生物分离工程吸附和离子交换[可修改版ppt]
合集下载
第06章 吸附提取技术 生物分离工程ppt
R －SO 3H R －SO 3 + H + → R －SO 3 + Na + R －SO 3 Na →
强酸性树脂离解能力很强，在酸性或碱性溶液中 都能离解和产生离子交换作用， 使用时pH没有限制。
−
−
磺丙基交换基团为—(CH2)3SO3H，离解H+，呈 磺丙基 强酸性。 sulphopropyl，记作SP。
生化专用离子交换剂
用于生物大分子分离的吸附剂：需要高的亲水 性和较大孔径，以减少非特异性吸附，大分子 易进入吸附剂内部，提高实际交换容量。
(1) 纤维素类 离子交换纤维是最早用于生物大分子分离的 介质，具有松散的亲水网络、大孔、大的表面积等优点。 (2)葡聚糖系 Sephadex离子交换剂不溶于水及各种溶剂。 葡聚糖系 避免强酸强碱溶液， 具有较高的吸附容量。 另外，还有琼脂糖系离子交换剂（Sepharose)， 聚丙烯酸 羟乙基酯系离子交换剂等。
(6-10)
(6-11)
6.2 固定床吸附过程分析
6.2.1 间歇吸附
F为进料量， A为吸附剂量，C 0和C 分别为进 料和吸附残液中吸附质浓度，q 0和q 分别为吸 附剂初始和最终的吸附量。
Freundlich吸附等温曲线 吸附等温曲线 Langmiur吸附等温曲线 吸附等温曲线 质量衡算 操作线方程
F 2 q = q 0 + (C 0 − C ) = 0 + (0.58 − C ) A 8 即 q = 0.145 − 0.25C
作曲线q＝0.68C 0.38和直线。 交点为 q＝0.14kg／kg，C＝0.0155kg／m3。 故类固醇吸附回收率为：
0.58 − 0.0155 × 100% = 97.3% 0.58
第七章吸附与离子交换_图文
活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有 机溶剂中的吸附能力。 针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律： ①对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合
物； ②对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物； ③对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的
化合物； ④pH 值的影响 ；
7-3
7.2吸附过程的理论基础
7.2.1吸附原理
固体的分类：多孔和非多孔性 比表面的组成：多孔性固体的比表面是由“外表
面”和“内表面”所组成。表面积大并 且有较高的吸附势。 表面力的产生和吸附力的关系：见图7-4 界面分子的力场是不饱和的，能从外界吸附分 子、原子、或离子，形成多分子层或单分子层。 吸附过程中的几个名词： ⑴吸附作用 ⑵吸附剂 ⑶吸附物（质）
7.1概述
7.1.1什么叫吸附
吸附是利用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的过程。
吸附过程通常包括： 待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表
面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
001×7－交联度为7%的苯乙烯 系凝胶型强酸性阳离子交换树脂
骨架代号 Ｄ315：大孔型丙烯酸弱碱
分类代号
性阴离子交换树脂
大孔型代号
大孔型
代号 0 1 2 3 4 5 6
离子交换树脂命名法代号表
分类名称
骨架名称
强酸性
苯乙烯系
弱酸性
丙烯酸系
强碱性
酚醛系
弱碱性
环氧系
螯合性
乙烯吡啶系
离子交换与吸附 PPT
H (b a) H：树脂层高
H
提高 需减少（b-a），即压缩工作区的高度，增大
穿透曲线的陡度。（降低流速）
影响工作区高度的因素：溶液的浓度、温度、树脂 颗粒等。高浓度低温度意味着大的工作区。
四、分步淋洗和梯度淋洗
利用离子交换柱进行多组分分离操作时，若使用 恒定组分的溶液，由于各组分洗脱能力的差异，得到 的图谱中各组分峰的排列极不均匀，前紧后松。过紧 密部分分离效果差，过疏松部分洗脱时间长，浪费试 剂。
对阳离子交换树脂，高电荷离子表现很强的吸附能 力，难以洗脱。用浓盐酸处理Fe3+ 中毒的树脂，盐酸浓 度以9-10mol/L为宜，不加热，处理时间不能过长。树脂 在浓盐酸和水中溶胀情况有很大差别，所以常相继用 6mol/L和3mol/L的盐酸洗涤作中间过渡，最后在用水洗。
树脂上微粒沉积也使其中毒。含铁的沉积物可用 还原剂或盐酸破坏。胶体硅常损害强碱性树脂，可用 温热的NaOH处理。其他沉积物可用针对性的试剂使 转成可溶性配合离子除去。
6、交换离子的性质
主要是离子的价态和水化离子的大小。 在树脂内扩散的离子是由于树脂的固定离子库仑 力的吸引而扩散进入的，故离子价态越高，吸引力越 大，扩散速度越快。水化离子越大，则越难扩散。
在非水介质中，交换速度要慢得多，其原因： 树脂在非水溶剂中的溶胀要小得多，只能提供较 低的交换速度。
第三节 离子交换分离实践
R-SO3H+NaOH⇌ R-SO3Na+H2O R-SO3H+NaCl⇌ R-SO3Na+HCl R-SO3Na+CaCl2⇌ (R-SO3)2Ca+2NaCl
（2）弱酸树脂相当于羧酸
R-COOH+NaOH⇌ R-COONa+H2O R-COONa+CaCl2 ⇌ (R-COO)2Ca+2NaCl
H
提高 需减少（b-a），即压缩工作区的高度，增大
穿透曲线的陡度。（降低流速）
影响工作区高度的因素：溶液的浓度、温度、树脂 颗粒等。高浓度低温度意味着大的工作区。
四、分步淋洗和梯度淋洗
利用离子交换柱进行多组分分离操作时，若使用 恒定组分的溶液，由于各组分洗脱能力的差异，得到 的图谱中各组分峰的排列极不均匀，前紧后松。过紧 密部分分离效果差，过疏松部分洗脱时间长，浪费试 剂。
对阳离子交换树脂，高电荷离子表现很强的吸附能 力，难以洗脱。用浓盐酸处理Fe3+ 中毒的树脂，盐酸浓 度以9-10mol/L为宜，不加热，处理时间不能过长。树脂 在浓盐酸和水中溶胀情况有很大差别，所以常相继用 6mol/L和3mol/L的盐酸洗涤作中间过渡，最后在用水洗。
树脂上微粒沉积也使其中毒。含铁的沉积物可用 还原剂或盐酸破坏。胶体硅常损害强碱性树脂，可用 温热的NaOH处理。其他沉积物可用针对性的试剂使 转成可溶性配合离子除去。
6、交换离子的性质
主要是离子的价态和水化离子的大小。 在树脂内扩散的离子是由于树脂的固定离子库仑 力的吸引而扩散进入的，故离子价态越高，吸引力越 大，扩散速度越快。水化离子越大，则越难扩散。
在非水介质中，交换速度要慢得多，其原因： 树脂在非水溶剂中的溶胀要小得多，只能提供较 低的交换速度。
第三节 离子交换分离实践
R-SO3H+NaOH⇌ R-SO3Na+H2O R-SO3H+NaCl⇌ R-SO3Na+HCl R-SO3Na+CaCl2⇌ (R-SO3)2Ca+2NaCl
（2）弱酸树脂相当于羧酸
R-COOH+NaOH⇌ R-COONa+H2O R-COONa+CaCl2 ⇌ (R-COO)2Ca+2NaCl
生物分离工程离子交换层析(色谱)课件PPT
离子交换(IEC)的应用及特点
GFC — 主要用于产物的初步纯化和中后期脱盐 IEC — 是蛋白质、肽和核酸等生物产物的主要纯化 手段 IEC分离的特点：
（1）料液处理量大，具有浓缩作用，可在较高流速下操作； （2）应用范围广泛，优化操作条件可大幅度提高分离的 选择性，所需柱长较短； （3）产品回收率高； （4）商品化的离子交换剂种类多，选择余地大，价格也远低 于亲合吸附剂。
洗脱方式： 恒定洗脱法：洗脱液（流动相）的离子强度不变； 缺点：对于在吸附柱上分配系数相差较大的蛋白 质很难实现很好的分离。 线性梯度洗脱法或阶段梯度洗脱法： 除GFC以外的层析操作均采用此种方法。 在洗脱过程中，流动相的离子强度线性增大 或阶段梯度增大，因此溶质的分配系数连续降低， 移动速度逐渐增大，使恒定洗脱条件下难于脱附 的溶质得到洗脱。
三、HIC操作 上样及洗脱的一般规律： 在高盐浓度条件下，蛋白质与固定相疏水缔 合；浓度降低时，疏水作用减弱，逐步被洗脱下 来。一般用pH 6-8的盐水溶液[如（NH4）2SO4]。 盐的浓度影响蛋白质的疏水性，从而影响蛋白质 的保留值。 盐：Na2SO4，KH2PO4，NaHPO4，(NH4)2SO4，NH4OAc， KOAc，NaOAc，NaCl 盐析作用增强
是介于等度洗脱和线性洗脱中间 的洗脱手段 盐 浓 度
时 间
阶段梯度洗脱示意图
线性梯度洗脱和阶段梯度洗脱法的优缺点如下：
（1）线性梯度洗脱法： 优点：流动相离子强度（盐浓度）连续增大，不出现干 扰峰，操作范围广； 缺点：需要特殊的调配浓度梯度的设备。 （2）阶段梯度洗脱法： 优点：利用切换不同盐浓度的流动相溶液进行洗 脱，不 需要特殊梯度设备，操作简单； 缺点：因为流动相浓度不连续变化，容易出现干扰峰。 此外，容易出现多组分洗脱峰重叠的现象，因此 洗脱操作参数（如盐浓度，体积）的设计较困难。
生物工程下游技术 吸附与离子交换PPT课件
➢ 已交换离子由树脂表面向本体溶液扩散（膜扩散）。
.
39
离子交换速度
.
40
.
41
6.2.3 影响吸附的因素
考虑三种作用力： （1）固体-溶质 （2）固体-溶剂 （3）溶质-溶剂
吸附剂性质： 吸附容量（a 比表面，b 空隙度） 吸附速度（a 粒度，b 孔径分布） 机械强度（使用寿命）
.
42
吸附质性质: (1) 能使表面张力降低的物质，易为表面所吸附
一般在低浓度范围内成立；
2) b -Langmuir 等温线 (单分子层)-朗格缪尔吸附
q* qmc 或q*qmKbc
Kd c
1Kbc
qm为饱和吸附容量，Kd为吸附平衡的解离常数，Kb为 结合常数
常数测定： 为一直线：截距1/qm; 斜率Kd/qm 此吸附方程适合酶等蛋白质的分离提取。
.
30
Langmuir 吸附等温式
（2） 化学吸附: 放热量大，单分子，选择 性强
（3） 交换吸附:利用离子交换树脂分离生物物质的方 法。吸附剂吸附后同时放出等当量的离子到溶液中
.
4
.
5
物理吸附 分子间力(范德华力)引起 没有选择性 放热较小，约42kJ／mol或更少 多分子层吸附 吸附剂的比表面积和细孔分布影响大
.
6
.
7
交换吸附
分类：
阳离子交换剂：即对阳离子具有交换能力，活性基 团为酸性，又分为强酸性和弱酸性。
阴离子交换剂：即对阴离子具有交换能力，活性基 团为碱性，又分为强碱性和弱碱性。
离子交换树脂命名
强酸性 （1-100） 弱酸性（101-200） 强碱性 （201-300) 弱碱性 （301-400） X 后面交联度
第二部分 第三章 离子交换、吸附设备(共51张PPT)
型树脂是透明的球珠，大孔树脂呈不透明的 一般说来，交联度越大，树脂越巩固，在水中不易溶胀。
它是现今应用得最多的离子交换设备。
雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同，树 视镜孔和孔灯可以在罐顶也可以在罐壁上。
固体吸附与生物工程关系密切，在原料液处理、除臭、目标产物的别离、精制等方面发挥着重要的作用。 膨胀是可逆地进行的，其程度随树脂的交联度、相反离子的种类和浓度、外部溶液的浓度而变化，一般的商品树脂，每克干树脂可吸附
❖离子交换树脂是能在水溶液中交换离子的固 体，其分子可以分成三个局部：
❖－局部是交联的具有三维空间立体结构的网 络骨架，通常不溶于酸、碱和有机溶媒，化 学稳定性良好；
❖一局部是联结在骨架上的功能基〔活性基〕 ；
❖一局部是活性基所带的相反电荷的离子，称 为可交换离子。
LOGO
离子交换的一般流程如下：
LOGO
3．交联度
❖树脂的性质随着作为交联剂的DVB〔二乙烯 苯 〕的含量不同而有所差异。合成树脂时， 单体中DVB 的含量百分数称为交联度，在商 品树脂中，通常是8%~12%。但合成时，通 过改变它和苯乙烯的混合比，可制出不同含 量的产品。一般说来，交联度越大，树脂越 巩固，在水中不易溶胀。而交联度减少，树 脂变得柔软，容易溶胀。
LOGO
2．固定床离子交换设备
再生剂 升液器
流量计 计量槽
料液
蒸气 NaOH
处理液 碱计量槽
空气
处理液 HCL
(A) 单床
酸计量槽 (B)混合床
图10-4 固定式离子交换装置的流程
LOGO
❖ 这种操作方式使用最广，设备结构较为简单，操作也 很方便。离子交换树脂的下部要用多孔陶土板、粗粒 无烟煤、石英砂等作为支撑体。被处理的溶液从树脂 上方参加，经过分布管使液体均匀分布于整个树脂的 横截面。加料可以是重力加料，也可以是压力加料， 后者要求设备密封。料液与再生剂可以从树脂上方通 过各自的管道和分布器分别进入交换器，树脂支撑下 方的分布管那么便于水的逆洗。柱式离子交换器可用 不锈钢、硬塑料制作，常常用有衬里的碳钢制造，管 道、阀门一般均用塑料制成。固定床离子交换器的再 生方式分成顺流与逆流两种。逆流再生有较好的效果 ，再生剂用量可减少；但要发生树脂层的上浮。
它是现今应用得最多的离子交换设备。
雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同，树 视镜孔和孔灯可以在罐顶也可以在罐壁上。
固体吸附与生物工程关系密切，在原料液处理、除臭、目标产物的别离、精制等方面发挥着重要的作用。 膨胀是可逆地进行的，其程度随树脂的交联度、相反离子的种类和浓度、外部溶液的浓度而变化，一般的商品树脂，每克干树脂可吸附
❖离子交换树脂是能在水溶液中交换离子的固 体，其分子可以分成三个局部：
❖－局部是交联的具有三维空间立体结构的网 络骨架，通常不溶于酸、碱和有机溶媒，化 学稳定性良好；
❖一局部是联结在骨架上的功能基〔活性基〕 ；
❖一局部是活性基所带的相反电荷的离子，称 为可交换离子。
LOGO
离子交换的一般流程如下：
LOGO
3．交联度
❖树脂的性质随着作为交联剂的DVB〔二乙烯 苯 〕的含量不同而有所差异。合成树脂时， 单体中DVB 的含量百分数称为交联度，在商 品树脂中，通常是8%~12%。但合成时，通 过改变它和苯乙烯的混合比，可制出不同含 量的产品。一般说来，交联度越大，树脂越 巩固，在水中不易溶胀。而交联度减少，树 脂变得柔软，容易溶胀。
LOGO
2．固定床离子交换设备
再生剂 升液器
流量计 计量槽
料液
蒸气 NaOH
处理液 碱计量槽
空气
处理液 HCL
(A) 单床
酸计量槽 (B)混合床
图10-4 固定式离子交换装置的流程
LOGO
❖ 这种操作方式使用最广，设备结构较为简单，操作也 很方便。离子交换树脂的下部要用多孔陶土板、粗粒 无烟煤、石英砂等作为支撑体。被处理的溶液从树脂 上方参加，经过分布管使液体均匀分布于整个树脂的 横截面。加料可以是重力加料，也可以是压力加料， 后者要求设备密封。料液与再生剂可以从树脂上方通 过各自的管道和分布器分别进入交换器，树脂支撑下 方的分布管那么便于水的逆洗。柱式离子交换器可用 不锈钢、硬塑料制作，常常用有衬里的碳钢制造，管 道、阀门一般均用塑料制成。固定床离子交换器的再 生方式分成顺流与逆流两种。逆流再生有较好的效果 ，再生剂用量可减少；但要发生树脂层的上浮。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（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
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
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
（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
单分子层
单分子层
概述
分离工程中的吸附操作
物理吸附
• 吸附量的多少取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶 剂极性。
离子交换吸附（简称离子交换，Ion exchange）
• 基于离子交换原理的吸附操作
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。
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。
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。
活化吸附，
项目
物理吸附
类型 化学吸附
不可逆
离子交换吸附
作用力
范德华力
化学键力
静电引力
吸附热
较小，接近液化热
较大，接近反应热
脱附条件
调节温度、pH 和盐浓度 可破坏化学键的洗脱剂 调节 pH 或提高离
子强度
选择性
选择性差
选择性高
选择性高
吸附速度
较快，需要的活化能小 慢，需要一定活化能
不一定
吸附层
单分子 or 多分子层
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
化学吸附
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Байду номын сангаас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
又称范德华 吸附，是一
常见的各种吸附类种型可的逆 主过 程要。特点
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
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）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
维生素的提取纯化 VB12，VB2，VC
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
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
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
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；
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。
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）
生物分离工程吸附和 离子交换
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。
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
❖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
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
─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）
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
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
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）
（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
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
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
（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
单分子层
单分子层
概述
分离工程中的吸附操作
物理吸附
• 吸附量的多少取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶 剂极性。
离子交换吸附（简称离子交换，Ion exchange）
• 基于离子交换原理的吸附操作
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。
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。
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。
活化吸附，
项目
物理吸附
类型 化学吸附
不可逆
离子交换吸附
作用力
范德华力
化学键力
静电引力
吸附热
较小，接近液化热
较大，接近反应热
脱附条件
调节温度、pH 和盐浓度 可破坏化学键的洗脱剂 调节 pH 或提高离
子强度
选择性
选择性差
选择性高
选择性高
吸附速度
较快，需要的活化能小 慢，需要一定活化能
不一定
吸附层
单分子 or 多分子层
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
化学吸附
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Байду номын сангаас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
又称范德华 吸附，是一
常见的各种吸附类种型可的逆 主过 程要。特点
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
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）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
维生素的提取纯化 VB12，VB2，VC
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
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
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
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；
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。
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）
生物分离工程吸附和 离子交换
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。
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
❖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
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
─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）
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
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
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）