吸附法与离子交换.ppt

第十七章 吸附与离子交换Absorption and ion exchange;生物分离过程的一般流程;吸附: 利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中分离的过程。即溶质从液相或气相转移到固相过程。 ; 一、常用吸附剂;一、常用吸附剂;大孔吸附树脂特点？;从稀溶液中分离溶质，处理能力较小； 对溶质的作用较小； 可直接从发酵液中分离所需的产物； 溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常是非线性关系。 ;图 界面上分子和内部分子所受的力;按吸附力的不同可分为： （1）物理吸附： 吸附作用力为分子间引力（范德华力）、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。 （2）化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。;物理吸附与化学吸附的特点;（3）交换吸附：吸附剂表面为极性分子或离子，吸引溶液中带相反电荷的离子而形成双电层，即极性吸附，同时吸附剂要向溶液中放出相应物质量的离子。 ;二、吸附等温线;Langmuir 吸附等温线;三、影响吸附的因素;(3)吸附物性质: ①表面张力降低的物质 ②溶质在易溶解的溶剂中吸附量小 ③极性吸附剂易吸附极性物质 ④极性越小，越易被非极性吸附剂吸附 (4)溶液pH的影响 （解离度） (5)温度的影响 （吸附热，溶解度） (6)其它组分的影响（促进，干扰，互不影响） ;四、吸附技术的应用;1.固定床吸附 定义：将吸附剂固定在一定的容器中，含目标产物的 液体从容器的一端进入，流经吸附剂后，从管子的另一端流出。 ; 1.原理 ①吸附原理 活性炭对烟气中的SO2的吸附，既有物理吸附，也 有化学吸附，特别是当烟气中存在着氧气和水蒸气 时，化学反应变现得尤为明显。 ;②活性炭再生：活性炭吸附的硫酸存在于活性炭 的微孔中，降低了其吸附能力。可通过水洗放出 SO2，活性炭得到再生。水洗再生是用水洗出 活性炭微孔中的硫酸。;流化床吸附操作;膨胀床吸附操作;概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。 纯化方式： ①将目的产物离子化，被交换到介质上，杂质不被吸附而从柱流出，称为正吸附。 ②将杂质离子化后被交换，而目的产物不被交换直接流出，这种方式称为负吸附。 ;离子交换长期以来应用于水处理和金属的回收。 在生物工业中，由于离子交换法分辨率高、工作容量大且易于操作，几乎所有的生物分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换法已广泛用于生物分子的分离纯化技术。 主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分子的提取分离。近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。;优点： （1）设备简单、操作方便； （2）选择性高； （3）浓缩倍数高，分离效果突出。 缺点： （1）使用后，其性能逐渐消失，需用酸、碱再生； （2）生成周期长； （3）生成过程中PH变化较大，不适于稳定性较差的 物质的分离。;一、离子交换树脂的结构和离子交换;1.离子交换树脂的结构;离子交换树脂由三部分构成： ①载体或骨架：惰性的、不溶的具有三维空间立体结构的网络骨架 ②功能基团：联接在骨架上的活性基团 ③可交换离子：活性基团所带的相反电荷的活性离子（反离子）;离子交换树脂结构;二、离子交换树脂的分类 ;离子交换纤维素树脂 树脂骨架为纤维素， 特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高 葡聚糖凝胶离子交换树脂 骨架为葡聚糖凝胶，如sephadex， 特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能，提高了分离的效率;2.按化学功能团分 阳树脂，酸性基团 (弱酸性、强酸性) 阴树脂，碱性基团 (弱碱性、强碱性) 活性离子H＋ 氢型阳树脂； 活性离子OH－ 羟型阴树脂； 活性离子为其它离子统称盐型树脂。 ;（1） 阳离子交换树脂;2 阴离子交换树脂;一般以磺酸基一SO3H作为活性基团，交换反应以磺酸型树脂与氯化钠的作用为例，可表示如下： 由于是强酸性基团，其电离程度不随外界溶液的pH而变化，所以使用时的pH一般没有限制。 不足：与H离子结合力弱，再生为氢型困难，耗酸量大。;2. 弱酸性阳树脂;3.强碱性阴离子交换树脂;4.弱碱性阴离子交换树脂; 性能;三、离子交换剂的选择性;树脂的这个性质对生产实践具有重大的意义。 ①在抗生素生产上，树脂能优先吸附原液中链霉素离子； ②在净化水时，树脂能优先吸附硬水中的钙、镁离子； ③在电镀厂的废液中树脂优先吸附低浓度的铜离子等