污染控制化学ppt课件.ppt

4.3 离子交换分别方式 ■ 静态〔间歇〕法 静态交换过程：把一定量的树脂与一定体积的溶液放在适宜的容器中，用搅拌或振荡的方式混合均匀，直到离子交换反响在两相间到达平衡后进展固液分别◆ 静态交换法特点 ● 简单、方便、快速 ● 交换不能完全 ● 多用于分配系数的测定■ 动态〔柱滤〕法 动态〔柱滤〕法又称为色层法或色谱法〔Chromatography〕： 将交换柱比较成过滤器，试样溶液流经交换柱的树脂层时，从上到下一层层地发生交换过程 其优点有： ● 分别不同电荷离子非常方便 ● 在一定条件下能交换完全 ● 可用于分别系数较小的离子间的分别操作液◆动态交换过程的重要参数●树脂床层的空隙率 树脂床层内的空隙体积为 Vi 树脂填充的柱体积〔即树脂床层体积〕为 VR 受溶液流量、树脂密度等各种要素的影响在实验过程中该当留意在不同介质条件下 的变化，通常以实测为准 ▲ 停留时间〔t〕：吸附液〔操作液〕在树脂床层的停留时间〔或吸附液与树脂的接触时间〕t 为： Vi 为树脂床层内的空隙体积VL 为吸附液的流速 ◆色谱过程的穿透景象： ▲ 穿透：在吸附液(操作液)延续流经交换柱过程中，流出液中出现被吸附离子，这种景象称为穿透。

▲穿透体积〔Vt〕：当流出液中被吸附离子到达规定的穿透浓度时，流出液的体积称为穿透体积 ▲穿透点〔Vt /VR〕：穿透点为穿透体积与床层体积的比值工艺上常用穿透点表示离子交换吸附过程的穿透特性 ▲ 饱和点〔VS /VR〕：当流出液中被吸附离子的浓度与吸附液中的浓度相等时，流出液的体积称为饱和体积VS，普通工艺上采用饱和点〔VS /VR〕表示交换吸附过程的饱和特性穿透浓度穿透浓度◆柱上实验的操作步骤 ： 〔1〕交换〔吸附〕 〔2〕洗涤：用适宜的溶剂或溶液洗涤树脂床层 〔3〕淋洗：用一定量的淋洗剂以恒定的流速经过树脂床层，把被吸附离子从树脂上洗脱下来的过程称为淋洗，将淋洗液中被吸附离子的浓度小于或等于规定的浓度作为淋洗过程终了的标志〔淋洗终点〕 〔4〕再生：把树脂上已吸附的离子再用适当的溶液交换下来，使交换剂恢复原来的形状，那么此过程称为树脂的再生 4.4 离子交离子交换分分别条件的条件的选择■ 淋洗淋洗剂的的选择◆◆ 无无机机酸酸、、碱碱、、盐的的水水溶溶液液〔〔单一一溶溶液液或或混混合合溶溶液液〕〕 ◆◆ 有机有机络合合剂〔可提高金属离子的分〔可提高金属离子的分别系数〕系数〕 这一选择尤其适用镧系和錒系相邻金属元素的分别。

H3PO4〔〔H3L〕和金属离子的络合常数〔〕和金属离子的络合常数〔lgK〕〕金属离子金属离子离子离子强强度度H2LHLLCa2+0.21.7Fe3+0.669.35Mg2+0.21.9Mn2+0.22.6Sr2+0.150.251.24.2柠檬酸〔柠檬酸〔H4L〕和金属离子的络合常数〔〕和金属离子的络合常数〔lgK〕〕金属离子金属离子离子离子强强度度OHLH3LH2LHLLAl3+0.530.67.020.0Ba2+0.52.4Be2+0.511.78.04.3Ca2+0.510.98.43.5Cd2+0.57.94.011.3Co2+0.58.94.412.5Cu2+0.512.06.118Fe2+0.57.33.115.5Fe3+0.512.210.925.0Mg2+0.57.12.8Mn2+0.58.03.4Ni2+0.59.04.814.3Pb2+0.511.25.212.3Sr2+0.52.8UO22+0.58.210.8 [(HL)2]Zn2+0.58.74.511.4其它分别条件的选择〔自学〕〔1〕离子交换剂的选择： 树脂大小〔与实际塔板高度有关〕 树脂交联度〔与离子的选择系数有关〕〔2〕温度〔3〕流速4.5 离子交换设备离子交换设备 从从实实践践上上讲讲，，利利用用离离子子交交换换原原理理进进展展化化学学物物质分别的主要有两大方面：质分别的主要有两大方面： 1、实验室中物质的分别分析、实验室中物质的分别分析 2、分别工程、分别工程 例如：大量用水的分别纯化例如：大量用水的分别纯化 选矿中有用成分的分别提取选矿中有用成分的分别提取 污水中污染物的控制分别污水中污染物的控制分别 对应不同的运用方式，采用不同的设备。

对应不同的运用方式，采用不同的设备分别工程中的离子交换设备■ 不进展树脂转移的离子交换设备 ◆ 固定床离子交换设备 ▲设备外形尺寸： 柱子的直径约为1.5~5.0 m，通常采用直径为2.1~2.7m，高3.6~4.8m ▲内部构造： 树脂层、承托层、辅助部件 树脂层树脂层承托层承托层辅助部件辅助部件辅助部件辅助部件■树脂可转移的离子交换设备◆ 搅拌床接触器 图图4-10 Infilco型离子交换接触器型离子交换接触器◆ 密实挪动床离子交换设备 两种操作方式： 〔1〕树脂上移方式：借助外力从柱底参与树脂，强迫树脂向上挪动，从柱顶排出；溶液那么从柱顶参与，从柱底排出 优点：设备处置才干不受液相流速限制 〔2〕树脂下移方式：树脂从柱顶参与，在重力作用下以密实形状的树脂床层在柱内自动向下挪动，并从柱底排出；溶液从柱底参与，利用与树脂的密度差，由下而上经过树脂床层，从柱顶溢流 优点：操作容易实现 三塔式挪动床1、交换塔 2、清洗塔 3、再生塔◆ Higgins离子交换接触器 图图4-11 Higgins环工程进程表示图环工程进程表示图〔〔a〕通液操作；〔〕通液操作；〔b〕树脂挪动操作；〔〕树脂挪动操作；〔c〕树脂下落和通液〕树脂下落和通液操作操作交换解吸树脂挪动树脂复原■ 流化床离子交换设备 凡涉及固液、固气反响或分别场所，现都可采用流化床设备，其最大的优点是反响或作用效率高，相分别可延续化或自动化。

Himsley 型吸附塔〔型吸附塔〔D室树脂正向室树脂正向C室转移〕室转移〕多级流化床4.6 污染物离子交染物离子交换分分别■ 离子交离子交换分分别 电解解质与非与非电解解质的分的分别 阴阳离子的分阴阳离子的分别◆ 重金属离子的分别控制 〔1〕含铬废水的处置进水进水HClRHROHⅠROHⅡRHNaOH出水出水H2Cr2O7Fe3+、、Cr3+ Ca2+、、Mg2+ Cr2O72-、、CrO42-交换剂交换剂关键的交换过程：进水柱进水： 3RH + FeCl3 ==== R3Fe + 3HCl 进水柱再生： R3Fe + 3HCl ==== 3RH + FeCl3交换柱Ⅰ进水 ：2ROH + Cr2O72- ==== R2Cr2O7 + 2OH-2ROH + CrO42- ==== R2CrO4 + 2OH- 交换柱Ⅰ再生： R2Cr2O7+NaOH ==2ROH+2Na2CrO4+ H2O 交换柱Ⅱ 的作用是什么？ 〔2〕含汞废水的处置 含汞盐水的脱氯，可用强碱季胺型阴离子交换树脂进展处置，其根本过程为： ① Na2HgCl4 ==== 2Na++HgCl42- ② HgCl42- + 2(R4N+Cl-) → (R4N+)2HgCl4+2Cl- ③ 2Na+ + 2Cl- → 2NaCl 通常用硫化钠作为淋洗剂。

4.6.2 离子交离子交换换色色谱谱分分别别 如如前前所所述述，，色色谱谱方方法法大大都都是是用用在在性性质质非非常常相相近近的的离离子子的的分分别别上上，，依依托托简简单单离离子子在在交交换换剂剂上上的的亲亲和和力力差差别别或或与与某某种种络络合合剂剂生生成成稳稳定定性性不不同同的的络络合物，在交合物，在交换换柱上柱上进进展淋洗分展淋洗分别别或置或置换换分分别别 到到目目前前为为止止，，无无机机离离子子，，尤尤其其是是性性质质极极其其类类似似的的元元素素，，几几乎乎都都有有相相应应的的离离子子交交换换色色谱谱分分别别法法进进展展分分别别分分析析这这里里主主要要引引见见“高高效效液液相相色色谱谱〔 〔High Pertormance Liquid Chromatography，，HPLC〕 〕〞〞 高效液相色谱分析测试过程正相色谱〔NPLC〕：固定液极性 > 流动相极性 极性小的组分先出柱，极性大的组分后出柱 适于分别极性组分反相色谱〔RPLC〕：固定液极性 < 流动相极性 极性大的组分先出柱，极性小的组分后出柱 适于分别非极性组分根底根底根底根底实际实际 ◆◆◆◆ 热热力学力学力学力学实际实际：塔板：塔板：塔板：塔板实际实际——平衡平衡平衡平衡实际实际〔1〕色谱柱的选择1、正相色谱 正相色谱用的固定相通常为硅胶〔Silica〕。

由于硅胶外表的硅羟基〔SiOH〕极性较强，因此流动相也必需是高极性溶剂，分别的次序是根据样品中各组分的极性大小，即极性较弱的组份最先被冲洗出色谱柱 2、反相色谱 反相色谱用的填料常是以硅胶为基质，外表键合官能团极性相对较弱反相色谱所运用的流动相极性较强，通常为水、缓冲液与甲醇、乙腈等的混合物 样品流出色谱柱的顺序是极性较强的组分最先被冲洗出，而极性弱的组分会在色谱柱上有更强的保管 常用的反相填料有：C18(ODS)、C8(MOS)、C4(Butyl)、C6H5(Phenyl)等■ HPLC的特点和的特点和实践运用践运用◆◆ 利用其高柱效利用其高柱效(n=104(n=104片塔板片塔板/ /米米) )，有效分，有效分别别极复极复杂杂 体系中的痕量体系中的痕量组组分普通情况下：普通情况下： 正相色正相色谱谱分分别别有机溶有机溶剂剂中的物中的物质质 反相色反相色谱谱分分别别水溶液中的物水溶液中的物质质--------重金属。

重金属1. 固定相与装柱方法的选择： 选粒径小的、分布均匀的球形固定相 〔≤10μm〕 首选化学键合相，匀浆法装柱2. 流动相及其流速的选择： 流动相选粘度小，低流速——甲醇，约 1ml/min 3. 柱温的选择：选室温250C左右◆◆◆◆ HPLC HPLC法中分法中分法中分法中分别别条件的条件的条件的条件的选择选择1 1．．．．贮贮液罐〔液罐〔液罐〔液罐〔滤滤棒，可棒，可棒，可棒，可滤滤 去去去去颗颗粒状物粒状物粒状物粒状物质质〕〕〕〕2 2．高．高．高．高压泵压泵〔〔〔〔输输液液液液泵泵〕〕〕〕3 3．．．．进样进样安装安装安装安装4 4．色．色．色．色谱谱柱柱柱柱————分分分分别别5 5．．．．检测检测器器器器————分析分析分析分析6 6．．．．废废液出口或液出口或液出口或液出口或组组分搜集器分搜集器分搜集器分搜集器 7 7．．．．记录记录安装安装安装安装■高效液相色高效液相色谱仪流程流程图液相色谱高效液相色高效液相色谱仪主要部件主要部件1．泵： 恒压泵； 恒流泵：常用2．进样安装 1〕隔膜进样；2〕阀进样3．色谱柱：直径4~6mm, 柱长10~30cm4．检测器 1〕紫外检测器； 2〕荧光检测器； 3〕示差折光检测器； 4〕电化学检测器▲ 微囊藻毒素的分别分析 X、、Z：不同氨基酸：不同氨基酸微囊藻毒素微囊藻毒素为什么要分别富集？● 去除水样中的干扰杂质；● 便于浓缩MCs，提高测定的灵敏度。

〔1〕色谱柱的选择 可选用非极性的C18反相色谱柱进展MCs变体的分别测定：▲Waters µBONDAPAK C18 (3.9×300mm, 5µm)，这种柱子虽然能较好地分别3种MC，但保管时间长；▲NOVA-PAK C18 (3.9 ×150mm, 5µm)，该柱能较好地分别3种MC，且保管时间短，节省本钱，并且能很好地利用于实践样品〔2〕流动相确实定 通常用甲醇，乙腈溶剂作为流动相 反相HPLC在中性pH流动相中，梯度洗脱分析MC〔RR, YR, LR〕是相当困难的，必需运用酸性流动相； 思索本钱，在流动相中参与0.05 mol/L的磷酸缓冲盐来提高3种MC变体分别效率以及改善峰形 图图4-13 不同流动相时不同流动相时MCs的的HPLC图谱图谱约为30 min左右 20min之内 极性：极性：MCRR＞＞MCYR＞＞MCLR▲流动相流速确实定 普通选取的色谱柱的内径为4.6 mm，填料粒径为5 µm，在坚持3种待测物分别和柱压适中的情况下，设定的流速为1ml/min 流速太小，峰形不好；流速太大，不能很好地用于样品的分别。

▲柱温的影响 进展HPLC分别时，要选择适宜柱温柱温太低会使目的物出峰时间延伸；柱温过高，会使组分的分别系数降低 柱温发生变化时： 〔1〕温度上升，流动相粘度降低，致使柱压也会随之降低； 〔2〕假设柱子填充不均匀，会呵斥柱内温度分布的不均，从而综合影响被测组分在两相之间的反响速率和分配平衡，最终导致峰分散，峰拖尾等不良结果 可见，坚持恒定的柱温是至关重要的，必需在分析MCs时将柱温设定的40℃最为适宜u 离子交换静态分别和动态分别有哪些优缺陷？离子交换静态分别和动态分别有哪些优缺陷？u 色谱过程中物质的停留时间与层床空隙率有何关系？色谱过程中物质的停留时间与层床空隙率有何关系？u 什什么么是是色色谱谱法法的的穿穿透透景景象象和和穿穿透透曲曲线线，，普普通通情情况况下下，，树树脂的穿透效应怎样表示？脂的穿透效应怎样表示？u 离子交换树脂交换操作有哪些根本过程？离子交换树脂交换操作有哪些根本过程？u 怎样提高离子交换分别的选择性？怎样提高离子交换分别的选择性？u 有哪些主要的离子交换分别设备，它们是怎样任务的？有哪些主要的离子交换分别设备，它们是怎样任务的？u 在在色色谱谱分分别别分分析析中中，，何何谓谓正正向向色色谱谱和和反反相相色色谱谱？？怎怎样样正确运用这些方法？正确运用这些方法？u HPLC运用的主要流程是怎样的？运用的主要流程是怎样的？思索思索题：： 。