离子交换分离

离子交换分离就是利用离子交换剂与溶液中的离子之间所发生的交换反应进行分离的方法。是一种固-液分离法。

（1）分离效率高；

（2）适用于带相反电荷的离子之间的分离，还可用于带相同电荷或性质相近的离子之间的分离；

（3）适用于微量组分的富集和高纯物质的制备；

（4）方法的缺点是操作较麻烦，周期长。一般只用它解决某些比较复杂的分离问题。

（1）天然沸石：交换容量小，使用pH值范围窄；

（2）高价金属磷酸盐、高价金属水合氧化物。

离子交换树脂：是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物，网状结构的骨架部分一般很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网的各处都有许多可被交换的活性基团。有机离子交换剂的分类及活性基团如图1所示：

图1

（1）据分离对象的要求，选择适当类型和粒度的树脂

如：钢铁中微量铝的测定，可用离子交换法消除铁的干扰。

（2）净化、除杂质和转型

• 强酸型阳离子交换树脂：用4mol/L的HCl浸泡1－2天，酸滤掉，用蒸馏水洗净——转化为R-SO₃H（H⁺型）
• 强碱型阴离子交换树脂：用NaOH浸泡1－2天，碱滤掉，用蒸馏水洗净——转化为R-N⁺(CH₃)₃OH^-（OH^-型）

图2概念理解：

• 始漏点：流出液中开始出现未被交换的离子（承接检验有试液离子）；
• 始漏量：达始漏点时，被交换到柱子上的离子的量（mmol）<树脂的总交换容量；
• 交界层：部分被交换的树脂层称为交界层。

交换过程图2所示：

洗脱指用洗脱剂(或淋洗剂)将交换到树脂上的离子置换下来的过程。

• 通常阳离子交换树脂，用HCl洗脱，洗脱后树脂转为H⁺型；
• 阴离子交换树脂，用NaOH（NaCl or HCl）洗脱，洗脱后树脂转为OH^-或Cl^-型。

• 阳离子交换树脂，用3mol/L HCl处理，转化为H⁺型
• 阴离子交换树脂，用1mol/LNaOH处理，转化为OH^-型

云天化集团比较了国外较成熟的污水治理技术后，选择了离子交换法，因为它不但能有效治理污染物使出水达标排放，具备环保效益，而且它能回收、提浓再生产品硝酸铵而具备经济效益。离子交换树脂进行工业废水处理时，不仅树脂可以再生，而且操作简单、工艺条件成熟、流程短，在废水处理方面得到了广泛的应用。

离子交换树脂是食品和发酵工业产物中提纯、分离、浓缩、催化的良好材料。它广泛的应用于糖液的脱色、脱盐、软化，副产物的回收、 分离、 异构体拆分和葡萄糖与果糖的分离等。

近年来，离子交换分离法是医药工业中最活跃、最有创造力的一个分离技术，它主要包括药物的提取纯化、分离除杂、净化分析和制成药物树脂的等等。在医药工业中，利用有机物、水的不解离或弱酸解离的特性对葡萄糖、甘露醇、氨基酸等进行电解质离子的分离。

近10年来离子交换法在镍钴湿法冶金技术中取得了迅速的发展，离子交换法是一种工艺简化、成本低及对环境友好型的镍钴分离提取技术。阳离子交换树脂IRN-77树脂骨架为苯乙烯- 二乙烯苯共聚物，其功能团为磺酸基，属于强酸性树脂，可用于钴或镍的回收。

随着原子能事业的发展，离子交换法在其方面的应用更加广泛。 对处理放射性物质来说， 离子交换法是一个简便的分离方法。在反应过程中， 可用聚苯乙烯-二乙烯苯季胺盐型强酸性离子交换树脂，从碱性浸出液中提取铀；用弱碱性阳离子交换剂处理核反应堆用水； 用阳离子交换树脂除去放射性废水中少数核素碘、 磷、钼、氟 等；用无机离子交换树脂回收核燃料、处理裂变产物；用天然的无机离子交换机处理放射性废液等。

随着分离科学与技术的进步，树脂提取分离技术在天然产物提取分离中的应用日益增加。天然氨基酸主要来源于蛋白质水解液或微生物发酵液，随着来源的不同，体系中氨基酸的含量与半生杂质的类型也有所区别，因而提取分离工艺也不尽相同。由于树脂对不同氨基酸的选择性不同，可以利用阳离子交换树脂对混合物氨基酸进行分离；利用弱酸性阳离子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂，可以提取、纯化抗生素和蛋白质；利用阳离子交换树脂提取分离和富集生物碱；利用阴离子交换树脂使糖类物质分离和纯化；利用阴离子交换树脂吸附分离莽草酸。