生物分離工程 第8章-吸附分離

1、第八章第八章吸附分離技術(shù)吸附分離技術(shù) 吸附操作是一種古老的技術(shù)，早在兩千多年前西漢古墓中就用木炭吸濕防潮，說明當(dāng)時已了解到木炭有很強(qiáng)的吸濕作用。20世紀(jì)50年代前，因吸附劑種類少，常用的只有酸性白土、硅藻土和活性炭等幾種，選擇吸附的能力低，只限于脫色、脫臭、吸濕、干燥等小型的操作過程。20世紀(jì)60年代以來，隨著性能優(yōu)良的吸附劑的不斷開發(fā)(如合成沸石、活性氧化鋁、分子篩等)以及各行各業(yè)分離要求的不斷提高，使吸附分離技術(shù)得到了迅速發(fā)展，成為完整的單元操作過程。目前，吸附分離技術(shù)已經(jīng)在輕工、煉油、化工、食品、環(huán)保等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。吸附現(xiàn)象吸附現(xiàn)象 A Arain rain damp( da

2、mp(吸濕吸濕) ) B B 冰箱除異味冰箱除異味C C 變色硅膠變色硅膠D D 裝修除甲醛裝修除甲醛定義：液相液相( (氣相氣相) )固相固相應(yīng)用：吸附吸附劑劑吸附吸附質(zhì)質(zhì)脫附：吸附的逆過程脫附：吸附的逆過程v吸附劑吸附劑能夠吸附其他物質(zhì)的多孔性固體。能夠吸附其他物質(zhì)的多孔性固體。v吸附質(zhì)吸附質(zhì)在吸附過程中，被吸附的物質(zhì)。在吸附過程中，被吸附的物質(zhì)。Step1Step2Step3Step4常用于從稀溶液中將溶質(zhì)分常用于從稀溶液中將溶質(zhì)分離出來，由于受固體吸附劑離出來，由于受固體吸附劑的限制，處理能力較??；的限制，處理能力較??；對溶質(zhì)的作用較小，這一點對溶質(zhì)的作用較小，這一點在蛋白質(zhì)分離中特別

3、重要；在蛋白質(zhì)分離中特別重要；可直接從發(fā)酵液中分離所需可直接從發(fā)酵液中分離所需的產(chǎn)物，成為發(fā)酵與分離的的產(chǎn)物，成為發(fā)酵與分離的耦合過程，從而可消除某些耦合過程，從而可消除某些產(chǎn)物對微生物的抑制作用；產(chǎn)物對微生物的抑制作用；溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關(guān)系通常是非用及吸附平衡關(guān)系通常是非線性關(guān)系，故設(shè)計比較復(fù)雜線性關(guān)系，故設(shè)計比較復(fù)雜，實驗的工作量較大。，實驗的工作量較大。吸附法的特點吸附法的特點：優(yōu)點優(yōu)點：有機(jī)溶劑摻入少有機(jī)溶劑摻入少 操作簡便，安全，設(shè)備簡單操作簡便，安全，設(shè)備簡單 pHpH變化小，適于穩(wěn)定性差的物質(zhì)變化小，適于穩(wěn)定性差的物質(zhì)缺點缺點：選擇性差

4、選擇性差收率低收率低無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定不能連續(xù)操作，勞動強(qiáng)度大不能連續(xù)操作，勞動強(qiáng)度大碳粉等吸附劑有粉塵污染碳粉等吸附劑有粉塵污染吸附機(jī)理界面固體內(nèi)部分子所受分子間的固體內(nèi)部分子所受分子間的作用力是對稱的，而作用力是對稱的，而固體表固體表面分子所受力是不對稱的面分子所受力是不對稱的。向內(nèi)的一面受內(nèi)部分子的作向內(nèi)的一面受內(nèi)部分子的作用力較大用力較大，而表面向外一面，而表面向外一面所受的作用力較小，因而當(dāng)所受的作用力較小，因而當(dāng)氣體分子或溶液中溶質(zhì)分子氣體分子或溶液中溶質(zhì)分子在運動過程中碰到固體表面在運動過程中碰到固體表面時就會被吸引而停留在固體時就會被吸引而停留在固體表面上

5、。表面上。 吸附類型與特性物理吸附化學(xué)吸附交換吸附極性吸附離子交換吸附 當(dāng)由于吸附質(zhì)與吸附劑的分子之間存在分子間當(dāng)由于吸附質(zhì)與吸附劑的分子之間存在分子間力即力即范德華力范德華力而發(fā)生的吸附稱為物理吸附，又稱為而發(fā)生的吸附稱為物理吸附，又稱為范德華吸附范德華吸附。 因為分子間引力普遍存在于吸附劑與吸附質(zhì)之因為分子間引力普遍存在于吸附劑與吸附質(zhì)之間，故一種吸附劑可以吸附多種吸附質(zhì)，間，故一種吸附劑可以吸附多種吸附質(zhì)，不具有選不具有選擇性擇性。但吸附劑與吸附質(zhì)的種類不同，分子間引力。但吸附劑與吸附質(zhì)的種類不同，分子間引力大小各異，因此吸附量可能相差懸殊。大小各異，因此吸附量可能相差懸殊。 根據(jù)吸附劑

6、與吸附質(zhì)之間相互作用力的不同，根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用力的不同，吸附可分為吸附可分為物理吸附物理吸附和和化學(xué)吸附化學(xué)吸附兩種類型。兩種類型。 由于吸附質(zhì)與吸附劑的分子之間形成由于吸附質(zhì)與吸附劑的分子之間形成化學(xué)鍵化學(xué)鍵而而引起的吸附稱為化學(xué)吸附。發(fā)生化學(xué)吸附時，被吸引起的吸附稱為化學(xué)吸附。發(fā)生化學(xué)吸附時，被吸附的分子與吸附劑的表面分子之間發(fā)生了附的分子與吸附劑的表面分子之間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移、電子轉(zhuǎn)移、原子重排或化學(xué)鍵的破壞與生成原子重排或化學(xué)鍵的破壞與生成。與物理吸附不同。與物理吸附不同的是，化學(xué)吸附的是，化學(xué)吸附具有選擇性具有選擇性，只有當(dāng)吸附劑與吸附，只有當(dāng)吸附劑與吸附質(zhì)的分子之間形成

7、化學(xué)鍵時，才會發(fā)生化學(xué)吸附。質(zhì)的分子之間形成化學(xué)鍵時，才會發(fā)生化學(xué)吸附。 根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用力的不同，根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型。吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型。 物理、化學(xué)吸附的比較吸附性能吸附性能物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附作用力作用力分子引力（范德華力）化學(xué)鍵選擇性選擇性沒有選擇性有選擇性吸附層吸附層單分子或多分子吸附層只能形成單分子吸附層吸附熱吸附熱較小， 41.9kj/mol較大，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，83.7-418.7kj/mol吸附速度吸附速度快，幾乎不要活化能較慢，需要活化能溫度溫度放熱過程，低溫有利于吸附溫

8、度升高，吸附速度增加可逆性可逆性可逆，較易解析化學(xué)鍵大時，吸附不可逆多孔型多孔型：活性炭、硅膠、活性炭、硅膠、硅藻土；大網(wǎng)格吸附硅藻土；大網(wǎng)格吸附劑：有機(jī)高分子材料，劑：有機(jī)高分子材料，如聚苯乙烯，聚酯。如聚苯乙烯，聚酯。凝膠型凝膠型：纖維素凝膠，纖維素凝膠，瓊脂糖凝膠，匍聚糖瓊脂糖凝膠，匍聚糖凝膠等。凝膠等。 v（1）較高的）較高的選擇性選擇性以達(dá)到一定的分離要求；以達(dá)到一定的分離要求；v（2）較大的）較大的吸附容量吸附容量以減小用量；以減小用量；v（3）較好的）較好的動力學(xué)及傳遞性質(zhì)動力學(xué)及傳遞性質(zhì)以實現(xiàn)快速吸附；以實現(xiàn)快速吸附；v（4）較高的化學(xué)及熱）較高的化學(xué)及熱穩(wěn)定性穩(wěn)定性，不溶或極

9、難溶于待，不溶或極難溶于待處理流體以保證吸附劑的數(shù)量和性質(zhì)；處理流體以保證吸附劑的數(shù)量和性質(zhì)；v（5）較高的）較高的硬度及機(jī)械強(qiáng)度硬度及機(jī)械強(qiáng)度以減小磨損和侵蝕；以減小磨損和侵蝕；v（6）較好的）較好的流動性流動性以便于裝卸；以便于裝卸；v（7）較高的）較高的抗污染能力抗污染能力以延長使用壽命；以延長使用壽命；v（8）較好的）較好的惰性惰性以避免發(fā)生不期望的化學(xué)反應(yīng)；以避免發(fā)生不期望的化學(xué)反應(yīng)；v（9）易再生易再生；v（10）價格便宜價格便宜。硅藻土硅藻土氧化鋁氧化鋁n活性炭活性炭粒狀碳成品粉狀碳成品活化活化洗滌捏合成型炭化炭化 破碎、造粒原料干燥篩分制造過程示意圖制造過程示意圖活化：把把碳渣

10、造成發(fā)碳渣造成發(fā)達(dá)的達(dá)的多孔結(jié)多孔結(jié)構(gòu)構(gòu) 主要有主要有兩種方法：兩種方法：（1 1）氣體法；）氣體法； （2 2）藥）藥劑法。劑法。 一般來說，吸附量主要受小孔支配，但對于分子量（或一般來說，吸附量主要受小孔支配，但對于分子量（或分子直徑）較大的吸附質(zhì)，小孔幾乎不起作用。分子直徑）較大的吸附質(zhì)，小孔幾乎不起作用。 所以，所以，在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的直徑大小和活性在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的直徑大小和活性炭的孔徑分布來選擇合適的活性炭。炭的孔徑分布來選擇合適的活性炭。1）組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)：由木屑、獸骨、獸血或煤屑等原：由木屑、獸骨、獸血或煤屑等原料高溫（料高溫（800）碳化而成的多孔網(wǎng)狀結(jié)

11、構(gòu)）碳化而成的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（1）活性炭 活性炭是一種多孔含碳物質(zhì)的顆?；蚍勰?，不活性炭是一種多孔含碳物質(zhì)的顆粒或粉末，不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，而且具有高僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，而且具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的吸附能力；活度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的吸附能力；活性炭還具有解吸容易、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。性炭還具有解吸容易、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 活性炭具有活性炭具有非極性的表面非極性的表面，即，即可以吸附非極性可以吸附非極性物質(zhì)物質(zhì)?；钚蕴考瓤捎糜??；钚蕴考瓤捎糜跉庀辔綒庀辔?，又可用于，又可用于液相吸液相吸附附。目前，。目前，活性炭已廣泛地用于制藥化工過程，如活性

12、炭已廣泛地用于制藥化工過程，如各類有機(jī)蒸汽的吸附，溶液的脫色、除臭，藥物的各類有機(jī)蒸汽的吸附，溶液的脫色、除臭，藥物的精制等。精制等。2）種類種類：粉末活性炭、顆粒活性炭、錦綸活性炭粉末活性炭、顆?；钚蕴?、錦綸活性炭 吸附能力為粉末活性炭顆?；钚蕴垮\綸活性炭吸附能力為粉末活性炭顆?；钚蕴垮\綸活性炭 活性炭纖維是用炭素纖維活化而制得的一種纖維狀吸附劑，可做活性炭纖維是用炭素纖維活化而制得的一種纖維狀吸附劑，可做成毛氈狀、紙片狀、布料狀、蜂巢狀等。活性纖維的外表面積比顆成毛氈狀、紙片狀、布料狀、蜂巢狀等?；钚岳w維的外表面積比顆?；钚蕴看?，吸附和解吸速度比顆粒狀活性炭大，且阻力小，容易?；钚蕴看?，吸

13、附和解吸速度比顆粒狀活性炭大，且阻力小，容易使氣體或液體透過，近年來作為活性炭新品種正在推廣應(yīng)用使氣體或液體透過，近年來作為活性炭新品種正在推廣應(yīng)用。 球形炭化樹脂球形炭化樹脂是采用球形大孔吸附樹脂為原料，經(jīng)炭化、高溫裂是采用球形大孔吸附樹脂為原料，經(jīng)炭化、高溫裂解及活化制成的吸附劑。與其他形狀活性炭相比，球形炭化樹脂不解及活化制成的吸附劑。與其他形狀活性炭相比，球形炭化樹脂不易掉屑而污染被處理物系，且可與被處理氣體或液體均勻接觸，氣易掉屑而污染被處理物系，且可與被處理氣體或液體均勻接觸，氣體和液體通過球形吸附劑床層時的阻力小。通過控制聚合條件，改體和液體通過球形吸附劑床層時的阻力小。通過控制

14、聚合條件，改變原料配比等手段可得到不同孔結(jié)構(gòu)和不同性能的炭化樹脂。變原料配比等手段可得到不同孔結(jié)構(gòu)和不同性能的炭化樹脂。 炭分子篩炭分子篩（CMSCMS）較活性炭具有更小的孔徑（較活性炭具有更小的孔徑（2 21010 ）和更窄的）和更窄的孔徑分布孔徑分布，可用于分離更小的氣體分子，如從空氣中分離，可用于分離更小的氣體分子，如從空氣中分離N N2 2。pH6.8 pH6.8 吸附能力較差吸附能力較差活性碳凈水活性碳凈水處處理理v活性碳應(yīng)用于工業(yè)廢水，主要為有機(jī)物、氯氣及微量不純活性碳應(yīng)用于工業(yè)廢水，主要為有機(jī)物、氯氣及微量不純物之去除，其亦常與離子交換樹脂組合以制造超純水。用物之去除，其亦常與離

15、子交換樹脂組合以制造超純水。用于廢水處理，主要是去除一般難處理之有機(jī)化合物、鹵化于廢水處理，主要是去除一般難處理之有機(jī)化合物、鹵化物、酚類、水銀及一些無機(jī)金屬離子，如：物、酚類、水銀及一些無機(jī)金屬離子，如：Sb, As, Bi, Sb, As, Bi, CrCr及及SnSn等?；钚蕴嫉倪x擇依處理的水別及目的其也各不相等?；钚蕴嫉倪x擇依處理的水別及目的其也各不相同同。（1 1） 飲用水水源之凈化，包括水內(nèi)含色、臭、合成洗滌劑飲用水水源之凈化，包括水內(nèi)含色、臭、合成洗滌劑 及農(nóng)藥等之去除及農(nóng)藥等之去除 （2 2） 工業(yè)及產(chǎn)業(yè)用水之處理工業(yè)及產(chǎn)業(yè)用水之處理 （3 3） 家庭廢水之處理及再利用家庭廢水

16、之處理及再利用 （4 4） 工業(yè)及產(chǎn)業(yè)廢水之處理及再利用工業(yè)及產(chǎn)業(yè)廢水之處理及再利用 （5 5） 垃圾滲出水處理垃圾滲出水處理 n是是氫氧化鋁膠體氫氧化鋁膠體經(jīng)加熱脫水后制成的一種多孔大表面吸附劑經(jīng)加熱脫水后制成的一種多孔大表面吸附劑。n通過控制氫氧化鋁晶粒尺寸和堆積配位數(shù)可以控制氧化鋁的孔容、孔徑通過控制氫氧化鋁晶粒尺寸和堆積配位數(shù)可以控制氧化鋁的孔容、孔徑和表面積。和表面積。n由鋁土礦加熱脫水可制成天然活性氧化鋁。氧化鋁按品型可分為由鋁土礦加熱脫水可制成天然活性氧化鋁。氧化鋁按品型可分為、和、和共共8 8種。通常所說的種。通常所說的“活性氧化鋁活性氧化鋁”是指是指-Al-Al2 2O O3

17、 3或是或是、和和氧化鋁的混和物。氧化鋁的混和物。n活性氧化鋁具有相當(dāng)大的比表面積（活性氧化鋁具有相當(dāng)大的比表面積（200200400m400m2 2/g/g），且機(jī)械強(qiáng)度高，），且機(jī)械強(qiáng)度高，物化穩(wěn)定性高，耐高溫，抗腐蝕，但不宜在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下使用。物化穩(wěn)定性高，耐高溫，抗腐蝕，但不宜在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下使用。n活性氧化鋁表面的活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強(qiáng)，活性氧化鋁表面的活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強(qiáng)，對水有很對水有很強(qiáng)的親和作用。強(qiáng)的親和作用。n活性氧化鋁活性氧化鋁廣泛應(yīng)用于脫除氣體中的水，也常用作催化劑和色譜柱填充廣泛應(yīng)用于脫除氣體中的水，也常用作催化劑和色譜柱填充材料材

18、料。（2）活性氧化鋁（）活性氧化鋁（Al2O3nH2O）n硅膠是一種堅硬、多孔的固體顆粒，用硫酸處理硅酸硅膠是一種堅硬、多孔的固體顆粒，用硫酸處理硅酸鈉水玻璃便生成硅膠，其主要成分為鈉水玻璃便生成硅膠，其主要成分為SiO2nH2O。n硅膠是硅膠是SiOSiO2 2微粒的堆積物，因此，通過控制膠團(tuán)的尺寸和堆積微粒的堆積物，因此，通過控制膠團(tuán)的尺寸和堆積 配位數(shù)可以控制硅膠的孔容、孔徑和表面積。配位數(shù)可以控制硅膠的孔容、孔徑和表面積。n硅膠的表面保留著大約硅膠的表面保留著大約5wt5wt的羥基，是硅膠的吸附活性中心。的羥基，是硅膠的吸附活性中心。 在在200200以上羥基會脫去，所以硅膠的活化溫度

19、應(yīng)低于以上羥基會脫去，所以硅膠的活化溫度應(yīng)低于200200n極性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能與硅膠表極性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能與硅膠表 面的羥基生成氫鍵，吸附力很強(qiáng)。面的羥基生成氫鍵，吸附力很強(qiáng)。對極性高的分子如芳香烴對極性高的分子如芳香烴 不飽和烴等的吸附能力次之。對飽和烴、環(huán)烷烴等只有色散不飽和烴等的吸附能力次之。對飽和烴、環(huán)烷烴等只有色散 力的作用，吸附力最弱。力的作用，吸附力最弱。n硅膠常作為干燥劑用于氣體或液體的干燥脫水，也可用于分離硅膠常作為干燥劑用于氣體或液體的干燥脫水，也可用于分離 烷烴與烯烴、烷烴與芳烴，同時硅膠也是常用的色譜柱填充烷烴與烯烴、烷

20、烴與芳烴，同時硅膠也是常用的色譜柱填充 材料。材料。（3）硅膠（）硅膠（SiO2nH2O） 由硅藻類植物死亡后的硅酸鹽遺骸形成的，本質(zhì)是含水由硅藻類植物死亡后的硅酸鹽遺骸形成的，本質(zhì)是含水的無定形的無定形SiOSiO2 2，并含有少量并含有少量FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3及有機(jī)雜質(zhì)，及有機(jī)雜質(zhì)，外觀一般呈淺黃色或淺灰色，外觀一般呈淺黃色或淺灰色，優(yōu)質(zhì)的呈白色，質(zhì)軟，多孔而優(yōu)質(zhì)的呈白色，質(zhì)軟，多孔而輕輕。在在80100 下，將天然白土用濃度為下，將天然白土用濃度為2040%的硫酸的硫酸處理后，即得活性白土。處理后，即得活性白土。 活性白土的化學(xué)組成隨所用粘

21、土原料和活化條件不同而活性白土的化學(xué)組成隨所用粘土原料和活化條件不同而有很大的差異，但一般認(rèn)為其吸附能力與化學(xué)組成無關(guān)。市有很大的差異，但一般認(rèn)為其吸附能力與化學(xué)組成無關(guān)。市售活性白土有粉末狀和顆粒狀兩種規(guī)格。售活性白土有粉末狀和顆粒狀兩種規(guī)格。 硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)使它成為一種良好吸附劑，在食品、硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)使它成為一種良好吸附劑，在食品、化工生產(chǎn)中常用來作化工生產(chǎn)中常用來作助濾劑及脫色劑。助濾劑及脫色劑。（4）硅藻土）硅藻土（5）羥基磷灰石（磷酸鈣）羥基磷灰石（磷酸鈣）v在無機(jī)吸附劑中，磷酸鈣是唯一的適用于生物活性高分子在無機(jī)吸附劑中，磷酸鈣是唯一的適用于生物活性高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸

22、）的分離的吸附劑。物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸）的分離的吸附劑。v羥基磷灰石羥基磷灰石主要適用于蛋白質(zhì)的層析分離主要適用于蛋白質(zhì)的層析分離，也適用于較小，也適用于較小的核酸，如轉(zhuǎn)移的核酸，如轉(zhuǎn)移RNARNA的分離。的分離。v用用0.5mol/L CaCl20.5mol/L CaCl2加加 0.5mol/L0.5mol/L磷酸二鈉鹽，在室溫下反磷酸二鈉鹽，在室溫下反應(yīng)，得到滿意的流速的磷酸鈣。應(yīng)，得到滿意的流速的磷酸鈣。CaHPO4.2H2OCaHPO4.2H2O在在pH 7pH 7以上，以上，慢慢變?yōu)榱u基磷灰石，即慢慢變?yōu)榱u基磷灰石，即Ca5(PO4)3OHCa5(PO4)3OH放出放出H3PO4H3

23、PO4。v吸附性質(zhì)：吸附性質(zhì)：CaCa2+2+與蛋白質(zhì)負(fù)電荷基團(tuán)的靜電吸附作用。與蛋白質(zhì)負(fù)電荷基團(tuán)的靜電吸附作用。00 沸石分子篩沸石分子篩是一種人工合成的高選擇性吸附劑，是一種人工合成的高選擇性吸附劑，其主要成分為其主要成分為SiO2和和Al2O3等組成的等組成的結(jié)晶硅鋁酸鹽結(jié)晶硅鋁酸鹽。 分子篩的晶體中有許多分子篩的晶體中有許多空穴空穴，空穴之間有許多直，空穴之間有許多直徑相同的微孔相連。徑相同的微孔相連。吸附時，比孔徑小的分子，可通過吸附時，比孔徑小的分子，可通過微孔進(jìn)入孔穴，并吸附于孔穴的內(nèi)表面上；而比孔徑大微孔進(jìn)入孔穴，并吸附于孔穴的內(nèi)表面上；而比孔徑大的分子則不能進(jìn)入微孔，從而將分

24、子直徑大小不同的混的分子則不能進(jìn)入微孔，從而將分子直徑大小不同的混合物分離開來，起到篩分分子的目的，故稱為分子篩合物分離開來，起到篩分分子的目的，故稱為分子篩。 分子篩具有按分子大小選擇吸附的優(yōu)點，因而在制分子篩具有按分子大小選擇吸附的優(yōu)點，因而在制藥化工生產(chǎn)中常用它來分離混合物藥化工生產(chǎn)中常用它來分離混合物。 目前所使用的分子篩品種達(dá)目前所使用的分子篩品種達(dá)100多種多種,工業(yè)上最常用的分工業(yè)上最常用的分子篩有子篩有A型、型、X型、型、Y型、型、L型、絲光沸石和型、絲光沸石和ZSM系列沸石。系列沸石?？讖綖榭讖綖?.31.0nm，比表面積為，比表面積為6001000m2/g。 分子篩的特性是

25、優(yōu)先吸附不飽和分子、極性分子以及分子篩的特性是優(yōu)先吸附不飽和分子、極性分子以及易極化分子易極化分子;對極性分子如對極性分子如H2O、CO2、H2S和其他類似物質(zhì)和其他類似物質(zhì)有很強(qiáng)的親和力有很強(qiáng)的親和力,而與有機(jī)物的親和力較弱。而與有機(jī)物的親和力較弱。在吸附質(zhì)濃度在吸附質(zhì)濃度很低或濕度較高的情況下仍具有很強(qiáng)的吸附能力。很低或濕度較高的情況下仍具有很強(qiáng)的吸附能力。 廣泛應(yīng)用于氣體和液體的干燥、脫水、凈化、分離和廣泛應(yīng)用于氣體和液體的干燥、脫水、凈化、分離和回收等?；厥盏?。 （a a）A A 型型 （b b）X X 型型兩種常用分子篩的結(jié)構(gòu)兩種常用分子篩的結(jié)構(gòu)指的是一類指的是一類高分子聚合物高分子

26、聚合物。常用的有。常用的有聚苯乙烯樹脂和聚丙聚苯乙烯樹脂和聚丙烯酸酯樹脂等烯酸酯樹脂等。吸附樹脂品種很多，。吸附樹脂品種很多，單體的變化和單體上單體的變化和單體上官能團(tuán)的變化可賦予樹脂以各種特殊的性能官能團(tuán)的變化可賦予樹脂以各種特殊的性能。吸附樹脂可。吸附樹脂可分為非極性、中極性、極性及強(qiáng)極性四類。分為非極性、中極性、極性及強(qiáng)極性四類。（7）吸附樹脂）吸附樹脂1)1)組成結(jié)構(gòu)：有機(jī)高分子聚合物的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)：有機(jī)高分子聚合物的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)2)2)特點：選擇性好；解吸容易；機(jī)械強(qiáng)度好；流體阻力較特點：選擇性好；解吸容易；機(jī)械強(qiáng)度好；流體阻力較??；價格高??；價格高3 3）類型：非極性吸附劑

27、）類型：非極性吸附劑芳香族（苯乙烯等）芳香族（苯乙烯等） 中等極性吸附劑中等極性吸附劑脂肪族（甲基丙烯酸酯等）脂肪族（甲基丙烯酸酯等）極性吸附劑極性吸附劑含硫氧、酰氨、氮氧等基團(tuán)含硫氧、酰氨、氮氧等基團(tuán)樹樹 脂脂 的的 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 骨骨 架架 在以吸附樹脂為吸附劑的分離過程中，樹脂骨架與吸在以吸附樹脂為吸附劑的分離過程中，樹脂骨架與吸附質(zhì)的分子之間附質(zhì)的分子之間并未發(fā)生離子交換并未發(fā)生離子交換，而是產(chǎn)生了吸附作用而是產(chǎn)生了吸附作用。此時吸附樹脂的性質(zhì)與活性炭、硅膠等吸附劑的性質(zhì)相似。此時吸附樹脂的性質(zhì)與活性炭、硅膠等吸附劑的性質(zhì)相似。吸附樹脂的比表面積可達(dá)吸附樹脂的比表面積可達(dá)31055105

28、m2/kg，且有良好，且有良好的的選擇性和機(jī)械強(qiáng)度，解吸也較為容易，并可反復(fù)使用選擇性和機(jī)械強(qiáng)度，解吸也較為容易，并可反復(fù)使用。 （1 1） 非極性吸附劑從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)非極性吸附劑從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)（2 2） 高極性吸附劑從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)高極性吸附劑從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)（3 3） 中等極性吸附劑對兩種情況均有吸附能力中等極性吸附劑對兩種情況均有吸附能力（4 4） 水溶液中，同族化合物分子量大，極性弱易吸水溶液中，同族化合物分子量大，極性弱易吸附附（5 5） 無機(jī)鹽促進(jìn)吸附無機(jī)鹽促進(jìn)吸附大孔吸附樹脂吸附規(guī)律大孔吸附樹脂吸附規(guī)律大孔吸附樹脂解吸規(guī)律大孔吸附樹脂解

29、吸規(guī)律（1) 1) 水溶液用低級醇，酮或其水溶液解吸（水溶液用低級醇，酮或其水溶液解吸（a a 溶脹聚溶脹聚合物，合物，b b 溶解吸附物，減弱溶質(zhì)與吸附劑間作用力）溶解吸附物，減弱溶質(zhì)與吸附劑間作用力）（2 2）弱酸性物質(zhì)用堿解吸（成鹽）弱酸性物質(zhì)用堿解吸（成鹽）（3 3）弱堿性物用酸解吸（成鹽）弱堿性物用酸解吸（成鹽）（4 4）高鹽吸附時用水解吸（降低離子強(qiáng)度，降低吸附）高鹽吸附時用水解吸（降低離子強(qiáng)度，降低吸附量）量）（5 5）易揮發(fā)溶質(zhì)用熱水或蒸汽解吸）易揮發(fā)溶質(zhì)用熱水或蒸汽解吸大孔吸附樹脂的應(yīng)用大孔吸附樹脂的應(yīng)用v抗生素分離純化抗生素分離純化（再生容易、產(chǎn)品灰分少）（再生容易、產(chǎn)品灰

30、分少） 內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、氨基糖貳類、肽類、內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、氨基糖貳類、肽類、博萊霉素類、含氮雜環(huán)類及其他新抗生素博萊霉素類、含氮雜環(huán)類及其他新抗生素v維生素的提取純化維生素的提取純化 VBVB1212，VBVB2 2，VC VC v天然產(chǎn)物的分離天然產(chǎn)物的分離 生物堿，黃酮，多糖，苷類生物堿，黃酮，多糖，苷類 v生化藥物生化藥物 酶、氨基酸、蛋白質(zhì)、肽，甾體酶、氨基酸、蛋白質(zhì)、肽，甾體 大孔吸附樹脂廣泛應(yīng)用于制藥及大孔吸附樹脂廣泛應(yīng)用于制藥及天然植物中活性成分如皂甙、黃天然植物中活性成分如皂甙、黃酮、內(nèi)脂、生物堿等大分子化合酮、內(nèi)脂、生物堿等大分子化合物的提取分離。物的提取分離。對

31、人參皂甙、三對人參皂甙、三七皂甙、絞股蘭皂甙、薯蕷皂甙七皂甙、絞股蘭皂甙、薯蕷皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、銀杏黃、甜菊皂甙、甘草甜素、銀杏黃酮內(nèi)脂，山楂黃酮、黃芪皂甙、酮內(nèi)脂，山楂黃酮、黃芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黃酮、大豆異黃橙皮甙、淫羊藿黃酮、大豆異黃酮、茶多酚、洋地黃強(qiáng)心甙、麻酮、茶多酚、洋地黃強(qiáng)心甙、麻黃精粉、柚甙、毛冬青黃酮甙、黃精粉、柚甙、毛冬青黃酮甙、紅豆杉生物堿、多種天然色素、紅豆杉生物堿、多種天然色素、中藥復(fù)方藥物提取等以及生物化中藥復(fù)方藥物提取等以及生物化學(xué)制品的凈化、分離、回收都有學(xué)制品的凈化、分離、回收都有良好的效果。良好的效果。并在抗生素、維生并在抗生素、維生素、氨基酸、蛋

32、白質(zhì)提純、生化素、氨基酸、蛋白質(zhì)提純、生化制藥方面有很廣泛的應(yīng)用制藥方面有很廣泛的應(yīng)用。 下圖比較了幾種吸附劑的脫水性能。下圖比較了幾種吸附劑的脫水性能。活性氧化鋁的活性氧化鋁的吸附容量在水蒸氣分壓高的范圍內(nèi)是較高的吸附容量在水蒸氣分壓高的范圍內(nèi)是較高的,而沸石分子而沸石分子篩在低水蒸氣分壓下具有較高的吸附容量。如果要求水篩在低水蒸氣分壓下具有較高的吸附容量。如果要求水蒸氣的脫除程度高蒸氣的脫除程度高,應(yīng)選擇分子篩吸附劑應(yīng)選擇分子篩吸附劑,而如果吸附容量而如果吸附容量更重要些更重要些,則選擇活性氧化鋁吸附劑。則選擇活性氧化鋁吸附劑。也可以采用混合吸也可以采用混合吸附劑或兩種吸附劑串聯(lián)操作附劑或

33、兩種吸附劑串聯(lián)操作,例如首先用氧化鋁進(jìn)行原料例如首先用氧化鋁進(jìn)行原料中大部分水的脫除中大部分水的脫除,之后用分子篩進(jìn)行深度干燥。之后用分子篩進(jìn)行深度干燥。 活化條件活化條件 分子篩分子篩:350,1.3Pa 活性氧化鋁活性氧化鋁:350,1.3Pa 硅膠硅膠:175,1.3Pa（）（）孔徑孔徑v適當(dāng)?shù)目讖接欣谌苜|(zhì)在孔隙中的擴(kuò)散，提高吸適當(dāng)?shù)目讖接欣谌苜|(zhì)在孔隙中的擴(kuò)散，提高吸附容量和吸附操作速度附容量和吸附操作速度（）（）比表面積比表面積：每克吸附劑所具有的表面積：每克吸附劑所具有的表面積v孔徑越大，比表面積越小?？讖皆酱?，比表面積越小。v比表面積越大，吸附量越大，反之，越小。比表面積越大，

34、吸附量越大，反之，越小。v增加比表面積的方法：增加比表面積的方法：a.a.粉碎成小顆粒粉碎成小顆粒 b.b.吸附吸附劑的活化劑的活化 吸附劑性能的評價吸附劑性能的評價影響吸附過程的因素影響吸附過程的因素v（1 1）吸附劑的特性吸附劑的特性（比表面積、粒度、極性大小、活化條（比表面積、粒度、極性大小、活化條件）件）v（2 2）吸附物的性質(zhì)吸附物的性質(zhì)（極性大小、分子量）（極性大小、分子量）v（3 3）吸附的條件吸附的條件 pHpH（對蛋白等兩性物質(zhì)在（對蛋白等兩性物質(zhì)在PIPI附近吸附量最大）附近吸附量最大） 溫度（對蛋白分子，一般認(rèn)為溫度（對蛋白分子，一般認(rèn)為TT吸附量吸附量，考慮到穩(wěn)定，考慮

35、到穩(wěn)定性性, ,通常在通常在0or0or室溫操作）室溫操作） 鹽濃度鹽濃度（影響復(fù)雜，阻止（影響復(fù)雜，阻止oror促進(jìn)吸附）促進(jìn)吸附）v（4 4）吸附物濃度與吸附劑用量吸附物濃度與吸附劑用量（吸附物濃度（吸附物濃度，吸附量，吸附量，吸附法純化蛋白時，要求濃度吸附法純化蛋白時，要求濃度1%,(吸附劑最小吸附劑最小流化速率流化速率) )流入時，吸附流入時，吸附劑床層膨脹，調(diào)節(jié)器上劑床層膨脹，調(diào)節(jié)器上升。升。v膨脹床柱膨脹床柱: :膨脹床吸附操作和應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用: :利用利用STREAMLINE DEAE STREAMLINE DEAE 為吸附劑為吸附劑, ,從酵母細(xì)胞從酵母細(xì)胞勻漿液純化葡萄糖勻漿液

36、純化葡萄糖-6-6-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶 1.1.穿透曲線穿透曲線（1 1）吸附帶：指正在發(fā)生吸附作用的那段填充層，在吸附帶）吸附帶：指正在發(fā)生吸附作用的那段填充層，在吸附帶 下部的填充層幾乎沒有發(fā)生吸附作用，而在吸附帶上部下部的填充層幾乎沒有發(fā)生吸附作用，而在吸附帶上部 的填充層已達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起吸附作用。的填充層已達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起吸附作用。（2 2）穿透曲線：以吸附時間或吸附柱出水總體積為橫坐標(biāo)，）穿透曲線：以吸附時間或吸附柱出水總體積為橫坐標(biāo)， 以出水吸附質(zhì)濃度為縱坐標(biāo)所繪制出的曲線。以出水吸附質(zhì)濃度為縱坐標(biāo)所繪制出的曲線。（3 3）穿透點：當(dāng)出水吸附質(zhì)濃度）穿透點：當(dāng)出水吸附質(zhì)

37、濃度C Ca a為為(0.05-0.10)C(0.05-0.10)Co o時所對時所對 應(yīng)的出水總體積或吸附時間的穿透曲線上的那一點。應(yīng)的出水總體積或吸附時間的穿透曲線上的那一點。（4 4）吸附終點：出水濃度）吸附終點：出水濃度C Cb b為為(0.90-0.95)C(0.90-0.95)Co o時所對應(yīng)的出時所對應(yīng)的出 水總體積的穿透曲線上的那一點叫吸附終點。水總體積的穿透曲線上的那一點叫吸附終點。（5 5）吸附帶長度）吸附帶長度：從：從t ta a到到t tb b的的t t時間內(nèi)，吸附帶所移動時間內(nèi)，吸附帶所移動 的距離。的距離。 當(dāng)廢水連續(xù)通過吸附劑層時，運行初期出水中溶當(dāng)廢水連續(xù)通過吸

38、附劑層時，運行初期出水中溶質(zhì)幾乎為零。隨著時間的推移，上層吸附劑達(dá)到飽和，質(zhì)幾乎為零。隨著時間的推移，上層吸附劑達(dá)到飽和，床層中發(fā)揮吸附作用的區(qū)域向下移動。吸附區(qū)前面的床層中發(fā)揮吸附作用的區(qū)域向下移動。吸附區(qū)前面的床層尚未起作用。出水中溶質(zhì)濃度仍然很低。當(dāng)吸附床層尚未起作用。出水中溶質(zhì)濃度仍然很低。當(dāng)吸附區(qū)前沿下移至吸附劑層底端時，出水濃度區(qū)前沿下移至吸附劑層底端時，出水濃度 開始超過規(guī)定值。以后出開始超過規(guī)定值。以后出 水濃度迅速增加，當(dāng)吸附水濃度迅速增加，當(dāng)吸附 區(qū)后端面下移到床層底端區(qū)后端面下移到床層底端 時，整個床層接近飽和，時，整個床層接近飽和， 以水濃度接近進(jìn)水濃度。以水濃度接近進(jìn)水濃度。 吸附分