生化工藝——第五章_吸附與離子交換

1、定義定義：一種不溶于水及一般酸、堿和有機(jī)溶一種不溶于水及一般酸、堿和有機(jī)溶 劑的劑的有機(jī)高分子化合物有機(jī)高分子化合物；化學(xué)穩(wěn)定性；化學(xué)穩(wěn)定性 良好，且具有離子交換能力，其活性良好，且具有離子交換能力，其活性 基團(tuán)一般是多元酸或多元堿。基團(tuán)一般是多元酸或多元堿。 第三節(jié)第三節(jié) 離子交換樹脂離子交換樹脂離子交換樹脂的構(gòu)成離子交換樹脂的構(gòu)成n惰性不溶的、具有三維多孔網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)惰性不溶的、具有三維多孔網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的的網(wǎng)絡(luò)骨架網(wǎng)絡(luò)骨架n聯(lián)接在骨架上的聯(lián)接在骨架上的活性基團(tuán)活性基團(tuán)n活性基團(tuán)所帶的相反電荷的活性基團(tuán)所帶的相反電荷的活性離子活性離子（可（可交換離子）交換離子）樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架基

2、本常識(shí)基本常識(shí)u 離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。u 大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀 或粉狀。或粉狀。u 樹脂顆粒的尺寸一般在樹脂顆粒的尺寸一般在0.30.31.21.2mm mm 范圍范圍 內(nèi)，大部分在內(nèi)，大部分在0.40.40.60.6mmmm之間。之間。u 有較高的機(jī)械強(qiáng)度有較高的機(jī)械強(qiáng)度( (堅(jiān)牢性堅(jiān)牢性) )，化學(xué)性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì) 很穩(wěn)定，正常情況下有較長的使用壽命。很穩(wěn)定，正常情況下有較長的使用壽命。 ) ) 強(qiáng)酸性陽離子樹脂強(qiáng)酸性陽離子樹脂 l 含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)l解離能力強(qiáng)，不受溶液解

3、離能力強(qiáng)，不受溶液pHpH變化變化的影響的影響p 樹脂在使用一段樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，處理，再生成氫型比再生成氫型比較困難，故耗酸量較較困難，故耗酸量較大，一般為該樹脂交大，一般為該樹脂交換容量的換容量的3 3-5-5倍。倍。p這類樹脂主要用于這類樹脂主要用于軟水和無鹽水的制備，軟水和無鹽水的制備， p用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理理四、離子交換樹脂的功能特性四、離子交換樹脂的功能特性l 含弱酸性基團(tuán)含弱酸性基團(tuán)p 這種樹脂的酸性即離這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低解性較弱，在低pHpH下難以下難以離解和進(jìn)行離子交換，只離解和進(jìn)行離子交換，只能在能在堿性、

4、中性或微酸性堿性、中性或微酸性溶液中溶液中( (如如pH5pH514)14)起作起作用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)用。這類樹脂亦是用酸進(jìn)行再生行再生( (比強(qiáng)酸性樹脂較比強(qiáng)酸性樹脂較易再生易再生) )。2) 2) 弱酸性陽離子樹脂弱酸性陽離子樹脂 l 含有強(qiáng)堿性基團(tuán)含有強(qiáng)堿性基團(tuán)l這種樹脂的正電基團(tuán)能這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。作用。 p 這種樹脂的離解性這種樹脂的離解性很強(qiáng)很強(qiáng), ,在不同在不同pHpH下都能下都能正常工作。正常工作。 p它用強(qiáng)堿它用強(qiáng)堿( (如如NaOH)NaOH)進(jìn)進(jìn)行再生，耗堿量大。行再生，耗

5、堿量大。p這類樹脂的氯型較羥這類樹脂的氯型較羥型更穩(wěn)定，耐熱性更好，型更穩(wěn)定，耐熱性更好，故商品大多數(shù)是氯型。故商品大多數(shù)是氯型。 3) 3) 強(qiáng)堿性陰離子樹脂強(qiáng)堿性陰離子樹脂 l 含有弱堿性基團(tuán)含有弱堿性基團(tuán)l 這種樹脂的正電基團(tuán)能這種樹脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。作用。p 這種樹脂在多這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他液中的整個(gè)其他酸分子吸附。酸分子吸附。p 它只能在中性它只能在中性或酸性條件或酸性條件( (如如pH1-9)pH1-9)下工作。下工作。它可用它可用NaNa2 2COCO3 3

6、、NHNH4 4OHOH進(jìn)行再生。進(jìn)行再生。4)4) 弱堿性陰離子樹脂弱堿性陰離子樹脂 （1 1）被分離物質(zhì)的性質(zhì)和分離要求）被分離物質(zhì)的性質(zhì)和分離要求（2 2）樹脂可交換離子的型式）樹脂可交換離子的型式 （3 3）合適的交聯(lián)度）合適的交聯(lián)度 （4 4）洗脫難易程度和使用壽命）洗脫難易程度和使用壽命 五、離子交換樹脂的選擇五、離子交換樹脂的選擇第四節(jié)第四節(jié) 離子交換工藝離子交換工藝p常用的常用的陽離子陽離子交換樹脂有交換樹脂有氫型、鈉型、銨型氫型、鈉型、銨型等；等；常用的常用的陰離子陰離子交換樹脂有交換樹脂有羥型、氯型羥型、氯型等。等。p 如：常將如：常將強(qiáng)酸性陽離子樹脂強(qiáng)酸性陽離子樹脂與與N

7、aClNaCl作用，轉(zhuǎn)變作用，轉(zhuǎn)變?yōu)闉殁c型鈉型樹脂樹脂再使用。再使用。 p 如如：陰離子樹脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃完庪x子樹脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂?，工作再使用，工作時(shí)放出時(shí)放出ClCl離子而吸附交換其他陰離子，它的再生離子而吸附交換其他陰離子，它的再生只需用食鹽水溶液。只需用食鹽水溶液。p 氯型樹脂也可轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫吐刃蜆渲部赊D(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫? (HCOHCO3 3) )運(yùn)行。運(yùn)行。p 強(qiáng)酸性樹脂及強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯強(qiáng)酸性樹脂及強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后，就不再具有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性，但它們?nèi)匀恍秃螅筒辉倬哂袕?qiáng)酸性及強(qiáng)堿性，但它們?nèi)匀挥羞@些樹脂的其他有這些樹脂的其他 典型性能，如離解性強(qiáng)和工典型性

8、能，如離解性強(qiáng)和工作的作的pHpH范圍寬廣等。范圍寬廣等。 離子樹脂的轉(zhuǎn)型離子樹脂的轉(zhuǎn)型 一般，對(duì)一般，對(duì)弱酸性弱酸性和和弱堿性弱堿性樹脂，為使樹脂能離子樹脂，為使樹脂能離子化，應(yīng)采用化，應(yīng)采用鈉型或氯型鈉型或氯型。 而對(duì)而對(duì)強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性和和強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性樹脂，可以采用樹脂，可以采用任何型式任何型式。 但若抗生素在酸性、堿性條件下易破壞，則不宜但若抗生素在酸性、堿性條件下易破壞，則不宜采用氫型和羥型樹脂。采用氫型和羥型樹脂。 圖圖5-12 各種固定床方式示意圖各種固定床方式示意圖三、離子交換工藝問題及處理離子交換工藝問題及處理n樹脂中毒樹脂中毒 中毒的原因：主要有大分子有機(jī)物或沉淀物嚴(yán)重堵塞孔隙

9、，中毒樹脂往往顏色加深，甚至呈現(xiàn)棕色，乃至黑色；樹脂的活性基團(tuán)脫落；生成不可逆化合物或樹脂與氧長期接觸發(fā)生氧化等；負(fù)載離子的交換勢(shì)極高，通常的洗脫劑或再生劑難以使其從活性基團(tuán)上交換下來，使其不能與其它離子交換而失效；負(fù)載離子發(fā)生了變化。如交換了Fe3+的樹脂，當(dāng)用堿性溶液處理時(shí)，F(xiàn)e3+發(fā)生水解，產(chǎn)生氫氧化鐵凝膠，沉積于樹脂孔隙中，造成堵塞。 對(duì)于中毒樹脂的處理：一方面應(yīng)該盡量凈化料液；用常規(guī)方法處理后，再用酸、堿加熱到4050浸泡 ；有機(jī)溶劑加熱浸泡處理 ；對(duì)于吸附了有機(jī)物很難洗脫或再生時(shí)，可以用氧化劑（如次氯酸鈉、雙氧水等）將其氧化。 三、離子交換工藝問題及處理離子交換工藝問題及處理n2.

10、2.樹脂層出現(xiàn)分層現(xiàn)象樹脂層出現(xiàn)分層現(xiàn)象 樹脂在使用過程中由于吸附了粘性物質(zhì)，使樹脂顆粒間相互粘連,容易引起樹脂在反洗或反交換過程中出現(xiàn)分層現(xiàn)象。另外，當(dāng)系統(tǒng)在操作中由于氣密性較差，有氣體進(jìn)入床層也會(huì)引起床層分層。反洗或反交換等操作，工藝控制不合理，流速的突然增大也會(huì)造成分層現(xiàn)象。 避免分層：對(duì)樹脂進(jìn)行徹底洗滌；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行密閉性實(shí)驗(yàn)，消除漏氣區(qū)域；對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理除去粘性很大的物質(zhì)；規(guī)范操作，合理控制流速等幾種方法可避免分層現(xiàn)象 出現(xiàn)分層現(xiàn)象后，可從容器下部放掉柱內(nèi)液體，對(duì)床層進(jìn)行正洗，反洗等操作，當(dāng)床層穩(wěn)定后再轉(zhuǎn)入正常的交換操作。 n3 3固定床操作中，過早出現(xiàn)固定床操作中，過早出現(xiàn)“穿透穿透”現(xiàn)象現(xiàn)象第五節(jié)、離子交換技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用第五節(jié)、離子交換技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用 純化水的制備圖5-13 離子交換法制備純化水發(fā)酵液濾液預(yù)處理和過濾冷卻至15以下NaOH調(diào)pH之中性飽和樹脂二次