生物工业下游技术_离子交换法.pptVIP

生物工业下游技术的一般流程 离子交换法 离子交换法概述 离子交换法的分类 离子交换树脂的命名 离子交换树脂的理化性能和测定 影响离子交换过程的因素 离子交换的操作过程 离子交换过程的应用 按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型树脂。 凝胶型树脂是以苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯苯聚合得到具有交联网状结构的聚合体。这种聚合体一般是呈透明状态的，在它的高分子骨架中，没有毛细孔，而在吸水润胀后，才在大分子链节间形成很微细的孔隙，通常称为显微孔。这类树脂适用于吸附交换无机离子等小离子。 大孔型树脂是由苯乙烯或丙烯酸与交联剂二乙烯苯的异构体聚合，再经特殊的物理处理，使其形成大网孔，再导入交换基团制成，它内部并存有微细孔和大量的粗孔，较善于吸附大分子有机物，耐有机物的污染。 离子交换树脂的分类 其他类型的树脂 两性离子交换树脂 将两种性质相反的阴、阳离子交换官能团连接在同一骨架上，就构成两性树脂。 选择性离子交换树脂 这类树脂又叫螯合性离子交换树脂，它与金属离子形成螯合物的基团，是一种对某些离子有特殊选择性的树脂，其选择性高于一般的强酸性和弱酸性树脂。 吸附树脂 这类树脂又称为“脱色树脂”，它有较大的表面积，吸附能力强，但交换离子的能力很小，甚至不能交换。发酵工业多用于脱色，吸附大分子的产物和除去蛋白质等。 电子交换树脂 这类树脂的作用不是进行离子交换而是电子转移．能起氧化还原作用，所以也称为氧化还原树脂。 国内生产的树脂仍沿用习惯命名 强酸：001×7(732)强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 强碱：201×4(711)强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂 ；201×7(717)强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂 树脂几种主要性能的测定方法 (1)含水量：通常树脂是亲水性的，因此常含有很多水分，将树脂在105—110℃干燥至恒重就可以测定其含水量。 (2)膨胀度：将10-15ml风干树脂放入量筒中，加入欲试验的溶剂，通常是水，不时摇动，24h后，测定树脂体积，前后体积之比，称为膨胀系数，膨胀系数与下列因素有关： 交联度的影响：交联度越大，膨胀系数越小。 交换量的影响：交换官能团越多，交换量越大，吸水性越强，膨胀系数也越大， 可交换离子的影响：可交换离子价数越高，膨胀系数越小；对于同价离子，水合能力越强，膨胀系数越大 溶液中离子性质的影响：溶液中离子浓度越大，则交换树脂内部与外围溶液之间的渗透压差别越小，膨胀度也越小。 树脂几种主要性能的测定方法 (3)密度：树脂的密度有干真密度、湿真密度、视密度等。 (4)交换容量：交换容量是表征树脂性能的重要数据。它用单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附的1价离子的毫摩尔数表示。 对于阳离子交换剂，先用盐酸将其处理成氢型后，称重并测其含水量，同时称数克离子交换剂，加入过量已知浓度的NaOH溶液，发生下述离子交换反应： R-H+ + NaOH ? R-Na+ + H2O 待反应达到平衡后，测定剩余的NaOH摩尔数，就可求出阳离子交换剂的交换容量。 对于阴离子交换剂，先将其转化成氯型后测定其交换容量。取一定量的氯型阴离子交换剂装入柱中，通入硫酸钠溶液，柱内发生如下离子交换反应： R+Cl- + Na2SO4 ? R2+SO42- + 2NaCl 用铬酸钾为指示剂，用硝酸银溶液滴定流出液中的氯离子，可根据交换下来的氯离子量，计算交换容量。 树脂几种主要性能的测定方法 (5)滴定曲线: 将1g树脂分别放入含有不同量的HCl（阴离子型）/NaOH（阳离子型）的NaCl溶液中，达到平衡后，测定平衡体系的pH值，以每克干树脂加入的HCl/NaOH的量（mmol）为横坐标，以平衡pH值为纵坐标，就得到了树脂的滴定曲线。 树脂几种主要性能的测定方法 滴定曲线 对于强酸性或强碱性树脂，滴定曲线有一段是水平的，到某一点即突然升高或降低（有转折点），这表明树脂上的官能团已经饱和；而对于弱碱性或弱酸性树脂，则无水平部分，曲线逐步变化。 离子交换树脂的滴定曲线与离子强度、种类、树脂官能团的强度有关。 由滴定曲线的转折点，可估计其总交换量；而由转折点的数目，可推知官能团的数目。曲线还表示交换容量随pH值的变化，所以滴定曲线较全面地表征树脂官能团的性质。 五 离子交换平衡和交换过程 离子交换反应是一个可逆反应，但并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和水溶液接触的界面间发生的。 离子交换树脂对有机大分子吸附时，会存在假平衡。 离子交换平衡和交换过程 假平衡主要是由于： ①树脂的活性中心受空间排列的影响不能全部吸附有机大