主要用于水处理，通常用于萃取工业废水中有回收价值的溶解性物质，如
环境工程 从染料废水中提取有用染料、从洗毛废水中提取羊毛脂、从含酚废水中萃
取回收酚等
2．萃取过程的热力学基础
（1）三角形相图
在萃取操作中，三组分混合物的组成通常可以用等边三角形或直角三角形来表示，如
图 10-4 所示。三角形的 3 个顶点 A、B、S 各代表一种纯组分，习惯上分别表示纯溶质相、
子交换树脂对溶液中 B＋的亲和程度和离子交换反应的进行方向。
①一价离子之间的交换
一价离子对一价离子的交换反应通式可以写为
a．当离子交换达到平衡时，平衡常数为
式中，
为树脂相中的离子浓度，kmol/m3；
（10-1） 为溶液中
3 / 36
圣才电子书

的离子浓度，kmol/m3。
圣才电子书

十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
第十章 其他分离过程
10.1 复习笔记
【知识框架】
其他分离过程
离子交换剂概述
离子交换 离子交换基本原理
离子交换速率
萃取分离的特点
三角形相图
萃取过程的热力学基础 溶解度曲线与连接线
萃取
杠杆规则
分配曲线与分配系数
萃取剂的选择
萃取过程的流程和计算
膜分离概述
膜分离过程中的传递过程
反渗透和纳滤
膜分离 微滤和超滤
电渗析
气体膜分离
其他膜分离
渗透汽化
【重点难点归纳】
一、离子交换
1．离子交换剂概述
（1）离子交换剂的分类
离子交换剂一般是指具有离子交换功能的物质，包括有机离子交换剂（天然的和合成
的）和无机离子交换剂（如沸石等）。水处理中常用人工合成的离子交换树脂，其分类见表
表 10-5 萃取工艺在各领域的应用
应用领域
举例
石油化工
常用于分离和提纯各种沸点比较相近的有机物质，如从裂解汽油的重整油 中萃取芳烃等
生物化工和精 常用于分离各种热敏性合成有机物。如青霉素生产中，用玉米发酵得到含
细化工
青霉素的发酵液，再利用醋酸丁酯为溶剂，经过多次萃取可得到青霉素
湿法冶金 可替代传统的沉淀法用于铀、钍等重金属的提炼
离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间网状结构骨架（即母体）
和附着在骨架上的许多活性基团所构成。活性基团遇水电离，分成两部分，见表 10-2。
表 10-2 离子交换树脂的结构
结构
特点
固定部分 仍与骨架牢固结合，不能自由移动
活动部分
能在一定的空间内自由移动，并与周围溶液中的其他同性离子进行交换反 应，称为可交换离子或反离子
步骤；③称为交换反应步骤。判断离子交换过程是由液膜扩散还是颗粒内扩
散控制，可采用 Helfferich 数（He）或 Vermeulen 数（Ve）进行确定
4 / 36
圣才电子书

十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
（10-4）
表达式
式中， 为单位时间单位体积树脂的离子交换量，kmol/（m3·s）；D0 为总 的扩散系数，m2/s；ξ 为与粒度均匀程度有关的系数；c1，cr 分别表示同一种
离子在溶液相和树脂相中的浓度，kmol/m3；εp 为树脂颗粒的孔隙率；r0 为
树脂颗粒的粒径，m；r 为扩散距离，m
影响因素
①离子性质；②树脂的交联度；③树脂的粒径；④水中离子浓度；⑤溶液温 度；⑥流速或搅拌速率
图 10-2 离子交换过程示意图 二、萃取 1．萃取分离的特点 （1）萃取过程（见图 10-3）
纯稀释剂相和纯溶剂相。三角形的任意一条边上的任离子交换树脂的化学结构示意图。
图 10-1 聚苯乙烯型阳离子交换树脂结构示意图 （3）离子交换树脂的物理化学性质
2 / 36
圣才电子书
十万种考研考证电子书、题库视频学习平

台
①交联度；②粒度；③密度；④溶胀性；⑤交换容量；⑥选择性。
2．离子交换基本原理
十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
b．一价离子对一价离子的离子交换选择性系数为
②二价离子对一价离子的交换 二价离子对一价离子的交换反应通式为
（10-2）
二价离子对一价离子的离子交换选择性系数为 （10-3）
式中，
为表观选择性系数，无量纲。
3．离子交换速率（见表 10-4）
表 10-4 离子交换速率
（1）离子交换反应（见表 10-3）
表 10-3 离子交换反应分类
反应类型
概念
可逆反应
离子交换反应是可逆的，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而 是在固态树脂和溶液接触的界面间发生的
强型树脂的 强型树脂是指强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，其交换反应
交换反应 可分为：①中性盐分解反应；②中和反应；③复分解反应
图 10-3 萃取过程示意图
5 / 36
圣才电子书

十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
1．混合器；2．分层器
（2）萃取分离的特点
①萃取分离的特点是可在常温下操作，无相变；
②萃取剂选择适当可以获得较高分离效率；
③对于沸点非常相近的物质可以进行有效分离。
（3）萃取的应用（见表 10-5）
要点
具体内容
以 H 型强酸性阳离子交换树脂对水中 Na+的交换为例进行说明，如图 10-2，
图中离子交换的步骤可分为：①边界水膜内的迁移；②交联网孔内的扩散；
控制步骤
③离子交换；④交联网内的扩散；⑤边界水膜内的迁移。其中①和⑤称为液 膜扩散步骤，或称为外扩散；②和④称为树脂颗粒内扩散，或称为孔道扩散
弱型树脂的 弱型树脂是指弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂，其交换反应
交换反应 可分为：①非中性盐的分解反应；②强酸或弱碱的中和反应；③复分解反应
（2）离子交换平衡和选择性系数
离子交换平衡是在一定温度下，经过一定时间，离子交换体系中固态的树脂相和溶液
相之间的离子交换反应达到的平衡。平衡常数又称离子交换树脂的选择性系数，表示了离
10-1。
表 10-1 离子交换树脂分类
1 / 36
圣才电子书

分类依据
十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
类型
物理结构
凝胶型，大孔型，等孔型
所用单体
苯乙烯系，酚醛系，丙烯酸系
阳离子交换树脂（强酸性、弱酸性）；阴离子交换树脂（强碱性、弱碱性） 活性基团性质
（2）离子交换树脂的结构