分子篩的陽離子交換

1. 分子篩從Na型到H型分子篩進行離子交換時用硝酸銨，為什麼不能直接用硝酸或別的酸呢呢

可以肯定的是從Na型到H型的交換是不能直接用酸的，一般用銨鹽，比如硝酸銨，氯化銨，這是因為Na型與銨交換先轉化為NH4型，再焙燒脫氨，最終成為H型。

2. 2. 陽離子交換的原則是什麼

離子交換原理
應用離子交換樹脂進行水處理時,離子交換樹脂可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號電荷的離子相互交換而達到凈化水的目的.
如H型陽離子交換樹脂遇到含有Ca2+、Na+的水時,發生如下反應：
2RH + Ca2+ → R2Ca + 2H+
RH + Na+ → RNa + H+
當OH型陰離子交換樹脂遇到含有Cl-、SO42-的水時,其反應為：
ROH + Cl- → RCl + OH-
2ROH + SO42- → R2SO4 +2OH-
反應的結果是水中的雜質離子（Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等）分別被吸著在樹脂上,樹脂由H型和OH型變為Ca型、Na型和Cl型SO4型,而樹脂上的H+、OH-則進入水中,相互結合成為水,從而除去水中的雜質離子,製得純水.
H+ + OH- → H2O
離子交換樹脂的離子與水中的離子之間所以能進行交換,是在於離子交換樹脂有可交換的活動離子.而且因為離子交換樹脂是多孔的,即在樹脂顆粒中存在著許多水能滲入其內的微小網孔,這樣使樹脂和水有很大的接觸面,不僅能在樹脂顆粒的外表面進行交換,而且在與水接觸的網孔內也可以進行這一交換.

3. 什麼是分子篩離子交換 具體原理是什麼

舉個例子，你要做ZSM-5分子篩，做出來以後，裡面是含有Na的，但是你用的時候不想它有含有Na，那就要用到離子交換，可以用氯化銨把分子篩裡面的鈉離子用銨離子替換出來，其實就是個反應，不知道你懂了沒！

4. 分子篩是什麼啊什麼原理啊.

1932年,McBain提出了「分子篩」的概念.分子篩是指具有均勻的微孔,其孔徑與一般分子大小相當的一類物質.分子篩的應用非常廣泛,可以作高效干海燥劑、選擇恆性吸附業劑、催化劑、離子工交換劑等,但有用化學原限廣泛料公合成分子篩司使成本很用高.常用分子篩為結晶態的硅酸鹽或硅鋁酸鹽,是由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子尺寸大小（通常為0.2 nm）的孔道和空腔體系,因吸附分子大小和形狀不同而具有篩分大小不同的流體分子的能力.
原理 吸附功能：分子篩對物質的吸附來源於物理吸附（范德華力）,其晶體孔穴內部有很強的極性和庫侖場,對極性分子（如水）和不飽和分子表現出強烈的吸附能力.
篩分功能：分子篩的孔徑分布非常均一,只有分子直徑小於孔穴直徑的物質才可能進入分子篩的晶穴內部.
通過吸附的優先順序和尺寸大小來區分不同物質的分子,所以被形象的稱為「分子篩」.

5. 陽離子交換

1.陽離子交換

按質量作用定律，陽離子交換反應可以表示為

水文地球化學基礎

式中：K_A—B為陽離子交換平衡常數；A和B為水中的離子；AX和BX為吸附在固體顆粒表面的離子；方括弧指活度。

在海水入侵過程中，准確模擬陽離子交換作用是預測陽離子在含水層中運移的前提條件。按照質量作用定律可以用一個平衡常數把離子交換作為一種反應來描述。例如Na⁺、Ca²⁺的交換：

水文地球化學基礎

平衡常數為：

水文地球化學基礎

式（3—115）表明，交換反應是等當量的，是個可逆過程；兩個Na⁺交換一個Ca²⁺。如果水中的Na⁺與吸附在固體顆粒表面的Ca²⁺（即CaX）交換，則反應向右進行；反之，則向左進行。如果反應向右進行，Ca²⁺是解吸過程，而Na⁺是吸附過程。所以，陽離子交換實際上是一個吸附—解吸過程。Na⁺、Ca²⁺的交換是一種最廣泛的陽離子交換。當海水入侵淡水含水層時，由於海水中Na⁺遠高於淡水，而且淡水含水層顆粒表面可交換的陽離子主要是Ca²⁺，因此產生Na⁺、Ca²⁺之間的離子交換，Na⁺被吸附而Ca²⁺被解吸，方程（3—115）向右進行；當淡水滲入海相地層時，則Na⁺被解吸而Ca²⁺被吸附，反應向左進行。

2.質量作用方程

描述離子交換反應的方程式有多種，通常主要是通過對實驗數據的最佳擬合來決定選擇哪一種方程式，眾多的研究者很難達成一致（Gaines et al.，1953；Vanselow，1932；Gapon，1933；Appelo et al.，1993；Grolimund et al.，1995；Vulava et al.，2000），因為目前並沒有一個統一的理論來計算吸附劑上的離子活度，而前面提到的迪拜—休克爾方程、戴維斯方程都是適用於水溶液中的離子活度計算。

交換性陽離子活度有時用摩爾分數來計算，但更為常用的是當量分數作為交換位的數量分數或者作為交換性陽離子的數量分數。在一種理想的標准狀態下，交換劑只被一種離子完全占據，交換離子的活度等於1。對於等價交換使用哪一種方程式沒有區別，但是對於非等價交換影響十分顯著（Grolimund et al.，1995；Vulava et al.，2000）。所有的模型都有相同的函數形式：

水文地球化學基礎

即為交換位濃度（單位質量吸附劑的摩爾數）與無單位函數

（

，

）和

（

，

）的乘積。這些函數依賴於溶液中陽離子的活度。

海水入侵過程中的交換反應主要為Na⁺與Ca²⁺之間的交換，通常寫作：

水文地球化學基礎

X為—1價的表面交換位，交換位X的總濃度為

水文地球化學基礎

式中：S指每單位質量固體的總交換位濃度，mol/g。這種情況下S的量等於陽離子交換容量（只要單位換算統一即可）。

水文地球化學基礎

式（3—120）的書寫方式符合Gaines—Thomas方程式，Gaines（蓋恩斯）和Thomas（托馬斯）（1995）最先給出交換性陽離子熱動力學標准態的嚴格定義。它使用交換性陽離子的當量分數作為吸附離子的活度。若式（3—120）使用摩爾分數，則遵守Vanselow（1932）公式。

如果假定吸附陽離子的活度和被離子占據的交換位的數目成正比，反應式（3—115）則可寫成

水文地球化學基礎

式（3—122）符合Gapon（加彭）方程式。在Gapon方程式中，摩爾分數和當量分數是一樣的，都是電荷為—1的單一交換位。

還有一種交換形式為：

水文地球化學基礎

Y指交換位的電荷為—2，這種反應式同樣是交換反應的一種有效熱力學描述。它假定交換位Y的總濃度為

水文地球化學基礎

S則為陽離子交換容量的二分之一。Cernik（采爾尼克）等根據當量分數利用反應式（3—123），將交換系數表示為：

水文地球化學基礎

3.質量作用方程擬合

利用Gaines—Thomas（GT）方程式、Vanselow（VS）方程式和Gapon（GP）方程式對在砂樣中進行的試驗所獲得的數據進行擬合，根據擬合結果作出 Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺吸附等溫線（劉茜，2007），如圖3—4～圖3—7所示。

圖3—4 Na⁺吸附等溫線和擬合數據

由吸附等溫線可以看出，砂樣對Na⁺、Mg²⁺、K⁺的吸附量均隨著溶液中離子濃度的增加而逐漸增加，而Ca²⁺發生解吸。圖3—4中，砂樣對Na⁺的吸附量隨溶液中離子濃度的增加而緩慢增加。圖3—5中，在Ca²⁺濃度較低時，解吸量迅速增大，當Ca²⁺濃度較高時，隨濃度增加解吸量增加緩慢，逐漸趨於平穩狀態。

圖3—6中Mg²⁺濃度較低時，吸附量增加較慢，在較高濃度時增加較快，但並沒有出現Ca²⁺的解吸等溫線中的平穩狀態，依然為直線型，且直線的斜率大於低濃度狀態時的斜率，說明Na⁺、Mg²⁺的吸附速率在低濃度（海水含量為20%左右）時較小，在高濃度時，吸附速率變大；Ca²⁺的解吸在高濃度時基本達到平衡，而Na⁺、Mg²⁺還有增長趨勢，也較好證明了試驗所用砂樣的交換位主要為Ca²⁺所佔據。圖3—7中K⁺實測值的吸附等溫線則沒有出現Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺的規律，雖然整體上隨著溶液離子濃度的增加，吸附量也是增長趨勢，但並沒有出現直線規律。究其原因，主要是陽離子交換吸附作用不大，主要是化學吸附，因為K⁺的水化膜較薄，所以有較強的結合力，K⁺被吸附後，大多被牢固吸附在黏土礦物晶格中。

圖3—5 Ca²⁺吸附等溫線和擬合數據

圖3—6 Mg²⁺吸附等溫線和擬合數據

圖3—7 K⁺吸附等溫式和擬合數據

由吸附等溫線模擬圖（圖3—4～圖3—7）及公式與試驗數據擬合的相關系數（表3—17）看出，GT方程式擬合效果較好，能夠很好地預測離子交換趨勢。因此，在多組分離子交換模擬計算中採用Gaines—Thomas方程，為陽離子交換的定量研究提供了依據。

表3—17 GT、GP、VS方程式擬合的相關系數

所以根據Gaines—Thomas方程式（3—126）～式（3—131）計算離子交換系數（表3—18）。由於 9 種配比濃度的離子強度不同，所以各自的交換系數也有所差別。對比

、

、

可知3種離子的吸附親和力順序為Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺。但是由於海水中Na⁺、Mg²⁺含量遠遠高於地下水，尤其是Na⁺的含量比地下水高出3個數量級，因此，海水入侵過程中以Ca²⁺、Na⁺交換為主，其次為Ca²⁺、Mg²⁺交換，交換量最少的為Ca²⁺、K⁺。

水文地球化學基礎

表3—18 試驗土樣不同濃度下的交換系數

6. 幾種常見分子篩的用途

一種人工合成的具有篩選分子作用的水合硅鋁酸鹽(泡沸石)或天然沸石。其化學通式為(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O，M′、M分別為一價、二價陽離子如鉀離子、鈉離子和鈣離子、鋇離子等。它在結構上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴，不同孔徑的分子篩把不同大小和形狀分子分開。根據二氧化硅和氧化鋁的分子比不同，得到不同孔徑的分子篩。其型號有：3A(鉀A型)、4A(鈉A型)、5A(鈣A型)、10Z(鈣Z型)、13Z(鈉Z型)、Y(鈉Y型)、鈉絲光沸石型等。它的吸附能力高、選擇性強、耐高溫。廣泛用於有機化工和石油化工，也是煤氣脫水的優良吸附劑。在廢氣凈化上也日益受到重視。

自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽，它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質稱為沸石，人工合成的沸石也稱為分子篩。分子篩的化學組成通式為：(M)_2/nO· Al₂O₃·xSiO₂·pH₂O，M代表金屬離子(人工合成時通常為Na)，n代表金屬離子價數， x代表SiO₂的摩爾數，也稱為硅鋁比，p代表水的摩爾數。分子篩骨架的最基本結構是 SiO₄和AlO₄四面體，通過共有的氧原子結合而形成三維網狀結構的結晶。這種結合形式，構成了具有分子級、孔徑均勻的空洞及孔道。由於結構不同，形式不同，「籠」形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 「籠」的結構。A型、X型和Y型分子篩的晶體結構見圖1，圖2。

由於AlO₄四面體具有一個負電荷，可以結合鈉等離子，成為電中性。在水溶液中，鈉離子很容易與其他陽離子交換。大多數分子篩催化劑是多價金屬陽離子或H的交換物，分子篩具有酸性和對分子大小的選擇性，可以作為催化劑或載體使用。高二氧化硅沸石對有機基團表現出很高的親和力，相比之下，低二氧化硅沸石由於具有Lewis和Bronsted酸特性而表現出親水性。硅及鋁原子通過氧構成氧環，氧環的大小決定沸石的細孔孔徑。每個氧環的氧原子數目為4～12個。通常具有分子篩作用的有八元環(0.4～0.5nm)、十元環 (0.5～0.6nm) 及十二元環 (0.7～ 0. 9nm)。

具有十二元氧環的有Y型分子篩 (x= 3.1～6.0)和絲光沸石(x=9～11)。前者可用做裂化催化劑、雙功能催化劑，後者可用作甲苯的歧化催化劑。

十元氧環的有ZSM-5、ZSM-11等部分 ZSM系列分子篩。

八元氧環的有A型分子篩(x=2)、T型分子篩及ZSM-34等。它們的孔很小，只有直鏈烴才能進入到細孔中。以分子篩為催化活性組分或主要活性組分的催化劑稱為分子篩催化劑。分子篩具有離子交換性能、均一的分子大小的孔道、優異的酸催化活性、並有良好的熱穩定性和水熱穩定性。可製成對許多反應有高活性、高選擇性的催化劑。

希望我能幫助你解疑釋惑。

7. 影響陽離子交換能力的因素有哪些

土壤溶液來中的陽離子進行交自換，稱為陽離子的交換作用。影響因素有——（1）陽離子的代換能力隨離子價數的增加而增大，因為高價陽離子的電荷量大、電性強所以代換能力也大，各種陽離子代換力的大小順序：Na+<K+<NH4+<Mg2+<Ca2+<H+<Al3+<Fe3+（2）等價離子代換能力的大小，隨原子序數的增加而增大（3）離子運動速度愈大，交換力愈強（4）陽離子的相對濃度及交換生成物的性質。
影響土壤陽離子交換量的因素有:陽離子交換量：每千克干土中所含的全部陽離子總量，以厘摩爾（+）每千克土或 c mol(+)kg的-1次冪表示。影響因素——（1）膠體的種類，有機膠體>無機膠體，有機質高的>有機質低的，次生鋁硅酸鹽（2:1>1:1）>次生氧化物（2）溶液的pH值（3）土壤質地，質地愈細交換量愈高。

8. 分子篩的生產方法

有水熱合成、水熱轉化和離子交換等法：
①水熱合成法用於製取純度較高的產品，以及合成自然界中不存在的分子篩。將含硅化合物（水玻璃、硅溶膠等）、含鋁化合物（水合氧化鋁、鋁鹽等）、鹼（氫氧化鈉、氫氧化鉀等）和水按適當比例混合，在熱壓釜中加熱一定時間，即析出分子篩晶體。合成過程可用下式表示：


工業生產流程中一般先合成Na-分子篩，如13X型與10X型分子篩的合成（見圖）。在水熱合成過程中添加某些添加劑可以改變最終產品的結構，如加入季胺鹽可得到ZSM-5型分子篩。
②水熱轉化法在過量鹼存在時，使固態鋁硅酸鹽水熱轉化成分子篩。所用原料有高嶺土、膨潤土、硅藻土等，也可用合成的硅鋁凝膠顆粒。此法成本低，但產品純度不及水熱合成法。
③離子交換法通常在水溶液中將Na－分子篩轉變為含有所需陽離子的分子篩，通式如下：

式中 Z-表示陰離子骨架，Me+表示需交換的陽離子，例如NH4 +、Ca2+、Mg2+、Zn2+等，原料通常為氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽。溶液中不同性質的陽離子交換到分子篩上的難易程度不同，稱為分子篩對陽離子的選擇順序，例如：13X型分子篩的選擇順序為Ag+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH4 +、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列參數表示交換結果：交換度，即交換下來的Na+量佔分子篩中原有Na+量的百分數；交換容量，為每100克分子篩中交換的陽離子毫克當量數；交換效率，表示溶液中陽離子交換到分子篩上的質量百分數。為了製取合適的分子篩催化劑，有時尚需將交換所得產物與其他組分調配，這些組分可能是其他催化活性組分、助催化劑、稀釋劑或粘合劑等，調配好的物料經成型即可進行催化劑的活化。

9. 離子交換層析可用於哪些種類蛋白質的分離

離子交換層析是利用蛋白質在不同PH帶不同種電荷的方法，利用離子交換的方法分離專蛋白的。
離子交換屬內的介質一般是樹脂，陽離子交換型的，使用前樹脂先用鹼處理成鈉型，將氨基酸混合液（pH=2-3)上柱，pH=2-3時，氨基酸主要以陽離子形式存在，與樹脂上的鈉離子發生交換而被「掛」在樹脂上，再用洗脫劑洗脫。不同的氨基酸（帶的電荷不同）與樹脂的親和力不同，要將其分離洗脫下來，需要降低它們之間的親和力，方法是逐步提高洗脫劑的pH和鹽濃度，這樣各種氨基酸將以不同的速度被洗脫下來，反之亦然。

不同反荷離子與樹脂親和力是不同的，其強弱關系為陽性競爭離子：Ag+〉CS+〉K+〉NH4+〉Na+〉H+〉Li+ 陰性競爭離子：I->NO3->(PO4)3->CN-〉HSO3-〉Mg2+〉HCO3-〉HCOO-〉CH3COO-〉OH-〉F- 如果某種離子溶液洗脫效果不好，可用另一種親和力強的離子代替之，等電點＞7選擇陽離子交換樹脂，等電點＜7選擇陰離子交換樹脂。

10. 4A分子篩的性質功能

離子交換性能----軟化水質功能： 4A分子篩骨架中的每一個氧原子都為相鄰的兩個四面體所共有，這種結構形成了可為陽離子和水分子占據的大晶穴，而且這些陽離子和水分子有較大的移動性，可進行陽離子交換和可逆脫水。4A分子篩的離子交換是在帶有鋁離子的骨架上進行的，每一個鋁離子所帶的一個負電荷，不僅可以結合鈉離子，也可以結合其它陽離子。鈣、鎂離子可以進入原來鈉離子占據的大晶穴，將4A分子篩中的鈉離子替換下來----即4A分子篩中的鈉離子可進行離子交換，可與硬水中的Ca2+、、Mg2+離子進行交換，從而達到軟化水質的目的。 4A分子篩結合鈣鎂離子的速度比三聚磷酸鈉慢，且與鎂離子的結合能力較弱。但4A分子篩可將水溶液中少量有害的重金屬離子（如Pb2+、Cd2+、Hg2+）能很容易快速除去，對凈化水質有著十分重要的意義。 對表面活性劑的吸附性----載液功能： 由於4A分子篩晶體的孔穴結構，加上微粒具有很大的比表面積，所以4A分子篩的吸附性能很強。 對非離子表面活性劑的吸附，4A分子篩是NTA(次氨基三乙酸鹽)和碳酸鈉的3倍，是三聚磷酸鈉（STPP）和硫酸鈉的5倍，這個性質對於在附聚成型生產高濃縮洗衣粉中配入更多的表面活性劑，製得洗滌和流動性能好的產品很有意義。通過實驗，4A分子篩的液體攜帶量≥30%，在洗衣粉生產過程中加入4A分子篩，可增加材料流動性，調節粘度，製得產品外觀、流動性和抗結塊性能力好的產品。 去污力：通過實驗對含不同助劑同一配方，改變助劑比較其去污力，發現20%的STPP、20%的分子篩、4%的聚合物去污效果與40%的STPP相當，在無磷配方中20%的分子篩中加入10%的碳酸鈉和4.5%的聚合物，可得到去污力十分理想的產品。 抗再沉積性：4A分子篩具有良好的油污附著力，當碳酸鈉、CMC、硅酸鈉和硫酸鈉等助劑中加入沸石後，明顯減少尼龍布對油污的吸附。沸石的粒度在0.4-1.0μm時，其分散性比較好，可以防止在織物上附著。 雖然4A分子篩的分散能力不如STPP，但通過與聚丙烯酸鈉復配可以解決其對污垢的分散問題。 與其他助劑的配伍性： 4A分子篩與其他助劑得當可以使其性能互補，4A分子篩對污垢的分散性及對硬度離子的螯合性不如STPP，但4A分子篩與STPP混用，去污力可達到單一用STPP的效果。這是因為STPP能自固體表面快速絡合鈣鎂離子，並通過水介質傳給4A分子篩。4A分子篩結合鎂離子能力差，可通過在分子篩中復配硅酸鹽、碳酸鹽得到補償。 PH緩沖作用：4A分子篩呈鹼性，1%的水溶液PH在11.0，因此具有一定的緩沖鹼度。 安全性：4A分子篩無毒，對人體高度安全。對眼睛、皮膚無刺激，不會導致過敏，使用安全可靠。在洗滌後沉積於土壤中，不造成污染，而且還可以改良土壤，4A分子篩對生態無不良影響。