吸附分離技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上7.1吸附分離技術(shù)第一節(jié) 吸附理論基礎(chǔ)一、基本概念吸附作用：物質(zhì)從流體相(氣體或液體)濃縮到固體表 面的過(guò)程。吸附劑：在表面上能夠發(fā)生吸附作用的固體。吸附物：被吸附的物質(zhì)。不同固體物質(zhì)的表面自由能不同，所以對(duì)其他物質(zhì)的吸附能力不同，表面自由能越高，吸附能力越強(qiáng)。二、吸附類(lèi)型1、物理吸附：吸附劑和吸附物通過(guò)分于間的引力產(chǎn)生的吸附。特點(diǎn)： 吸附作用不僅局限于活性中心，而是整個(gè)自由界面 分子被吸附后，一般動(dòng)能降低，所以吸附是放熱反應(yīng)； 物理吸附的吸附熱較小，吸附物分子的狀態(tài)變化不大，所需活化能很小，多數(shù)在較低的溫度下進(jìn)行； 物理吸附是可逆的，吸附作用一般沒(méi)有選擇性。固體內(nèi)部

2、的分子所受的分子間的作用力是對(duì)稱(chēng)的，而固體表面的分子所受的力是不對(duì)稱(chēng)的。 向內(nèi)的一面受內(nèi)部分子的作用力較大，而表面向外的一面所受的作用力較小，因而當(dāng)氣體分子或溶液中溶質(zhì)分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰到固體表面時(shí)就會(huì)被吸引而停留在固體表面上。 吸附劑與被吸附物分子之間的相互作用是由可逆的范德華力所引起的，故在一定的條件下，被吸附物可以離開(kāi)吸附劑表面，這稱(chēng)為解吸作用。吸附層析就是通過(guò)連續(xù)的吸附和解吸附完成的。2、化學(xué)吸附吸附劑與吸附物之間由于電子轉(zhuǎn)移發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的吸附。特點(diǎn)： 需要一定的活化能； 具有顯著的選擇性，即一種吸附劑只對(duì)某種或某幾種物質(zhì)有吸附作用； 吸附速度較慢，升高溫度速度增加； 吸附后也較穩(wěn)

3、定，不易解吸，且解吸具有選擇性； 吸附熱較大。物理吸附與化學(xué)吸附雖有區(qū)別，但有時(shí)很難嚴(yán)格劃分，也可以在同一體系中向時(shí)發(fā)生。物理吸附和化學(xué)吸附的比較吸附力 范德華力 化學(xué)鍵力吸附熱 較小(液化熱) 較大選擇性 無(wú)選擇性 有選擇性穩(wěn)定性 不穩(wěn)定,易解吸 穩(wěn)定分子層 單分子層或多分子層 單分子層吸附速率 較快, .受溫度影響小 較慢 受溫度影響大物理吸附僅僅是一種物理作用，沒(méi)有電子轉(zhuǎn)移，沒(méi)有化學(xué)鍵的生成與破壞，也沒(méi)有原子重排等?；瘜W(xué)吸附相當(dāng)與吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在紅外、紫外-可見(jiàn)光譜中會(huì)出現(xiàn)新的特征吸收帶。3 離子交換吸附： 靜電引力吸附質(zhì)的離子吸附劑表面的帶電點(diǎn)上，同時(shí)吸附劑

4、也放出一個(gè)等當(dāng)量離子。離子電荷越多，吸附越強(qiáng)。離子水化半徑越小，越易被吸附。第二節(jié) 吸附分離介質(zhì)一 吸附劑 常用的吸附劑有機(jī)和無(wú)機(jī)的兩種。有機(jī)： 活性炭，纖維素，大孔吸附樹(shù)脂無(wú)機(jī)： 氧化鋁，硅膠，人造沸石，碳酸鈣，氫氧化鈉。 在實(shí)踐中不論選擇那種類(lèi)型的吸附劑，都應(yīng)具備表面積大、顆粒均勻、吸附選擇性好、穩(wěn)定性強(qiáng)和成本低廉等性能。 在選擇具體吸附劑時(shí)，主要是根據(jù)吸附劑本身和被吸附物質(zhì)的理化性質(zhì)進(jìn)行的。一般來(lái)說(shuō)， 極性強(qiáng)的吸附劑易吸附極性強(qiáng)的物質(zhì)，非極性的吸附劑易吸附非極性的物質(zhì)。但是為了便于解吸附，對(duì)于極性大的分離物，應(yīng)選擇極性小的吸附劑，反之亦然。理想的吸附劑必需經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)才能獲得。 1活性炭

5、活性炭種類(lèi)顆粒大小表面積吸附力吸附量洗脫粉末活性炭小大大大難顆?；钚蕴枯^小較大較小較小難錦綸活性炭大小小小易活性炭對(duì)物質(zhì)的吸附規(guī)律 活性炭是非極性吸附劑，因此在水中吸附能力大于有機(jī)溶劑中的吸附能力。 針對(duì)不同的物質(zhì)，活性炭的吸附遵循以下規(guī)律：（1）對(duì)極性基團(tuán)多的化合物的吸附力大于極性基團(tuán)少的化合物（2）對(duì)芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3）對(duì)相對(duì)分子量大的化合物的吸附力大于相對(duì)分子量小的化合物（4）pH 值的影響 堿性 中性吸附 酸性洗脫 酸性 中性吸附 堿性洗脫（5）溫度 未平衡前 隨溫度升高而增加活性炭的活化 活性炭對(duì)氣體敏感，容易“中毒”，使用前應(yīng)加熱活化。2. 硅膠 是最常用的

6、吸附劑，通常用SiO2.xH2O表示，是具有硅氧交聯(lián)結(jié)構(gòu)，表面有許多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基可與極性化合物或不飽和化合物形成氫鍵而使硅膠具較強(qiáng)的吸附力。 水能與硅膠表面羥基結(jié)合而使其失去活性，經(jīng)加熱可被除去的水稱(chēng)自由水，若自由水含量達(dá)17%以上，則吸附力極低，此時(shí)，硅膠只能用于分配層析。若將硅膠在105-110加熱30min ，吸附能力顯著增強(qiáng)，這一過(guò)程稱(chēng)為活化。如果將硅膠加熱到500，硅醇基結(jié)構(gòu)會(huì)變成硅氧烷結(jié)構(gòu)，吸附能力顯著下降。 硅膠具有微酸性，適用于分離酸性和中性物質(zhì)，如有機(jī)酸、氨基酸、甾體等。3.氧化鋁 分酸性、堿性和中性三種，酸性氧化鋁(pH4-5)適合于分離酸性化合物，堿性氧化鋁

7、(pH9-10)適合于分離堿性化合物，中性氧化鋁(pH7)適合于分生物堿、揮發(fā)油、萜類(lèi)、甾體及在酸、堿中不穩(wěn)定的甙類(lèi)、酯類(lèi)等化合物。 氧化鋁用前也需脫水活化，通常于400高溫下加熱6h，使氧化鋁的含水量在0%-3%之間， 可得到級(jí)或級(jí)氧化鋁，但溫度過(guò)高也會(huì)破壞氧化鋁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。4大孔吸附樹(shù)脂 大孔樹(shù)脂是近20余年發(fā)展起來(lái)的一種新型非離子型有機(jī)高分子聚合物吸附劑。它是以苯乙烯和丙烯酸酯為單體，加入二乙烯苯為交聯(lián)劑，甲苯、二甲苯為致孔劑，它們相互交聯(lián)聚合形成了多孔骨架結(jié)構(gòu)。樹(shù)脂本身由于依靠它和被吸附的分子(吸附質(zhì))之間的范德華力和氫鍵作用，具有吸附性，又因具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和很高的比表面積，而有篩選性能

8、，能從溶液中有選擇地吸附有機(jī)物質(zhì)，使有機(jī)化合物根據(jù)吸附力及其分子量大小可以經(jīng)一定溶劑洗脫而分開(kāi)，達(dá)到分離、純化、除雜、濃縮等不同目的。大孔樹(shù)脂吸附技術(shù)最早用于廢水處理、醫(yī)藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、分析化學(xué)、臨床檢定和治療等領(lǐng)域。而近年來(lái)大孔樹(shù)脂吸附層析法在中草藥有效成分的提取、分離、純化方面顯示出其獨(dú)特的作用大孔吸附樹(shù)脂技術(shù)的基本原理根據(jù)樹(shù)脂的表面性質(zhì)，大孔吸附樹(shù)脂可以分為非極性、中極性和極性三類(lèi)。非極性吸附樹(shù)脂是由偶極距很小的單體聚合而成，不含任何功能基團(tuán)，孔表的疏水性較強(qiáng)，可通過(guò)與小分子內(nèi)的疏水部分的作用吸附溶液中的有機(jī)物，最適用于從極性溶劑(如水)中吸附非極性物質(zhì)。中極性吸附樹(shù)脂含有酯基，其表面

9、兼有疏水和親水部分，既可由極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)，也可以從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。極性樹(shù)脂含有酰胺基、氰基、酚羥基等極性功能基，它們通過(guò)靜電相互作用吸附極性物質(zhì)。根據(jù)樹(shù)脂孔徑、比表面積、樹(shù)脂結(jié)構(gòu)、極性差異，大孔吸附樹(shù)脂又分為許多類(lèi)型，且分離效果受被分離物極性、分子體積、溶液值、洗脫液的種類(lèi)等因素制約，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)分離要求加以選擇。2.大孔吸附樹(shù)脂的預(yù)處理（1）樹(shù)脂預(yù)處理的方法回流提取法 滲漉法 水蒸氣蒸餾法（2）樹(shù)脂預(yù)處理的溶劑乙醇 丙酮 異丙醇 25鹽酸 25氫氧化鈉（3）大孔吸附樹(shù)脂的再生再生溶劑的選擇乙醇：5095甲醇：50100異丙醇：丙酮：50100堿性乙醇溶液：25鹽酸

10、：25NaOH：3.解吸條件的影響 （1）洗脫劑的影響 洗脫液可使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯。根據(jù)吸附力強(qiáng)弱選用不同的洗脫劑及濃度。對(duì)非極性大孔樹(shù)脂，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)分析，洗脫劑極性越小，洗脫能力越強(qiáng)。對(duì)于中極性大孔樹(shù)脂和極性較大的化合物來(lái)說(shuō)，則用極性較大的溶劑較為合適。為了達(dá)到滿(mǎn)意效果，可設(shè)幾種不同濃度洗脫，確定最佳洗脫液濃度。實(shí)際工作中，甲醉、乙醇、丙酮應(yīng)用較多，流速一般控制在24BVh-1為好。（2）洗脫劑用量 確定合理的洗脫劑用量，可以避免洗脫劑的浪費(fèi)，還可以避免有效成分在樹(shù)脂上殘留。（3）洗脫劑的pH值 4.大孔吸附樹(shù)脂技術(shù)在分離純化中的應(yīng)用特點(diǎn) （1） 大孔吸附樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的提取

11、方法相比，大孔吸附樹(shù)脂具有縮小劑量，提高中藥內(nèi)在質(zhì)量和制劑水平。經(jīng)大孔樹(shù)脂吸附技術(shù)處理后得到的精制物可使藥效成分高度富集、雜質(zhì)少，使有效成分含量提高，劑量減小，有利于制成現(xiàn)代劑型的中藥，也便于質(zhì)量控制。減小產(chǎn)品的吸潮性。傳統(tǒng)的提取方法所提的中成藥大部分具有較強(qiáng)的吸潮性，是中藥生產(chǎn)及儲(chǔ)藏中長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。而經(jīng)大孔樹(shù)脂吸附處理后，可有效去除吸潮成分，增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性?？捎行コ亟饘?，既保證了患者的用藥安全，同時(shí)也解決了中藥重金屬超標(biāo)的難題，為中藥進(jìn)人國(guó)際市場(chǎng)創(chuàng)造了條件。 具有較好安全性。吸附樹(shù)脂是一類(lèi)高度交聯(lián)的、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，不溶于任何溶劑，在常溫下十分穩(wěn)定，因此在使用過(guò)程中不會(huì)有任何物質(zhì)釋放出來(lái)。至于在生產(chǎn)過(guò)程中殘留的某些雜質(zhì)可以在使用前徹底清洗出來(lái)，完全能夠達(dá)到藥用標(biāo)準(zhǔn)。目前日本己有生產(chǎn)藥用標(biāo)準(zhǔn)的、性能良好的大孔樹(shù)脂（2）大孔吸附樹(shù)脂應(yīng)用存在的問(wèn)題由于應(yīng)用大孔吸附樹(shù)脂分離、純化中藥有效成分的時(shí)間不長(zhǎng)，用來(lái)制備中藥復(fù)方