最新生物分离工程期末答案

期末考试复习题

吸附法和离子交换

1、吸附作用机理是什么？按作用力可分为哪几种？

答：固体表面分子(或原子)处于特殊的状态。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于平衡。但在界面分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从外界吸附分子、原子、或离子，并在吸附表面上形成多分子层或单分子层。

按作用力可分为：物理吸附，化学吸附和离子交换

2、吸附法有几种？各自有何特点？

答：吸附法按吸附作用力分主要有三类，物理吸附、化学吸附和离子交换。

特点：

物理吸附基于吸附剂与溶质之间的分子间作用力即范德华力。溶质在吸附剂上吸附与否或吸附量的多少主要取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂的极性。一般物理吸附发生在吸附剂的整个自由表面，被吸附的溶质可通过改变温度、PH和盐浓度等物理条件脱附。

化学吸附释放大量的热，吸附热高于物理吸附。化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，故洗脱化学吸附质一般需采用破坏化学结合的化学试剂为洗脱剂。化学吸附具有高选择性

离子交换吸附所用吸附剂为离子交换剂。离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程发生电荷转移。离子交换的吸附质可以通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。

3、大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优缺点？

答：大孔网状聚合物吸附剂机械强度高，使用寿命长，选择性能好，吸附质容易吸附，并且阻力小，常应用于抗生素和维生素B12等的分离浓缩过程。

4、影响吸附过程的因素有那些？

答：影响吸附的因素

（1）吸附速度

由于大分子分子量大，扩散慢，且吸附时常伴随着分子构型的变化，故其吸附速度慢，这就给讨论大分子吸附带来困难。

（2）分子量的影响

对孔性固体，分子量增加，吸附量减少。对大孔或非孔固体α=1只有1个吸附点α=0表示大分子完全平躺。

（3）溶剂的影响

在溶剂中，大分子较伸展，吸附量减少。若溶剂产生竞争吸附，吸附量减少。

（4）温度的影响

存在着温度升高使吸附量下降和温度升高使吸附量升高两种情况。第二种情况可认为吸附是吸热过程△H>o，但△G<0，故△S必大于零，这可认为大分子的吸附顶替了固体表面上的溶剂分子（第一种情况可认为是焓控制）。

（5）PH值

活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好。

（6）共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差。

（7）吸附剂性质的影响

（a）溶解度：越低越容易吸附，具有较大的影响。

（b）使液体表面自由能W降低得越多的吸附质则越容易被吸附。

（c）极性：极性吸附剂易吸附极性的吸附质，非极性吸附剂易吸附非极性

的吸附质。

（d）吸附质分子的大小和不饱和度。活性炭易吸附分子直径较大的饱和化合物；合成沸石易吸附分子直径小的不饱和化合物

（e）吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量。以后C↑，q增加很小，直至为一定值

5、何谓离子交换法?一般可分为那几种?

答：离子交换吸附：吸附剂为离子交换剂，离子交换剂表面含有离子基团或可离子化基团，通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程中发生电荷转移，离子交换的吸附质可通过调节PH或提高离子强度的方法洗脱。

根据吸附过程中所发生的吸附质－吸附剂之间的相互作用的不同，还可将吸附分成亲和吸附、疏水吸附、盐析吸附和免疫吸附等。

6、离子交换树脂的结构、组成？按活性基团不同可分为那几大类？

离子交换剂通过化学修饰制备，主要有苯乙烯-二乙烯苯型、丙烯酸-二乙烯苯型、酚醛型和多乙烯多胺-环氧氯丙烷型树脂。这些交换剂附着在离子交换剂基质上。

应用于无机离子交换和生物小分子回收、提取的离子交换剂疏水性高、交联度大、孔径小、电荷密度高；应用于蛋白质分离的具有很高的亲水性和较大的孔隙半径，以减少蛋白质的非特异性吸附，是蛋白质容易进入离子交换剂的内部。

按活性基团的不同，可分为：活性基团为酸性的阳离子交换剂和活性基团为碱性的阴离子交换剂。

7、离子交换树脂有那些理化性能指标？

答：（１）交换容量(exchange capacity) 指单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数(mmol)，是表征交换剂离子交换能力的主要参数。

PS：交换容量的测定：对于阳离子交换剂：用HCl将其处理成氢型，称重并测定其含水量；称数克交换剂，加入到过量已知浓度的NaOH溶液，发生交换反

应，待反应达到平衡后(强酸性的需要静置24h ，弱酸性的需静置数日)，测定剩余的NaOH 摩尔数，就可求得阳离子交换剂的交换容量。对于阴离子交换剂：将阴离子交换剂转换成Cl 型后，取一定量的Cl 型交换剂，通入Na2SO4,用铬酸钾作指示剂，用硝酸银溶液滴定流出液的Cl-，根据Cl-量计算交换容量。

（２）滴定曲线（全面评价表征交换剂的重要参数）

方法：1g 氢型(或羟型)交换剂 + x-ml 0.1M NaOH/or HCl + 水至50 ml(其中1支 + 50 ml 0.1 M NaCl) + 静置24h (对强交换剂)/or 7d(对弱交换剂) + 测pH + 作图

意义：强酸（碱）性离子交换的滴定曲线开始是水平的，到某点突然升高（或降低），表明在该点交换剂上的离子交换基团已被碱（或酸）完全饱和；弱酸（或碱）性离子交换剂的滴定曲线逐渐上升（或下降），无水平部分。利用滴定曲线的转折点，可估算离子交换剂的交换容量；而由转折点的数目，可推算不同离子交换基团的数目。

8、pH 值是如何影响离子交换分离的？

可见当PH 值增大时弱电解质的离子交换的分配系数增大，而对强电解质没有影响，可从下式看出

9、何谓穿透曲线？

答：穿透曲线

（1）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。

（2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。

另解：吸附过程中吸附塔出口溶质浓度的变化曲线穿透曲线 () ]

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