生物分离工程-吸附和离子交换_PPT幻灯片

硅胶
─具有多孔网状结构,极性吸附剂，可吸附非极 性和极性化合物
─化学惰性，具有较大的吸附量，易制备不同类 型的多孔硅胶
─活性与含水量有关:含水量低，活性强；反之， 弱；使用前需活化
─具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质,用于 芳香油,萜类,脂肪类,氨基酸等的分离
大网格聚合物类吸附剂 （大孔网状吸附树脂）
中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成， 交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附 剂。
极性吸附树脂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成， 通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。
大孔吸附树脂吸附规律
（1） 非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质 （2） 高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质 （3） 中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力 （4） 水溶液中，同族化合物分子量大，极性弱易吸附 （5） 无机盐促进吸附
硅胶
2---100
40---700
活性氧化铝
4---12
50---300
硅藻土
5---20
--10
多孔性聚苯乙烯树脂
--
100---800
多孔性聚酯树脂
8---50
60---450
多孔性醋酸乙烯树脂 ---6
7---400
氧化铝 硅藻土颗粒吸附剂
硅藻土矿
大孔网状吸附树脂的分类
非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为 二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。
影响吸附过程的因素
（1）吸附剂的特性（比表面积、粒度、极性大小、活化条 件）
（2）吸附物的性质（极性大小、分子量） （3）吸附的条件
pH（对蛋白等两性物质在PI附近吸附量最大） 温度（对蛋白分子，一般认为T↑吸附量↑，考虑到稳定 性,通常在0℃or室温操作） 盐浓度（影响复杂，阻止or促进吸附） （4）吸附物浓度与吸附剂用量（吸附物浓度↑，吸附量↑， 吸附法纯化蛋白时，要求浓度<1%,以增强选择性,吸附剂用 量↑，吸附物总量↑，但过量吸附剂导致成本↑，选择性 ↓）
大孔吸附树脂解吸规律
（1) 低级醇，酮或其水溶液（a 溶胀聚合物，b 溶解吸附 物，减弱溶质与吸附剂间作用力）
（2）弱酸性物质用碱解吸（成盐） （3）弱碱性物用酸解吸（成盐） （4）高盐吸附时用水解吸（降低离子强度，降低吸附量） （5）易挥发溶质用热水或蒸汽解吸
大孔吸附树脂的应用
抗生素分离纯化（再生容易、产品灰分少） β—内酰胺类、大环内酯类、氨基糖贰类、肽类、 博莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素
（２）比表面积：每克吸附剂所具有的表面积 • 孔径越大，比表面积越小。 • 比表面积越大，吸附量越大，反之，越小。 • 增加比表面积的方法：a.粉碎成小颗粒 b.吸附 剂的活化
优良的吸附剂通常应具备以下特征
对被分离的物质具有较强的吸附能力 有较高的吸附选择性 机械强度高 再生容易、性能稳定 价格低廉。
活性炭对物质的吸附规律
（1)活性炭对不同吸附物的吸附力大小情况： 碳链长的脂肪酸>碳链短的脂肪酸 ; 多糖>单糖; 多肽>氨 基酸; 芳香族化合物>脂肪族化合物 对相对分子量大的化合物>相对分子量小的化合物
（2）pH 值的影响 在酸性溶液中吸附能力大,PH>6.8 吸附 能力较差
（3）温度 低温吸附时,未达吸附平衡前 吸附量随温度升高而增加
吸附是一种固体表面现象，只有那些具有较大内表面的 多孔性固体才具有吸附能力
概述
吸附剂对溶质 的吸附作用力
吸附的类型
物理吸附
吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸附
化学Baidu Nhomakorabea附
吸附剂表面活性点与吸附物之间发生化 学键合,产生电子转移的现象
离子交换吸附
离子交换剂表面键合的离子基团通过静 电引力吸附带相反电荷的离子,发生电 荷转移
概述
吸附现象
当气体或液体与某些固体接触时，气体或液体的 分子会积聚在固体表面上，这种现象称之为吸附
流体分子富集在固体表面， 形成一吸附层(或称吸附
膜)，而没有向固体内部渗 透
吸附操作
表面能发生吸附作用的 固体，一般为多孔微粒 或多孔膜，具有较大比 表面积，也称吸附介质
利用固体吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择 性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面,以除去有害 成分或分离回收有用目标产物的过程。
缺点： • 吸附选择性差 • 收率低 • 无机吸附剂性能不稳定
第一节 吸附分离介质
一、吸附剂
吸附剂的分类
孔道结构
吸附剂
多孔型 凝胶型
多孔吸附剂 活性炭 硅胶 大网格聚合物类吸附剂
活性炭－经典吸附剂
特点：非极性吸附剂，吸附能力强，易吸附非极性或 极性小的有机物，在水中吸附能力大于有机溶剂
形式：粉末活性炭和颗粒活性炭 应用：助滤、脱色、去热源、除臭
分离纯化，在生化分离中约有75%的工艺采
用离子交换法
概述
吸附法的特点：
❖常用于从稀溶液中将溶质分离出来，由于受固体吸 附剂的限制，处理能力较小；
❖对溶质的作用较小，这一点在蛋白质分离中特别重 要；
❖可直接从发酵液中分离所需产物，成为发酵与分离 的耦合过程，从而消除产物抑制；
概述
吸附法的特点：
优点： • 有机溶剂掺入少 • 操作简便，安全，设备简单 • 适于稳定性差的物质
种类：多孔性聚苯乙烯和多孔性聚酯树脂 特点：机械强度高，选择性好，使用寿命长，吸附质
易脱附，流体阻力小，解析、再生容易 应用:抗生素(如头孢菌素等)和维生素B12等的分离浓
缩过程。
表 6．1 生物分离中常用的多孔吸附剂
平均孔径／nm 比表面积／(m2／g)
活性炭
1.5---3.5
750---1500
维生素的提取纯化 VB12，VB2，VC
天然产物的分离 生物碱，黄酮，多糖，苷类
生化药物 酶、氨基酸、蛋白质、肽，甾体
凝胶型吸附剂
多孔性纤维素、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝 胶、聚丙烯酰胺凝胶 （详见 chapter 7)
吸附剂性能的评价
（１）孔径 • 适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高吸 附容量和吸附操作速度
概述
离子交换法的基本概念
通过溶液中带电的溶质分子与离子交换剂中可交 换的离子进行交换，利用其静电作用力的差异而 达到分离纯化的方法。
离子交换的特点 分辨率高、工作容量大且易于操作
概述
吸附分离技术在生物分离中的应用
原料液脱色、除臭
目标产物的提取、浓缩和粗分离
─
如蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物