Ch8-9吸附法與離子交換法

1、吸附與離子交換吸附與離子交換 第八章第八章 吸附法吸附法 吸附法是利用適當?shù)奈絼?，在一定吸附法是利用適當?shù)奈絼谝欢ǖ牡膒HpH條件下，使發(fā)酵液中的產(chǎn)物被吸附，條件下，使發(fā)酵液中的產(chǎn)物被吸附，然后再適當?shù)南疵搶⑽降漠a(chǎn)品從吸附劑然后再適當?shù)南疵搶⑽降漠a(chǎn)品從吸附劑上解吸下來，達到濃縮和提純的目的。這上解吸下來，達到濃縮和提純的目的。這樣的提取方法稱為吸附法。樣的提取方法稱為吸附法。應(yīng)用：應(yīng)用：還可以用于蛋白質(zhì)、核酸、酶、抗生還可以用于蛋白質(zhì)、核酸、酶、抗生素、氨基酸以及廢水處理等方面。素、氨基酸以及廢水處理等方面。吸附法的優(yōu)缺點吸附法的優(yōu)缺點n優(yōu)點：不用或少用有機溶劑；操作簡便、優(yōu)點：不

2、用或少用有機溶劑；操作簡便、安全、設(shè)備簡單；安全、設(shè)備簡單；pH變化小，對生化物變化小，對生化物質(zhì)的活性影響小。質(zhì)的活性影響小。n缺點：選擇性差；收率較低；無機吸附缺點：選擇性差；收率較低；無機吸附劑不穩(wěn)定、勞動強度大、污染環(huán)境等。劑不穩(wěn)定、勞動強度大、污染環(huán)境等。第一節(jié)第一節(jié) 吸附過程的理論基礎(chǔ)吸附過程的理論基礎(chǔ)1 1、吸附劑的特點、吸附劑的特點: :多孔性多孔性非多孔性非多孔性比表面積比表面積一、基本概念一、基本概念 把物質(zhì)從流動相（氣、把物質(zhì)從流動相（氣、液相液相）濃縮到固體表）濃縮到固體表面從而達到分離的過程稱為吸附作用。面從而達到分離的過程稱為吸附作用。 在表面上能發(fā)生吸附作用的固體

3、微粒稱為吸在表面上能發(fā)生吸附作用的固體微粒稱為吸附劑。附劑。被吸附的物質(zhì)稱為吸附物。被吸附的物質(zhì)稱為吸附物。2 2、吸附作用、吸附作用：3 3、吸附劑、吸附劑（absorbentabsorbent）：）：4 4、吸附、吸附物（質(zhì)）（物（質(zhì)）（absorbateabsorbate）：）：二、吸附類型：二、吸附類型：按吸附劑和吸附物相互作用力不同分為三種：按吸附劑和吸附物相互作用力不同分為三種：1 1、物理吸附、物理吸附 2 2、化學(xué)吸附、化學(xué)吸附 3 3、交換吸附、交換吸附3 3、交換吸附、交換吸附：極性吸附（吸引溶液中相反電荷極性吸附（吸引溶液中相反電荷的離子而形成雙電層），有選的離子而形成雙

4、電層），有選擇性。擇性。需活化能小，單分子層。需活化能小，單分子層。 物理吸附力的本質(zhì)：范德華力物理吸附力的本質(zhì)：范德華力三、三、常見的吸附劑常見的吸附劑有機吸附劑：有機吸附劑：活性炭，球形炭化樹脂聚酰胺，活性炭，球形炭化樹脂聚酰胺， 纖維素，大孔樹脂等纖維素，大孔樹脂等無機吸附劑：無機吸附劑：白土，氧化鋁，白土，氧化鋁，硅膠，硅藻土硅膠，硅藻土等等按其化學(xué)按其化學(xué)結(jié)構(gòu)分結(jié)構(gòu)分活性炭活性炭分類：分類： 粉末狀粉末狀活性炭：活性炭：極細粉未，吸附力最強，極細粉未，吸附力最強，流速太慢（加壓、減壓）流速太慢（加壓、減壓）顆粒狀活性炭：顆粒狀活性炭：顆粒狀，吸附力次之，易顆粒狀，吸附力次之，易于控制

5、，不需加壓于控制，不需加壓錦綸錦綸活性炭活性炭：吸附力最弱，易于控制，吸附力最弱，易于控制，操作簡便。用于分離前兩操作簡便。用于分離前兩種活性炭吸附太強而不易種活性炭吸附太強而不易洗脫的化合物洗脫的化合物活性炭活性炭的選擇及應(yīng)用：的選擇及應(yīng)用： 在首次分離料液或樣品時，一般先選在首次分離料液或樣品時，一般先選用顆粒狀活性炭用顆粒狀活性炭，（，（1 1）如）如待分離的物質(zhì)不待分離的物質(zhì)不被吸附，則改用粉末狀被吸附，則改用粉末狀活性炭；（活性炭；（2 2）如）如待待分離物質(zhì)吸附后不能洗脫或很難洗脫，造分離物質(zhì)吸附后不能洗脫或很難洗脫，造成洗脫劑體積過大，洗脫高峰不集中，則成洗脫劑體積過大，洗脫高峰

6、不集中，則改用錦綸改用錦綸活性炭。活性炭?；钚蕴炕钚蕴繉ξ镔|(zhì)的吸附規(guī)律：對物質(zhì)的吸附規(guī)律：活性炭是非極性的吸附劑，因而在水活性炭是非極性的吸附劑，因而在水溶液中吸附力最強，在有機溶劑中吸溶液中吸附力最強，在有機溶劑中吸附較弱。一般規(guī)律：附較弱。一般規(guī)律： （1）芳香族化合物）芳香族化合物吸附力吸附力脂肪族化合物脂肪族化合物（2）對分子量大的吸附力分子量小的化對分子量大的吸附力分子量小的化合物合物（3）與與pH有關(guān)、吸附、解吸、條件有關(guān)、吸附、解吸、條件（4）與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)活性炭活性炭在使用前一定先活化，活化方法在使用前一定先活化，活化方法一般加濕一般加濕180恒定此溫恒定此溫48h，不同

7、廠，不同廠家的活性炭活性條件稍有不同。家的活性炭活性條件稍有不同。四、四、吸附等溫線吸附等溫線當當溫度一定時，固體吸附量與溶液溶質(zhì)濃溫度一定時，固體吸附量與溶液溶質(zhì)濃度之間的函數(shù)關(guān)系稱為度之間的函數(shù)關(guān)系稱為吸附等溫線吸附等溫線。m=f(c)m=f(c)（1 1）單分子層吸附等溫線（單分子層吸附等溫線（langmuirlangmuir）( (雙曲線雙曲線):):（2 2）弗羅因德利希（弗羅因德利希（FreundlichFreundlich）方程式：（指）方程式：（指數(shù)型的吸附等溫線）數(shù)型的吸附等溫線）（3 3）離子交換等溫吸附：（多分子層離子交換等溫吸附：（多分子層吸附等溫線吸附等溫線）比較三種

8、吸附等溫線的特點比較三種吸附等溫線的特點langmuirlangmuirFreundlichFreundlich多分子層吸附多分子層吸附等溫線等溫線吸附容量吸附容量(mg/g)溶液濃度（溶液濃度（mol/L）常見的吸附等溫線方程有以下二種：常見的吸附等溫線方程有以下二種： 吸附等溫線表示平衡吸附量，并可用來推吸附等溫線表示平衡吸附量，并可用來推斷吸附劑結(jié)構(gòu)、吸附熱和其它理化特性。斷吸附劑結(jié)構(gòu)、吸附熱和其它理化特性。五、影響吸附過程的因素五、影響吸附過程的因素n1、吸附劑的影響、吸附劑的影響n比表面大、空隙度高，比表面大、空隙度高，吸附容量吸附容量大；大；n顆粒度較小、孔徑適當，顆粒度較小、孔徑

9、適當，吸附速度吸附速度快；快；n機械強度機械強度影響壽命影響壽命。n2、吸附物的性質(zhì)、吸附物的性質(zhì)n能降低能降低表面張力表面張力的物質(zhì)易被吸附；的物質(zhì)易被吸附；n溶質(zhì)在溶劑中的溶質(zhì)在溶劑中的溶解度越低，越易吸附溶解度越低，越易吸附；n相似相吸。極性吸附劑、非極性吸附劑、溶劑同相似相吸。極性吸附劑、非極性吸附劑、溶劑同系物系物n3、溶液、溶液pH值：值：n酸性物質(zhì)在酸性條件、堿性物質(zhì)在堿性條件酸性物質(zhì)在酸性條件、堿性物質(zhì)在堿性條件下易被非極性吸附劑吸附。下易被非極性吸附劑吸附。n4、溫度：、溫度：n吸附熱越大受溫度的影響越大。吸附熱越大受溫度的影響越大。通常情況下，通常情況下，達到平衡前，溫度升

10、高，吸附增加；達到平達到平衡前，溫度升高，吸附增加；達到平衡后，幾乎無影響衡后，幾乎無影響n5、其他組分。、其他組分。五、影響吸附過程的因素五、影響吸附過程的因素第二節(jié)第二節(jié)大網(wǎng)格聚合物吸附劑大網(wǎng)格聚合物吸附劑 n大孔網(wǎng)格聚合物在合成過程中沒有引入大孔網(wǎng)格聚合物在合成過程中沒有引入離子交換功能團，只有多孔的骨架，其離子交換功能團，只有多孔的骨架，其性質(zhì)和活性炭、硅膠等吸附劑相似。性質(zhì)和活性炭、硅膠等吸附劑相似。簡稱大網(wǎng)格吸附劑（俗稱大孔樹脂吸附簡稱大網(wǎng)格吸附劑（俗稱大孔樹脂吸附劑或吸附樹脂）劑或吸附樹脂）大孔網(wǎng)格聚合物大孔網(wǎng)格聚合物n優(yōu)點：優(yōu)點：n脫臭效力不亞于活性炭脫臭效力不亞于活性炭n對有

11、機物質(zhì)具有良好的選擇性對有機物質(zhì)具有良好的選擇性n理、化性質(zhì)穩(wěn)定，機械強度好，經(jīng)久耐用理、化性質(zhì)穩(wěn)定，機械強度好，經(jīng)久耐用n品種多，無機鹽對大網(wǎng)格吸附劑提取有機物品種多，無機鹽對大網(wǎng)格吸附劑提取有機物沒有影響沒有影響n吸附速度快，易解吸，再生容易吸附速度快，易解吸，再生容易nD在在0.20.8um之間，不污染環(huán)境，使用方便之間，不污染環(huán)境，使用方便n目前已用于頭孢菌素、目前已用于頭孢菌素、VB12、林可霉素等林可霉素等的提取，它可以彌補離子交換樹脂的不足。的提取，它可以彌補離子交換樹脂的不足。 n缺點：缺點：n價格昂貴，吸附效果易受流速和溶解濃度價格昂貴，吸附效果易受流速和溶解濃度的影響。的影

12、響。 一、大孔網(wǎng)格聚合物吸附劑吸附機理一、大孔網(wǎng)格聚合物吸附劑吸附機理（一）吸附規(guī)律：大孔網(wǎng)狀聚合物是一種非離子型（一）吸附規(guī)律：大孔網(wǎng)狀聚合物是一種非離子型共聚物，它能夠借助共聚物，它能夠借助范德華力范德華力從溶液中吸附各種從溶液中吸附各種有機物質(zhì)。有機物質(zhì)。 根據(jù)根據(jù)“類似物吸附類似物類似物吸附類似物”的原則的原則: 極性吸附劑：極性吸附劑：在非極性溶劑中，吸附極性物質(zhì)。在非極性溶劑中，吸附極性物質(zhì)。 中等極性吸附劑：中等極性吸附劑：兩種情況具有吸附能力。兩種情況具有吸附能力。 非極性吸附劑：非極性吸附劑：從極性溶劑中，吸附非極性物質(zhì)。從極性溶劑中，吸附非極性物質(zhì)。 在水溶液中吸附時，同族

13、化合物分子量越大，在水溶液中吸附時，同族化合物分子量越大，極性越弱，吸附量越大。極性越弱，吸附量越大。（二）解吸方法：由于是分子吸附，而且大孔網(wǎng)（二）解吸方法：由于是分子吸附，而且大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑對有機物質(zhì)的吸附能力一般低狀聚合物吸附劑對有機物質(zhì)的吸附能力一般低于活性炭，所以解吸比較容易，方法如下：于活性炭，所以解吸比較容易，方法如下：n1最常用的是以低級醇、酮或其水溶液解吸。最常用的是以低級醇、酮或其水溶液解吸。n2對弱酸性溶質(zhì)用堿來解吸。對弱酸性溶質(zhì)用堿來解吸。n3對弱堿性物質(zhì)用酸來解吸。對弱堿性物質(zhì)用酸來解吸。n4如吸附是在高濃度鹽類溶液中進行的，則如吸附是在高濃度鹽類溶液中進行的，

14、則常常用水洗就能解吸下來。常常用水洗就能解吸下來。n5對于易揮發(fā)溶質(zhì)可用熱水或蒸汽解吸。對于易揮發(fā)溶質(zhì)可用熱水或蒸汽解吸。 n操作過程操作過程n二、應(yīng)用：二、應(yīng)用：n對于在水中溶解度不太大，而較易溶于對于在水中溶解度不太大，而較易溶于有機溶劑中的生化物質(zhì)都可考慮用大網(wǎng)有機溶劑中的生化物質(zhì)都可考慮用大網(wǎng)格吸附劑提取。格吸附劑提取。n例如例如V VB12B12，可用羥酸型陽離子交換樹脂，可用羥酸型陽離子交換樹脂提取，但如用大網(wǎng)格吸附劑提取，吸附提取，但如用大網(wǎng)格吸附劑提取，吸附容量高，洗脫高峰集中。容量高，洗脫高峰集中。n此外，此外，四環(huán)素，土霉素，竹桃霉素四環(huán)素，土霉素，竹桃霉素等都等都能用能用

15、XAD-2XAD-2吸附劑或國產(chǎn)大孔吸附劑來吸附劑或國產(chǎn)大孔吸附劑來提取和精制。紅霉素、林可霉素、麥迪提取和精制。紅霉素、林可霉素、麥迪霉素、赤霉素、頭孢菌素霉素、赤霉素、頭孢菌素C C等亦可。等亦可。 n大網(wǎng)格吸附劑還可用于污水處理，如含大網(wǎng)格吸附劑還可用于污水處理，如含酚、含氯、含硝基等化合物廢水處理，酚、含氯、含硝基等化合物廢水處理，造紙、印染、洗滌劑廢水等的處理，也造紙、印染、洗滌劑廢水等的處理，也可作為色譜法的載體等方面的應(yīng)用?？勺鳛樯V法的載體等方面的應(yīng)用。 n紅霉素的分離純化紅霉素的分離純化nSOD的分離純化的分離純化其他類型的吸附其他類型的吸附 P153n疏水作用吸附疏水作用吸

16、附n鹽析吸附鹽析吸附n親和吸附親和吸附n染料配位體吸附染料配位體吸附n免疫吸附免疫吸附n固定金屬親和吸附固定金屬親和吸附n羥基磷灰石吸附羥基磷灰石吸附n1有哪幾種吸附等溫線，各有何特點？有哪幾種吸附等溫線，各有何特點？ 2大孔網(wǎng)格聚合物吸附劑的吸附機理大孔網(wǎng)格聚合物吸附劑的吸附機理如何？如何？ n本章小結(jié)：本章小結(jié)：重點：重點：難點；難點； 第九章第九章 離子交換離子交換法法 （Ion-exchange）n1、離子交換法（樹脂法）：、離子交換法（樹脂法）：是應(yīng)用合成的是應(yīng)用合成的離子交換樹脂作為吸著劑，將溶液中的物離子交換樹脂作為吸著劑，將溶液中的物質(zhì)，依靠庫侖力吸附在樹脂上，然后用合質(zhì)，依靠

17、庫侖力吸附在樹脂上，然后用合適的洗脫劑，將吸附物從樹脂上洗脫下來，適的洗脫劑，將吸附物從樹脂上洗脫下來，達到分離、濃縮提純的目的。達到分離、濃縮提純的目的。優(yōu)點：P98缺點： P98應(yīng)用：抗生素等小分子物質(zhì)提取，還可用于脫色、去鹽、轉(zhuǎn)鹽、制備軟水、無鹽水等。第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念 n2 2、離子交換樹脂：是一種具有網(wǎng)狀立、離子交換樹脂：是一種具有網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的含有高分子活性基因而能與溶體結(jié)構(gòu)的含有高分子活性基因而能與溶液中其它物質(zhì)進行交換或吸著的聚合物，液中其它物質(zhì)進行交換或吸著的聚合物，其高分子活性基團一般是多元酸或多元其高分子活性基團一般是多元酸或多元堿。堿。 3 3、單元結(jié)構(gòu)：、

18、單元結(jié)構(gòu)： 網(wǎng)絡(luò)骨架網(wǎng)絡(luò)骨架:通常通常用用R表示表示功能功能基團基團:活性活性基基SO3 、N（NH3）3+活性離子（可交換的離子，活性離子（可交換的離子，H+、OH ）: 自由移動（帶相反電荷）自由移動（帶相反電荷）不溶性的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的樹脂骨架；與骨架相聯(lián)的功能基團；與功能基團帶相反電荷的可移動的活性離子。u活性離子為陽離子，稱活性離子為陽離子，稱陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂， 與陽離子發(fā)生交換與陽離子發(fā)生交換,陽離子為氫離子的，就陽離子為氫離子的，就叫叫氫型氫型陽離子樹脂陽離子樹脂，為鈉離子的叫鈉（或鹽），為鈉離子的叫鈉（或鹽）型型陽離子樹脂陽離子樹脂u活性離子為陰離子，稱活性離

19、子為陰離子，稱陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂， 與陰離子發(fā)生交換，與陰離子發(fā)生交換，陰離子為羥基的，叫陰離子為羥基的，叫羥型羥型陰離子樹脂陰離子樹脂，為，為Cl 的，叫氯（或鹽）的，叫氯（或鹽）型型陰離子樹脂陰離子樹脂第二節(jié)第二節(jié) 離子交換樹脂的分類及理化性能離子交換樹脂的分類及理化性能 n一、一、離子交換樹脂的離子交換樹脂的分類：分類：n1按樹脂骨架的主要成分：聚苯乙烯型按樹脂骨架的主要成分：聚苯乙烯型樹脂樹脂、聚丙烯酸型、聚丙烯酸型樹脂樹脂n2按聚合的化學(xué)反應(yīng)：共聚型、縮聚型按聚合的化學(xué)反應(yīng)：共聚型、縮聚型n3按骨架的物理結(jié)構(gòu)分類：凝膠型（微按骨架的物理結(jié)構(gòu)分類：凝膠型（微孔）、大網(wǎng)格樹脂孔

20、）、大網(wǎng)格樹脂 n4按活性基團分類：陽離子交換樹脂、按活性基團分類：陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂（堿）陰離子交換樹脂（堿） 強 酸弱 酸強 堿弱 堿此外，還有含其它功能基因的整合樹脂，此外，還有含其它功能基因的整合樹脂，氧化氧化還原、還原、兩性樹脂等。兩性樹脂等。四四種種離子交換樹脂的性能離子交換樹脂的性能 （1）強酸性陽離子交換樹脂）強酸性陽離子交換樹脂（R樹脂的骨架）樹脂的骨架）典型的反應(yīng)：典型的反應(yīng)：RSO3H+NaCl RSO3Na+HCln（2）弱酸性陽離子交換樹脂）弱酸性陽離子交換樹脂n典型的反應(yīng)：典型的反應(yīng)：RCOOH+NaOH RCOONa+H2On（鈉型樹脂）（鈉型樹脂）用

21、用NaoH處理后的樹脂稱為，處理后的樹脂稱為，用水洗不到中性，一般洗至用水洗不到中性，一般洗至pH9左右。左右。 （3）強堿性陰樹脂）強堿性陰樹脂活性基團：季銨活性基團：季銨基團（三甲胺基團）基團（三甲胺基團） RN+(CN3)3OH 等。等。典型的反應(yīng)：典型的反應(yīng)：RN(CH3)3Cl+NaOH RN(CH3)3OH+NaCl 這類樹脂可以是氯型的和羥型的，前者較穩(wěn)定這類樹脂可以是氯型的和羥型的，前者較穩(wěn)定，耐熱性等較好，因此，商品大多以氯型出售。，耐熱性等較好，因此，商品大多以氯型出售。 n這類樹脂主要用于制備無鹽水（除去這類樹脂主要用于制備無鹽水（除去SiO2 、CO32 等弱酸根）及抗

22、生素的生產(chǎn)。等弱酸根）及抗生素的生產(chǎn)。 （4）弱堿性陰離子交換樹脂）弱堿性陰離子交換樹脂功能基因有伯胺基功能基因有伯胺基-NH2、仲胺基、仲胺基=NH、叔胺基、叔胺基N和吡啶和吡啶C6H5N等基團。等基團。 再生容易，易水解再生容易，易水解消耗堿（消耗堿（NaOH），）， 量少量少RNH3Cl+H2ORNH3OH+HCl依據(jù)活性基團分類陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂螯合樹脂兩性交換樹脂強酸型弱酸型交換基為酸性，H+與陽離子交換SO3HCOOHOHpH 2pH 6使用 pH 范圍pH 10交換基為堿性，陰離子發(fā)生交換強堿型弱堿型N+(CH3)3Cl-N+H3 OH-N+H2R OH-N+HR2 O

23、H-pH 12pH 4類型類型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)活性基團活性基團使用使用pH值值商品號商品號強酸型強酸型交聯(lián)的聚苯交聯(lián)的聚苯乙烯乙烯SO3H（磺酸基）（磺酸基）014國產(chǎn)國產(chǎn) #732Amberlite1R-120(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神膠神膠1號（日）號（日）弱酸型弱酸型聚丙烯酸聚丙烯酸COOH（羧基）（羧基）OH（酚羥基）（酚羥基）不能小不能小4不能小于不能小于9.5國產(chǎn)國產(chǎn) #724 類型類型 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 活性基團活性基團 使用使用 pH值值 商品號商品號強堿型強堿型交聯(lián)的交聯(lián)的聚苯乙烯聚苯乙烯N（CH3）3Cl（季胺基）（季胺基）014國產(chǎn)國產(chǎn) #717國產(chǎn)國

24、產(chǎn) #201Amberlite1RA-400（410）(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神膠神膠801（日）（日）弱堿型弱堿型交聯(lián)的交聯(lián)的聚苯乙烯聚苯乙烯NH（CH3）2OHNH2 （CH3）OH07國產(chǎn)國產(chǎn) #704和和# 330Amberlite1R-45（410）(美美)Dowex 3(美美)Zerolit H （5 5）四類樹脂的特性比較）四類樹脂的特性比較 性能性能陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂強酸性強酸性弱酸性弱酸性強堿性強堿性 弱堿性弱堿性活性基團活性基團磺酸磺酸羧酸羧酸季氨季氨 胺胺pHpH對交換能力對交換能力的影響的影響 無

25、無在酸性中交在酸性中交換能力很小換能力很小 無無在堿性溶液中交在堿性溶液中交換能力很小換能力很小鹽的穩(wěn)定性鹽的穩(wěn)定性 穩(wěn)定穩(wěn)定洗滌要水解洗滌要水解 穩(wěn)定穩(wěn)定洗滌時要水解洗滌時要水解再生再生需過量的需過量的強酸強酸很容易很容易需要過量需要過量的強堿的強堿再生容易，可用再生容易，可用碳酸鈉或氨碳酸鈉或氨交換速度交換速度快快慢慢( (除非離除非離子化后子化后) )快快慢慢( (除非離子化后除非離子化后) )二、離子交換樹脂的理化性能和測定方法：二、離子交換樹脂的理化性能和測定方法： 1外觀和粒度（顆粒度）；P107 2機械強度（不破損率%）3含水量；P108 4總交換容量* 5滴定曲線：P108查相

26、關(guān)手冊！注意：它是常數(shù)，不代表真實交換能力。4總交換容量總交換容量*： 總總交換容量是表征樹脂活性基團數(shù)量交換交換容量是表征樹脂活性基團數(shù)量交換能力的重要參數(shù)。表示方法有質(zhì)量交換容量能力的重要參數(shù)。表示方法有質(zhì)量交換容量（mmol/g干樹脂）和體積交換容量（干樹脂）和體積交換容量（mmol/ml濕樹脂濕樹脂）：用單位質(zhì)量干樹脂或單）：用單位質(zhì)量干樹脂或單位體積濕樹脂所能吸附一價離子的毫摩爾數(shù)位體積濕樹脂所能吸附一價離子的毫摩爾數(shù)來表示。來表示。 n測定方法：測定方法：P108P108n 陽離子交換樹脂的總交換容量的測定：H+與OH- 陰離子交換樹脂的總交換容量的測定，不能用羥不能用羥型型樹脂來

27、測定（why？），而應(yīng)用氯型應(yīng)用氯型樹脂來測定。 5滴定曲線：它能定性地反映樹脂活性基團的特征，從滴定曲線圖譜便可鑒別樹脂的酸堿度的強弱。 P109圖20-5一、交換常數(shù)：離子交換樹脂的選擇性就是某種樹脂一、交換常數(shù)：離子交換樹脂的選擇性就是某種樹脂對不同離子交換親和能力的差別。離子和樹脂活性基對不同離子交換親和能力的差別。離子和樹脂活性基的親和力越大，就越易被該樹脂所吸附，離子交換選的親和力越大，就越易被該樹脂所吸附，離子交換選擇性集中地反映在擇性集中地反映在交換常數(shù)交換常數(shù)K的數(shù)值上。的數(shù)值上。 可用下式表示：可用下式表示： sBARsABRKKBAAB,KB，A或或 表示表示B離子取代樹

28、脂上離子取代樹脂上A離子的離子的交換常數(shù)交換常數(shù) ABK,BAKn第三節(jié)第三節(jié) 離子交換過程的選擇性離子交換過程的選擇性 nR-A、R-B表示結(jié)合在樹脂（表示結(jié)合在樹脂（R骨架）上的骨架）上的A+、B+的濃度的濃度nAs、Bs表示溶液中表示溶液中A+、B+的濃度的濃度 上式可以改寫為上式可以改寫為交換常數(shù)，可表示為樹脂上交換常數(shù)，可表示為樹脂上B、A離子濃度之比與離子濃度之比與溶液中溶液中B、A離子濃度之比的比值。離子濃度之比的比值。KB，A1，表示，表示B離子對樹脂的親和力大于離子對樹脂的親和力大于A離子離子KB，A越大，越大，B離子越離子越易發(fā)生交換易發(fā)生交換sAsBARBRKAB/,n二

29、、影響離子交換過程選擇性的各種因素：二、影響離子交換過程選擇性的各種因素： 1離子的水化半徑（水合離子半徑）離子的水化半徑（水合離子半徑）（1）對無機離子而言，離子水合半徑越小，離子和樹）對無機離子而言，離子水合半徑越小，離子和樹脂活性基團的親和力就越大，也就越容易被吸附。脂活性基團的親和力就越大，也就越容易被吸附。 依據(jù)水化半徑的次序，排序如下：（與樹脂親和力的大小排序）依據(jù)水化半徑的次序，排序如下：（與樹脂親和力的大小排序）一價陽離子：一價陽離子：Li+Na+NH4+Ro+Cr+Ag+Ti+二價陽離子：二價陽離子：Mg2+Zn2+Cu2+Ni2+Co2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+一價

30、陰離子：一價陰離子：F HCO3 Cl HSO3 Br NO3 I ClO4 n一般來說，同價離子中水化半徑小的能取代一般來說，同價離子中水化半徑小的能取代水化半徑大的，但在非水介質(zhì)中在高溫高濃水化半徑大的，但在非水介質(zhì)中在高溫高濃度下，差別縮小，有時甚至相反。度下，差別縮小，有時甚至相反。 強酸型樹脂：與強酸型樹脂：與H+結(jié)合力很弱，序位和結(jié)合力很弱，序位和Li+相當相當弱酸型樹脂：與弱酸型樹脂：與H+具有最強的置換能力，序位排在同價金具有最強的置換能力，序位排在同價金 屬離子之后屬離子之后（2）H+、OH 與樹脂的親和力與樹脂的性質(zhì)有關(guān)與樹脂的親和力與樹脂的性質(zhì)有關(guān)強強堿性樹脂：和堿性樹脂

31、：和OH 結(jié)合力弱，序位排在結(jié)合力弱，序位排在F 之前之前弱堿性樹脂：和弱堿性樹脂：和OH 結(jié)合力最強序位排在結(jié)合力最強序位排在ClO4 之后之后OHH+n結(jié)論：強酸、強堿樹脂比弱酸、弱堿樹脂難結(jié)論：強酸、強堿樹脂比弱酸、弱堿樹脂難以再生，酸、堿用量大，原因在于此。以再生，酸、堿用量大，原因在于此。n在進行離子交換時，除了考慮離子被吸附是在進行離子交換時，除了考慮離子被吸附是否容易外，還必須考慮被吸附上去的離子是否否容易外，還必須考慮被吸附上去的離子是否容易被解吸下來。容易被解吸下來。 如鏈霉素的提煉中，不用強酸，而用弱酸性樹脂進如鏈霉素的提煉中，不用強酸，而用弱酸性樹脂進行交換吸附。行交換吸

32、附。 2離子的化合價：在常溫的稀溶液中，離子交換離子的化合價：在常溫的稀溶液中，離子交換呈現(xiàn)呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性。離子的化合價越高，就越易被明顯的規(guī)律性。離子的化合價越高，就越易被交換，如交換，如Tb4+Al3+Cu2+Na+ n如溶液中兩種離子濃度之比保持恒定，將溶如溶液中兩種離子濃度之比保持恒定，將溶液稀釋后，高價高子比低價離子更易被吸附。液稀釋后，高價高子比低價離子更易被吸附。 樹脂的這個性質(zhì)對生產(chǎn)實踐具有重大的意義樹脂的這個性質(zhì)對生產(chǎn)實踐具有重大的意義：在抗生素生產(chǎn)中，樹脂能優(yōu)先吸附原液中的鏈霉素在抗生素生產(chǎn)中，樹脂能優(yōu)先吸附原液中的鏈霉素離子（三價離子）離子（三價離子）;在凈化水時，樹脂

33、能優(yōu)先吸附硬水的在凈化水時，樹脂能優(yōu)先吸附硬水的Ca2+、Mg2+;在電鍍廠的廢液中樹脂優(yōu)先吸附低濃度的在電鍍廠的廢液中樹脂優(yōu)先吸附低濃度的Cu2+等；等；吸附鏈霉素后的飽和樹脂，再通入純粹的鏈霉素溶吸附鏈霉素后的飽和樹脂，再通入純粹的鏈霉素溶液，由于鏈毒素是三價離子，可將吸附在樹脂上的液，由于鏈毒素是三價離子，可將吸附在樹脂上的Ca2+、Mg2+及及Na+取代，當接著用酸洗脫時，得到的洗取代，當接著用酸洗脫時，得到的洗脫液質(zhì)量很高。脫液質(zhì)量很高。 Cl-, K+, Na+, Ag+ 的分離K：親和力 H+ Na+ K+ Ag+H2O交換反應(yīng) H+ Na+ K+ Ag+CtNa+K+Ag+前一

34、狀態(tài)洗脫淋洗曲線n3溶液的溶液的酸堿度酸堿度（強酸型、強堿型、弱酸型、（強酸型、強堿型、弱酸型、弱堿型）弱堿型）P117n4樹脂與交換離子間的輔助樹脂與交換離子間的輔助力力(氫鍵、范德華氫鍵、范德華力力)：P118n5有機溶劑的影響有機溶劑的影響：降低有機離子的吸附：降低有機離子的吸附 第四節(jié)第四節(jié) 樹脂和操作條件的選擇及應(yīng)用樹脂和操作條件的選擇及應(yīng)用 一、樹脂和操作條件的選擇一、樹脂和操作條件的選擇 1根據(jù)抗生素的性質(zhì)，電荷強度及洗脫的難易來根據(jù)抗生素的性質(zhì)，電荷強度及洗脫的難易來選擇合適的樹脂選擇合適的樹脂 n（1）帶正電荷的堿性抗生素用陽離子樹脂，）帶正電荷的堿性抗生素用陽離子樹脂，帶負

35、電荷的酸性抗生素用陰離子交換樹脂。帶負電荷的酸性抗生素用陰離子交換樹脂。強堿性和強酸性抗生素宜選用弱酸和弱堿樹強堿性和強酸性抗生素宜選用弱酸和弱堿樹脂。因為強酸、強堿樹脂和抗生素結(jié)合過強，脂。因為強酸、強堿樹脂和抗生素結(jié)合過強，不易洗脫，另外，弱酸、弱堿樹脂較之強酸、不易洗脫，另外，弱酸、弱堿樹脂較之強酸、強堿樹脂又有交換容量大，再生劑省的優(yōu)點。強堿樹脂又有交換容量大，再生劑省的優(yōu)點。對弱堿性和弱酸性抗生素則需用強酸或強堿對弱堿性和弱酸性抗生素則需用強酸或強堿樹脂，若用弱酸或弱堿樹脂吸附，則吸附后樹脂，若用弱酸或弱堿樹脂吸附，則吸附后易水解，使吸附能力降低。易水解，使吸附能力降低。 n（2）樹

36、脂可交換離子的型式：）樹脂可交換離子的型式：n陽樹脂有酸型（氫型）和鹽型（陽樹脂有酸型（氫型）和鹽型（Na+、K+等）等）n陰樹脂有堿型（羥型）和鹽型（陰樹脂有堿型（羥型）和鹽型（Cl 、SO42 ）等可供使用。）等可供使用。n一般來說，為使樹脂可交換離子離解以提高一般來說，為使樹脂可交換離子離解以提高吸附能力，弱酸性和弱堿性樹脂應(yīng)采用鹽型，吸附能力，弱酸性和弱堿性樹脂應(yīng)采用鹽型，而強酸性和強堿性樹脂則隨便，對于酸堿條而強酸性和強堿性樹脂則隨便，對于酸堿條件易破壞的抗生素，亦不宜使用氫型或羥基件易破壞的抗生素，亦不宜使用氫型或羥基型樹脂。型樹脂。 n（3）樹脂的體積交換容量和使用壽命）樹脂的體

37、積交換容量和使用壽命n必須選擇必須選擇體積交換容量高，選擇性好體積交換容量高，選擇性好，使用，使用壽命長的樹脂，對抗生素提取，主要選擇交壽命長的樹脂，對抗生素提取，主要選擇交聯(lián)度，孔度，比表面積適中的樹脂。聯(lián)度，孔度，比表面積適中的樹脂。n交聯(lián)度小，溶脹度高的樹脂有裝填量小，機交聯(lián)度小，溶脹度高的樹脂有裝填量小，機械強度差，設(shè)備罐批產(chǎn)量少，壽命短等缺點。械強度差，設(shè)備罐批產(chǎn)量少，壽命短等缺點。反之，交聯(lián)度大，結(jié)構(gòu)緊密，難于交換大分反之，交聯(lián)度大，結(jié)構(gòu)緊密，難于交換大分子，生產(chǎn)能力差。目前要綜合考慮，而在不子，生產(chǎn)能力差。目前要綜合考慮，而在不影響交換容量的條件下，盡量提高交聯(lián)度。影響交換容量的

38、條件下，盡量提高交聯(lián)度。 n2最適工藝條件的選擇最適工藝條件的選擇n（1）溶液交換時）溶液交換時pH值：選擇值：選擇PH應(yīng)能使被分應(yīng)能使被分離的物質(zhì)離子化，樹脂的功能基能離子化；離的物質(zhì)離子化，樹脂的功能基能離子化；及抗生素穩(wěn)定的及抗生素穩(wěn)定的PH范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。n（2）洗滌劑：飽和后的樹脂要選擇合適的洗）洗滌劑：飽和后的樹脂要選擇合適的洗滌劑，如水、稀酸、鹽或其他絡(luò)合物等洗凈滌劑，如水、稀酸、鹽或其他絡(luò)合物等洗凈交換度液及夾帶的雜質(zhì)。交換度液及夾帶的雜質(zhì)。n（3）洗脫（解吸）條件的選擇：洗脫條件一）洗脫（解吸）條件的選擇：洗脫條件一般和吸附條件相反，如酸性吸附應(yīng)堿性洗脫，般和吸附條件相反，如

39、酸性吸附應(yīng)堿性洗脫，洗脫流速一般為吸附流速的洗脫流速一般為吸附流速的1/10，為防止洗脫，為防止洗脫過程過程PH變化過大，可選用緩沖液洗脫劑。變化過大，可選用緩沖液洗脫劑。 離子交換樹脂離子交換樹脂的工作過程的工作過程1樹脂預(yù)處理樹脂預(yù)處理： 去除未參與聚合反應(yīng)的低、高分子成分的分解產(chǎn)物，鐵、去除未參與聚合反應(yīng)的低、高分子成分的分解產(chǎn)物，鐵、銅、鋁等金屬物質(zhì)及灰塵；銅、鋁等金屬物質(zhì)及灰塵； 裝柱，去離子水浸泡裝柱，去離子水浸泡12h，2-3倍倍10%食鹽水浸泡食鹽水浸泡4h；水洗，酸、堿處理，調(diào)；水洗，酸、堿處理，調(diào)pH至所需范至所需范圍。圍。2上柱交換上柱交換： 關(guān)鍵，可采用正上柱或倒上柱關(guān)

40、鍵，可采用正上柱或倒上柱 ，柱上樹脂分三層：，柱上樹脂分三層： 已已交、交換、未交。交換帶逐漸下移，達底部稱漏出點。交交、交換、未交。交換帶逐漸下移，達底部稱漏出點。交換帶一般換帶一般0.2-1m。B離子濃度高、操作溫度低、料液流速高、離子濃度高、操作溫度低、料液流速高、樹脂老化等都會使交換帶加寬，不利；應(yīng)控制，但有限。樹脂老化等都會使交換帶加寬，不利；應(yīng)控制，但有限。 3 洗脫洗脫： 用親和力更大的離子取代產(chǎn)物。生物大分子分離純化有兩種方用親和力更大的離子取代產(chǎn)物。生物大分子分離純化有兩種方式：式： “正吸附正吸附”，產(chǎn)物離子化，被交換。優(yōu)點是目的產(chǎn)物純度高，可，產(chǎn)物離子化，被交換。優(yōu)點是目

41、的產(chǎn)物純度高，可濃縮，宜處理濃度低、量大的溶液；濃縮，宜處理濃度低、量大的溶液； “負吸附負吸附”。吸附雜質(zhì)。宜處理濃度高溶液；產(chǎn)物純度不高，不。吸附雜質(zhì)。宜處理濃度高溶液；產(chǎn)物純度不高，不濃縮。濃縮。4 樹脂的再生樹脂的再生： 交換吸附的逆反應(yīng)。水洗，再生劑再生，清水洗至所需交換吸附的逆反應(yīng)。水洗，再生劑再生，清水洗至所需PH值。值。 鈉型強酸性樹脂用鈉型強酸性樹脂用NaCI再生；氫型強酸性樹脂用強酸再生，氯再生；氫型強酸性樹脂用強酸再生，氯型強堿性陰樹脂主要用型強堿性陰樹脂主要用NaCI溶液再生，羥型強堿性陰樹脂用溶液再生，羥型強堿性陰樹脂用Na0H溶液再生。恢復(fù)程度為溶液再生?；謴?fù)程度為

42、70一一80。n四、應(yīng)用四、應(yīng)用n（一）鏈霉素的提?。海ㄒ唬╂溍顾氐奶崛。簊tr鏈霉素在中性溶液為鏈霉素在中性溶液為三價正離子，可用陽樹脂提取，且是弱酸性陽樹三價正離子，可用陽樹脂提取，且是弱酸性陽樹脂，因為洗脫比較容易。脂，因為洗脫比較容易。Str在堿性條件下不穩(wěn)在堿性條件下不穩(wěn)定，且弱酸性陽樹脂在酸性下不起交換作用，故定，且弱酸性陽樹脂在酸性下不起交換作用，故str的提取應(yīng)在中性下進行。而且是采用的提取應(yīng)在中性下進行。而且是采用Na型弱型弱酸陽樹脂。吸附濾液有濃度適當稀釋，使之利于酸陽樹脂。吸附濾液有濃度適當稀釋，使之利于吸附鏈霉素（它是吸附鏈霉素（它是str3+）不易吸附雜質(zhì)離子。洗）不

43、易吸附雜質(zhì)離子。洗脫時用脫時用0.11mol/L酸梯度洗脫，可完全將酸梯度洗脫，可完全將str3+洗洗脫下來，洗脫曲線高峰比較集中。脫下來，洗脫曲線高峰比較集中。 l鏈霉素在中性下正三價離子，可用陽離子還鏈霉素在中性下正三價離子，可用陽離子還是陰離子樹脂進行提?。渴顷庪x子樹脂進行提?。縧鏈霉素宜用強酸還是弱酸陽離子交換樹脂提鏈霉素宜用強酸還是弱酸陽離子交換樹脂提??？?。縧鏈霉素進行離子交換提取時為什么在中性下？鏈霉素進行離子交換提取時為什么在中性下？l鏈霉素不能用氫型羧基樹脂只通用鈉型樹脂鏈霉素不能用氫型羧基樹脂只通用鈉型樹脂來吸附？來吸附？l鏈霉素離子交換后如何進行洗脫鏈霉素離子交換后如何進行洗脫？