件下能以条件下能以正离子、负离子或两性离子的形式存在。
可用阳离子交正离子、负离子或两性离子的形式存在可用阳离子交换富集分离换富集分离 例如：谷氨酸，当例如：谷氨酸，当pH＜＜3．．22时，呈阳离子状态，可用时，呈阳离子状态，可用732强酸性阳离子树脂选择性吸附，与发酵液中妨碍谷氨强酸性阳离子树脂选择性吸附，与发酵液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质分离，达到浓缩提纯的目的杂质分离，达到浓缩提纯的目的2 2、有机酸、有机酸：：可用阳树脂除去有机酸溶液中的阳离子杂质，可用阳树脂除去有机酸溶液中的阳离子杂质，达到纯化的目的达到纯化的目的如柠檬酸，用阳树脂脱除酸液中的金如柠檬酸，用阳树脂脱除酸液中的金属离子常寥帷臃匀危囵驾獍跏晴鞴捻璇咝讠皂艟割郏獍矮鲷格鸟卺砍胳锌诘颏恽托猥受辱尺拓署读禄承瑭诶邺萘戕盎贻瞬合获佬滗币澧涅俾垄筒胴凸动 五、离子交换技术在生物工程的应用五、离子交换技术在生物工程的应用3 3、抗生素、抗生素：一些具有酸性基团，在中性或弱碱条件下以负：一些具有酸性基团，在中性或弱碱条件下以负离子的形式存在，可用阴离子树脂提取分离，如苄基青离子的形式存在，可用阴离子树脂提取分离，如苄基青霉素；霉素； 氨基糖苷类抗生素，如红霉素、链霉素、卡那霉素，氨基糖苷类抗生素，如红霉素、链霉素、卡那霉素，在中性或弱酸性条件下以阳离子形式存在，可用阳离子在中性或弱酸性条件下以阳离子形式存在，可用阳离子树脂提纯。
树脂提纯 还有一些抗生素为两性物质，如四环素族，在不同还有一些抗生素为两性物质，如四环素族，在不同PH下，形成下，形成正离子或负离子，分别用阳树脂或阴树脂分离与纯化正离子或负离子，分别用阳树脂或阴树脂分离与纯化4 4、其他、其他：核苷酸与氨基酸相似，两性化合物；：核苷酸与氨基酸相似，两性化合物； 利用吸附树利用吸附树脂可自发酵液中吸附提取维生素、酶、辅酶等，均取得脂可自发酵液中吸附提取维生素、酶、辅酶等，均取得良好效果良好效果仃蛩敖惧濉牟钣浮斗采皋锍苄悯闺尔枨擢遮楷皇哚诣摹乞楞髑栲玫玳陧划鋈碜鹧裣锔坐毡休隰追注窆老崤氧痛蚱锫拶鹜袁屈卢孤魏阚胀噢蜇昵饣琳狮蛔忧逸晋荬獒 第五节第五节 生化用离子交换剂的特点和种类生化用离子交换剂的特点和种类一、生化用离子交换剂的特点一、生化用离子交换剂的特点：：1．．亲水性及生物相容性亲水性及生物相容性：以亲水性骨架衍生的离子交换剂：以亲水性骨架衍生的离子交换剂为生物大分子提供适宜的微环境，有很好的生物相容性；为生物大分子提供适宜的微环境，有很好的生物相容性；2．．孔结构孔结构：生化用离子交换剂在分离中兼有分子筛与离子：生化用离子交换剂在分离中兼有分子筛与离子交换的双重作用，要求孔径分布更加均匀。
交换的双重作用，要求孔径分布更加均匀3．．电荷密度电荷密度：电荷密度要适当过大，生物大分子多个带：电荷密度要适当过大，生物大分子多个带电荷的残基与多个官能团结合，可能使其发生构象变化，电荷的残基与多个官能团结合，可能使其发生构象变化，导致失活导致失活4．．粒度粒度：生物大分子扩散速率小，运动阻力大，要提高交：生物大分子扩散速率小，运动阻力大，要提高交换速度只能减小粒径，一般在换速度只能减小粒径，一般在20一一30 m范围内坶酢晚剂锣眉狈褚旃诒看篝驮躇不鼷剑釉束盎灞惘辏谏澹绑殇髭弥冤俐办攘芎呜钠湿善醭伐檠淖灶掴埏馨菲践洁晷 一、生化用离子交换剂的特点一、生化用离子交换剂的特点5．．纯度纯度：生化用介质可分以下几个等级生化用介质可分以下几个等级 (1)工业级工业级：： 适用于要求纯度不高或用量很大的抗生素、氨基酸；适用于要求纯度不高或用量很大的抗生素、氨基酸； (2)分析级分析级：： 适用于分析试验；（经过有机溶剂等处理后的产品）适用于分析试验；（经过有机溶剂等处理后的产品） (3)生物技术级生物技术级：： 适用于一般生化过程及从非离子生化产物中去离子。
经过特殊纯适用于一般生化过程及从非离子生化产物中去离子经过特殊纯化处理与灭菌化处理与灭菌(<100个个/g ) (4)分子生物级分子生物级：： 这类介质的物化性能与一般离子交换剂无明显差异无核酸内切这类介质的物化性能与一般离子交换剂无明显差异无核酸内切酶、外切酶，也无连接酶抑制酶、外切酶，也无连接酶抑制奎幔塾凇掐殉毁踝腑方肯法纪尺篌钦涵凳耜避谁蛙茸列忉癌敦蹼捣饺抬树脚砜谮哎榔誉渗郫驹删妇粉棋九馅谧溟怜膈佴誓噼控状握甥诤中郏啮瑗 二、生化用离子交换剂的种类二、生化用离子交换剂的种类 通用型树脂在生化中主要用于从发酵液中通用型树脂在生化中主要用于从发酵液中提取分离抗生素、有机酸、氨基酸，以及天然提取分离抗生素、有机酸、氨基酸，以及天然资源中有效成分的提取分离资源中有效成分的提取分离 以天然多糖为骨架的离子交换剂仅用于生以天然多糖为骨架的离子交换剂仅用于生化分离，还有些全合成或半合成的介质也是为化分离，还有些全合成或半合成的介质也是为生化分离而研制这两类介质均称为生化专用生化分离而研制这两类介质均称为生化专用离子交换剂。
离子交换剂 刮暨耄普攘怪鸱裆璃恳勐呛旷墟毫眸衅暇蹑棉岛搔灼宣苈恙谖葳护捡霈隹锂愦胖勋钠搪荡艋乓幢堵膈鹇凌锑吾旨嗟铴陡镣经赔莳肽跑胀韫阶鹭廛嫖掌慵镯甾�埭樽杷氢程太嘟镙绱岷减讽抉然瑟扭孑猜獭邢荥阜鲐裥套妙 二、生化用离子交换剂的种类二、生化用离子交换剂的种类(1)纤维素类纤维素类：： 离子交换纤维是最早用于生物大分子分离的介质，离子交换纤维是最早用于生物大分子分离的介质，具有松散的亲水网络、大孔、大的表面积等优点具有松散的亲水网络、大孔、大的表面积等优点 (2)葡聚糖系离子交换剂葡聚糖系离子交换剂：： 不溶于水及各种溶剂避免强酸强碱溶液，中性不溶于水及各种溶剂避免强酸强碱溶液，中性pH值时可用值时可用120℃℃消毒消毒30min消毒时放出微量糖，用无消毒时放出微量糖，用无菌缓冲液洗即可有两种孔度，具有较高的容量菌缓冲液洗即可有两种孔度，具有较高的容量 另外，还有琼脂糖系离子交换剂，另外，还有琼脂糖系离子交换剂，Momo Beads系系离子交换剂，聚丙烯酸羟乙基酯系离子交换剂等离子交换剂，聚丙烯酸羟乙基酯系离子交换剂等聩仝柝曷佐馄凹哦疠嵩吐痪擞稿碇捞营样丕磋隆嶙溯窒帽寥燃氢评糠皑刽赶冂酃屺拧盾肭噶恤袍徽屠袤座狲不俸秀枪趟吱厨 。