生物炭的离子交换

1. 离子交换层析的具体操作

对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品则不必经这一步骤。溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂常用“碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，使最终转为-H-型交换剂。
洗涤好的纤维素使用前必须平衡至所需的pH和离子强度。已平衡的交换剂在装柱前还要减压除气泡。为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层，要适当加压装柱，同时使柱床压紧，减少死体积，有利于分辨率的提高。
柱子装好后再用起始缓冲液淋洗，直至达到充分平衡方可使用。 加样：
层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度，所选定的pH值应落在交换剂与被结合物有相反电荷的范围，同时要注意离子强度应低，可用透析、凝胶过滤或稀释法达此目的。样品中的不溶物应在透析后或凝胶过滤前，以离心法除去。为了达到满意的分离效果，上样量要适当，不要超过柱的负荷能力。柱的负荷能力可用交换容量来推算，通常上样量为交换剂交换总量的1%-5%。 已结合样品的离子交换前，可通过改变溶液的pH或改变离子强度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离子强度。为了使复杂的组份分离完全，往往需要逐步改变pH或离子强度，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分次将不同pH与离子强度的溶液加入，使不同成分逐步洗脱。由于这种洗脱pH与离子强度的变化大，使许多洗脱体积相近的成分同时洗脱，纯度较差，不适宜精细的分离。最好的洗脱方法是连续梯度洗脱，洗脱装置见图16-6.两个容器放于同一水平上，第一个容器盛有一定pH的缓冲液，第二个容器含有高盐浓度或不同pH的缓冲液，两容器连通，第一个容器与柱相连，当溶液由第一容器流入柱时，第二容器中的溶液就会自动来补充，经搅拌与第一容器的溶液相混合，这样流入柱中的缓冲液的洗脱能力即成梯度变化。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进行计算：
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1、A2分别代表两容器的截面积：C1、C2分别表示容器中溶液的浓度；V为流出体积对总体积之比。当A1=A2时为线性梯度，当A1>A2时为凹形梯度，A1>A2时为凸形梯度。
洗脱时应满足以下要求：
①洗脱液体积应足够大，一般要几十倍于床体积，从而使分离的各峰不至于太拥挤。
②梯度的上限要足够高，使紧密吸附的物质能被洗脱下来。
③梯度不要上升太快，要恰好使移动的区带在快到柱末端时达到解吸状态。目的物的过早解吸，会引起区带扩散；而目的物的过晚解吸会使峰形过宽。
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可逐管进行测定，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适宜的检测方法（生物活性测定、免疫学测定等）确定图谱中目的物的位置，并回收目的物。
离子交换剂的再生与保存离子交换剂可在柱上再生。如离子交换纤维素可用2mol/：NaCl淋洗柱，若有强吸附物则可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生，也可用乙醇洗涤，其顺序为：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20%NaOH-水。保存离子交换剂时要加防腐剂。对阴离子交换剂宜用0.002%氯已定（洗必泰），阳离子交换剂可用乙基硫柳汞（0.005%）。有些产品建议用0.02%叠氮钠。

2. 离子交换层析的原理是什么 已解决

离子交换层析法是从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物内质的酸碱性容，极性，所带阴阳离子的不同。电荷不同的物质，对管柱上的离子交换剂有不同的亲和力，改变冲洗液的离子强度和pH值，物质就能依次从层析柱中分离出来。

层析开始前，功能基团与反离子稳定结合，就与反离子发生可逆交换，与层析剂结合被固定下来。因为盐离子可以与底物竞争功能基团，盐浓度越高样品与层析剂结合越不紧密，易被洗脱下来。不同物质与层析剂结合程度不同，洗脱下来的时间不同，因此得以分开。

(2)生物炭的离子交换扩展阅读

离子交换剂的选择首重保持欲分离物质的生物活性，以及在不同pH值环境中，此物质所带的电荷和电性强弱，阴阳离子交换剂的选择若被分离物质带正电荷，这些碱性蛋白质，它们在酸性溶液中较稳定，亲和力强，故采用阳离子交换剂。

在碱性溶液中较稳定，则使用阴离子交换剂，如果欲分离的物质是两性离子，一般考虑在它稳定的pH范围带有何种电荷，作为交换剂的选择。离子交换剂的再生与保存离子交换剂可在柱上再生，若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生，也可用乙醇洗涤。

3. 重金属在土壤中以哪些结合态形式存在并简述其环境效应 环境化学

重金属在土壤中的存在形态受其组份以及理化特性的影响，所以其存在形式特别复杂，可以分为以下几种形态 ：

1、交换态:

可进行离子交换以及专性吸附是这种形态重金属的特征。这种形态的重金属可以在阳离子的溶液中被释放出来，可以直接在土壤中被生物吸收 。

2、碳酸盐结合态 ：

通过较为温和的酸就可以将其释放的沉淀或共沉淀的活性形态重金属，也可以称为生物有效态重金属；

3、锰铁结合态：

在土壤氧化物中共沉淀或是专性吸附，但是在还原状态下可以被释放到土壤里。

4、残渣态：

在矿物晶格中包含的重金属形态，较难迁移和被生物利用，对于环境来说是比较安全的，只有在遇到酸、螯合剂或者微生物时才会被释放到环境中，对生态产生影响。

5、有机结合态：

重金属在这种形态下的含量会受到土壤中有机质含量以及配位基团含量的影响，而且金属离子的外层电子轨道形态也可以影响它。

重金属在土壤中的环境效应：

重金属通过溶解、凝聚、沉降等各种反应形成的存在形态及化学性质决定了重金属在土壤中的迁移及对人体的危害程度，重金属的存在形态决定了迁移转化特点、危害程度以及污染的性质。

重金属大多数是属于具有独特的可变价态的过渡性元素，可以在一定条件下发生氧化还原反应。重金属价态不同，它的毒性和活性也不同。

(3)生物炭的离子交换扩展阅读：

土壤中重金属污染

土壤中重金属污染具有普遍性、隐蔽性、不可逆性、巨大危害性等特点。

其来源广泛，既有自然来源，也有人为来源，主要包括采矿及冶炼活动、金属加工工艺、农药及肥料的不合理施用、含铅汽油的使用、电池制造产业、工业废弃物的随意堆放、污水灌溉及污泥施肥、大气沉降、电厂的运行等。

重土壤金属污染问题是如今面临的主要环境问题之一，对人类的健康产生不利影响，因此需要有经济、可靠的方法进行土壤改良。重金属污染土壤改良的主要途径有解吸溶解途径以及固化稳定途径。

生物炭是在氧气限制条件下高温( ＜ 900 ℃) 热分解生物质产生的一种富含碳、细粒度、多孔的材料。具有表面吸附的作用，并且能对土壤中重金属的生物有效性和迁移性产生影响，加之其价廉、环保等优点，生物炭在处理土壤重金属问题方面已得到越来越多的关注。

4. 活性炭都可以吸附水中的具体哪些物质

活性炭可以吸附9种水中的杂质。

1、微粒物质，包括泥沙、铁锈、藻类、悬浮物、微纤维等微粒杂质,肉眼可见。这些微粒常常悬浮在水流之中,水产生的浑浊现象。

这些微粒很不稳定,可以通过沉淀和过滤而除去。水在静置的时候,重的微粒(主要是砂子和粘土一类的无机物质)会沉下来。

轻的微粒(主要是动植物及其残骸的一类有机化合物)会浮于水面上,用预沉,过滤等分离方法可以除去。微粒物质是造成浊度、色度、气味的主要来源。自来水、二次供应的自来水、江河湖泊水中均可能存在。

2、胶体物质:胶体物质是比离子物质大而比颗粒物质小、直径在10-4~10-6mm之间的微粒。胶体是许多分子和离子的集合物。天然水中的无机矿物质胶体主要是铁、铝和硅的化合物。

水中的有机胶体物质主要是植物或动物的肢体腐烂和分解而成的腐殖物。其中以湖泊水中的腐殖质含量最多,因此常常使水呈黄绿色或褐色。

胶体颗粒不能藉重力自行沉降而去除,一般是在水中加入药剂破坏其稳定,使胶体颗粒增大而沉降予以去除。 地表水或地下水都可能存在胶体物质。

3、离子物质(Ionic material)包括:阳离子、阴离子。阳离子如钙离子、镁离子、铁离子等;阴离子氯离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子等。离子物质通常易溶于水中,溶解物质可以用离子交换或除盐等方法予以去除。

4、不反应的溶解气体:如空气中的氮气等。

5、可反应的溶解气体：天然水中常见的溶解气体有氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、有时还有硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、氮气(N2)和氨 (NH3)等。

这些溶解于水中的气体,大都对金属有腐蚀作用,是引起水系统金属腐蚀的重要因素。空气中的CO2对纯水影响最大。

CO2存在于空气中并很容易溶于水中,使水质呈酸性,即PH值低于7。水质越纯,越易受空气的影响,影响主要表现为PH值、电导(阻)率。

6、微生物:主要指水中的细菌含量。中国自来水的常规细菌允许含量。

7、热源:热源又称细菌内毒素,主要用于医药用水特别是注射用水时需考量热源的含量控制。实验室中有细胞培养等生物方面的应用时,对热源用含量控制要求。

8、有机物质:水中的有机物质主要是指腐殖酸、生活污水和工业废水的污染物。腐殖物质是水生生物一类的生命活动过程的产物。这些有机物污染着水体,并使水质恶化。

水中的有机物有个共同特点,就是要进行生物氧化分解,需要消耗水中的溶解氧,而导致水中缺氧。同时会发生腐败发酵,使细菌滋长,恶化水质,破坏水体。

工业用水的有机污染,还会降低产品的质量。有机物是引起水体污染的主要原因之一。地表水中有机物含量通常高于地下水中的含量。

9、残留消毒剂：自来水公司为控制水中的细菌含量,会添加消毒剂来控制总细菌数。常用的消毒剂为含氯制剂,当氯加到水中会产生含氧化性极强的化合物如余氯,起到消毒杀菌的作用。

对于采用反渗透技术的水处理设备而言,氧化性极强的余氯会对RO膜造成很大的损伤,因此在预处理中必须严格去除。常用活性碳吸附去除。

5. 离子交换器的典型工艺流程

莱特.莱德1、苦咸水淡化、地下水除氟

原水→过滤器→精密过滤器→电渗析装置→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→成品水

2、饮用纯净水、太空水生产

原水→机械过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→臭氧灭菌装置→成品水

3、制药行业针剂制备、大输液制备用水

原水→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→多效蒸馏水机→成品水

4、化肥、机械行业用水

原水→机械过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→脱气塔→阴离子交换器→成品水
软化器即为钠离子交换器，离子交换器分为：钠离子交换器、阴阳床、混合床等种类。离子交换柱(器)外壳一般采用硬聚氯乙烯(PVC)、硬聚氯乙烯复合玻璃钢(PVC-FRP)、有机玻璃(PMMA)、有机玻璃复合透明玻璃钢(PMMA-FRP)、钢衬胶(JR)、不锈钢衬胶等材质。

用途离子交换器主要用于纯水和高纯水的制备，在医药、化工、电子、涂装、饮料及中高压锅炉给水等诸多工领域中已有十分广泛的应用。用于锅炉、热电站、化工、轻工、纺织、医药、生物、电子、原子能及纯水处理的前道处理，工业生产所需进行硬水软化、去离子水制备的场合，还可用于食品药物的脱色提纯，贵重金属、化工原料的回收，电镀废水的处理等。

6. 在生物炭材料的制备中,常用的活性剂有哪些

摘要 生物炭(B1char)是生物质(如植物秸杆和动物粪便等)在完全或部分缺氧的情况下经热解产生的高度芳构化的碳质材料。在缺氧的条件下把生物质进行高温处理，生物质中的油和气燃烧掉，剩下的就是生物炭。生物炭因富含碳素，具有发达的孔隙结构，比表面积大以及离子交换量高等优良的物理化学性质，被认为是一种高效的吸附材料。虽然制备生物炭的裂解温度越低，其能耗、成本和制备条件的要求也越低，但通常裂解温度越高的生物炭具有越大的比表面积和微孔数量，吸附性能也越强。即相对于高温裂解生物炭(大于500°C)，低温裂解生物炭对疏水性有机污染物的吸附性能较弱。高温裂解制得的生物炭对有机污染物的吸附几乎只在炭化表面发生，而低温制备的生物炭对有机污染物的吸附除了表面吸附以外，还存在于残余有机质中的分配作用。

7. 离子交换膜的原理是什么

离子交换膜又称离子选择透过性膜。
按其功能和结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合膜5种。离子交换膜的构造和离子交换树脂相同，但为膜的形式。
离子交换膜可制成均相膜和非均相膜两类。采用高分子的加工成型方法制造。①均相膜。先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜，然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜内聚合成高分子，再通过化学反应引入所需功能基。也可通过甲醛、苯酚等单体聚合制得。②非均相膜。用粒度为200～400目的离子交换树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后加工成膜制得。为免失水干燥而变脆破裂，须保存在水中。
离子交换膜主要应用于海水淡化，甘油、聚乙二醇的除盐，放射性元素、同位素及氨基酸的分离，有机物及无机物纯化，放射性废液处理，燃料电池隔膜及选择性电极等。

8. 离子交换法的原理

吸附（）
溶液中的离子与树脂上官能团发生反应，并结合到树脂上的过程。
淋洗（elution）
用一定浓度的淋洗剂将已吸附在离子交换树脂上的金属由树脂转移到水溶液中的过程，又称解吸。
转型（transformation）
将树脂从一种型式转变为其他离子型式的过程。
离子交换树脂（ion exchange resin）
一种带有官能团（有交换离子的活性基团）、具有网状结构与不溶性的高分子聚合物。通常是球形颗粒物。
饱和树脂（loadedresin）
在某一特定条件下，当吸附尾液中被吸附离子的浓度与进料液中浓度相等或达到动态平衡时的离子交换树脂。
离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。
离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。
阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是哪一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。

9. 询问离子通道、离子交换、离子泵的区别的通俗解释

离子通道就是一个简单的蛋白通道,不结合ATP,离子沿通道顺浓度差跨膜.常见的有Na离子专通道和K离子通道（动作电位）属.
离子交换,我知道的只有一个Na-K-ATP酶.顾名思义,这个蛋白结合ATP.离子逆浓度差跨膜（静息电位的产生）,过程中消耗ATP改变酶构象以结合Na或K.
离子泵,我也只知道一个,就是H-ATP酶.这个酶是高等生物形成ATP的最主要手段.膜外高浓度的H离子顺浓度差进入细胞（线粒体）,同时酶利用这种势能从ADP及Pi合成ATP.（如果细胞（线粒体）内H离子浓度过高,此酶还可以利用ATP将H离子排出）.