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1、第十章第十章 离子交换离子交换法提取抗生素法提取抗生素关关关关 海海海海 燕燕燕燕生命科学技术学院发酵工程教研室生命科学技术学院发酵工程教研室生命科学技术学院发酵工程教研室生命科学技术学院发酵工程教研室1第一节第一节 概述概述第二节第二节 离子交换剂离子交换剂第三节第三节 离子交换分离法的基本原离子交换分离法的基本原理理第四节第四节 离子交换分离法的基本操离子交换分离法的基本操作作 技术技术第五节第五节 应用案例应用案例2第一节第一节 概概 述述一、离子交换分离法：一、离子交换分离法：一、离子交换分离法：一、离子交换分离法： 利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反利用离子交换剂与溶液中的离子发
2、生交换反利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法。应进行分离的方法。应进行分离的方法。应进行分离的方法。二、二、二、二、 特点特点特点特点 优优优优点点点点：分分分分离离离离效效效效率率率率高高高高，设设设设备备备备简简简简单单单单，操操操操作作作作不不不不复复复复杂杂杂杂，树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。 缺点：缺点：缺点：缺点：分离周期长，耗时过多。分离周期长，耗时过多。分离周期长，耗时过多。分离周期长，
3、耗时过多。318051805年英国科学家发现了土壤中年英国科学家发现了土壤中CaCa2+2+和和NHNH4 4+ +的交的交换现象；换现象；18761876年年Lemberg Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；学计量关系；19351935年人工合成了离子交换树脂；年人工合成了离子交换树脂；19401940年应用于工业生产；年应用于工业生产；19511951年我国开始合成树脂。年我国开始合成树脂。三、发展史三、发展史4 离离子子交交换剂：具具有有离离子子交交换能能力力的的所所有有物物质，通通常常指指固固体体离离子子交交换剂，固固体体离离子子交交换剂又
4、又称称为吸吸着离子交着离子交换剂。 无无机机离离子子交交换剂： 由由天天然然的的(粘粘土土、沸沸石石类矿物物)和和合合成成的的(合合成成沸沸石石、分分子子筛、水水合合金金属属氧氧化化物物、多价金属酸性多价金属酸性盐类、杂多酸多酸盐等等)化化合合物构成。物构成。 有有机机离离子子交交换剂：人人工工合合成成的的带有有离离子子交交换功功能能团的的高高分分子子聚聚合合物物。其其中中应用用最最为广广泛泛的的是是离离子子交交换树脂。脂。第二节第二节 离离 子子 交交 换换 剂剂5一、离子交换树脂的结构性能和作用一、离子交换树脂的结构性能和作用 固固体体球球形形颗颗粒粒，多多孔孔网网状状结结构构；不不溶溶于
5、于水水；具具有有离离子子交交换换特特性的有机高分子聚电解质。性的有机高分子聚电解质。1.结构结构 (一) 组成 离子交离子交换树脂换树脂母体母体(骨架骨架)活性基团活性基团固固 定定 离离 子子可交换离子可交换离子苯乙烯苯乙烯( (单体单体) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交联剂交联剂) )母体母体共聚共聚H2SO4功功能能基基反反应应R SO3 H固定离子固定离子 可交换离子可交换离子母体母体6图图中中中中以以以以波波波波形形形形线线条条条条代代代代表表表表树树脂脂脂脂的的的的骨骨骨骨架架架架，活活活活性基团是性基团是性基团是性基团是磺酸基磺酸基磺酸基磺酸基（- -SOSO3 3HH）。）。
6、）。）。 聚苯乙烯型磺酸聚苯乙烯型磺酸聚苯乙烯型磺酸聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂基阳离子交换树脂基阳离子交换树脂基阳离子交换树脂7 (二) 树脂分类按选择性按结构离子交离子交换树脂换树脂凝胶型凝胶型等孔型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔径为孔径为20-100nm，溶胀度小，交换速度高，抗，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。污染能力强。孔径孔径5nm，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型大孔型离子交离子交换树脂换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂 RNH3OH
7、强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂 R NOH弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂 RCOOH强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂 RSO3H8CH2CHCH2CHCH2CHCH2CH SO3- H+ SO3- H+SO3- H+CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHSO3- H+ CH2CHCH2 SO3- H+苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的结构苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的结构9HC=CH2 HC=CH2m+ nHC=CH2据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。据交换基团酸性的强弱，分为强酸性，弱酸性。 OH强酸性强酸性中等酸性中等酸性弱酸性弱酸性交换能力受酸交换能力受
8、酸交换能力受酸交换能力受酸度的影响较大度的影响较大度的影响较大度的影响较大v 淡黄色球状颗粒；淡黄色球状颗粒；v 化学稳定性好，耐磨性好；化学稳定性好，耐磨性好；v 在酸性、碱性和中性介质中在酸性、碱性和中性介质中都可使用；都可使用；v 交换反应速度快；交换反应速度快；v 无机、有机阴离子均可交换。无机、有机阴离子均可交换。10强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂11（1 1）强碱性阴离子交换树脂）强碱性阴离子交换树脂）强碱性阴离子交换树脂）强碱性阴离子交换树脂具有强碱性的活泼基团：具有强碱性的活泼基团：具有强碱性的活泼基团：具有强碱性的活泼基团：-CH-CH2 2N(CH
9、N(CH3 3) )3 3+ +Cl Cl - -特性特性v淡黄色的球状颗粒；淡黄色的球状颗粒；淡黄色的球状颗粒；淡黄色的球状颗粒；v对强碱根和弱碱根都能交换；对强碱根和弱碱根都能交换；对强碱根和弱碱根都能交换；对强碱根和弱碱根都能交换；v对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定；对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定；对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定；对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定；v在酸性、碱性溶液中都能使用，在酸性、碱性溶液中都能使用，在酸性、碱性溶液中都能使用，在酸性、碱性溶液中都能使用，交换容量不受交换容量不受交换容量不受交换容量不受溶液中溶液中溶液中溶液中pHpHpHpH值影响
10、。值影响。值影响。值影响。12（2 2）弱碱性阴离子交换树脂）弱碱性阴离子交换树脂）弱碱性阴离子交换树脂）弱碱性阴离子交换树脂具有弱碱性的活泼基团：具有弱碱性的活泼基团：具有弱碱性的活泼基团：具有弱碱性的活泼基团：-CH-CH2 2NHNH3 3+ +Cl Cl - - -CH -CH2 2NHNH2 2(CH(CH3 3) )+ +Cl Cl - - -CH -CH2 2NH(CHNH(CH3 3) )2 2+ +Cl Cl - -此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。此类树脂的交换能力受酸度的影响较大。大孔弱碱性苯乙烯型
11、阴离子交换树脂大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂 13离子交换剂的交换反应离子交换剂的交换反应阳离子交换反应：阳离子交换反应：Resin-SO3H + Na+ = Resin-SO3 Na + H+ Resin-SO3Na + H+ = Resin-SO3 H + Na+阴离子交换反应：阴离子交换反应：Resin-N(CH3)+ 3OH+ Cl = N(CH3) +3 Cl + OHResin-N(CH3) +3 Cl + OH = N(CH3) +3 OH + Cl 阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴阳离子交换剂只与阳离子交换，阴离子交换剂只与阴离子交换。离子交换。14特殊作用的离
12、子交特殊作用的离子交 换剂换剂 螯合树脂螯合树脂：含有：含有特殊的活性基团特殊的活性基团，可以有选择，可以有选择性地与某些金属离子进行交换。如：国产性地与某些金属离子进行交换。如：国产 #401型是属于氨型是属于氨羧基基N（CH2COOH）215 萃萃淋淋树脂脂一一种种含含有有液液态萃萃取取剂的的树脂脂，如如TBP（磷磷酸酸三三丁丁酯）萃萃淋淋树脂脂，可用于可用于处理工理工业废水中的六价水中的六价铬离子等。离子等。162、树脂的性质、树脂的性质（1）外型）外型颜色：白、黄、黑和褐。颜色：白、黄、黑和褐。形状：大多为球形。形状：大多为球形。大小：通常用树脂在水中膨胀后通过筛的大小：通常用树脂在水
13、中膨胀后通过筛的 大小表示。大小表示。1718 (2) 密度密度u 干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。u 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。u 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度（视密表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度（视密度）。度）。u单位均为单位均为mg/L。 (3) 交联度交联度 交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%10%。u 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子
14、和水合离子扩散速度越低，交换量越小。离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。u 在水中浸泡，形变小，较稳定。在水中浸泡，形变小，较稳定。19 (4) 溶胀性溶胀性 吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：u溶胀的原因溶胀的原因 水扩散到树脂交联网孔发生溶胀；水扩散到树脂交联网孔发生溶胀； 活性基团离解形成水合离子。活性基团离解形成水合离子。u 影响因素影响因素 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；活性基团：离解程度越大，溶胀率越大； 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。可
15、交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。20 (5) 交换容量交换容量 单位体积湿树脂单位体积湿树脂(容量表示法容量表示法)或单位重量干树脂或单位重量干树脂(重量表示重量表示法法)可发生交换的活性基团数量。可发生交换的活性基团数量。 容量表示法容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW 湿比重湿比重(1-含水率含水率) 全交换容量：全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。工作交换容量：工作交换容量： 在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层在动态工作条件
16、下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。达到的平均交换容量。21第三节第三节 离子交换分离法的基本原理离子交换分离法的基本原理一、唐南理论一、唐南理论二、离子交换的亲和力二、离子交换的亲和力三、离子交换平衡三、离子交换平衡四、离子交换反应动力学四、离子交换反应动力学22 唐唐南南理理论论把把离离子子交交换换树树脂脂看看作作是是一一种种具具有有弹弹性性的的凝凝胶胶，它它能能吸吸收收水水分分而而溶溶胀胀。溶溶胀胀后后的的离离子子交交换换树树脂脂的的颗颗粒粒内内部部可可以以看看作作是是一一滴滴浓浓的的电电解解质质溶溶液液。树树脂脂颗颗粒粒和和外外部部溶溶液液之之间间的的界界面面可可以
17、以看看作作是是一一种种半半透透膜膜，膜膜的的一一边边是是树树脂脂相相，另另一一边边为为外外部部溶溶液液。树树脂脂内内的的活活泼泼基基团团上上电电离离出出来来的的离离子子和和外外部部溶溶液液中中的的离离子子一一样样，可可以以通通过过半半透透膜膜往往来来扩扩散散；树树脂脂网网状状结结构构骨骨架架上上的的固固定定离离子子, ,以以 表表示示，是不能扩散的。是不能扩散的。一、唐南理论一、唐南理论23树脂弹性理论模型树脂弹性理论模型 根据根据唐南原则唐南原则，阳，阳离子可以进入阳离子交离子可以进入阳离子交换树脂中进行交换换树脂中进行交换, ,阴离阴离子则不能；阴离子交换子则不能；阴离子交换树脂也只能交换
18、阴离子树脂也只能交换阴离子, ,而不能交换阳离子。而不能交换阳离子。24二、离子交换的亲和力二、离子交换的亲和力1、亲和力和力： 离离子子在在离离子子交交换树脂脂上上的的交交换能能力力称称为离离子子交交换树脂脂对离子的离子的亲和力和力。 是是离子交离子交换分离某些元素的主要依据分离某些元素的主要依据。 2、影响亲和力大小的因素：、影响亲和力大小的因素：v 离离子子的的体体积积越越大大，电电荷荷越越低低，静静电电引引力力越越小小，亲亲和和力力越小。越小。v 决决定定于于水水合合离离子子的的大大小小和和电电荷荷数数的的多多少少。同同价价的的离离子子，其水合离子半径大，亲和力小，反之则大。其水合离子
19、半径大，亲和力小，反之则大。 253、离子交换树脂对离子的亲和力规律：、离子交换树脂对离子的亲和力规律：强酸性阳离子交换树脂对不同价的离子，电荷强酸性阳离子交换树脂对不同价的离子，电荷越高，亲和力越大。越高，亲和力越大。 Fe3+ Mg2+ Na+ 同电荷数离子水合离子半径小的亲和能力强同电荷数离子水合离子半径小的亲和能力强Ca2+ Mg2+ Be2+ K+ Na+ Li+ 弱酸性阳离子交换树脂：弱酸性阳离子交换树脂：H+的亲和力比其他阳的亲和力比其他阳离子大，而其他阳离子的亲和力顺序与强酸性离子大，而其他阳离子的亲和力顺序与强酸性阳离子交换树脂相似。阳离子交换树脂相似。26强碱性阴离子交换树
20、脂亲和力的顺序为：强碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：POPO4 43-3- SO SO4 42-2- NO NO3 3- -F-OH-CH3COO-HCOO-Cl-NO2-CN-Br-CrO42-NO3-HSO4-I-CrO4-SO42-柠檬酸根柠檬酸根弱碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：弱碱性阴离子交换树脂亲和力的顺序为：F-Cl-Br- I-=CH3COO-MoO42-PO43-AsO43-NO3-酒石酸根柠檬酸根酒石酸根柠檬酸根CrO42-SO42-OH-27三、离子交换平衡三、离子交换平衡1 1、离子交换反应、离子交换反应 例例如如，氢氢型型阳阳离离子子交交换换树树脂脂与与溶溶液液中
21、中一一价价阳阳离子发生交换反应，即：离子发生交换反应，即： R-H + M+ = R-M + H+ 如如果果在在交交换换柱柱上上交交换换，随随着着溶溶液液下下移移，这这种种交交换换不不断断进进行行，直直到到溶溶液液中中的的阳阳离离子子全全部部交交换换完完毕毕为为止止。此此时时再再向向交交换换柱柱的的顶顶端端注注入入合合适适的的洗洗提提液液时时，则则洗洗提提液液将将树树脂脂上上己己吸吸附附的的阳阳离离子子再再交交换换到溶液中。到溶液中。282 2、选择系数、选择系数 某氢型阳离子交换树脂，某氢型阳离子交换树脂，与溶液中阳离子发与溶液中阳离子发生交换反应，即：生交换反应，即：nR-H + Mn+
22、= Rn-M + nH+交换达到平衡：交换达到平衡：Mr、Hr 平衡时，平衡时，Mn+、H+在树脂相中浓度在树脂相中浓度 （mmol/g)Ms、Hs 平衡时，平衡时，Mn+、H+在水溶液中浓度在水溶液中浓度 （mmol/mL)29 在在一一定定条条件件下下，平平衡衡常常数数K值值的的大大小小表表示示树树脂脂对对Mn+的的吸吸附附能能力力的的强强弱弱，即即树树脂脂对对离离子子亲亲和和力的大小。力的大小。 : : 表表示示树树脂脂对对Mn+的的亲亲和和力力大大于于树树脂脂对对H H+ +的亲和力；即的亲和力；即Mn+比较牢固的结合在树脂上。比较牢固的结合在树脂上。 : : 表表示示树树脂脂对对Mn
23、+的的亲亲和和力力小小于于树树脂脂对对H H+ +的亲和力；即的亲和力；即H+比较牢固的结合在树脂上。比较牢固的结合在树脂上。: :树脂对树脂对Mn+和和H H+ +的亲和力相同。的亲和力相同。30 若若溶溶液液中中各各种种离离子子的的浓浓度度相相同同，则则亲亲和和力力大大的的离离子子先先被被交交换换上上去去，亲亲和和力力小小的的后后被被交交换换上上去去。若若选选用用适适宜宜的的洗洗提提液液洗洗脱脱时时，则则后后被被交交换换上上去去的的离离子子先洗脱下来，从而使各种离子彼此分离。先洗脱下来，从而使各种离子彼此分离。金属离子金属离子Mn+对离子交换树脂的对离子交换树脂的选择系数。选择系数。表表示
24、示同同一一种种离离子子交交换换树树脂脂对对不不同同离离子子的的吸吸附选择性，不同类型树脂的附选择性，不同类型树脂的K值不同。值不同。也可用来表示两种离子对树脂亲和力的差别。也可用来表示两种离子对树脂亲和力的差别。31（1）水合离子半径水合离子半径：半径越小，亲和力越大；：半径越小，亲和力越大；（2）离子化合价离子化合价：高价离子易于被吸附；：高价离子易于被吸附；（3）溶液溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但：影响交换基团和交换离子的解离程度，但 不影响交换容量；不影响交换容量；（4）离子强度离子强度：越低越好；：越低越好；（5）有机溶剂有机溶剂：不利于吸附；：不利于吸附；（6）交联度
25、、膨胀度、分子筛交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； （7）树脂与粒子间的辅助力树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和：除静电力以外，还有氢键和 范德华力等辅助力；范德华力等辅助力； 影响离子交换选择性的因素影响离子交换选择性的因素323、分配系数、分配系数 某某离离子子Mn+和和树树脂脂进进行行交交换换反反应应达达到到平平衡衡后后，Mn+离子在树脂相浓度和液相中浓度之比值。离子在树脂相浓度和液相中浓度之比值。Mr 平衡时，树脂相中平衡时，树脂相中Mn+的浓度的浓度
26、 （mmol/g)Ms 平衡时，水溶液中平衡时，水溶液中Mn+的总浓度的总浓度 （mmol/mL) 334、分离因数、分离因数 离离子子交交换换树树脂脂对对两两种种离离子子的的分分离离能能力力常常以以两两种种离子的分配系数离子的分配系数DA、DB之比、即分离因子表示：之比、即分离因子表示： SA/B 1，表表示示树树脂脂对对两两种种离离子子的的吸吸附附能能力力相相同同，两两者者难难以以分分离离；SA/B偏偏离离1，则则表表示示树树脂脂对对两两种种离离子子的的吸吸附附能能力力有有差差别别；偏偏离离越越大大，则则两两者者越越易易分分离离。在在离离子子交交换换分分离离体体系系中中，可可用用SA/B衡
27、衡量量两两元元素素分分离离的的可可能能性。性。34 四、离子交换动力学四、离子交换动力学一个离子交换过程一般用一个反应式表示，如一个离子交换过程一般用一个反应式表示，如 RH+Na+ RNa+H+但实际上包括五个步骤：但实际上包括五个步骤：1溶液中的溶液中的Na+扩散到达树脂颗粒表面。此过程又叫膜扩散扩散到达树脂颗粒表面。此过程又叫膜扩散或外扩散；或外扩散；2 Na+扩散透过树脂表面的半透膜进入树脂颗粒内部的网状扩散透过树脂表面的半透膜进入树脂颗粒内部的网状结构中，这一过程称颗粒扩散或内扩散；结构中，这一过程称颗粒扩散或内扩散；3 Na+和和H+之间发生的交换反应；之间发生的交换反应；4被交换
28、下来的被交换下来的H+扩散通过树脂内部及其表面的半透摸即扩散通过树脂内部及其表面的半透摸即经内扩散离开树脂相；经内扩散离开树脂相；5离开树脂相后的离开树脂相后的H+必须扩散经过树脂表面一薄层静止不必须扩散经过树脂表面一薄层静止不动的溶液薄膜，即经外扩散后进入溶液主体。动的溶液薄膜，即经外扩散后进入溶液主体。3536 由由于于外外部部溶溶液液和和树树脂脂内内部部都都必必须须保保持持电电中中性性，因因此此进进入入树树脂脂与与离离开开树树脂脂的的速速度度必必定定相相等等，所所以以这这五五个个步步骤骤实实质质上上可可以以看看作作是是三三个个步步骤骤，即即膜膜扩扩散散颗粒扩散和交换反应。颗粒扩散和交换反
29、应。 这这三三个个步步骤骤中中，交交换换反反应应进进行行是是较较快快的的，而而膜膜扩扩散散和和颗颗粒粒扩扩散散进进行行较较慢慢，故故整整个个交交换换过过程程的的速速度度就由就由膜扩散膜扩散和和颗粒扩散颗粒扩散的速度所决定。的速度所决定。37影响离子交换速率的因素影响离子交换速率的因素：1.溶液浓度：重要因素，交换速率随浓度增加而溶液浓度：重要因素，交换速率随浓度增加而增加，最后达到一个极限值。增加，最后达到一个极限值。2.树脂颗粒大小：树脂颗粒越小，交换速率越大。树脂颗粒大小：树脂颗粒越小，交换速率越大。3.树脂相内扩散系数树脂相内扩散系数4.树脂相外扩散系数树脂相外扩散系数5.搅拌搅拌381
30、 1树脂的选择及其处理树脂的选择及其处理第四节第四节 离子交换分离操作离子交换分离操作39研磨、过筛研磨、过筛使使粒度符合要求粒度符合要求浸泡浸泡使使其充分其充分溶胀溶胀净化净化减少杂质减少杂质一般经过研磨、溶胀、洗涤等步骤。一般经过研磨、溶胀、洗涤等步骤。树脂的处理树脂的处理402. 装装 置置（1 1）静态交换）静态交换法：法：工业上（间歇式工艺）工业上（间歇式工艺） ：交换罐。：交换罐。实验室中：实验室中： 烧杯。烧杯。（2 2 2 2）动态）动态）动态）动态交换法：交换法：交换法：交换法：工业上工业上工业上工业上：离子交换器：离子交换器：离子交换器：离子交换器 将树脂装入柱状交换器中，
31、使待交换溶液将树脂装入柱状交换器中，使待交换溶液将树脂装入柱状交换器中，使待交换溶液将树脂装入柱状交换器中，使待交换溶液流过交换柱。流过交换柱。流过交换柱。流过交换柱。414243实验室中：交换柱或滴定管实验室中：交换柱或滴定管44装柱：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然沉装柱：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然沉积，避免夹杂气泡现象。积，避免夹杂气泡现象。3装柱与装样交换装柱与装样交换装柱装柱离子交换离子交换洗脱洗脱树脂再生树脂再生柱式操作：柱式操作：45装样交换：装样交换：464洗洗 脱脱 洗洗脱脱一一般般采采取取分分步步淋淋洗洗或或梯梯度度淋淋洗洗，其其中中分分步步洗洗脱脱，是是指指
32、先先采采用用洗洗脱脱能能力力较较弱弱的的溶溶液液，使使易易洗洗脱脱组组分分流流出出，然然后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。47 (一一) 再生的目的再生的目的5. 5. 树脂的再生树脂的再生使用过的树脂恢复到原状的过程称为使用过的树脂恢复到原状的过程称为树脂的再生。树脂的再生。以适当浓度的酸溶液处理以适当浓度的酸溶液处理已变为已变为M M型的强酸性阳离型的强酸性阳离子交换树脂，使其恢复到子交换树脂，使其恢复到H H型。型。交换使用过的阴离子树脂交换使用过的阴离子树脂以适当浓度的碱溶液处理，以适当浓度的碱溶液处理，可从可从ClCl
33、型转为型转为OHOH型。型。48 (二二) 影响再生的因素影响再生的因素 再生剂再生剂再生剂的种类再生剂的种类 强酸性阳树脂：用强酸性阳树脂：用HCl、H2SO4、NaCl、Na2SO4再生；再生； 弱酸性阳树脂：用弱酸性阳树脂：用HCl、H2SO4再生；再生； 强碱性阴树脂：用强碱性阴树脂：用NaOH、NaCl再生；再生； 弱碱性阴树脂：用弱碱性阴树脂：用NaOH、Na2CO3、NaHCO3等再生。等再生。再生剂的浓度再生剂的浓度 HCl：510% NaOH：1012%、48%49 再生剂用量再生剂用量 树树脂脂的的交交换换和和再再生生均均按按等等当当量量进进行行。但但实实际际上上再再生生剂
34、剂用用量量比比理理论论值值大大得得多多。再再生生剂剂用用量量越越多多，再再生生效效率率越越高高。但但当当再再生生剂剂用用量量增增加加到到一一定定值值后后，再生效率随再生剂用量增长不大。再生效率随再生剂用量增长不大。506.6.树脂的树脂的“中毒中毒”树脂使用过程被某树脂使用过程被某些物质污染，致使些物质污染，致使交换容量下降，用交换容量下降，用一般洗涤方法不能一般洗涤方法不能使其复原。使其复原。树脂中毒树脂中毒树脂中毒后，需树脂中毒后，需在一定阶段予以在一定阶段予以处理，以恢复交处理，以恢复交换能力，即中毒换能力，即中毒树脂的再生处理树脂的再生处理复活复活化学中毒化学中毒：与树脂交：与树脂交换
35、基团起化学作用的换基团起化学作用的杂质引起的中毒。杂质引起的中毒。物理中毒物理中毒：某：某些物质沉淀在些物质沉淀在树脂内部的空树脂内部的空隙中。隙中。515211 1、如如果果被被金金属属氧氧化化物物或或氢氢氧氧化化物物胶胶体体污染，可以用较浓的污染，可以用较浓的酸或碱酸或碱溶液处理。溶液处理。 2 2、已已受受有有机机物物污污染染的的树树脂脂可可以以采采用用热热碱液碱液或含有或含有NaClNaCl的热的热NaOHNaOH溶液处理。溶液处理。3 3、受受有有机机物物污污染染严严重重的的树树脂脂可可以以采采用用次氯酸钠次氯酸钠溶液处理。溶液处理。清除树脂内污染物所采取的措施：清除树脂内污染物所采
36、取的措施：52第五节第五节 应用案例应用案例 链霉素链霉素 链链霉霉素素为为一一强强碱碱性性抗抗生生素素，强强酸酸树树脂脂虽虽可可吸吸附附，但但很很难难洗洗脱脱，故故选选用用弱弱酸酸树树脂脂。氢氢型型弱弱酸酸树树脂脂在在酸酸性性溶溶液液中中不不起起交交换换作作用用，故故采采用用钠钠型型树树脂脂。吸吸附附前前用用水水稀稀释释发发酵酵液液，目目的的是是提提高高链链霉霉素素高高价价离离子子的的交交换换选选择择性性。吸吸附附饱饱和和后后的的树树脂脂用用大大量量软软水水正正、反反洗洗涤涤树树脂脂至至流流出出水水澄澄清清，方方可可洗洗脱脱。羧羧酸酸树树脂脂和和H+的的亲亲和和力力很很强强，用用5%硫硫酸酸
37、即即可洗脱完全。可洗脱完全。53 庆大霉素庆大霉素 庆庆大大霉霉素素是是由由小小单单孢孢菌菌所所产产生生的的一一族族氨氨基基糖糖苷苷类类抗抗生生素素，临临床床上上常常用用的的庆庆大大霉霉素素是是C1、C2、C1a三三个个主主要要组组成成的的复复合合物物。庆庆大大霉霉素素对对广广泛泛pH和和热热都都稳稳定定，可可采采用用1x12或或1x7强强酸酸树树脂脂在在pH77.5吸吸附附，饱饱和和树树脂脂可可以以先先用用稀稀HCl-NH4Cl溶溶液液或或0.02mol/L氨氨水水洗洗涤涤，去去除除组组分分杂杂质质及及色色素素，再再用用无无盐盐水水洗洗至至无无Cl-，然然后后用用1mol/L氨氨水水洗洗脱脱
38、，在在碱碱性性条条件件下下庆庆大大霉霉素素从从阴阴离离子子转转变变为为游游离离碱，故容易洗脱。碱，故容易洗脱。54青霉素青霉素 青青霉霉素素系系弱弱酸酸性性抗抗生生素素，在在溶溶液液中中可可阴阴离离子子化化，曾曾用用弱弱碱碱树树脂脂吸吸附附，洗洗脱脱率率仅仅65%70%。树树脂脂法法生生产产周周期期长长，易易染染菌菌。青青霉霉素素是是较较不不稳稳定定的的抗抗生生素素，对对热热、酸酸、碱碱、醇醇都都很很敏敏感感，很很易易破破坏坏，所所以以至至今今工工业业上上没没有有用用树树脂法，而是用溶剂萃取法提取。脂法，而是用溶剂萃取法提取。55思考题思考题1.根据选择性离子交换树脂可分为哪些？根据选择性离子交换树脂可分为哪些？2.阳离子交换树脂所带的活性基团有哪些？阳离子交换树脂所带的活性基团有哪些？ 阴离子交换树脂所带的活性基团有哪些？阴离子交换树脂所带的活性基团有哪些？3.交联度、交换容量、树脂中毒的概念。交联度、交换容量、树脂中毒的概念。56 Thank you !57
