螯合树脂的应用

时间：2023-03-24 06:30:51来源：food栏目：食品快速检测阅读：

螯合树脂的应用

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

螯合树脂在无机、冶金、分析、放射化学、药物、催化和海洋化学等领域得到了迅速的发展。特别是近年来重金属离子对水质的污染、化学工业污水的净化处理等问题日趋严重，地球化学、环境保护化学、公害防治等领域对螯合树脂的需求也越来越高。从工业废液中回收有用物质，这不仅有利于环境保护，而且可以充分利用资源，提高经济效益。除此以外，高分子金属络合物可作为耐高温材料、半导体材料、催化剂，用于手性氨基酸、肽的外消旋体的分离，有的作为输送氧的载体，光敏树脂、耐紫外光吸收剂、黏合剂和表面活性剂等，用途极为广泛。下面主要以氨基羧酸型树脂为例加以叙述。

(1)痕量金属离子的分离、浓缩及回收

①由络合能力小的阳离子所形成的盐分离络合性金属离子的方法用任何氨基羧酸型树脂都可以由碱金属盐分离重金属离子。将欲分离的盐溶液流通中性或碱性盐型树脂柱即可。形成惰性络合物的金属离子(Cr3+、Hg2+等)时可将柱子加热至80～90℃。碱土金属、重金属类离子被吸附于树脂上，洗脱是用2mol/L H2SO4，在80～90℃下进行，经水洗后冉以1mol/L EDTA的氨性溶液(pH8～9)，在80～90℃下洗脱。在洗脱操作之前，最好是将此树脂在柱外用精制氨水处理，使成氨型。最初的H2SO4溶液可直接进行分析，而EDTA溶液需用硫酸酸化，蒸掉水，用硫酸润湿的热残渣与70%过氯酸缓慢混合。经此操作可除去有机物及NH+，金属离子以硫酸盐的形式进行分析。

欲得到络合能力弱的金属离子，可使用过量很多的树脂。柱子越长，对于分离痕量的离子越好。

②由含络合性阳离子金属盐分离痕量金属离子欲回收的痕量金属离子与除去的金属盐阳离子，对于树脂具有同样亲和性时，分离较难。当痕量金属离子种类以及清楚时，要选择DpH之差尽量大的树脂。使用同一种配位基的树脂(IDA，IAP，肌氨酸型树脂等)，才有可能进行有效的分离。

③由弱络合试剂分离络合性痕量金属离子从给电子化合物除去痕量的重金属离子并非容易，然而用螯合树脂有可能达到。H2O、NH3、CH3COO-、Cl-等弱络合试剂，只将溶液流经树脂就能除去重金属离子。但要注意氨基酸树脂不吸附碱土类、稀有元素、铝等的离子。

④由强络合试剂分离络合性痕量的金属离子络合试剂的配位能力越强，越难分离它的金属离子。然而络合试剂-金属的络合稳定性比树脂金属的络合稳定性强时也有可能除去。可以使用络合能力腔的螯合型树脂，但要注意这时的交换能力非常小。DowexA-1,IDA树脂等是适宜的。这些螯合树脂不能从非常强的螯合试剂氰化物除去痕量的重金属。

(2)金属离子的定量分离

①用稀强酸的方法如果金属离子能以强酸中的盐溶液而分离，并能立即滴定定量是合宜的。很多情况下可用这种方法定量。如用间苯二酚-甲醛-间苯二胺缩聚树脂可定量分离Co/Ni。将此树脂的H型填于100×1cm的柱中，流通1mmol无缓冲剂的Co、Ni溶液。洗脱液用0.01mol/L HCl。则Co先洗出，然后再用1mol/L HCI洗脱Ni。

②金属离子的过滤选择定量分离金属离子时，如能不经金属吸附层的色谱展开而分离是非常好的。通过这种选择过滤的方法进行了Fe3+/Cu2+的分离；UO2+、Ca2+、Mg2+、Ni2+、Co2+、Mn2+、Zn2+中Fe3+与Cu2+的分离。例如，从Cul(I)盐分离络合能力弱的痕量金属为使Cu2+定量地吸附在IDA树脂上，Cu2+浓度应以0.01mol/L以下，这时以痕量存在的其他金属离子(M)的浓度过于稀薄，对于直接定量洗脱液是困难的。能够直接定量的是Cu：M=20：1。M若比此时再小时在洗脱后就需浓缩。从Cu分离洗脱后，使其吸附与第二根IDA树脂柱上，再洗脱即可。用此方法可定量到1000：1的浓度。

③使用络合剂溶液的金属离子的选择过滤在溶液中共存有低分子络合试剂时，能使树脂对金属离子的选择性、稳定性顺序发生变化，从而使分离能够顺利进行。这个操作是先将树脂在短柱中用络合剂溶液处理使其达到平衡，然后在通常分离用的柱中，流通金属离子的络合剂溶液。这时，络合剂常使溶液的pH值下降，故需以碱调节pH值。洗脱是用络合剂溶液。由于洗脱的金属离子是络合物，不能直接用滴定法定量。分离络合剂时，将所得的洗脱液的pH值调到5，在70℃下通过适当的中性吸附树脂，用水充分洗涤分离的络合剂后，以2mol/L H2SO4吸附的金属离子。

④利用金属离子选择掩蔽的选择过滤使特定的金属离子络合以掩蔽而阻碍向树脂上的吸附来进行分离。掩蔽剂常用KCN。用此方法可将UO、Hg2+、Cu2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Pb2+、Zn2+、Ag+中的Pb，UO2分离出来。

除NH3/NH4NO3缓冲液与KCN外，再添加微量的酒石酸，使Pb，UO2磷化物滞留与溶液中。将IDA树脂事先用NH3/NH4NO3缓冲液达到平衡后流通上述溶液。当有Co2+共存时先在空气中放置24h，使不稳定的[Co(CN)6]4-络合物氧化为温度的[C(CN)6]3-。由于[Ni(CN)6]2-、[Co(CN)4]3-、[Cu(CN)]3-、[Hg(CN)4]2-、[Ag(CN)2]-不与IDA树脂的配位基进行交换反应，用水即能洗脱出来。Cu2+、Cd2+在IDA树脂上部分形成CN-·IDA混合络合物而被吸附。在40℃下用含有少量CN-的缓冲液即能洗脱出来。水洗后，被吸附的Pb2+、UO2+可用0.5mol/L HNO3洗脱。Zn，Cd的螯合物可用甲醛分解其CN络合物后再进行。分解Ni，Cu的络合物，可在升温下使用双氧水。Co3+络合物可用热H2SO4与HCIO4分解。Hg2+、Ag+络合物也可用同样方法分解。

(3)金属络合物的分解、分析

与分离金属离子相反，利用金属离子与树脂的络合以分离金属离子与低分子配位体，低分子配位体由下部流出。这样就能使得金属离子与配位体各自分开，再进行它们的分析即可。此法比常用的H2S、电解的分解方法有很多长处。

(4)金属盐及有机化合物的精制

根据欲精制盐的阳离子配位体的强弱来决定是采用过滤法，还是置换色谱法。碱金属、碱土金属离子-般用过滤法就能满足要求。重金属盐需用置换色谱法，置换色谱法要用较长的杜子[长：径=(20～100)：1]。

精制有机溶剂时，由于树脂与有机溶剂的亲和很重要，有机溶剂需加水。所加水量由下述实验确定。在干净的溶剂中加人络合而显色的适当金属离子，再加入与水能混容的溶剂，缓慢通过中性型树脂。如果柱能吸附金属离子而显色时，可以不加水就能精制。如不显色，加入适当量的水观察其着色的状态，以取得必须加入的水量。

(5)其他

将交联度小的IDA树脂涂布于纸上，用于定量分析极微量的金属离子混合物。还有研究了外消旋体的分离。氯甲基化聚苯乙烯的交联聚合物与L-脯氨酸反应：

使其吸附Cu(I)。将其填于柱(9×475mm)中，流通5mL脯氨酸外消旋体的10%溶液，用水洗脱(7.5mL/h)，洗脱液每6.2mL取样。在起始流通到第21小时后开始流通1mol/L氨溶液。从编号5～18、32～50级分分别得到纯的L-及D-脯氨酸0.25g。同样，也能分离丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸等的外消旋体。但是，从此操作要用水来洗脱L-体，及用0.5～1.0mol/L氨来洗脱D-体这点，被认为其选择性不是动力学性质，而是基于热力学性质。

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