第七章離子交換分離技術(shù)

第七章離子交換分離技術(shù)第1頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

概述離子交換分離法：通過(guò)帶電的溶質(zhì)分子與離子交換劑中可交換的離子進(jìn)行交換而分離純化方法。其主要依賴電荷間的相互作用，利用帶電分子中電荷的微小差異進(jìn)行分離。即離子交換色譜分離技術(shù)：利用混合液中的離子與固定相中具有相同電荷例子的交換作用而進(jìn)行分離的技術(shù)離子交換分離法主要應(yīng)用在抗生素、氨基酸、有機(jī)酸等小分子的提取分離。近年來(lái)在蛋白質(zhì)等生物大分子的分離提取也有應(yīng)用。第2頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換劑：一種多孔狀的固體，不溶于水，也不溶于電解質(zhì)溶液，但能從溶液中吸取離子而進(jìn)行離子交換。離子交換劑由基質(zhì)、荷電基團(tuán)和反離子構(gòu)成，能釋放出反離子，同時(shí)它與溶液中的其他離子或離子化合物相互結(jié)合，結(jié)合后不改變本身和被結(jié)合離子或離子化合物的理化性質(zhì)。第3頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換基質(zhì)：是一類(lèi)表面帶有可交換離子的功能高分子材料，如樹(shù)脂、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖等，不溶于水也不溶于電解質(zhì)溶液。在高分子基質(zhì)表面結(jié)合了大量的功能基團(tuán)，功能基團(tuán)由固定在骨架上的荷電基團(tuán)和可交換的離子兩部分組成，兩者所帶電荷相反，以靜電力結(jié)合?？蛇M(jìn)行交換的離子成為反離子或抗衡離子，這種反離子可與溶液中帶同種電荷的離子進(jìn)行交換反應(yīng)。第4頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換過(guò)程示意圖第5頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換分離法的特點(diǎn)分離效率高，選擇性高。適用范圍廣。適用于帶相反電荷的離子之間的分離，還可用于帶相同電荷或性質(zhì)相近的離子之間的分離，適用于微量組分的富集和高純物質(zhì)的制備，從痕量物質(zhì)到工業(yè)用水，從少量樣品到工業(yè)規(guī)模。操作簡(jiǎn)單，成本低。液固兩相分開(kāi)，操作簡(jiǎn)單。方法的缺點(diǎn)是操作周期長(zhǎng)。第6頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

離子交換劑1.離子交換劑是常用的吸附劑之一，是用不溶性高分子物質(zhì)（母體）上引入若干可解離基團(tuán)（活性基團(tuán)）而制成的含有若干活性基團(tuán)的不溶性高分子物質(zhì)。2.常見(jiàn)的離子吸附劑（1）離子交換樹(shù)脂：其基質(zhì)是人工合成的、與水結(jié)合力較小的樹(shù)脂物質(zhì)；用于生物小分子的回收與提取。（2）多糖基離子交換劑：其基質(zhì)是天然的或人工合成的、與水結(jié)合力較大的物質(zhì)；用于生物大分子的回收與提取。第7頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、離子交換劑基質(zhì)（一）離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂：以聚合物作為基質(zhì)的離子交換劑。是固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。第8頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)骨架：接有功能基團(tuán)，本身是惰性功能基團(tuán)：連接在骨架上，可與相反離子結(jié)合待交換分子：在吸附階段可與活性離子交換，與骨架上的功能基團(tuán)結(jié)合活性離子：與功能基團(tuán)所帶電荷相反的可移動(dòng)的離子第9頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應(yīng)R—SO3H固定離子可交換離子母體1.組成

離子交換樹(shù)脂母體(骨架)活性基團(tuán)固定離子可交換離子第10頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交聯(lián)度：合成樹(shù)脂時(shí)使用的交聯(lián)劑在單體總量中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)交聯(lián)劑含量百分?jǐn)?shù)高：交聯(lián)度高，樹(shù)脂聚合較緊密，堅(jiān)牢耐用，密度較高；內(nèi)部孔隙度較少，對(duì)離子選擇性較強(qiáng)，稱(chēng)為凝膠型樹(shù)脂百分?jǐn)?shù)低：交聯(lián)度低，機(jī)械強(qiáng)度低，脆而易碎，密度較低；內(nèi)部孔隙度大，對(duì)離子選擇性較弱，稱(chēng)為大孔型樹(shù)脂第11頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凝膠樹(shù)脂遇水溶脹，水分子進(jìn)入樹(shù)脂的內(nèi)部，產(chǎn)生孔隙。內(nèi)部孔徑平均為20?—40?，適用于離子半徑<10?的無(wú)機(jī)離子化合物。樹(shù)脂干燥后失去交換能力（無(wú)孔狀態(tài)），必須在水中溶脹后使用。不適用于油類(lèi)物質(zhì)。第12頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大孔樹(shù)脂樹(shù)脂內(nèi)部有永久微孔，無(wú)論是濕態(tài)或干態(tài)比凝膠樹(shù)脂有更多、更大的孔道，表面積大，離子容易遷移擴(kuò)散，富集速度快。孔徑平均為200?—1000?，適用于無(wú)機(jī)、有機(jī)離子，特別適用于大分子物質(zhì)的分離?？梢詰?yīng)用于水體系和非水體系。不需溶脹的情況下可以使用。耐氧化、耐磨、耐冷熱變化具有較高的穩(wěn)定性。

第13頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)骨架第14頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖中以波形線條代表樹(shù)脂的骨架，活性基團(tuán)磺酸基（—SO3H）。

聚苯乙烯型磺酸基陽(yáng)離子交換樹(shù)脂第15頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.樹(shù)脂分類(lèi)按選擇性按結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？讖綖?0—100nm，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？讖?nm、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂R—NH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂RNOH弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R—COOH強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂R—SO3H第16頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月活性離子為陽(yáng)離子，稱(chēng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，與陽(yáng)離子發(fā)生交換活性離子為陰離子，稱(chēng)陰離子交換樹(shù)脂，與陰離子發(fā)生交換第17頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂的命名方式：離子交換產(chǎn)品的型號(hào)以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類(lèi)第二位數(shù)字代表骨架的差異第三位數(shù)字為順序號(hào)用以區(qū)別基團(tuán)、交聯(lián)劑等的差異。第18頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凝膠型離子交換樹(shù)脂的型號(hào)由四個(gè)數(shù)字組成：第19頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月001×7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(其交聯(lián)度為7)，圖解如下：第20頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大孔型離子交換樹(shù)脂的型號(hào)第21頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月D20l大孔型強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂(交聯(lián)度沒(méi)有標(biāo)出)，圖解可下：第22頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月國(guó)外一些產(chǎn)品用字母C代表陽(yáng)離子樹(shù)脂（C為cation的第一個(gè)字母），A代表陰離子樹(shù)脂（A為Anion的第一個(gè)字母）如Amberlite的IRC和IRA分別為陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂，亦分別代表陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂。第24頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制造廠家離子交換樹(shù)脂在國(guó)內(nèi)外都有很多制造廠家和很多品種國(guó)內(nèi)制造廠有數(shù)十家，主要的有上海樹(shù)脂有限公司、南開(kāi)化工廠、安徽皖東化工有限公司，浙江爭(zhēng)光實(shí)業(yè)股份有限公司、晨光化工研究院樹(shù)脂廠、江蘇色可賽思樹(shù)脂有限公司等國(guó)外較著名的如美國(guó)Rohm&Hass公司生產(chǎn)的Amberlite系列、Success公司生產(chǎn)Ionresin系列、Dow化學(xué)公司的Dowex系列、法國(guó)Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列，還有Ionac系列、Allassion系列等樹(shù)脂的牌號(hào)多數(shù)由各制造廠或所在國(guó)自行規(guī)定第25頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）多糖類(lèi)基質(zhì)多糖類(lèi)基質(zhì)：以多糖材料為基體，通過(guò)接枝引入交換基團(tuán)而制成的離子交換材料。其基質(zhì)是天然的或人工合成的、與水結(jié)合力較大的物質(zhì)。常用的基質(zhì)材料有纖維素、交聯(lián)纖維素、交聯(lián)葡聚糖、交聯(lián)瓊脂糖。廣泛用于生物大分子如酶、核酸、多糖及具有生物活性的小分子（如寡糖等）的分離和純化。第26頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

骨架：纖維素

分類(lèi)：陽(yáng)離子交換纖維素和陰離子交換纖維素兩類(lèi)

特點(diǎn)：骨架松散、親水性強(qiáng)、表面積大、交換容量大、吸附力弱、交換和洗脫條件溫和、分辨率高常用的離子交換纖維素有：甲基磺酸纖維素、羧甲基纖維素(CM-C)、二乙基氨基乙基纖維素（DEAE-C）離子交換纖維素第27頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

骨架：葡聚糖凝膠(sephadex)，根據(jù)功能基團(tuán)的不同，亦可分為陽(yáng)離子交換和陰離子交換劑

特點(diǎn)：除了具有離子交換功能以外，兼有分子篩的功能，提高了分離的效率

常用的葡聚糖凝膠離子交換劑：CM-sephadexC-25、DEAE-sephadexA-25等羧甲基(CM)、二乙基氨基乙基（DEAE）C代表陽(yáng)離子樹(shù)脂（C為cation的第一個(gè)字母）A代表陰離子樹(shù)脂（A為Anion的第一個(gè)字母）離子交換葡聚糖第28頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換瓊脂糖凝膠骨架：瓊脂糖凝膠(sepharose)，根據(jù)功能基團(tuán)的不同，亦可分為陽(yáng)離子交換和陰離子交換劑

特點(diǎn)：除了具有離子交換功能以外，兼有分子篩的功能，提高了分離的效率

第29頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、離子交換基團(tuán)陽(yáng)離子交換劑的可解離基團(tuán)：磺酸、磷酸、羧酸和酚羥基等酸性基團(tuán)。陰離子交換劑的可解離基團(tuán)：伯胺、仲胺、叔胺和季胺等堿性基團(tuán)。第30頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陽(yáng)離子交換劑交換陽(yáng)離子，活性基團(tuán)為酸性；根據(jù)具有離子交換能力的pH范圍不同，分為

強(qiáng)酸性和弱酸性陽(yáng)離子交換劑強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（磺酸基和次甲基磺酸基）反應(yīng)簡(jiǎn)式：R—SO3H?R—SO3-+H+

R—SO3H+Na+?R—SO3Na+H+第31頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（—COOH,—COH2COOH,—C6H5OH等弱酸性集團(tuán)）反應(yīng)簡(jiǎn)式：R—COOH+Na+?R—COONa+H+弱酸型樹(shù)脂因?qū)+的親和力大,不能在酸性溶液中使用,但選擇性高.羧基pH>4;酚基pH>9.5才具交換能力.第32頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陰離子交換劑交換陰離子，活性基團(tuán)為堿性。根據(jù)具有離子交換能力的pH范圍不同，分為強(qiáng)堿性和弱堿性陰離子交換劑。強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂（季銨基團(tuán)）反應(yīng)式：R—NR3OH?R—NR3++OH-

R—NR3OH+Cl-?R—NR3+Cl-+OH-弱堿性陰離子交換樹(shù)脂（伯胺，仲胺）

第33頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要離子交換基團(tuán)及其結(jié)構(gòu)陽(yáng)離子交換劑第34頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陰離子交換劑第35頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可將離子交換樹(shù)脂轉(zhuǎn)變第36頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、離子交換樹(shù)脂的理化性能及其測(cè)定方法

對(duì)樹(shù)脂的一般要求：（1）機(jī)械強(qiáng)度：膨脹度大，交聯(lián)度小的樹(shù)脂強(qiáng)度差。（2）化學(xué)穩(wěn)定性：主要指耐化學(xué)試劑、耐氧化、耐輻射的性能。（3）大小及形狀：制成球形，其直徑為0.2-1.2mm。球形的優(yōu)點(diǎn)是增大比表面積、提高機(jī)械強(qiáng)度和減少流體阻力。（4）色澤：普通凝膠型樹(shù)脂是透明的球珠，大孔樹(shù)脂呈不透明的霧狀球珠。隨合成原料、工藝條件不同，樹(shù)脂的顏色也有所不同，一般有黃、白、黃褐、紅棕等幾種顏色。第37頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樹(shù)脂理化性能含水量顆粒度膨脹度樹(shù)脂的密度滴定曲線離子交換容量第38頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.含水量定義：樹(shù)脂顆粒在水中吸收水分達(dá)到平衡后用離心法在規(guī)定轉(zhuǎn)速和時(shí)間內(nèi)除去外部水分，得到含平衡水的濕樹(shù)脂，然后105℃烘干，比較烘干前后的重量，即得到平衡含量占濕樹(shù)脂的重量百分?jǐn)?shù)，這就是含水量。含水量的大小取決于親水基團(tuán)的多少及樹(shù)脂孔隙的大小。對(duì)凝膠型樹(shù)脂，交聯(lián)度對(duì)含水量的影響比較大。樹(shù)脂內(nèi)部溶脹水的含量影響：交聯(lián)度、親水基團(tuán)數(shù)目一般的商品樹(shù)脂，每克干樹(shù)脂可吸附0.5~1.0克水分，交聯(lián)度較低的樹(shù)脂，每克吸附1.0~3.0克水分。

第39頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.顆粒度顆粒度：反應(yīng)樹(shù)脂顆粒大小和粒徑分布。顆粒度一般以有效粒徑和勻度系數(shù)來(lái)表示。有效粒徑：指保留90%樣品質(zhì)量的篩子孔徑。勻度系數(shù)：保留40%樣品質(zhì)量的篩孔徑與保留90%樣品質(zhì)量的篩孔徑之比。其值愈小表示粒度分布愈均勻。第40頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸水后體積增大的現(xiàn)象。膨脹度用膨脹率表示：膨脹的原因

水?dāng)U散到樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹；活性基團(tuán)離解形成水合離子。影響因素樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，膨脹率越低?；钚曰鶊F(tuán)：離解程度越大，膨脹率越大；可交換離子：水合半徑越大，膨脹率越高。3.膨脹度第41頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

表觀密度：指樹(shù)脂在交換柱中的裝填密度。

4.樹(shù)脂的密度一般離子交換樹(shù)脂的

表觀密度為：0.6～0.9g/mL;

真密度為：1.2～1.4g/mL.真密度：指樹(shù)脂顆粒本身密度。第42頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.滴定曲線與無(wú)機(jī)酸堿一樣，離子交換樹(shù)脂是不溶性的多元酸或多元堿，同樣具有滴定曲線。滴定曲線能定性地反映樹(shù)脂活性基團(tuán)的特征，從滴定曲線圖譜便可鑒別樹(shù)脂酸堿度的強(qiáng)弱。第43頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種離子交換樹(shù)脂滴定曲線第44頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月001×12陽(yáng)樹(shù)脂311×4陽(yáng)樹(shù)脂第45頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性樹(shù)脂，滴定曲線有一段是水平的，到某一點(diǎn)即突然升高或降低，這表示樹(shù)脂上的功能團(tuán)已經(jīng)飽和；而對(duì)于弱堿或弱酸性樹(shù)脂，則無(wú)水平部分，曲線逐步變化。由滴定曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可估計(jì)其總交換量；曲線還表示交換容量隨pH的變化，不同類(lèi)型離子交換樹(shù)脂的有效pH范圍。所以滴定曲線較全面地表征樹(shù)脂功能團(tuán)的性質(zhì)。第46頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.離子交換容量離子交換容量：即每克干樹(shù)脂或每毫升濕樹(shù)脂所能交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)，反應(yīng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)的性能。有總交換容量、工作交換容量和再生交換容量三種表示方法。總交換容量：表示每單位數(shù)量樹(shù)脂能進(jìn)行離子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量。工作交換容量：表示樹(shù)脂在某一定條件下的離子交換能力，它與樹(shù)脂種類(lèi)和總交換容量，以及具體工作條件（如溶液的組成、流速、溫度等因素）等有關(guān)。再生交換容量：表示在一定的再生劑量條件下所取得的再生樹(shù)脂的交換容量，表明樹(shù)脂中原有化學(xué)基團(tuán)再生復(fù)原的程度。第47頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作交換容量<總交換容量再生交換容量＝

總交換容量×（50%-90%）工作交換容量＝

再生交換容量×（30%-90%）第48頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總原則：親和力與水合離子的半徑、電荷及離子的極化程度有關(guān)。水合離子的半徑越小，電荷越高，離子的極化程度越大，其親和力也越大。示例：Li+，Na+，K+的水合離子的電荷數(shù)目相同，但它們水合離子半徑依次減小，樹(shù)脂對(duì)它們親和力依次增強(qiáng)。7.離子交換樹(shù)脂的吸附選擇性第49頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.離子交換樹(shù)脂的吸附選擇性離子交換樹(shù)脂對(duì)溶液中不同離子有不同的親和力（1）離子半徑水化半徑較小的離子較易吸附（2）離子化合價(jià)對(duì)陽(yáng)離子的吸附，高價(jià)離子優(yōu)先吸附第50頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）溶液的酸堿度弱酸性樹(shù)脂在堿性條件下才能起交換作用弱堿性樹(shù)脂在酸性條件下才能起交換作用由于弱酸性樹(shù)脂在酸性或中性下，電離度小，氫離子不易游離，交換容量低第51頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）樹(shù)脂的交聯(lián)度、膨脹度和分子篩交聯(lián)度大、膨脹度小的樹(shù)脂選擇性較好對(duì)于大離子，樹(shù)脂要有一定的膨脹度，才能允許大分子進(jìn)入到樹(shù)脂內(nèi)部膨脹度大，選擇性就低第52頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響交換容量的兩因素：選擇性：膨脹度增加，選擇性低，促使樹(shù)脂吸附量降低空間大?。号蛎浂仍黾樱障洞?，允許大分子自由進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部，樹(shù)脂吸附量增加當(dāng)膨脹系數(shù)較小時(shí)，空間效應(yīng)占主要地位，交換容量隨膨脹系數(shù)而增加當(dāng)膨脹系數(shù)達(dá)到一定時(shí)，樹(shù)脂內(nèi)部為大分子所達(dá)到的程度變化不大，選擇效應(yīng)占主要地位，交換容量隨膨脹系數(shù)而降低第53頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分子篩若增大樹(shù)脂的交聯(lián)度，有機(jī)分子便不能進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部，但無(wú)機(jī)離子不受阻礙，利用這一原理將大分子和無(wú)機(jī)離子分開(kāi)的方法第54頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（5）樹(shù)脂和交換離子間的輔助力庫(kù)侖力：離子交換主要借助于離子間的庫(kù)侖力，對(duì)于小分子的無(wú)機(jī)離子以庫(kù)侖力為主氫鍵：對(duì)一些生物大分子，還可產(chǎn)生氫鍵、范德華力等范德華力第55頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（6）有機(jī)溶劑的影響降低有機(jī)離子的選擇性，易于吸附無(wú)機(jī)離子原因：1、由于有機(jī)溶劑的存在，使離子溶劑化程度降低，而無(wú)機(jī)離子的降低程度更大2、有機(jī)溶劑會(huì)降低離子的電離度，對(duì)有機(jī)離子的影響更大?；谠撔再|(zhì)，可利用有機(jī)溶劑從樹(shù)脂上洗脫難洗脫的有機(jī)物質(zhì)第56頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)

離子交換原理離子交換平衡離子交換速度第57頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、離子交換平衡任何離子型的化合物所進(jìn)行的離子交換反應(yīng)都是可逆反應(yīng)。R-—H++Na+Cl-?R—Na++H+Cl-平衡常數(shù)K=K越大，表示正反應(yīng)越容易進(jìn)行，逆反應(yīng)越困難。離子交換色譜被洗脫的能力決定于各種洗脫反應(yīng)的平衡常數(shù)。第58頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陰離子交換：

R+U-+X-?R+X-+U-平衡常數(shù)KXU-=陽(yáng)離子交換：R-U++X+?R-X++U+平衡常數(shù)KXU+=第59頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、離子交換速度交換機(jī)理影響交換速度的因素第60頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)A+自溶液中擴(kuò)散到樹(shù)脂表面2)A+從樹(shù)脂表面進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部的活性中心（慢）3)A+與RB在活性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)4)

解吸附離子B+自樹(shù)脂內(nèi)部擴(kuò)散至樹(shù)脂表面（慢）5)B+離子從樹(shù)脂表面擴(kuò)散到溶液中A++RBRA+B+

（一）交換機(jī)理第61頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換過(guò)程外擴(kuò)散

內(nèi)擴(kuò)散

交換反應(yīng)第62頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部擴(kuò)散控制：一般說(shuō)來(lái)，液相速度越快或攪拌越激烈，濃度越濃，顆粒越大，吸附越弱，越是趨向于內(nèi)部擴(kuò)散控制。外部擴(kuò)散控制：相反液體流速慢，濃度稀，顆粒細(xì)，吸附強(qiáng)，越是趨向于外部擴(kuò)散控制。當(dāng)樹(shù)脂吸附抗生素等分子時(shí)，由于在樹(shù)脂內(nèi)擴(kuò)散速度慢，常常為內(nèi)部擴(kuò)散控制。第63頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）影響交換速度的因素第64頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第65頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

離子交換過(guò)程樹(shù)脂的選擇樹(shù)脂預(yù)處理離子交換吸附洗脫再生第66頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、樹(shù)脂的選擇

交換對(duì)象帶正電荷的物質(zhì)用陽(yáng)離子交換劑帶負(fù)電荷的物質(zhì)用陰離子交換劑

吸附性強(qiáng)弱酸或弱堿性樹(shù)脂弱強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性樹(shù)脂大分子物質(zhì)選擇大孔樹(shù)脂或交聯(lián)度低的樹(shù)脂第67頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第68頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂脫色的原理基于絕大多數(shù)色素是陰離子型的，故可以用氯式陰離子交換樹(shù)脂中的氯離子與色素交換，達(dá)到脫色的目的。第69頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、樹(shù)脂預(yù)處理新樹(shù)脂中常含有少量的沒(méi)有聚合好的低聚合物和未參加聚合反應(yīng)的物質(zhì)當(dāng)樹(shù)脂與水、酸、堿或其它溶液接觸時(shí)，上述物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)入溶液中影響出水水質(zhì)，新樹(shù)脂還可能含有鐵、銅及鉛等無(wú)機(jī)雜質(zhì)因此新樹(shù)脂在使用前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，除去樹(shù)脂中的可溶性雜質(zhì)同時(shí)經(jīng)過(guò)預(yù)處理，不僅可以提高樹(shù)脂穩(wěn)定性，還可以起到活化樹(shù)脂，提高其工作交換容量的作用第70頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、樹(shù)脂預(yù)處理將樹(shù)脂裝入容器內(nèi)，以小流量操作對(duì)容器內(nèi)樹(shù)脂進(jìn)行反洗，以除去在樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中未參加反應(yīng)的剩余物質(zhì)和制造過(guò)程中混入的雜質(zhì)，反洗以排水清為止用5%的HCI溶液浸泡樹(shù)脂4小時(shí)，然后進(jìn)行水沖洗至中性。酸處理的目的是為了除去樹(shù)脂中的無(wú)機(jī)雜質(zhì)2%的NaOH溶液浸泡樹(shù)脂4小時(shí)，放掉堿液后沖洗樹(shù)脂至排水接近中性。堿處理主要是為了出去樹(shù)脂中的有機(jī)物經(jīng)上述處理后，將原再生系統(tǒng)恢復(fù)，用大反洗再生劑量對(duì)床體進(jìn)行正常步驟的再生操作，之后即可投入運(yùn)行第71頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、樹(shù)脂預(yù)處理預(yù)處理：先用水洗(反洗)，然后用1moL/L的HCl和NaOH在交換柱中依次交替浸泡2～4h樹(shù)脂的預(yù)處理

凝膠樹(shù)脂水浸泡（1—2d）2—3倍2mol/LHCl浸泡（1—2d）水洗至中性得H+陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或Cl-陰離子交換樹(shù)脂（可以繼續(xù)使用NaCl或NH4Cl溶液處理）第72頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第73頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第74頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、離子交換吸附溶液中待交換離子與樹(shù)脂上的活性離子發(fā)生交換反應(yīng)的過(guò)程總原則：使盡可能多的待交換離子吸附到樹(shù)脂上，同時(shí)保證其選擇性合適的pH值在被吸附物穩(wěn)定的范圍內(nèi)使被吸附物能離子化使樹(shù)脂能離子化第75頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交換過(guò)程：將欲分離的試液緩慢注入交換柱內(nèi)，并以一定的流速由上向下流經(jīng)柱子進(jìn)行交換。始漏量：隨著試液不斷地流經(jīng)柱子，交換了的樹(shù)脂層越來(lái)越厚，繼續(xù)加試液于交換柱中，則流出液中開(kāi)始出現(xiàn)末被交換的離子．此時(shí)交換過(guò)程達(dá)到了“始漏點(diǎn)”，被交換到柱上的離子的量(mmol)稱(chēng)為該交換柱在此條件下的“始漏量”。交換容量與始漏量：交換柱的總交換容量大于始漏量。（由于達(dá)到始漏點(diǎn)時(shí)，柱上還有未交換的樹(shù)脂）。第76頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交換過(guò)程示意圖交界層：部分被交換的樹(shù)脂層稱(chēng)為交界層交界層寬度越窄愈好當(dāng)達(dá)到始漏點(diǎn)時(shí)，應(yīng)停止交換，轉(zhuǎn)為洗脫第77頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月洗滌過(guò)程：將離子交換樹(shù)脂柱上的殘留試液（包括未與樹(shù)脂發(fā)生交換作用的物質(zhì)）及被樹(shù)脂交換出的離子洗去的過(guò)程。洗滌劑：不含試樣的其它成分及酸度與試樣溶液相同的“空白”試液或水。第78頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、洗脫洗脫條件總的選擇原則：盡量使溶液中被洗脫離子的濃度降低，以使得樹(shù)脂上的被洗脫離子溶液解吸。洗脫的實(shí)質(zhì)：是用親和力更強(qiáng)的同性離子取代樹(shù)脂上吸附目的產(chǎn)物；降低吸附離子的親和力如離子交換法提取谷氨酸，使用親和力比谷氨酸陽(yáng)離子強(qiáng)的Na+或NH4+溶液，洗脫陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附的谷氨酸離子。第79頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月洗脫(淋洗)過(guò)程：將交換到樹(shù)脂上的離子，用洗脫劑(或淋洗劑)置換下來(lái)的過(guò)程，是交換過(guò)程的逆過(guò)程。洗脫曲線(淋洗曲線)：以流出液中該離子濃度為縱坐標(biāo)，洗脫液體積為橫坐標(biāo)作圖，可得到如圖8—3根據(jù)洗脫曲線。幾種離子同時(shí)被交換在柱上，洗脫過(guò)程也就是分離過(guò)程：

親和力小的離子先被洗脫而親和力最大的離子后被洗脫。第80頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月洗脫過(guò)程和洗脫曲線V1：開(kāi)始流出被交換上離子的洗脫液體積。V2：流出的洗脫液中檢測(cè)不到被交換離子的洗脫液體積第81頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五樹(shù)脂再生再生目的：離子交換樹(shù)脂使用一段時(shí)間后，吸附的雜質(zhì)接近飽和狀態(tài)，就要進(jìn)行再生處理，使之恢復(fù)原來(lái)的組成和性能樹(shù)脂再生：將樹(shù)脂恢復(fù)到交換前的形式．這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為樹(shù)脂再生。有時(shí)洗脫過(guò)程就是再生過(guò)程。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可用3mol/L鹽酸處理，將其轉(zhuǎn)化為H+型；陰離于交換樹(shù)脂可用lmol/L氫氧化鈉處理，將其轉(zhuǎn)化成OH-型備用。第82頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

樹(shù)脂的再生特性與它的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系：強(qiáng)酸/強(qiáng)堿樹(shù)脂再生比較困難，再生劑量比理論值高相當(dāng)多；弱酸/弱堿性樹(shù)脂則較易再生，再生劑量只需稍多于理論值。大孔型和交聯(lián)度低的樹(shù)脂較易再生，而凝膠型和交聯(lián)度高的樹(shù)脂則要較長(zhǎng)的再生反應(yīng)時(shí)間。第83頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

再生劑的種類(lèi)應(yīng)根據(jù)樹(shù)脂的離子類(lèi)型來(lái)選用，并適當(dāng)?shù)剡x擇價(jià)格較低的酸、堿或鹽鈉型陽(yáng)樹(shù)脂可用NaCl溶液再生，用量為其交換容量的2倍氫型陽(yáng)樹(shù)脂用強(qiáng)酸再生，鹽酸或硫酸氯型堿性樹(shù)脂，主要以NaCl

溶液來(lái)再生，但加入少量堿有助于將樹(shù)脂吸附的色素和有機(jī)物溶解洗出OH型堿陰樹(shù)脂則用4%NaOH溶液再生第84頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)

在食品工業(yè)中的應(yīng)用一、脫色除雜蔗糖工業(yè)果汁脫苦金屬離子的去除第85頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、食品成分的分離提純味精糖醇有機(jī)酸食用香料第86頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、生物大分子物質(zhì)提取、分離和純化酶制劑活性多糖提取第87頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、水處理鹽溶液中有用元素的提取和回收水的軟化除鹽水、純水、高純水的制備工業(yè)廢水的處理第88頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、在食品分析中的應(yīng)用第89頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第90頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月摘要：蔗糖糖漿的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，為了優(yōu)化液體糖漿生產(chǎn)工藝，采用離子交換樹(shù)脂進(jìn)行蔗糖糖漿脫色從三種樹(shù)脂中選擇D730作為脫色樹(shù)脂并在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化脫色工藝條件；確定最佳工藝參數(shù)為:進(jìn)樣錘度50～55，溫度50～60℃，pH7.8～8.2，流速1.5～2.0BV/h經(jīng)該工藝處理后的糖漿脫色效果好，再經(jīng)過(guò)脫鹽濃縮處理后的液體糖，可以達(dá)到QB/T4093-2010標(biāo)準(zhǔn)要求。第91頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第92頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第93頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹(shù)脂脫色的原理基于絕大多數(shù)色素是陰離子型的，故可以用氯式陰離子交換樹(shù)脂中的氯離子與色素交換，達(dá)到脫色的目的。第94頁(yè)，課件共109頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3樹(shù)脂預(yù)處理及再生復(fù)蘇脫色樹(shù)脂使用前必須進(jìn)行預(yù)處理，其具體操作為：首先將一定量樹(shù)脂裝入容器中，用清水反復(fù)沖洗至水澄清為止其次用兩倍體積的8%-1