第四章离子交换技术.ppt

第四章 离子交换技术（Ion-Exchange Technology） 离子交换分离技术：根据某些溶质能解离为阳离子或阴离子的特性，利用离子交换剂与不同离子结合力强弱的差异，将溶质暂时交换到离子交换剂上，然后用适合的洗脱剂将溶质离子洗脱下来，将溶质从原溶液中分离、浓缩和提纯的操作技术。 1）抗生素提取 链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素、土霉素、多粘霉素、头孢菌素等 2）生化制药 蛋白质、核酸。 3）制水 软水、无盐水、纯化水等 4）其他物质提取。 1）生产周期长 包括吸附、洗涤、洗脱、再生等四个过程。 2）产品质量操控性差 间歇操作，操控性严格，产生批间差异。 大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂 离子交换平衡：离子交换剂中的活性离子与溶液中的溶质离子进行的交换反应是按化学计量比进行的可逆化学反应过程。当正、逆反应速率相等时，溶液中各种离子浓度不再变化而达平衡状态，称为离子交换平衡。 以阳离子交换反应为例，交换反应方程式： An+(L) +n(R-M-B+)(S) n(R-M-)An+(S) +nB+(L) 反应平衡常数： 颗粒大小：愈小越快 交联度：交联度小，交换速度快 温度：越高越快 离子化合价：化合价与高，交换越快 离子大小：越小越快 搅拌速度：在一定程度上，越大越快 溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时， 浓度越大，交换速度越快 水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； 树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力； 三、离子交换运动学 又称离子交换剂，一种不溶于水及一般酸、碱和有机溶剂的有机高分子化合物。由两部分组成：一高分子惰性骨架；二可移动的活性离子 强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）； 弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团； 强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基-?-羟基乙基胺基； 弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱； 1）外观 常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体，大孔树脂为乳白色或不透明珠体。优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。 2）粒度 一般树脂粒径0.3～1.2mm，有效粒径（d10）0.36～0.61，均一系数（d40/d90）为1.22～1.66，均一系数的含义是筛上体积为40％的筛孔孔径与筛上体积为90％的筛孔孔径之比。 制药工业生产一般选用0.3～1.2mm占90％以上的球形树脂。 粒度越小，交换速率快，但是流体阻力增加。 离子交换树脂中交联剂的含量称为交联度，以质量比分数表示。如1×7树脂中交联剂为二乙烯苯，占合成树脂总原料的7％。 交联度越高，树脂结构越紧密，溶胀性越小，选择性高，大分子物质愈难交换。应根据交换分子的大小及性质选择适宜交联度的树脂。 每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%），树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率。 交联度愈高，含水量愈低。干树脂初次使用前应用盐水浸润，再用水逐步稀释以防止暴胀破裂。 商品树脂通常以湿态包装，防止干树脂破碎。 单位体积干树脂（或湿树脂）的质量，称为干（湿）真密度。 (2)热稳定性:干燥树脂受热易降解破坏；强酸、强碱的盐型较游离酸（碱）型稳定 R-M+Cl- R-M+OH-; R-M-Na+ R-M-H+ 苯乙烯型较酚醛型树脂稳定；阳离子树脂较阴离子树脂稳定； （3）机械强度 机械强度指树脂在各种机械力作用下，抵抗破碎的能力。一般用耐磨性能来表征。 测定：将一定量的树脂经酸、碱处理后，置于球磨机或振荡筛中撞击、磨损一定时间后取出过筛，以完好树脂的质量分数来表示。 药品生产中，要求机械强度大于95％。 1.强酸性阳离子交换树脂（R-M-A+或R-M-Cation ） 这类树脂一般以磺酸基作为活性基团。如苯乙烯磺酸型离子交换树脂。母体为苯乙烯，交联剂为二乙烯苯。共聚后磺化引入磺酸基。 强酸性树脂活性基团的电离程度大，不受溶液pH影响，在pH=1~14范围内均可进行离子交换反应。 强酸性树脂与H+结合力弱，因此再生成氢型比较困难，故耗酸量较大，一般为该树脂交换容量的3～5倍。 这类