生物炭的離子交換

1. 離子交換層析的具體操作

對於離子交換纖維素要用流水洗去少量碎的不易沉澱的顆粒，以保證有較好的均勻度，對於已溶脹好的產品則不必經這一步驟。溶脹的交換劑使用前要用稀酸或稀鹼處理，使之成為帶H+或OH-的交換劑型。陰離子交換劑常用「鹼-酸-鹼」處理，使最終轉為-OH-型或鹽型交換劑；對於陽離子交換劑則用「酸-鹼-酸」處理，使最終轉為-H-型交換劑。
洗滌好的纖維素使用前必須平衡至所需的pH和離子強度。已平衡的交換劑在裝柱前還要減壓除氣泡。為了避免顆粒大小不等的交換劑在自然沉降時分層，要適當加壓裝柱，同時使柱床壓緊，減少死體積，有利於解析度的提高。
柱子裝好後再用起始緩沖液淋洗，直至達到充分平衡方可使用。 加樣：
層析所用的樣品應與起始緩沖液有相同的pH和離子強度，所選定的pH值應落在交換劑與被結合物有相反電荷的范圍，同時要注意離子強度應低，可用透析、凝膠過濾或稀釋法達此目的。樣品中的不溶物應在透析後或凝膠過濾前，以離心法除去。為了達到滿意的分離效果，上樣量要適當，不要超過柱的負荷能力。柱的負荷能力可用交換容量來推算，通常上樣量為交換劑交換總量的1%-5%。 已結合樣品的離子交換前，可通過改變溶液的pH或改變離子強度的方法將結合物洗脫，也可同時改變pH與離子強度。為了使復雜的組份分離完全，往往需要逐步改變pH或離子強度，其中最簡單的方法是階段洗脫法，即分次將不同pH與離子強度的溶液加入，使不同成分逐步洗脫。由於這種洗脫pH與離子強度的變化大，使許多洗脫體積相近的成分同時洗脫，純度較差，不適宜精細的分離。最好的洗脫方法是連續梯度洗脫，洗脫裝置見圖16-6.兩個容器放於同一水平上，第一個容器盛有一定pH的緩沖液，第二個容器含有高鹽濃度或不同pH的緩沖液，兩容器連通，第一個容器與柱相連，當溶液由第一容器流入柱時，第二容器中的溶液就會自動來補充，經攪拌與第一容器的溶液相混合，這樣流入柱中的緩沖液的洗脫能力即成梯度變化。第一容器中任何時間的濃度都可用下式進行計算：
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1、A2分別代表兩容器的截面積：C1、C2分別表示容器中溶液的濃度；V為流出體積對總體積之比。當A1=A2時為線性梯度，當A1>A2時為凹形梯度，A1>A2時為凸形梯度。
洗脫時應滿足以下要求：
①洗脫液體積應足夠大，一般要幾十倍於床體積，從而使分離的各峰不至於太擁擠。
②梯度的上限要足夠高，使緊密吸附的物質能被洗脫下來。
③梯度不要上升太快，要恰好使移動的區帶在快到柱末端時達到解吸狀態。目的物的過早解吸，會引起區帶擴散；而目的物的過晚解吸會使峰形過寬。
洗脫餾份的分析按一定體積（5-10ml/管）收集的洗脫液可逐管進行測定，得到層析圖譜。依實驗目的的不同，可採用適宜的檢測方法（生物活性測定、免疫學測定等）確定圖譜中目的物的位置，並回收目的物。
離子交換劑的再生與保存離子交換劑可在柱上再生。如離子交換纖維素可用2mol/：NaCl淋洗柱，若有強吸附物則可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物質則可用非離子型去污劑洗柱後再生，也可用乙醇洗滌，其順序為：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20%NaOH-水。保存離子交換劑時要加防腐劑。對陰離子交換劑宜用0.002%氯已定（洗必泰），陽離子交換劑可用乙基硫柳汞（0.005%）。有些產品建議用0.02%疊氮鈉。

2. 離子交換層析的原理是什麼 已解決

離子交換層析法是從復雜的混合物中，分離性質相似大分子的方法之一，依據的原理是物內質的酸鹼性容，極性，所帶陰陽離子的不同。電荷不同的物質，對管柱上的離子交換劑有不同的親和力，改變沖洗液的離子強度和pH值，物質就能依次從層析柱中分離出來。

層析開始前，功能基團與反離子穩定結合，就與反離子發生可逆交換，與層析劑結合被固定下來。因為鹽離子可以與底物競爭功能基團，鹽濃度越高樣品與層析劑結合越不緊密，易被洗脫下來。不同物質與層析劑結合程度不同，洗脫下來的時間不同，因此得以分開。

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離子交換劑的選擇首重保持欲分離物質的生物活性，以及在不同pH值環境中，此物質所帶的電荷和電性強弱，陰陽離子交換劑的選擇若被分離物質帶正電荷，這些鹼性蛋白質，它們在酸性溶液中較穩定，親和力強，故採用陽離子交換劑。

在鹼性溶液中較穩定，則使用陰離子交換劑，如果欲分離的物質是兩性離子，一般考慮在它穩定的pH范圍帶有何種電荷，作為交換劑的選擇。離子交換劑的再生與保存離子交換劑可在柱上再生，若有脂溶性物質則可用非離子型去污劑洗柱後再生，也可用乙醇洗滌。

3. 重金屬在土壤中以哪些結合態形式存在並簡述其環境效應 環境化學

重金屬在土壤中的存在形態受其組份以及理化特性的影響，所以其存在形式特別復雜，可以分為以下幾種形態 ：

1、交換態:

可進行離子交換以及專性吸附是這種形態重金屬的特徵。這種形態的重金屬可以在陽離子的溶液中被釋放出來，可以直接在土壤中被生物吸收 。

2、碳酸鹽結合態 ：

通過較為溫和的酸就可以將其釋放的沉澱或共沉澱的活性形態重金屬，也可以稱為生物有效態重金屬；

3、錳鐵結合態：

在土壤氧化物中共沉澱或是專性吸附，但是在還原狀態下可以被釋放到土壤里。

4、殘渣態：

在礦物晶格中包含的重金屬形態，較難遷移和被生物利用，對於環境來說是比較安全的，只有在遇到酸、螯合劑或者微生物時才會被釋放到環境中，對生態產生影響。

5、有機結合態：

重金屬在這種形態下的含量會受到土壤中有機質含量以及配位基團含量的影響，而且金屬離子的外層電子軌道形態也可以影響它。

重金屬在土壤中的環境效應：

重金屬通過溶解、凝聚、沉降等各種反應形成的存在形態及化學性質決定了重金屬在土壤中的遷移及對人體的危害程度，重金屬的存在形態決定了遷移轉化特點、危害程度以及污染的性質。

重金屬大多數是屬於具有獨特的可變價態的過渡性元素，可以在一定條件下發生氧化還原反應。重金屬價態不同，它的毒性和活性也不同。

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土壤中重金屬污染

土壤中重金屬污染具有普遍性、隱蔽性、不可逆性、巨大危害性等特點。

其來源廣泛，既有自然來源，也有人為來源，主要包括采礦及冶煉活動、金屬加工工藝、農葯及肥料的不合理施用、含鉛汽油的使用、電池製造產業、工業廢棄物的隨意堆放、污水灌溉及污泥施肥、大氣沉降、電廠的運行等。

重土壤金屬污染問題是如今面臨的主要環境問題之一，對人類的健康產生不利影響，因此需要有經濟、可靠的方法進行土壤改良。重金屬污染土壤改良的主要途徑有解吸溶解途徑以及固化穩定途徑。

生物炭是在氧氣限制條件下高溫( ＜ 900 ℃) 熱分解生物質產生的一種富含碳、細粒度、多孔的材料。具有表面吸附的作用，並且能對土壤中重金屬的生物有效性和遷移性產生影響，加之其價廉、環保等優點，生物炭在處理土壤重金屬問題方面已得到越來越多的關注。

4. 活性炭都可以吸附水中的具體哪些物質

活性炭可以吸附9種水中的雜質。

1、微粒物質，包括泥沙、鐵銹、藻類、懸浮物、微纖維等微粒雜質,肉眼可見。這些微粒常常懸浮在水流之中,水產生的渾濁現象。

這些微粒很不穩定,可以通過沉澱和過濾而除去。水在靜置的時候,重的微粒(主要是砂子和粘土一類的無機物質)會沉下來。

輕的微粒(主要是動植物及其殘骸的一類有機化合物)會浮於水面上,用預沉,過濾等分離方法可以除去。微粒物質是造成濁度、色度、氣味的主要來源。自來水、二次供應的自來水、江河湖泊水中均可能存在。

2、膠體物質:膠體物質是比離子物質大而比顆粒物質小、直徑在10-4~10-6mm之間的微粒。膠體是許多分子和離子的集合物。天然水中的無機礦物質膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物。

水中的有機膠體物質主要是植物或動物的肢體腐爛和分解而成的腐殖物。其中以湖泊水中的腐殖質含量最多,因此常常使水呈黃綠色或褐色。

膠體顆粒不能藉重力自行沉降而去除,一般是在水中加入葯劑破壞其穩定,使膠體顆粒增大而沉降予以去除。 地表水或地下水都可能存在膠體物質。

3、離子物質(Ionic material)包括:陽離子、陰離子。陽離子如鈣離子、鎂離子、鐵離子等;陰離子氯離子、硫酸鹽離子、磷酸鹽離子等。離子物質通常易溶於水中,溶解物質可以用離子交換或除鹽等方法予以去除。

4、不反應的溶解氣體:如空氣中的氮氣等。

5、可反應的溶解氣體：天然水中常見的溶解氣體有氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、有時還有硫化氫(H2S)、二氧化硫(SO2)、氮氣(N2)和氨 (NH3)等。

這些溶解於水中的氣體,大都對金屬有腐蝕作用,是引起水系統金屬腐蝕的重要因素。空氣中的CO2對純水影響最大。

CO2存在於空氣中並很容易溶於水中,使水質呈酸性,即PH值低於7。水質越純,越易受空氣的影響,影響主要表現為PH值、電導(阻)率。

6、微生物:主要指水中的細菌含量。中國自來水的常規細菌允許含量。

7、熱源:熱源又稱細菌內毒素,主要用於醫葯用水特別是注射用水時需考量熱源的含量控制。實驗室中有細胞培養等生物方面的應用時,對熱源用含量控制要求。

8、有機物質:水中的有機物質主要是指腐殖酸、生活污水和工業廢水的污染物。腐殖物質是水生生物一類的生命活動過程的產物。這些有機物污染著水體,並使水質惡化。

水中的有機物有個共同特點,就是要進行生物氧化分解,需要消耗水中的溶解氧,而導致水中缺氧。同時會發生腐敗發酵,使細菌滋長,惡化水質,破壞水體。

工業用水的有機污染,還會降低產品的質量。有機物是引起水體污染的主要原因之一。地表水中有機物含量通常高於地下水中的含量。

9、殘留消毒劑：自來水公司為控制水中的細菌含量,會添加消毒劑來控制總細菌數。常用的消毒劑為含氯制劑,當氯加到水中會產生含氧化性極強的化合物如余氯,起到消毒殺菌的作用。

對於採用反滲透技術的水處理設備而言,氧化性極強的余氯會對RO膜造成很大的損傷,因此在預處理中必須嚴格去除。常用活性碳吸附去除。

5. 離子交換器的典型工藝流程

萊特.萊德1、苦鹹水淡化、地下水除氟

原水→過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→成品水

2、飲用純凈水、太空水生產

原水→機械過濾器→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→臭氧滅菌裝置→成品水

3、制葯行業針劑制備、大輸液制備用水

原水→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→多效蒸餾水機→成品水

4、化肥、機械行業用水

原水→機械過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→脫氣塔→陰離子交換器→成品水
軟化器即為鈉離子交換器，離子交換器分為：鈉離子交換器、陰陽床、混合床等種類。離子交換柱(器)外殼一般採用硬聚氯乙烯(PVC)、硬聚氯乙烯復合玻璃鋼(PVC-FRP)、有機玻璃(PMMA)、有機玻璃復合透明玻璃鋼(PMMA-FRP)、鋼襯膠(JR)、不銹鋼襯膠等材質。

用途離子交換器主要用於純水和高純水的制備，在醫葯、化工、電子、塗裝、飲料及中高壓鍋爐給水等諸多工領域中已有十分廣泛的應用。用於鍋爐、熱電站、化工、輕工、紡織、醫葯、生物、電子、原子能及純水處理的前道處理，工業生產所需進行硬水軟化、去離子水制備的場合，還可用於食品葯物的脫色提純，貴重金屬、化工原料的回收，電鍍廢水的處理等。

6. 在生物炭材料的制備中,常用的活性劑有哪些

摘要 生物炭(B1char)是生物質(如植物秸桿和動物糞便等)在完全或部分缺氧的情況下經熱解產生的高度芳構化的碳質材料。在缺氧的條件下把生物質進行高溫處理，生物質中的油和氣燃燒掉，剩下的就是生物炭。生物炭因富含碳素，具有發達的孔隙結構，比表面積大以及離子交換量高等優良的物理化學性質，被認為是一種高效的吸附材料。雖然制備生物炭的裂解溫度越低，其能耗、成本和制備條件的要求也越低，但通常裂解溫度越高的生物炭具有越大的比表面積和微孔數量，吸附性能也越強。即相對於高溫裂解生物炭(大於500°C)，低溫裂解生物炭對疏水性有機污染物的吸附性能較弱。高溫裂解製得的生物炭對有機污染物的吸附幾乎只在炭化表面發生，而低溫制備的生物炭對有機污染物的吸附除了表面吸附以外，還存在於殘余有機質中的分配作用。

7. 離子交換膜的原理是什麼

離子交換膜又稱離子選擇透過性膜。
按其功能和結構的不同，可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質復合膜5種。離子交換膜的構造和離子交換樹脂相同，但為膜的形式。
離子交換膜可製成均相膜和非均相膜兩類。採用高分子的加工成型方法製造。①均相膜。先用高分子材料如丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等製成膜，然後引入單體如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜內聚合成高分子，再通過化學反應引入所需功能基。也可通過甲醛、苯酚等單體聚合製得。②非均相膜。用粒度為200～400目的離子交換樹脂和普通成膜性高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等充分混合後加工成膜製得。為免失水乾燥而變脆破裂，須保存在水中。
離子交換膜主要應用於海水淡化，甘油、聚乙二醇的除鹽，放射性元素、同位素及氨基酸的分離，有機物及無機物純化，放射性廢液處理，燃料電池隔膜及選擇性電極等。

8. 離子交換法的原理

吸附（）
溶液中的離子與樹脂上官能團發生反應，並結合到樹脂上的過程。
淋洗（elution）
用一定濃度的淋洗劑將已吸附在離子交換樹脂上的金屬由樹脂轉移到水溶液中的過程，又稱解吸。
轉型（transformation）
將樹脂從一種型式轉變為其他離子型式的過程。
離子交換樹脂（ion exchange resin）
一種帶有官能團（有交換離子的活性基團）、具有網狀結構與不溶性的高分子聚合物。通常是球形顆粒物。
飽和樹脂（loadedresin）
在某一特定條件下，當吸附尾液中被吸附離子的濃度與進料液中濃度相等或達到動態平衡時的離子交換樹脂。
離子交換法是以圓球形樹脂(離子交換樹脂)過濾原水，水中的離子會與固定在樹脂上的離子交換。常見的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反滲透(RO)處理之前，先將水質硬度降低的一種前處理程序。軟化機裡面的球狀樹脂，以兩個鈉離子交換一個鈣離子或鎂離子的方式來軟化水質。
離子交換樹脂利用氫離子交換陽離子，而以氫氧根離子交換陰離子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯製成的陽離子交換樹脂會以氫離子交換碰到的各種陽離子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同樣的，以包含季銨鹽的苯乙烯製成的陰離子交換樹脂會以氫氧根離子交換碰到的各種陰離子(如Cl-)。從陽離子交換樹脂釋出的氫離子與從陰離子交換樹脂釋出的氫氧根離子相結合後生成純水。
陰陽離子交換樹脂可被分別包裝在不同的離子交換床中，分成所謂的陰離子交換床和陽離子交換床。也可以將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混在一起，置於同一個離子交換床中。不論是哪一種形式，當樹脂與水中帶電荷的雜質交換完樹脂上的氫離子及(或)氫氧根離子，就必須進行「再生」。再生的程序恰與純化的程序相反，利用氫離子及氫氧根離子進行再生，交換附著在離子交換樹脂上的雜質。

9. 詢問離子通道、離子交換、離子泵的區別的通俗解釋

離子通道就是一個簡單的蛋白通道,不結合ATP,離子沿通道順濃度差跨膜.常見的有Na離子專通道和K離子通道（動作電位）屬.
離子交換,我知道的只有一個Na-K-ATP酶.顧名思義,這個蛋白結合ATP.離子逆濃度差跨膜（靜息電位的產生）,過程中消耗ATP改變酶構象以結合Na或K.
離子泵,我也只知道一個,就是H-ATP酶.這個酶是高等生物形成ATP的最主要手段.膜外高濃度的H離子順濃度差進入細胞（線粒體）,同時酶利用這種勢能從ADP及Pi合成ATP.（如果細胞（線粒體）內H離子濃度過高,此酶還可以利用ATP將H離子排出）.