吸附与离子交换
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大网格吸附剂吸附条件选择
2.无机盐的影响
无机盐存在,对吸附不仅无干扰,还有促进作用
(盐析)。
3.吸附pH
弱酸物质:pH<pK 弱碱物质:pH>pK (呈分子状态) 中性物质:pH无影响(不会电离)。
例: 林可、红霉素、SPM 弱碱性, pH 吸附量; 赤霉素弱酸性, pH,吸附量; 维生素B12 中性, pH无影响, 实验证实: XAD-2上吸附,pH3~7吸附量都一 样; 头孢菌素 两性物质,应在什么条件下吸附? pK1=2.6(羧基);pK2=3.3 (羧基) ;pK3=9.8 (氨基)
q KC
1/ n
常用于表面非常不均匀的吸附剂在一定浓度范围 对单一溶质系统的等温吸附
吸附等温线
兰格谬尔吸附等温线
1. 吸附位点在吸附剂表面,且每一位点 可吸附一个分子,亦即被吸附成单一 分子层, 基本假设: 2. 所有吸附地址,对被吸附分子具有相 等的亲和力, 3. 被吸附分子并不影响其余吸附位点的 吸附效应
吸附剂通常应具备以下特征:
表面积大、颗粒均匀、 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。
常用的吸附剂有极性的和非极性的两种。
几种常用的吸附剂
按其化学结构可分为有 •有机吸附剂 •无机吸附剂
有机吸附剂有活性炭、球性炭化树脂、聚 酰胺、纤维素、大孔树脂等;
大孔吸附树脂
应用范围广
整个过程PH值不变,适于对PH值敏感的物质 能从存在大量无机盐的发酵液中分离提取抗菌素等 物质
稳定性高,机械强度好,耐用 避免溶剂法对环境的污染及离子交换法对设备的腐 蚀 选择性好,分离效能高
理化性质稳定
分离性能优良
大孔吸附树脂
使用方便
大孔树脂一般为小球状,流体阻力小于活性碳 只需要少量溶剂作为洗脱剂 避免了溶剂法中的乳化现象 用水、稀酸、稀碱或低浓度乙醇等反复清洗即可再 生 树脂价格贵;品种有限,不能满足复杂要求;操作 繁琐
溶剂用量少
可重复使用,降低成本
Leabharlann Baidu
缺点
大网格吸附剂吸附条件选择
1 吸附剂的选择(相似互溶):
非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质 高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质 中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力 孔径与比表面(孔径6倍于分子直径)
吸附法提取的生化物质大多是弱极性或 非极性,一般选非极性或中等极性。
无机吸附剂有硅胶、活性氧化铝、硅藻土 、分子筛等。
活性氧化铝(Al2O3· nH2O)
几种常用的吸附剂
活性炭
高温炭化 活化,800~900℃
木材、煤、果壳
炭渣
隔绝空气,600℃ 活化剂:ZnCl2
活性炭
几种常用的吸附剂
活性炭吸附非极性有机物 脱色,去热原
解吸: 从活性炭柱上洗脱被吸附物质时,溶剂的洗
大孔吸附剂解吸条件
1. 选择洗脱剂原则
a. 洗脱剂应容易溶胀大网格吸附剂。
–溶质对聚合物的溶胀能力可用溶解度参数δ来表征。
溶剂
δ
2-丁酮
2-丙酮
丁醇
丙醇
乙醇
甲醇
水 47.3
19.0
20.4
23.3
24.3
25.9
29.6
溶剂的解吸能力逐渐降低
溶剂的溶解度参数和聚合物的溶解度参数接近时,溶剂愈易溶胀聚合物。 (洗 聚)
吸附工艺
固定床吸附
吸附剂在床中是固定的,料 液自上而下流过吸附剂。
固定床是最常用得吸 附分离设备,属间 歇操作。
吸附工艺
固定床吸附
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。
吸附带
指正在发生吸附作用的那段填充层
吸附工艺
固定床吸附
出水浓度Cb为(0.90-0.95)Co时所 对应的出水总体积的穿透曲线上的 那一点。
几种常用的吸附剂
分子筛
分子筛是一种具有网状晶体结构的硅铝酸盐 , 具有均匀的晶穴,孔径分布非常均一,具有选 择筛分分子作用
影响吸附的因素
(一)吸附剂结构
1.比表面积
吸附剂的粒径越小,或是 微孔越发达,其比表面积 越大。吸附剂的比表面积 越大,则吸附能越强。
影响吸附的因素
(一)吸附剂结构
2.孔结构
吸附与离子交换
概述
吸附(定义)
一种物质从一相转移到另外一相的现象称为吸附 物质从流体相浓缩到固体表面
固—液界面上的吸附:
吸附剂:具有吸附能力的固体物质。 吸附质:被吸附的物质。
典型的吸附过程包括四个步骤:
待分离的料液 通入吸附剂
吸附质被吸附 在吸附剂表面 吸附质解吸 吸附剂再生
料液流出
吸附: 典型的表面现象
定向力 极性分子的永久偶极静电力 诱导力 极性分子与非极性分子之间的吸引力 色散力 非极性分子之间的引力(瞬间偶极) 氢键力 介于库仑引力与范德华引力之间的特 殊分子间定向作用力
非 共 价 作 用
吸附质和吸附剂之间的作用力-范德华 力
吸附过程理论基础
吸附过程理论基础
吸附过程理论基础
一种特殊的分子间作用力,介于库仑引力与范德华引力 之间的特殊定向力,比诱导力、色散力都有大
脱能力将随溶剂极性的降低而增强。
几种常用的吸附剂
硅胶(SiO2· nH2O)
1.硅胶的表面保留着羟基,是硅胶的吸附活性中心 2.在200℃以上羟基会脱去,失去活性
应用
吸附大极性有机物
| | O O | | —Si—O—Si—OH | | O O | |
几种常用的吸附剂
活性氧化铝(Al2O3· nH2O)
吸附终点
C = C0
大孔吸附剂解吸条件
b. 洗脱剂对被吸附物有较大的溶解度。
例 赤霉素(920):吸附时选XAD-2树脂(聚苯乙烯型)聚18.4 洗脱剂选乙酯
∵ ① 乙=18.6,溶解度参数接近,易溶胀XAD-2树脂;
② 易溶于乙酯中。 洗脱容易,洗脱峰很集中。
大孔吸附剂解吸条件
2. 流速 (空间速度,线速度)洗脱液的流速务 必恰当控制。如果太快,洗脱物在两相中的平 衡过程不完全;如果太慢,洗脱物会扩散。
吸引力
吸 引 力
合力
距离
0
B
A
斥力 推
推斥力
物理吸附与化学吸附的比较
理化指标 物理吸附 化学吸附
吸附作用力 吸附热 选择性 吸附层 吸附速率 可逆性
范德华力 接近于液化热 低 单或多分子层 快,活化能小 可逆
化学键 接近于化学反应热 高 单分子层 慢,活化能大 不可逆
吸附过程理论基础
吸附平衡
吸附速率=解吸速率(即V吸附=V解吸),
吸附质 吸附剂
脱附:吸附的逆过程
概述
吸附的特点:
(1) 不用或少用有机溶剂 (2) 操作简便,安全 (3) 生产过程pH变化小 (4) 从稀溶液分离溶质 (5) 吸附剂对溶质的作用小 (6) 吸附平衡为非线性 (7)选择性差
吸附过程理论基础
基本概念
吸附剂:表面上能发生吸附作用的固体 吸附物:被吸附的物质 多孔吸附剂:外表面与内表面组成 非多孔吸附剂:比表面取决于外表面 吸附作用:物质从流体相浓缩到固体表面
(1) (2) (3) (4) (5) (6) 选择性好 解吸容易 机械强度好 流体阻力小 反复使 用 可适用于各种产品
优 点
大孔吸附树脂
1. 非极性大孔吸附树脂 分 2. 中等极性大孔吸附树脂 类 3. 极性大孔吸附树脂
大孔吸附树脂
非极性大孔吸附树脂
苯乙烯--------二乙烯苯
交联、聚合
大孔吸附树脂
吸附过程理论基础
吸附的分类 (1)物理吸附:溶质与吸附剂之间由于范德华力
而产生的吸附。
(2)化学吸附:溶质与吸附剂发生化学反应,形
成牢固的吸附化学键和表面络合物。 (3)交换吸附:溶质的离子由于静电引力作用聚 集在吸附剂表面的带电点上,并置换出原先固定在 这些带电点上的其他离子。
固体内部分子所受分子间的作用力是对称的,而固体表 面分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作 用力较大,而表面向外一面所受的作用力较小, 因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固 体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。
中极性大孔吸附树脂
单体
甲基丙烯酸酯
大孔吸附树脂
极性大孔吸附树脂
酰胺基团 硫氧基团 N-O基团
(硫氧基、酰胺、N-O基、磺酸基)
大孔吸附树脂
吸附性原理
树脂本身具有吸附性 吸附力是范德华力或氢键作用的结果 树脂为多孔性结构,具有分子筛的作用
筛选性原理
有机化合物根据吸附力的不同及分子量的 大小,在树脂的吸附机理和筛分原理作用 下实现分离。
影响吸附的因素
(二)吸附质的性质
对于一定的吸附剂,由于吸附质性质的差异, 吸附效果也不一样。
(三)操作条件
吸附是放热过程,低温有利于吸附,升温 有利于脱附.
吸附工艺和设备
间歇式
操 作 方 式 将料液和吸附剂放在容器内搅拌,平衡后排 出吸余液
固定床
吸附剂固定填放在吸附柱(或 塔)中 在操作过程中定期地将接近饱 和的一部分吸附剂从吸附柱中 排出,并同时将等量的新鲜吸 附剂加入柱中
极性强,对水有很强的亲和作用
几种常用的吸附剂
分子筛
结晶铝硅酸金属盐的水合物,其化学通式为: Mx/m[(AlO2)x· (SiO2)y]· zH2O。
分子筛是一种具有网状晶体结构的硅铝酸盐 , 具有均匀的晶穴,孔径分布非常均一,具有选 择筛分分子作用
筛分:将比其孔径小的分子吸附到空穴内部,而把比孔
连续式
移动床
流化床
吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态, 悬浮于由下而上的水流中
吸附工艺
一、间歇吸附
A X0 Y0 W Y1 Y1 Y X1 X0 X1 B Y0
-L / W
吸附过程计算
W (Y0 Y1 ) L( X1 X 0 )
W—溶液中溶剂的质量,kg L—吸附剂的质量,kg;
X 图 13- 3 单 级 吸 附 操 作 流 程
吸附等温线
兰格谬尔吸附等温线
吸附等温线
吸附等温线
BET吸附等温线(多层吸附)
几种常用的吸附剂
吸附剂必须满足下列要求:①吸附能力强;② 吸附选择性好;③吸附平衡浓度低;④容易再 生和再利用;⑤机械强度好;⑥化学性质稳定; ⑦来源广;⑧价廉。 一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要 求,因此,应根据不同的场合选用。
图21-1界面上分子和内部分子所受的力
吸附过程理论基础
吸附的类型
(1) 物理吸附: 放热小,可逆,单分子层或 多分子层,选择性差 (2) 化学吸附: 放热量大,单分子层,选择 性强 (3) 交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等量 的离子到溶液中
吸附过程理论基础
吸附过程理论基础
物理吸附力的本质
两种原子电负性越大,半径 越小,H键就越能形成,作用 也就越大,越有利于吸附。
氢键
吸附过程理论基础
•当分子间距离减小时,
范德华力增大,但当分 子间距离非常接近时, 就明显地表现出斥力。 •当距离大于OB时,吸引 力未表示出来。 •当吸附表面和分子间的 距离减小时,其吸引力 的能量逐渐增加, •当距离减至分子半径OA 时,达到最大值。 •当距离再减小时,推斥 力急剧增加。
吸附剂的孔结构如图7-6所示。吸 附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响 很大。孔径太大,比表面积小,吸附能 力差;孔径太小,则不利于吸附质扩散, 并对直径较大的分子起屏蔽作用,
影响吸附的因素
(一)吸附剂结构
3.表面化学性质
吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表 面氧化物,其成分和数量随原料和活化工艺不 同而异。 表面氧化物成为选择性的吸附中心,使吸附剂 只有类似化学吸附的能力,
即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量,则吸附 质在溶液中的浓度C与在吸附剂表面上的浓度都不再 变时,即达到吸附平衡,此时吸附质在溶液的浓度C 叫平衡浓度。
吸附过程理论基础
吸附量q
达到吸附平衡时,单位重量的吸附剂(g)所 吸附的吸附质的重量(g)
V (C0 C ) q W
衡量吸附剂吸附能力的大小
径大的分子排斥在其空穴外,起到筛分分子的作用
吸附:
(a)A 型
(b)X 型
两种常用沸石分子筛的结构
溶剂的极性:与介电常数大小一致
环己烷 1.88
苯
无水乙醚
2.29
4.47
氯仿
乙酸乙酯
5.20
6.11
乙醇
甲醇
26.0
31.2
极 性 递 增
水
81.0
几种常用的吸附剂
大孔吸附树脂
不含交换基团的, 具有大孔结构的高分子吸附剂。
吸附过程理论基础
吸附等温线
在一定T下,q随平衡浓度C变化的曲线 (q=f(C))叫吸附等温线。
亨利吸附等温线
类 型
费罗因德利希吸附等温线 兰格谬尔吸附等温线
BET吸附等温线(多层吸附)
吸附等温线
亨利吸附等温线
q= K C
吸附等温线
费罗因德利希吸附等温线
基本假设:
固相表面具有不同的吸附位置,需有不同的吸附能量