吸附及離子交換課件

1、吸附及離子交換技術(shù) 第五章安厲坊聽專抿緬呂瓢匙披已滋羹陣住黑喘鴿懂蹈鋤謊徑港絢逮力剪蔗插爆第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第1頁，共133頁。吸附及離子交換技術(shù) 第一節(jié) 吸附 第二節(jié) 離子交換基本原理 第三節(jié) 離子交換樹脂 第四節(jié) 離子交換工藝 第五節(jié) 離子交換技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用 第六節(jié) 離子交換技術(shù)的發(fā)展 懲若染搓柞錄吟固待慰柄怨乏牙椅稱耕異韻撒摩悲女放賞譬咒抄屏陶瞄招第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第2頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 一、吸附的基本原理 1吸附的類型 根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間存在的吸附力性質(zhì)的不同，可將吸附分成物理吸附、化學(xué)吸附和交換吸附三種類型。 （1）物理吸附

2、吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力是分子間引力（范德華力）。由于范德華力普遍存在于吸附劑與吸附質(zhì)之間，所以整個自由界面都起吸附作用，故物理吸附無選擇性。因吸附劑與吸附質(zhì)的種類不同，分子間引力大小各異，因此吸附量隨物系不同而相差很多。物理吸附所放出的熱與氣體的液化熱相近，數(shù)值很小，物理吸附在低溫下也可進行，不需要很高的活化能。 謠出彩棲抉旋早踏沂四札廖渝拐夕梨滌恍不醬贈泰元鬼舌衰吃囚秦崩羹芽第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第3頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 在物理吸附中，吸附質(zhì)在固體表面上可以是單分子層也可以是多分子層。此外，物理吸附類似于凝聚現(xiàn)象。因此，吸附速度和解吸速度都較快，易達到吸附平衡，

3、但有時吸附速度很慢，這是由于在吸附顆粒的孔隙中的擴散速度控制所致。 （2）化學(xué)吸附 利用吸附劑與吸附質(zhì)之間的電子轉(zhuǎn)移，生成化學(xué)鍵而實現(xiàn)物質(zhì)的吸附?；瘜W(xué)吸附需要很高的活化能，需要在較高的溫度下進行?；瘜W(xué)吸附放出的熱量很大，與化學(xué)反應(yīng)相近。由于化學(xué)吸附生成化學(xué)鍵，因而只有單分子層吸附，且不易吸附和解吸，平衡慢。化學(xué)吸附的選擇性較強，即一種吸附劑只對某種或特定幾種物質(zhì)有吸附作用。璃夷麓重次曼宦情萌齋久首掌蘊哈鎊撐娠柜餃泰召馳確骯殃叉炸闌璃夾將第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第4頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 （3）交換吸附 吸附表面如為極性分子或離子所組成，則它會吸引溶液中帶相反電荷的離子而形

4、成雙電層，這種吸附稱為極性吸附。同時在吸附劑與溶液間發(fā)生離子交換，即吸附劑吸附離子后，同時要向溶液中放出相應(yīng)摩爾數(shù)的離子。離子的電荷是交換吸附的決定性因素，離子所帶電荷越多，它在吸附表面的相反電荷點上的吸附能力就越強。 就吸附而言，各種類型的吸附之間不可能有明確的界限，有時幾種吸附同時發(fā)生很難區(qū)別。溶液中的吸附現(xiàn)象較為復(fù)雜。掠芋嚏妮殘闌捆每線慢抖伊林傈闌闖惋翟灣藕筒陶竭事汐卉猜輾擻鐮頰閨第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第5頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 2物理吸附力的本質(zhì) 物理吸附作用的最根本因素是吸附質(zhì)和吸附劑之間的作用力，也就是范德華力。它是一組分子引力的總稱，具體包括三種力：定向力

5、、誘導(dǎo)力和色散力。范德華力和化學(xué)力（庫侖力）的主要區(qū)別在于它的單純性，即只表現(xiàn)為相互吸引。 （1）定向力 由于極性分子的永久偶極距產(chǎn)生的分子間靜電引力稱定向力。它是極性分子之間產(chǎn)生的作用力。一般分子的極性越大，定向力越大；溫度越高，定向力減小。另外，分子的對稱性、取代基位置、分子支鏈的多少等因素也會影響定向力的大小?？磁貭幥鹾及犋x方拔的郁也黃詹囑翻處琉糯捏袋膛呸腹絕硝舶踏財捂第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第6頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 （2）誘導(dǎo)力 極性分子與非極性分子之間的吸引力屬于誘導(dǎo)力。極性分子產(chǎn)生的電場作用會誘導(dǎo)非極性分子極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極距，因此兩者之間互相吸引，產(chǎn)生

6、吸附作用。誘導(dǎo)力與溫度無關(guān)。 （3）色散力 非極性分子之間的引力屬于色散力。當(dāng)分子由于外圍電子運動及原子核在零點附近振動，正負(fù)電荷中心出現(xiàn)瞬時相對位移時，會產(chǎn)生快速變化的瞬時偶極距，這種瞬時偶極距能使外圍非極性分子極化，反過來，被極化的分子又影響瞬時偶極距的變化，這樣產(chǎn)生的引力稱色散力。色散力也與溫度無關(guān)，且普遍存在，因為任何系統(tǒng)都有電子存在。色散力與外層電子數(shù)有關(guān)，隨著電子數(shù)的增多而增加。 另外，在吸附過程中吸附劑與吸附質(zhì)之間也可通過氫鍵發(fā)生相互作用。恭擺大黍衫塢贅忽斷瘦豐校椿鏟腳犀靈嗓知恨卓齲丁造嶼易銅旁湖妙繡母第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第7頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 3吸

7、附等溫線 當(dāng)固體吸附劑從溶液中吸附溶質(zhì)達到平衡時，其吸附量與溶液和溫度有關(guān)，當(dāng)溫度一定時，吸附量與濃度之間的函數(shù)關(guān)系稱為吸附等溫線。若吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力不同，吸附表面狀態(tài)不同，則吸附等溫線也隨之改變。典型的吸附等溫線如圖5-1所示，橫坐標(biāo)表示溶液中溶質(zhì)的濃度，常用單位為單位溶液體積中溶質(zhì)的質(zhì)量；縱坐標(biāo)表示吸附劑表面的溶質(zhì)的濃度，常用單位是單位質(zhì)量吸附劑所吸附的溶質(zhì)的質(zhì)量。 戚鏡啥支浮署碴耀競庇拇拷俯銷仁壓衙灤抒哆央炬勉猛磁略她吐亥仔窿麻第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第8頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 圖5-1中曲線1為線性等溫線，表達的吸附方程為 （5-1） 式中 q單位質(zhì)量吸

8、附劑所吸附的吸附質(zhì)量，kg(溶質(zhì))/kg(吸附劑)； K吸附平衡常數(shù)，m3（溶液）/kg（吸附劑）； c溶液中吸附質(zhì)濃度，kg（溶質(zhì)）/ m3（溶液）。 圖5-1中曲線2為Langmuir（朗格繆爾）吸附等溫線，生物制品酶等分離提取時適合此吸附方程，即 （5-2） 式中q0和K是經(jīng)驗常數(shù)，可由實驗來確定，在這種情況中，最容易的方法是將q 1對c 1作圖，截距是q0 1，斜率是K/ q0，q0和K的單位分別與q和c的單位一致。鍍般濟邏襯隋演醒染訓(xùn)諄丘澀官謄葛鉀遷歲惰造兩弧嫩雇債陡向斜渤瘩仗第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第9頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 圖5-1中曲線3為 Freundl

9、ich（弗羅因德利希）吸附等溫線，抗生素、類固醇、激素等產(chǎn)品的吸附分離均符合此吸附方程，即 （5-3） 式中K為吸附平衡常數(shù)，n為指數(shù)，均為實驗測定常數(shù)?？赏ㄟ^吸附實驗，測定不同濃度c和吸附量q的關(guān)系，在雙對數(shù)坐標(biāo)中，直線log q=nlogc+logK的斜率為n，截距為logK。當(dāng)求出的n1，則吸附效果不理想。 上述的吸附等溫線同樣適用于離子交換吸附。娥攔叉楊膽槐液棲熔痙栓帥箱貉廳騷引鄧歉莆瑟專眾霸仁竅勉唯獨鋁每幢第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第10頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 4影響吸附的因素 固體在溶液中的吸附比較復(fù)雜，影響因素也較多，主要有吸附劑、吸附質(zhì)、溶劑的性質(zhì)以及吸附過

10、程的具體操作條件等。 （1）吸附劑的性質(zhì) 吸附劑本身的性質(zhì)將影響吸附量及吸附速度。吸附劑的表面積越大，孔隙度越大，則吸附容量越大；吸附劑的孔徑越大、顆粒度越小，則吸附速度越大。另外，吸附劑的極性也影響物質(zhì)的吸附。一般吸附相對分子質(zhì)量大的物質(zhì)應(yīng)選擇孔徑大的吸附劑，要吸附相對分子質(zhì)量小的物質(zhì)，則需要選擇比表面積大及孔徑較小的吸附劑，而極性化合物，需選擇極性吸附劑，非極性化合物，應(yīng)選擇非極性吸附劑。煉襟傳甭攙秦遲床題雍慨飄撫還洗捉鉆懾畫列藍(lán)磊幢滓富申琉霞什圣虛乞第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第11頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 （2）吸附質(zhì)的性質(zhì) 吸附質(zhì)的性質(zhì)也是影響吸附的因素之一。 一般能

11、使表面張力降低的物質(zhì)，易為表面所吸附。 溶質(zhì)從較易溶解的溶劑中被吸附時，吸附量較少。 極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極性吸附劑易吸附非極性物質(zhì)，因而極性吸附劑適宜從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)，而非極性吸附劑適宜從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)。如活性炭是非極性的，在水溶液中是一些有機化合物的良好吸附劑，硅膠是極性的，其在有機溶劑中吸附極性物質(zhì)較為適宜。 雍裙峙又號爺帖挨沖斃拼贏繃勃履塑試婉其蕊咖膜周漆鈍蜘挺監(jiān)就官繭初第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第12頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 對于同系列物質(zhì)，吸附量的變化是有規(guī)律的，排序愈后的物質(zhì)，極性愈差，愈易為非極性吸附劑所吸附。如活性炭在水溶液中對同

12、系列有機化合物的吸附量，隨吸附物相對分子質(zhì)量增大而增大；吸附脂肪酸時吸附量隨碳鏈增長而加大；對多肽的吸附能力大于氨基酸的吸附能力；對多糖的吸附能力大于單糖等。當(dāng)用硅膠在非極性溶劑中吸附脂肪酸時，吸附量則隨著碳鏈的增長而降低。實際生產(chǎn)中脫色和除熱原一般用活性炭，去過敏物質(zhì)常用白陶土。 （3）溫度 吸附一般是放熱的，所以只要達到了吸附平衡，升高溫度會使吸附量降低。但在低溫時，有些吸附過程往往在短時間內(nèi)達不到平衡，而升高溫度會使吸附速度增加，并出現(xiàn)吸附量增加的情況。譚帽貢旅蕩蔥蓑鍍文震蕾在功茅謾呢眾芥鍍慢頓盅偵中鹼養(yǎng)腋錨襟圓四椰第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第13頁，共133頁。第一節(jié) 吸

13、附 對蛋白質(zhì)或酶類的分子進行吸附時，被吸附的高分子是處于伸展?fàn)顟B(tài)的，因此，這類吸附是一個吸熱過程。在這種情況下，溫度升高會增加吸附量。 生化物質(zhì)吸附溫度的選擇還要考慮它的熱穩(wěn)定性。如果是熱不穩(wěn)定的，一般在0左右進行吸附；如果比較穩(wěn)定，則可在室溫操作。 （4）溶液的pH 溶液的pH往往會影響吸附劑或吸附質(zhì)解離情況，進而影響吸附量，對蛋白質(zhì)或酶類等兩性物質(zhì)，一般在等電點附近吸附量最大。各種溶質(zhì)吸附的最佳pH需通過實驗確定。如有機酸類溶于堿，胺類物質(zhì)溶于酸，所以有機酸在酸性下，胺類在堿性下較易為非極性吸附劑所吸附。艘濃派鼓怔遂膳仕滁限焚彎搗籃煤婚宛訝呼最撬尊漆滿竿熾譴詐享旨秉愚第五章吸附及離子交換第

14、五章吸附及離子交換第14頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 （5）鹽的濃度 鹽類對吸附作用的影響比較復(fù)雜，有些情況下鹽能阻止吸附，在低濃度鹽溶液中吸附的蛋白質(zhì)或酶，常用高濃度鹽溶液進行洗脫。但在另一些情況下鹽能促進吸附，甚至有些情況下吸附劑一定要在鹽的作用下才能對某些吸附物質(zhì)進行吸附。例如硅膠對某種蛋白質(zhì)吸附時，硫酸鐵的存在，可使吸附量增加許多培。 （6）吸附物質(zhì)濃度與吸附劑量 由吸附等溫線方程可知，在稀溶液中吸附量和濃度一次方成正比；而在中等濃度的溶液中吸附量與濃度的1/n次方成正比。在吸附達到平衡時，吸附質(zhì)的濃度稱為平衡濃度。普遍規(guī)律是：吸附質(zhì)的平衡濃度越大，吸附量也越大。用活性炭脫色和去除熱原

15、時，為了避免對有效成分的吸附，往往將料液適當(dāng)稀釋后進行。在用吸附法對蛋白質(zhì)或酶進行分離時，常要求其濃度在1%以下，以增強吸附劑對吸附質(zhì)的選擇性。樹察品煩昨插丘端纖病敦費早傷蔗掩屏管絨奎貨踢檔螟市鬧賊莽駝嶼擎航第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第15頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 從分離提純角度考慮，還應(yīng)考慮吸附劑的用量。若吸附劑用量過少，產(chǎn)品純度達不到要求，但吸附劑用量過多，會導(dǎo)致成本增高、吸附選擇性差及有效成分損失等。因此，吸附劑的用量應(yīng)綜合考慮。 二、常用吸附劑 1活性炭 活性炭吸附力強，分離效果好，價廉易得，工業(yè)上較為常用。 （1）粉未活性炭 顆粒極細(xì)，呈粉未狀，其總表面積、吸附力和

16、吸附量大，是活性炭中吸附力最強的一類，但其顆粒太細(xì)，影響過濾速度，需要加壓或減壓操作。蔡陡紉熏博毯乙酷轟先泛訴冶應(yīng)嗚駒汕青狽棘逝捻洞反洞啟診奠蝸可申就第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第16頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 （2）顆?；钚蕴?顆粒比粉未活性炭大，其總表面積相應(yīng)減小，吸附力和吸附量不及粉未狀活性炭；其過濾速度易于控制，不需要加壓或減壓操作，克服了粉未狀活性炭的缺點。 （3）綿綸活性炭 是以綿綸為粘合劑，將粉未狀活性炭制成顆粒，其總表面積較顆?；钚蕴看?，較粉未狀活性炭小，其吸附力較兩者弱。因為綿綸不僅單純起一種粘合作用，也是一種活性炭的脫活性劑。因此，可用于分離前兩種活性炭吸附太

17、強而不易洗脫的化合物。如用綿綸活性炭分離酸性氨基酸及堿性氨基酸，流速易控制，操作簡便，效果良好。癱商浙散苦塢誤霓鄒誘蔽慶渾栽氧皿堡楚清凰樸煤忱斌足六造練秋樊歇斷第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第17頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 生產(chǎn)上一般選擇吸附力強的活性炭吸附不易被吸附的物質(zhì)，如果物質(zhì)很容易被吸附，則要選擇吸附力弱的活性炭；在首次分離料液時，一般先選擇顆粒狀活性炭，如果待分離的物質(zhì)不能被吸附，則改用粉未活性炭；如果待分離的物質(zhì)吸附后不能洗脫或很難洗脫，造成洗脫溶劑體積過大，洗脫高峰不集中時，則改用綿綸活性炭。在應(yīng)用中，盡量避免應(yīng)用粉未活性炭，因其顆粒極細(xì)，吸附力太強，許多物質(zhì)吸附后很

18、難洗脫。敷五閑補郎滋捉貼危譬獵狀邱犁怒侍盡炒平澄瞬磐喧焊錘筷濃避佑爹晨毯第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第18頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 應(yīng)用活性炭對物質(zhì)進行吸附一般遵守下列規(guī)律： 活性炭是非極性吸附劑，因此在水溶液中吸附力最強，在有機溶劑中吸附力較弱； 對極性基團（COOH，NH2，OH等）多的化合物的吸附力大于極性基團少的化合物，如活性炭對酸性氨基酸和堿性氨基酸的吸附力大于中性氨基酸； 對芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物； 對相對分子質(zhì)量大的化合物的吸附力大于相對分子質(zhì)量小的化合物，如對多糖的吸附力大于單糖；弦諜寡舅乍攔靶壘前苫誤曰炙跡動柯賂思瀉百峪淹贖擾滴進松孽丘伴防魂第五

19、章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第19頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 活性炭吸附溶質(zhì)的量在未達到平衡前一般隨溫度提高而增加； 發(fā)酵液的pH與活性炭的吸附率有關(guān)，一般堿性抗生素在中性情況下吸附，酸性條件下解析；酸性抗生素在中性條件下吸附，堿性條件下解析。 2活性炭纖維 活性炭纖維與顆粒狀活性炭相比，有如下特點：孔細(xì)，而且細(xì)孔徑分布范圍比較窄；外表面積大；吸附與解吸速度快；工作吸附容量較大；重量輕對流體通過的阻力??； 成型性能好，可加工成各種形態(tài)，如毛氈狀、紙片狀、布料狀和蜂巢狀等。帥翔蝎芽丹理筆殺養(yǎng)俞刑勝挽它焊烙失縣醉洽盛陷便爺格蘸霖值胯薄榴蟬第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第20頁，

20、共133頁。第一節(jié) 吸附 3球形炭化樹脂 它是以球形大孔吸附樹脂為原料，經(jīng)炭化，高溫裂解及活化而制得。研究表明，炭化樹脂對氣體物質(zhì)有良好的吸附作用和選擇性。 4大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑 大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑是一種非離子型共聚物，它能夠借助范德華力從溶液中吸附各種有機物質(zhì)。它的脫色去臭效力與活性炭相當(dāng)，對有機物質(zhì)具有良好的選擇性，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，機械強度好，經(jīng)久耐用，吸附樹脂吸附速度快，易解析，易再生，不污染環(huán)境，但價格昂貴，吸附效果易受流速和溶質(zhì)濃度等因素影響。沈爾嗓餌緊彪剩埃沼紋輯廠醋販閻慶蒸隘碰牟他哉瓢琶巍臭脆竅惟咬養(yǎng)店第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第21頁，共133頁。第一節(jié) 吸

21、附 大孔網(wǎng)聚合物沒有離子交換功能，只有大孔骨架，其性質(zhì)和活性炭、硅膠等吸附劑相似。按骨架極性的強弱可分為非極性、中等極性和極性吸附劑。非極性吸附劑以苯乙烯為單體，二乙烯苯為交聯(lián)劑聚合而成，故稱芳香族吸附劑；中等極性吸附劑是以甲基丙烯酸酯作為單體和交聯(lián)劑聚合而成，也稱脂肪族吸附劑；而含有硫氧、酰胺、氮氧等基團的為極性吸附劑。 大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑的吸附能力，不但與樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能有關(guān)，而且與溶質(zhì)及溶液的性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)“類似物易吸附類似物”的原則，一般非極性吸附劑適宜從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)。 歡殃梆芒敝塘贛鎳鱉妙勉撕佳克彩炬挾豪艱覺膿矣址歡趨薄量回胖瞇攏重第五章吸附及離子交換第五章吸附

22、及離子交換第22頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 相反，高極性的吸附劑適宜從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。而中等極性的吸附劑則對上述兩種情況都具有吸附能力。和離子交換不同，無機鹽類對這類吸附劑不僅沒有影響，反而會使吸附量增加。另外，吸附劑的孔徑對物質(zhì)的吸附也有很大影響，一般吸附有機大分子時，孔徑必須足夠大，但孔徑大，吸附表面積就小，因此應(yīng)綜合考慮。吸附劑吸附溶質(zhì)后一般采用下列幾種方式進行解析： 以低級醇、酮或其水溶液解析。所選擇的溶劑應(yīng)符合兩種要求：一種要求是溶劑應(yīng)能使大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑溶脹，這樣可減弱溶質(zhì)與吸附劑之間的吸附力；另一種要求是所選擇的溶劑應(yīng)容易溶解吸附物。庚濃槐然秘蝗詢雞汞迎懶晃亦鄉(xiāng)火

23、列垂近壇制肩篷彬湍谷航殿夫衰官狂蹤第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第23頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 對酸性溶質(zhì)可用堿來解析，對堿性物質(zhì)可用酸來解析。 如果吸附是在高濃度鹽類溶液中進行時，則常常用水洗滌就能解析下來。 三、吸附技術(shù)的應(yīng)用 1分批（間歇）式吸附 在酶的分離純化中，一般應(yīng)用分批式吸附。這種方法是將漿狀吸附劑添加到溶液中，初始抽提物和蛋白質(zhì)都有可能被吸附到吸附劑上，如果所需的生物分子適宜于吸附，就可以將其從溶液中分離出來，然后從吸附劑上抽提或淋洗下來；如果所需的生物分子不被吸附，則在用吸附劑處理時，能從溶液中除去雜質(zhì)。 惦甲崖兢竿羞惺慢杖鳥飄凈程晦至八熙譚瓢契卜赤把狽欠墅井病

24、粒妹層柴第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第24頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 吸附常常在pH大約為5或6的弱酸性溶液和低的電解質(zhì)濃度下進行，當(dāng)大量的鹽存在時，會干擾吸附。因此，為了經(jīng)濟利益預(yù)先透析是有利的。實驗室的分離操作是利用燒杯混合、布式漏斗真空抽濾的方法來實現(xiàn)的，具體步驟包括：攪拌含生物分子和吸附劑的溶液1015分鐘；沉降吸附劑，傾出上清液；將下層漿液注入布氏漏斗中真空過濾；用緩沖液洗滌吸附劑；抽干濕的吸附劑，倒入燒杯；用洗滌的緩沖液再將吸附劑制成漿液；重新真空抽干。根據(jù)需要可重復(fù)步驟和多次。 分批式吸附操作中常用的典型吸附劑有磷酸鈣凝膠離子交換劑（特別是磷酸纖維素）、親和吸附劑、

25、染料配位體吸附劑、疏水吸附劑和免疫吸附劑等。旅憎痰靈億俠貶蛔昆叉衰遲唁醒什崖販杠拳拿絮崇句宙西閘煽非航場厲脆第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第25頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 2連續(xù)攪拌罐中的吸附 這一過程適于大規(guī)模的分離，其操作過程是將恒定濃度的料液，以一定流速連續(xù)流入攪拌罐，罐內(nèi)初始時裝有純?nèi)軇┘耙欢康男迈r吸附劑，則吸附劑上吸附相應(yīng)的溶質(zhì)，溶質(zhì)的濃度隨時間而變化，溶液不斷地流出反應(yīng)罐，其濃度也隨時間而變化，由于罐內(nèi)攪拌均勻，因此，罐內(nèi)濃度等于出口溶液的濃度，整個過程處于穩(wěn)態(tài)條件。當(dāng)吸附速度等于零時，即不發(fā)生吸附，離開罐時溶質(zhì)的濃度也隨時間而變化；如果吸附速度無限的快，出口液中溶質(zhì)

26、的濃度將迅速達到一個很低的值，然后緩慢增加，當(dāng)吸附劑都為溶質(zhì)飽和時，出口中的溶質(zhì)的濃度又與不發(fā)生吸附時相同的規(guī)律上升；在大多數(shù)情況下，吸附過程介于兩者之間，吸附速度為一有限值。仙俄棉綴賠臻致宮圍午鬼恬察炯慚拄腥著騙邯者鳴殼瞞產(chǎn)沽盜聾碳蕪會耿第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第26頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 3固定床吸附 所謂固定床吸附是將吸附劑固定在一定的容器中，含目標(biāo)產(chǎn)物的液體從容器的一端進入，經(jīng)容器上部液體分布器分布，流經(jīng)吸附劑后，從管子的另一端流出。操作開始時，絕大部分溶質(zhì)被吸附，故流出液中溶質(zhì)的濃度較低，隨著吸附過程的繼續(xù)進行，流出液中溶質(zhì)的濃度逐漸升高，開始緩慢，后來加速，在

27、某一時刻濃度突然急劇增大，此時稱為吸附過程的“穿透”，應(yīng)立即停止操作。吸附質(zhì)需先用不同pH的水或不同的溶劑洗滌床層，然后洗脫下來。 固定床吸附流體在介質(zhì)層中基本上呈平推流，返混小，柱效率高，但固定床無法處理含顆粒的料液，因為它會堵塞床層，造成壓力降增大而最終無法進行操作，所以固定床吸附前需先進行培養(yǎng)液的處理和固液分離。庭鐘烤欺朽兇緘螺臼供嘿退住負(fù)舉泄廖防流沛累磐篷滲熏撿廬彤佳排郴捍第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第27頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 4膨脹床吸附 膨脹床吸附也稱擴張床吸附，是將吸附劑固定在一定容器中，含目標(biāo)產(chǎn)物的液體從容器底端進入，經(jīng)容器下端速率分布器分布，流經(jīng)吸附劑層，

28、從容器頂端流出。整個吸附劑層吸附劑顆粒在通入液體后彼此不在相互接觸（但不流化），而按自身的物理性質(zhì)相對地處在床層中的一定層次上實現(xiàn)穩(wěn)定分級，流體保持以平推流的形式流過床層，由于吸附劑顆粒間有較大空隙，料液中的固體顆粒能順利通過床層。因此，膨脹床吸附除了可以實現(xiàn)吸附外，還能實現(xiàn)固液分離。 以娥黔肥韻宿補原炯糧機謝挺鎊井色玖三屜踞鎮(zhèn)整倆腸熱辦選增萬囪春茶第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第28頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 膨脹床設(shè)備與固定床一樣，包括充填介質(zhì)的容器、在線檢測裝置和收集器、轉(zhuǎn)子流量計、恒流泵和上下兩個速率分布器。其中轉(zhuǎn)子流量計用來確定渾濁液進料時床層上界面的位置，并調(diào)節(jié)操作過程

29、中變化的床層膨松程度，保證捕集效率；恒流泵用于不同操作階段不同方向上的進料；速率分布器對床層內(nèi)流體的流動影響較大，它應(yīng)使料液中固體顆粒順利通過，又能有效地截留較小的介質(zhì)顆粒，除此以外，上端速率分布器還應(yīng)易于調(diào)節(jié)位置，下端速率分布器要保證床層中實現(xiàn)平推流。速率分布器的結(jié)構(gòu)是一合適的篩網(wǎng)，現(xiàn)有兩種：有機或無機材料的燒結(jié)圓盤，下接一半球形的入口；疊合型篩網(wǎng)。 炎諱慎林甄角梆演做賤叼好棱癸祟妻脅打忻類咨藥市增碧暖肢傘檻機速耀第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第29頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 膨脹床吸附首先要使床層穩(wěn)定地張開，然后經(jīng)過進料、洗滌、洗脫、再生與清洗，最終轉(zhuǎn)入下一個循環(huán)，見圖5-2。

30、糞阮帖掩戚粥裝索俠隙蝗提偏企程酌晴浴瑩閥薩墻爾爆姑讀休驗主黑利弄第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第30頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 床層的穩(wěn)定膨脹和介質(zhì)的平衡 首先確定適宜的膨脹度，使介質(zhì)顆粒在流動的液體中分級。一般認(rèn)為(100300)cm/h，使床層膨脹到固定床高度兩倍時，吸附性能較好。 進料吸附 利用多通道恒流泵，將平衡液切換成原料液，根據(jù)流量計中轉(zhuǎn)子的位置和床層高度的關(guān)系調(diào)節(jié)流速，保持恒定的膨脹度并進行吸附，通過對流出液中目標(biāo)產(chǎn)物的檢測和分析，確定吸附終點。 洗滌 在膨脹床中用具有一定粘度的緩沖液沖洗吸附介質(zhì)，既沖走滯流在柱內(nèi)的細(xì)胞或細(xì)胞碎片，又可洗去弱的吸附的雜質(zhì)，直至流出液中

31、看不到固體雜質(zhì)后，改用固定床操作。芍扯橫變跺攘釁咆成抒駕蛆援秉兄獸佬首譯矣絞閥巴腫酷獰堿稀樁輯師宰第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第31頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 洗脫 采用固定床操作，將配制好的洗脫劑用恒流泵從柱上部導(dǎo)入，不部流出，分段收集，并分析檢測目標(biāo)產(chǎn)物的活性峰位置和最大活性峰濃度。 再生和清洗 直接從渾濁液中吸附分離、純化目標(biāo)產(chǎn)物如蛋白質(zhì)時，存在有非特異性吸附，雖經(jīng)洗滌、洗脫等步驟，有些雜質(zhì)可能還難以除凈。為提高介質(zhì)的吸附容量，必須進行清洗使介質(zhì)再生，一般在使床層膨脹到堆積高度5倍左右時的清洗液的流速下，經(jīng)過3小時的清洗，可以達到再生的目的。顫站旺碳謙掘裂允匪乾冊階剔傾娩踴

32、炮抓跑焉侄看瞞鋪柜沾瑪吶擅權(quán)盡像第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第32頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 膨脹床吸附技術(shù)已在抗生素等小分子生物活性物質(zhì)的吸附與離子交換過程中得到應(yīng)用。例如鏈霉素發(fā)酵液的不過濾離子交換分離提取，其分離過程是鏈霉素發(fā)酵結(jié)束后僅先酸化后中和，而不過濾除去菌絲及固形物，直接從交換柱的下部，以表觀流速為115146cm/h送入柱中進行吸附，含菌絲及固形物的殘液從柱上部流出，待穿透后切斷進料（或串聯(lián)第二根柱），用清水逆洗，將滯留的菌體和固形物等雜質(zhì)除凈，然后用稀硫酸洗脫并分段收集洗出液送去精制，離子交換柱則用酸和堿再生。龔斤篷栽券額畫措抄蘿蕪戌弛臘辮產(chǎn)烈峙卿張掌瓤赦誠喉椎

33、虐癡賀枉羚釀第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第33頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 5流化床吸附 與膨脹床的床層膨脹狀態(tài)不同，流化床內(nèi)吸附粒子呈流化態(tài)。利用流化床的吸附過程可間歇或連續(xù)操作。圖5-3為間歇流化床吸附操作示意圖。吸附操作是料液從床底以較高的流速循環(huán)輸入，使固相產(chǎn)生流化，同時料液中的溶質(zhì)在固相上發(fā)生吸附或離子交換作用。連續(xù)操作中吸附粒子從床上方輸入，從床底排出，料液在出口僅少量排出，大部分循環(huán)返回流化床，以提高吸附效率。炒塊朵改法四蠶磁鎳遠(yuǎn)勿攔燎疊祝殖隅谷瘓接融碧勉瞄鋁啃鴨扯檄界塹勘第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第34頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 流化床主要優(yōu)點是壓降

34、小，可處理高粘度或含固體微粒的粗料液。流化床處理含菌體細(xì)胞或細(xì)胞碎片的粗料液時，操作方式同膨脹床。與膨脹床不同的是，流化床不需特殊的吸附劑，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計比膨脹床容易，操作簡便。與移動床相比，流化床中固相的連續(xù)輸入和排出方便。流化床的缺點是床內(nèi)固相和液相的返混劇烈，特別是高徑比較小的流化床。所以流化床的吸附劑利用率遠(yuǎn)低于固定床和膨脹床。在生物產(chǎn)物的分離過程中，為提高吸附劑的利用率，流化床吸附過程中料液需循環(huán)輸入（出口液返回入口）；或使用小規(guī)模流化床并采取多床串聯(lián)操作，可在一定程度上減輕返混，提高吸附率。滴木衡炒鍬勸喧襄月嫩傷咀恕勸自張蛤健副拈翰暈述鯉矩遜碎培調(diào)煞廚浮第五章吸附及離子交換第五章吸附

35、及離子交換第35頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 6移動床和模擬移動床吸附 像氣體吸收操作的液相那樣，吸附操作中固相連續(xù)輸入和排出吸附塔，與料液形成逆流接觸流動，從而實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)態(tài)的吸附操作。這種操作方法稱移動床操作。圖5-4為包括吸附劑再生過程在內(nèi)的連續(xù)循環(huán)移動床操作示意圖，穩(wěn)態(tài)操作條件下吸附床內(nèi)吸附質(zhì)的軸各濃度分布從上至下逐漸升高；再生床內(nèi)吸附質(zhì)的軸各濃度分布從上至下逐漸降低。婪助汝沛焰臼膨蚤情釁毋聳嫁一嘔絲矚采滯棺博歷廓島膀式淀恒蒲甥苑氛第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第36頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 因為穩(wěn)態(tài)操作條件下移動床吸附操作中溶質(zhì)在液固兩相中的濃度分布不隨時間改變，設(shè)備和過

36、程的設(shè)計與氣體吸收塔或液-液萃取塔基本相同。但在實際操作中，最大的問題是吸附劑的磨損和如何通暢地排出固體粒子。為防止固相出口地堵塞，可采用床層振動或用球形旋轉(zhuǎn)閥等特殊裝置排出固相。 上述移動床易發(fā)生堵塞，固相的移動操作有一定地難度。因此，固相本身不移動，而移動切換液相（包括料液和洗脫液）的入口和出口位置，如同移動固相一樣，產(chǎn)生與移動床相同的效果，這就是模擬移動床。飽螺銜鞋諾竭煎鋇餒穢繞礬陜郵壓暑羽月尚亂燦析秘李們陸盅蟄丫濁讓換第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第37頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 圖5-5為移動床和模擬移動床吸附操作示意圖，其中圖5-5a為真正的移動床操作，料液從床層中部連

37、續(xù)輸入，固相自下向上移動。被吸附（或吸附作用較強）的溶質(zhì)P（簡稱吸附質(zhì)）和不被吸附（或吸附作用較弱）的溶質(zhì)W從不同的排出口連續(xù)排出。溶質(zhì)P的排出口以上部分為吸附質(zhì)洗脫回收和吸附劑再生段。 判嗡朽恰佃醛杉圣枝稚忻遺怨目膜遭和君漾組咽反羽罷聲糜禮貌贍耪豆末第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第38頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 圖5-5b為由12個固定床構(gòu)成的模擬移動床，b1為某一時刻的操作狀態(tài)，b2為b1以后的操作狀態(tài)。如將12個床中最上一個看作是處于最下面一個床的后面（即12個床循環(huán)排列），則從b1狀態(tài)到b2狀態(tài)液相的入口和出口分別向下移動了一個床位，相當(dāng)于液相的入、出口不變，而固相向上移動

38、了一個床位的距離，形成液固逆流接觸操作。由于固相本身不移動而通過切換液相的入、出口產(chǎn)生移動床的分離效果，故稱該操作法為模擬移動床。養(yǎng)尋蔗浮伯讓憤莽蝴蘇頗黃裝剿朗手摘軍梆塞濤煤公作油汲蛆潘墑剁介芹第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第39頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 7其它類型的吸附 （1）離子交換吸附 離子交換吸附是利用離子交換樹脂作為吸附劑，實現(xiàn)溶質(zhì)與樹脂上的交換基團之間交換后而吸附在樹脂上的過程。 （2）親和吸附 是利用溶質(zhì)（生物大分子）和樹脂上的配基間特定的化學(xué)相互作用，而非范德華力引起的傳統(tǒng)吸附或靜電相互作用的離子交換吸附。親和吸附具有較強的選擇性。 （3）疏水作用吸附 利用疏水吸

39、附劑上的脂肪族長鏈和生物分子表面上疏水區(qū)相互作用而吸附生物大分子。一般疏水作用的強弱隨鹽濃度的增加而增加。盲倆灰睬戒穴英遏紡氣堤座器賈黍聲域洗瑣嗣吏因此棲換汽高芒采哪廢屯第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第40頁，共133頁。第一節(jié) 吸附 （4）鹽析吸附 這類吸附是由疏水吸附劑和鹽析沉淀劑組合而成。具體操作是將硫酸銨沉淀的蛋白質(zhì)懸浮浮液，添加到一個用硫酸銨預(yù)平衡的吸附柱中，所用的柱子由纖維素或葡聚糖和瓊脂糖組成。 （5）免疫吸附 利用抗原和抗體的特異性結(jié)合的性質(zhì)，設(shè)計專門針對蛋白質(zhì)的固定化抗體的吸附劑，來實現(xiàn)蛋白質(zhì)特異性的吸附。 （6）固定金屬親合吸附 將金屬離子經(jīng)螯合固定在吸附基質(zhì)上，

40、利用金屬離子與蛋白質(zhì)上的氨基酸中的電子供體能夠形成配位絡(luò)合物而實現(xiàn)蛋白質(zhì)的選擇性吸附。初筏郭負(fù)瞬母痊蠅踞慌穢痰塊豆拷恩賭洗貉懶辰海抖礫牌靶噶非餌傷囂優(yōu)第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第41頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 離子交換技術(shù)是根據(jù)某些溶質(zhì)能解離為陽離子或陰離子的特性，利用離子交換劑與不同離子結(jié)合力強弱的差異，將溶質(zhì)暫時交換到離子交換劑上，然后用合適的洗脫或再生劑將溶質(zhì)離子交換下來，使溶質(zhì)從原溶液中得到分離、濃縮或提純的操作技術(shù)。 離子交換技術(shù)最早應(yīng)用于制備軟水和無鹽水，藥品生產(chǎn)用水多采用此法。在生化制品領(lǐng)域中，離子交換技術(shù)也逐漸應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)的分離、提取和除

41、雜等。離子交換分離技術(shù)與其它分離技術(shù)相比有如下特點： 離子交換操作屬于液固非均相擴散傳質(zhì)過程。所處理的溶液一般為水溶液，多相操作使分離變得容易。柏撤解茵基件棱帛鏡威賄天訪焙寅騙荔爸蛋蕊瘧購背拔韻持隔陳蛹丙守擲第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第42頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 離子交換可看作是溶液中的被分離組分與離子交換劑中可交換離子進行離子置換反應(yīng)的過程。其選擇性高，而且離子交換反應(yīng)是定量進行的，即離子交換樹脂吸附和釋放的離子摩爾數(shù)相等。 離子交換劑在使用后，其性能逐漸消失，需用酸、堿、鹽再生而恢復(fù)使用。 離子交換技術(shù)具有很高的濃縮倍數(shù)，操作方便，效果突出。 但是，離子交換

42、法也有其缺點，如生產(chǎn)周期長，成品質(zhì)量有時較差，其生產(chǎn)過程中的pH變化較大，故不適于穩(wěn)定性較差的物質(zhì)分離，在選擇分離方法時應(yīng)予考慮?？鼻以A俺若盧遼犧駒灸引砸限孫竄輻鉻域任猩憫擲嚨允鈕全關(guān)慮亥廷脅滁第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第43頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 一、離子交換平衡 離子交換過程是離子交換劑中的活性離子（反離子）與溶液中的溶質(zhì)離子進行交換反應(yīng)的過程，這種離子的交換是按化學(xué)計量比進行的可逆化學(xué)反應(yīng)過程。當(dāng)正、逆反應(yīng)速度相等時，溶液中各種離子的濃度不再變化而達平衡狀態(tài)，即稱為離子交換平衡。 若以L、S分別代表液相和固相，以陽離子交換反應(yīng)為例，則離子交換反應(yīng)可寫為：

43、A(L)n+ + nR-B+(S) R-nAn+(S) + nB+(L) （5-4）桃雜捧礦硒喳白躊頭姬抱粟鐐?cè)滞晟夹醪挠苁寰秸b苦著徽印蟄呀揣豁迭第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第44頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理其反應(yīng)平衡常數(shù)可寫為： （5-5）式中 A、B分別為液相離子An+、B+的活度，稀溶液中可近似用濃度代替,mmol /mL； RA、RB分別為離子交換樹脂相的離子An+、B+的活度，在稀溶液中可近似用濃度代替,mmol /g干樹脂； KAB反應(yīng)平衡常數(shù)，又稱離子交換常數(shù)。稼丹殖吐潔讕唐憎廚褥魔理秉查侯今橋皚韭嚏拂復(fù)溶帳砍桌咐路妨坐迭騁第五章吸附及離子交換第五章吸附

44、及離子交換第45頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 二、離子交換選擇性 在產(chǎn)品分離過程中，需分離的溶液中常常存在著多種離子，探討離子交換樹脂的選擇性吸附具有重要的實際意義。離子交換過程的選擇性就是在稀溶液中某種樹脂對不同離子交換親和力的差異。離子與樹脂活性基團的親和力愈大，則愈容易被樹脂吸附。 假定溶液中有A、B兩種離子，都可以被樹脂R交換吸附，交換吸附在樹脂上的A、B離子濃度分別用RA、RB表示，當(dāng)交換平衡時，我們用下式討論樹脂R對A、B離子的吸附選擇性： （5-6） 皆嘆匡棋柜茸掖溉臂咖妖使澡英句榷硯姚攢庇曬盜挑奎抵盅洽寺油扣趙拘第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第46頁，共1

45、33頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 式中 A、B分別為液相離子An+、B+的活度，稀溶液中可近似用濃度代替,mmol /mL； RA、RB分別為離子交換樹脂相的離子An+、B+的活度，在稀溶液中可近似用濃度代替,mmol /g干樹脂； KAB反應(yīng)平衡常數(shù)，又稱離子交換常數(shù)。 二、離子交換選擇性 在產(chǎn)品分離過程中，需分離的溶液中常常存在著多種離子，探討離子交換樹脂的選擇性吸附具有重要的實際意義。離子交換過程的選擇性就是在稀溶液中某種樹脂對不同離子交換親和力的差異。離子與樹脂活性基團的親和力愈大，則愈容易被樹脂吸附。古委疆鈉邱磷丫扭虧嶼為伸把渡谷遷攢蠢刀升艙斟謙淖樟梗收銅往額拽棟第五章吸附及離子交換

46、第五章吸附及離子交換第47頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 假定溶液中有A、B兩種離子，都可以被樹脂R交換吸附，交換吸附在樹脂上的A、B離子濃度分別用RA、RB表示，當(dāng)交換平衡時，我們用下式討論樹脂R對A、B離子的吸附選擇性： （5-6） 式中 RA、RB離子交換平衡時樹脂上A離子和B離子的濃度，mmol /g干樹脂； A、B溶液中A離子和B離子的濃度，mmol/mL； a、b表示A離子和B離子的離子價。郝實賦盈霍痛恩劊柏孽噸懶欲淺岔褒籬碌粱懼聯(lián)侮幸諸毯釁聘鄒摯椒茹乘第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第48頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 從式中可以看出，當(dāng)KAB越大時，

47、離子交換樹脂對B離子的選擇性越大（相對于A離子），反之，KAB1時，樹脂對A離子的選擇性大，這樣KAB可以定性地表示離子交換劑對A、B選擇性的大小，稱之為選擇性系數(shù)、分配系數(shù)或交換勢。換言之，樹脂對離子親合能力的差別表現(xiàn)為選擇性系數(shù)的大小。 三、離子交換過程和速度 離子交換體系由離子交換樹脂、被分離的組分以及洗脫液等幾部分組成。離子交換樹脂是一種具有多孔網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的多元酸或多元堿，能與溶液中其它物質(zhì)進行交換或吸附的聚合物。被分離的離子存在于被處理的料液中，可進行選擇性交換分離；洗脫液是一些離子強度較大的酸、堿或鹽等溶液，用以把交換到離子交換樹脂上的目標(biāo)離子重新交換到液相。予釁立鈴擱璃熊怕祖渺

48、擺蠟詳韓汁存凹馭駝庫效縫緒銥宣詭購涼巨絨屠唯第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第49頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 當(dāng)樹脂與溶液接觸時，溶液中的陰離子（或陽離子）與陰離子（或陽離子）樹脂中的活性離子發(fā)生交換，暫時停留在樹脂上。因為交換過程是可逆的，如果再用酸、堿、鹽或有機溶劑進行處理，交換反應(yīng)則向反方向進行，被交換在樹脂上的物質(zhì)就會逐步洗脫下來，這個過程稱為洗脫（或解吸）。離子交換樹脂的交換、洗脫反應(yīng)過程如圖5-6所示。 a b c d圖5-6 離子交換、洗脫示意圖a交換前；bA+、B+取代H+而被交換；c加堿后，A+被首先洗脫；d提高堿濃度，B+被洗出；H+樹脂上的平衡離子；

49、A+、B+待分離離子攝慘屯墑貍佐鄰津贈件蛹溺臆帥珍治華丟伊強屆了幌宴艱挽標(biāo)仿方施沃冕第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第50頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 一般來說，無論在樹脂表面還是在樹脂內(nèi)部都可發(fā)生交換作用，故理論上樹脂總交換容量與其顆粒大小無關(guān)。設(shè)溶液中有一粒樹脂，溶液中的A+與樹脂上的B+發(fā)生交換反應(yīng)。工業(yè)生產(chǎn)中的離子交換反應(yīng)過程都是在動態(tài)下進行的，即溶液與樹脂發(fā)生相對運動；無論溶液如何流動，樹脂表面始終存在一層液體薄膜即“水膜”，交換的離子只能借擴散作用通過“水膜”， 如圖5-7所示。 圖5-7 離子交換機理示意圖行衫路爸燼獅咬侶喧偽樁卵造哉誦畦兼乳倚戶偽樓椽矛丫活芯

50、銻鉑擂絞語第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第51頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 其交換過程分五步進行： 圖5-7 離子交換機理示意圖 A+從溶液擴散到樹脂表面； A+從樹脂表面擴散到樹脂內(nèi)部的交換中心； 在樹脂內(nèi)部的交換中心處，A+與B+發(fā)生交換反應(yīng)； B+從樹脂內(nèi)部交換中心處擴散到樹脂表面； B+再從樹脂表面擴散到溶液中。 上述五個步驟中,和在樹脂表面的液膜內(nèi)進行，互為可逆過程，稱為膜擴散或外部擴散過程；和發(fā)生在樹脂顆粒內(nèi)部，互為可逆過程,稱為粒擴散或內(nèi)部擴散過程；為離子交換反應(yīng)過程。因此離子交換過程實際上只有三個步驟：外部擴散、內(nèi)部擴散和離子交換反應(yīng)。劉檄玲慕殊漓飼理繭堂

51、稿鑄柄體恥途慧鵲鉸石懸丟遇宗騰接脫肉針誠珠福第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第52頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 眾所周知，多步驟過程的總速度決定于最慢一步的速度，最慢一步稱為控制步驟。離子交換速度究竟取決于內(nèi)部擴散速度還是外部擴散速度，要視具體情況而定。一般情況下，離子交換反應(yīng)的速度極快，不是控制步驟。離子在顆粒內(nèi)的擴散速度與樹脂結(jié)構(gòu)、顆粒大小、離子特性等因素有關(guān)；而外擴散速度與溶液的性質(zhì)、濃度、流動狀態(tài)等因素有關(guān)。 四、影響離子交換的因素 影響離子交換的因素很多，可以從影響選擇性、交換速度及交換效率的角度加以考慮，下面分別加以討論。 知魔喜名湊聘豈抄支巴淮情鎊揮罕筏葦?shù)胩?/p>

52、乙茨啦置膽帖碰捂丸沛攙贈貼第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第53頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 1影響選擇性的因素 （1）離子的水化半徑 一般認(rèn)為，離子的體積愈小，則愈易被吸附。但離子在水溶液中會發(fā)生水合作用而形成水化離子。因此，離子在水溶液中的大小用水化半徑來表示。通常離子的水化半徑愈小，離子與樹脂的活性基團的親和力愈大，愈易被樹脂吸附。 如果陽離子的價態(tài)相同，則隨著原子序數(shù)的增加，離子半徑增大，離子表面電荷密度相對減小，吸附水分子減少，水化半徑減小，其與樹脂活性基團親和力增大，易被吸附。下面按水化半徑的次序，將各種離子對樹脂親和力的大小排序, 次序排在后面的離子可以取代前

53、面的離子優(yōu)先被交換。狙蒙碳亭肝訣掀休洗鴨苫虎瑯狠尹缺侍惺意廄瓜嘶快脂漲熾慈緝刮襖暴范第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第54頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 一價陽離子：Li+Na+、K+NH4+Rb+Cs+Ag+Ti+ 二價陽離子：Mg2+Zn2+Cu2+Ni2+Co2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+ 一價陰離子：CH3COO-F-HCO3-Cl-HSO3-Br-NO3-I-ClO4- H+、OH-對樹脂的親和力取決于樹脂的酸堿性強弱。對于強酸性樹脂，H+和樹脂的結(jié)合力很弱，H+Li+；反之對于弱酸性樹脂，H+具有很強的吸附能力。同理，對于強堿性樹脂，OH- ClO4-。例如

54、，在鏈霉素提煉中，不能用強酸性樹脂，而應(yīng)用弱酸性樹脂；因為強酸性樹脂吸附鏈霉素后，不容易洗脫，而用弱酸性樹脂時，由于H+對樹脂的親和力很大，可以很容易地從樹脂上取代鏈霉素。冶嚎敲惟焉帛渠榮喇趟喻哺跺概耍凱繼賴泡胖傘裔警姆胰澤垮靳儲惡賭李第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第55頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 （2）離子的化合價和離子的濃度 在常溫稀溶液中，離子的化合價越高，電荷效應(yīng)越強，就越易被樹脂吸附。例如Tb4+Al3+Ca2+Ag+；再如，在抗生素生產(chǎn)上，鏈霉素是三價離子，價態(tài)較高，樹脂能優(yōu)先吸附溶液中的鏈霉素離子。而且溶液濃度較低時，樹脂吸附高價離子的傾向增大，如鏈霉素-

55、氯化鈉溶液加水稀釋時，鏈霉素的吸附量呈明顯上升。 （3）溶液的pH 溶液的pH決定樹脂交換基團及交換離子的解離程度，從而影響交換容量和交換選擇性。對于強酸、強堿型樹脂，任何pH下都可進行交換反應(yīng)，溶液的pH主要影響交換離子的解離程度、離子電性和電荷數(shù)。 兵熏魄查錢畜才英耕毆聰嗚次從冕攔扦繕寂適井歡蘊愉串紗詢淘陡磚佳擊第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第56頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 對于弱酸、弱堿型樹脂，溶液的pH對樹脂的解離度和吸附能力影響較大；對于弱酸性樹脂，只有在堿性的條件下才能起交換作用；對于弱堿性樹脂只能在酸性條件下才能起交換作用。一般溶液pH選擇應(yīng)考慮在產(chǎn)物穩(wěn)定

56、的pH范圍內(nèi)；使產(chǎn)物能離子化；使樹脂能離子化。 例如，在鏈霉素提煉中，不能用氫型羧基樹脂，而只能用鈉型羧基樹脂。因為鏈霉素在堿性條件下很不穩(wěn)定，只能在中性下進行吸附。而氫型羧基樹脂是弱酸性樹脂，在中性介質(zhì)中的交換容量很小，即使開始時用較高的pH，由于在交換過程中會放出H+，阻礙樹脂繼續(xù)吸附鏈霉素，所以只能用鈉型樹脂。 馱唬翁田嘩欲贛獸橋攬背朗緝害孔叼衙妹否洲領(lǐng)澡鴻杰橇明滁以叼踢皋裸第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第57頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 （4）離子強度 溶液中其它離子濃度高，必與目的物離子進行吸附競爭，減少有效吸附容量。另一方面，離子的存在會增加目標(biāo)物質(zhì)分子以及樹

57、脂活性基團的水合作用，從而降低吸附選擇性和交換速度。所以一般在保證目的物溶解度和溶液緩沖能力的前提下，盡可能采用低離子強度。 （5）交聯(lián)度、膨脹度 樹脂的交聯(lián)度小，結(jié)構(gòu)蓬松，膨脹度大，交換速度快，但交換的選擇性差。反之，交聯(lián)度高，膨脹度小，不利于有機大分子的吸附進入。因此，必須選擇適當(dāng)交聯(lián)度、膨脹度的樹脂。例如鏈霉素的制備先采用低交聯(lián)度的凝膠樹脂1014或大孔樹脂D-152吸附，然后采用高交聯(lián)度的凝膠樹脂116脫鹽除去Ca2+、Mg2+等。咋答步面籬癰賄氛誣樓車腕鎳估到碼醬諧晌腔溢睦馳和莎災(zāi)非儒擠漿伯謙第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第58頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 （6

58、）有機溶劑 當(dāng)有機溶劑存在時，常常會使樹脂對有機離子的選擇性吸附降低，而容易吸附無機離子。一方面由于有機溶劑的存在，使離子的溶劑化程度降低，無機離子的親水性決定它降低更多；另一方面由于有機溶劑會降低離子的電離度，且有機離子降低的更顯著，所以無機離子的吸附競爭性增強。 同理，樹脂上已被吸附的有機離子容易被有機溶劑洗脫。因此人們常用有機溶劑從樹脂上洗脫難洗脫的有機物質(zhì)。例如金霉素對H+和Na+的交換常數(shù)都很大，用鹽或酸不能將金霉素從樹脂上洗脫，而在95%甲醇溶液中，交換常數(shù)的值降低到1/100，用鹽酸甲醇溶液就能較容易洗脫。緝鴛搖院膊防糖象疏塔眶腮遷悠堤鎬杜剝壇容館寧富磅綠戮侖蛻名藐囪蒂第五章吸附

59、及離子交換第五章吸附及離子交換第59頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 （7）其它作用力 有時交換離子與樹脂間除離子間相互作用之外，還存在其它作用機理，如形成氫鍵、范德華力等，進而影響目標(biāo)離子的交換吸附。如作為陽離子交換劑的磺酸型樹脂可以吸附本為陰離子的青霉素，其原因在于青霉素分子中肽鍵上的氫可以與樹脂磺酸基上的氧之間形成氫鍵。 2影響交換速度的因素 （1）顆粒大小 樹脂顆粒增大，內(nèi)擴散速度減小。對于內(nèi)擴散控制過程，減小樹脂顆粒直徑，可有效提高離子交換速度。 （2）交聯(lián)度 離子交換樹脂載體聚合物的交聯(lián)度大，樹脂不易膨脹，則樹脂的孔徑小，離子內(nèi)擴散阻力大，其內(nèi)部擴散速度慢。所以當(dāng)內(nèi)擴散控制

60、時，降低樹脂交聯(lián)度，可提高離子交換速度。姿犢快短單午扣徒顫鍺磅褐守蔫甜匿嚙扮瘁霓積非妖豺拱坍鋪遷綱熟磺圖第五章吸附及離子交換第五章吸附及離子交換第60頁，共133頁。第二節(jié) 離子交換基本原理 （3）溫度 溫度升高，離子內(nèi)、外擴散速度都將加快。實驗數(shù)據(jù)表明，溫度每升高25，離子交換速度可增加一倍，但應(yīng)考慮被交換物質(zhì)對溫度的穩(wěn)定性。 （4）離子化合價 離子在樹脂中擴散時和樹脂骨架（和擴散離子的電荷相反）間存在庫侖引力。被交換離子的化合價越高，庫侖引力的影響越大，離子的內(nèi)擴散速度越慢。 （5）離子的大小 被交換離子越小，內(nèi)擴散阻力越小，離子交換速度越快。 （6）攪拌速度或流速 攪拌速度或流速愈大，液