生物分离工程-吸附和离子交换幻灯片.pptVIP

第五节 固定床吸附过程理论 （略） 流化床吸附操作(补充) 流化床(Fluidized bed)内吸附剂粒子呈流化状态 可间歇或连续操作 间歇操作：料液从床底以较高的流速循环输入，使固相产生流化，同时料液中的溶质在固相上发生吸附或离子交换作用。 连续操作：吸附剂粒子从床上方输入，从床底排出；料液在出口仅少量排出，大部分循环返回流化床，以提高吸附效率。 优点 压降小，可处理高粘度或含固体微粒的粗料液。 无需特殊的吸附剂，设备操作简便。易连续化。 缺点 床内固相和液相的返混剧烈，特别是高径比较小的流化床。使床层理论塔板数降低, 吸附剂利用效率降低(远低于固定床和膨胀床)。 流化床吸附操作的特点 　 第六节 膨胀床吸附操作 定义: 液固相返混程度较低的液固流化床，是一种特殊形式的流化床，兼具固定床和流化床的优点,并避免二者的缺陷 膨胀床与流化床的区别： 流化的固相介质基本可以悬浮在膨胀床内的固定位置,流体流动接近平推流(类似于固定床),液固两相轴向混合程度较低,目标物的吸附效率高 　 膨胀床与传统固定床的区别： 膨胀床:有可调节床层高度的调节器，料液从床底以一定流速(吸附剂最小流化速率)流入时，吸附剂床层膨胀，调节器上升 膨胀床吸附操作的优点 ─与流化床相比,液固相反混程度较低,吸附效率较高 　─与固定床相比,床层空隙率高,可使菌体细胞或细胞碎片自由通过.可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液. 膨胀床吸附操作集料液澄清，目标产物浓缩和分离纯化为一体，可节省离心或过滤等预处理过程，提高目标产物收率，降低分离纯化过程成本。　 定义：吸附操作中固相可连续输入和排出吸附塔，与料液形成逆流接触流动，可实现连续稳态的吸附操作。 缺点：吸附剂的磨损;固相出口易堵塞，固相的移动操作有一定难度 　 第七节 移动床和模拟移动床吸附 1.移动床(moving bed) 2.模拟移动床（simulated moving bed, SMB） 固相本身不移动而通过移动切换液相（料液和洗脱液）的入口和出口产生移动床的分离效果，使液固逆流接触的吸附分离方法称为模拟移动床吸附 基于模拟移动床原理 料液从床层中部连续输入 固相自下向上移动 吸附质连续排出 非吸附质连续排出 吸附质洗脱回收和吸附剂再生段 由12个固定床构成的模拟移动床 某一时刻的操作状态 b1以后的操作状态 从b1到b2液相的入口和出口分别向下移动一个床位,相当于液相的入\出口不变,而固相向上移动一个床位,形成液固逆流接触操作 * 表6．4 牛血清白蛋白的Langmuir型离子交换吸附等温方程参数 二、 离子交换剂 　阳离子交换剂(cation exchanger)　 　交换阳离子，活性基团为酸性； 　根据具有离子交换能力的pH范围不同，分为强酸性和弱酸性阳离子交换剂 　阴离子交换剂(anion exchanger)　　 　交换阴离子，活性基团为碱性。 　根据具有离子交换能力的pH范围不同，分为强碱性和弱碱性阴离子交换剂。 ?离子交换剂的分类 (1) 惰性不溶性载体（骨架） (2) 功能基团或活性基团（与骨架相联） (3) 平衡离子或活性离子（与功能基团所带电荷相反的可移动的离子） ?离子交换剂的结构组成 ↙ 共价结合 平衡离子 (a)阳离子交换树脂 交换前 交换达到平衡后 （b）阴离子交换树脂 交换前 交换达到平衡后 强离子交换剂的离子化率基本不受pH值影响，离子交换作用的pH范围宽； 弱离子交换剂的离子化率受pH值影响很大，离子交换作用的pH范围小。 离子化率（ｆ） pH pH ?离子化率(ionized fraction) 反映离子交换能力的参数 弱酸性阳离子交换剂在主要中性和碱性PH范围内使用，PH↓，f ↓,离子交换能力↓ 弱碱性阴离子交换剂主要在中性和酸性PH范围内使用，PH↑，f ↓,离子交换能力↓ 主要离子交换基团及其结构 阳离子交换剂 阴离子交换剂 交换容量（表征离子交换能力的主要参数） 单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离于交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数(mmol) 滴定曲线（检验和测定离子交换剂性能的重要数据） ?离子交换剂的性能评价 图6．2 几种典型离于交换剂的滴定曲线 1一强酸型(AmberliteIR-120) 2一弱酸型(AmberliteIRC-84) 3一强碱型(AmberliteIRA-400) 4一弱碱型(AmberliteIR-45) n/mmol pH 平衡pH 每克干离子交换剂加入的NaOH或HCl的量 滴定曲线的转折点可估算交换容量，其数目，可推算离子交换基团的数目；滴定曲线可反应交换容量随pH的变化 部分市售离子交换剂的离子交换