離子交換分離原理及設(shè)備

1、離子交換分離原理及設(shè)備 離子交換樹脂及其分離原理離子交換樹脂及其分離原理 離子交換樹脂的分類及合成 離子交換樹脂的理化性能 離子交換機(jī)理及選擇性 離子交換裝置及再生離子交換裝置及再生 離子交換設(shè)備及計(jì)算離子交換設(shè)備及計(jì)算 離子交換設(shè)備的結(jié)構(gòu) 離子交換設(shè)備的計(jì)算離子交換樹脂的分類 按樹脂骨架的主要成分分為聚苯乙烯型樹脂、聚丙按樹脂骨架的主要成分分為聚苯乙烯型樹脂、聚丙烯酸型樹脂、酚烯酸型樹脂、酚- -醛型樹脂等；醛型樹脂等； 按聚合的化學(xué)反應(yīng)分為共聚型樹脂和縮聚型樹脂；按聚合的化學(xué)反應(yīng)分為共聚型樹脂和縮聚型樹脂； 按樹脂骨架的物理結(jié)構(gòu)分為凝膠型樹脂按樹脂骨架的物理結(jié)構(gòu)分為凝膠型樹脂( (微孔樹脂

2、微孔樹脂) )、大網(wǎng)絡(luò)樹脂大網(wǎng)絡(luò)樹脂( (大孔樹脂大孔樹脂) )及均孔樹脂；及均孔樹脂； 按樹脂的酸堿性分為強(qiáng)酸性、弱酸性陽離子交換樹按樹脂的酸堿性分為強(qiáng)酸性、弱酸性陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿性、弱堿性陰離子交換樹脂。脂和強(qiáng)堿性、弱堿性陰離子交換樹脂。幾類樹脂性能的比較 類型類型性能性能陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性弱酸性弱酸性強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性弱酸性弱酸性活性基團(tuán)活性基團(tuán)磺酸磺酸羧酸羧酸季胺季胺伯胺、仲胺伯胺、仲胺pH的影響的影響無無酸性交換力小酸性交換力小無無堿性交換力小堿性交換力小鹽的穩(wěn)定性鹽的穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定洗滌時(shí)水解洗滌時(shí)水解穩(wěn)定穩(wěn)定洗滌時(shí)水解洗滌時(shí)水解再生劑

3、用量再生劑用量35倍倍1.52倍倍35倍倍1.22倍倍交換速率交換速率快快慢慢快快慢慢離子交換樹脂的理化性能 顆粒度：大多數(shù)為球形，直徑：大多數(shù)為球形，直徑0.20.21.2mm； 交換容量：表示方法有質(zhì)量交換容量：表示方法有質(zhì)量交換容量( (mmol/g樹樹脂脂) )和體積交換容量和體積交換容量( (mmol/mL樹脂樹脂) )；此外還有工作；此外還有工作交換容量和再生交換容量；交換容量和再生交換容量； 機(jī)械強(qiáng)度 膨脹度 含水量及密度：含水量一般是：含水量一般是0.30.7g/g干樹脂干樹脂) )；濕堆積密度和濕真密度一般為濕堆積密度和濕真密度一般為600850kg/m2和和11001400

4、kg/m2； 孔結(jié)構(gòu)離子交換機(jī)理及選擇性 離子交換機(jī)理B+A+BRARBA薄膜離子交換過程包括離子交換過程包括5步：步：1. A+自溶液擴(kuò)散到樹脂表面；自溶液擴(kuò)散到樹脂表面；2. A+從樹脂表面擴(kuò)散到樹脂從樹脂表面擴(kuò)散到樹脂內(nèi)部的活性中心；內(nèi)部的活性中心；3. A+在活性中心發(fā)生交換反在活性中心發(fā)生交換反應(yīng)；應(yīng)；4. 解吸離子解吸離子B+自樹脂內(nèi)部的自樹脂內(nèi)部的活性中心擴(kuò)散到樹脂表面；活性中心擴(kuò)散到樹脂表面；5. B+從樹脂表面擴(kuò)散到溶液；從樹脂表面擴(kuò)散到溶液；Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+anionexc

5、hangerbead-離子交換機(jī)理及選擇性 離子交換機(jī)理離子交換機(jī)理及選擇性 離子交換過程的選擇性 離子的水化半徑離子的水化半徑 離子的化合價(jià)離子的化合價(jià) 溶液的酸堿度溶液的酸堿度 交聯(lián)度、膨脹度和分子篩交聯(lián)度、膨脹度和分子篩 樹脂與交換離子之間的輔助力樹脂與交換離子之間的輔助力 有機(jī)溶劑的影響有機(jī)溶劑的影響離子交換裝置及再生料液料液處理液處理液 單床式單床式料液料液處理液處理液 多床式多床式料液料液處理液處理液 復(fù)床式復(fù)床式料液料液處理液處理液 混合床式混合床式離子交換裝置離子交換裝置及再生再生方式料液再生液處理液廢液順流再生順流再生料液再生液處理液廢液逆流再生逆流再生離子交換裝置及再生再生

6、方式廢液再生液料液再生液處理液對流逆流再生對流逆流再生廢液再生液料液再生液處理液對流再生對流再生離子交換裝置及再生再生操作交換交換反洗反洗再生再生水洗水洗交換交換料液處理液廢水反洗水再生水再生廢液正洗水廢水料液處理液動畫演示動畫演示離子交換裝置及再生再生操作混合床再生的操作過程混合床再生的操作過程具有多孔支持板的離子交換罐 圓筒體的高徑比一般為圓筒體的高徑比一般為23，樹脂層高度約為圓，樹脂層高度約為圓筒高度的筒高度的50 70。1-視鏡 2-進(jìn)料口 3-手口4-液體分布器 5-樹脂層6-多孔板 7-尼龍層 8-出液口具有塊石支持層的離子交換罐1-進(jìn)料口 2-視鏡 3-液位計(jì)4-樹脂層 5-卵

7、石層 6-出液口被交換溶液進(jìn)口淋洗水、解吸液及再生劑進(jìn)口廢液出口分布器分布器淋洗水、解吸液及再生劑出口，反洗水進(jìn)口反吸附離子交換罐擴(kuò)口式離子交換器混合床交換罐制備無機(jī)鹽的流程篩板式連續(xù)離子交換設(shè)備漩渦式連續(xù)離子交換設(shè)備離子交換設(shè)備的計(jì)算 罐體積yVVt罐體積罐體積Vt：罐高徑比一般取罐高徑比一般取Hi/D=23。 交換設(shè)備的放大1.根據(jù)交換罐負(fù)荷相同的原則放大；根據(jù)交換罐負(fù)荷相同的原則放大；2.根據(jù)交換罐中溶液空塔流速相同的原則放大；根據(jù)交換罐中溶液空塔流速相同的原則放大；3.溶液通過床層的壓力降溶液通過床層的壓力降離子交換的應(yīng)用及特點(diǎn) 應(yīng)用應(yīng)用 1.氨基酸氨基酸 2.有機(jī)酸有機(jī)酸 3.抗生素

8、抗生素 4.生物酶生物酶 特點(diǎn)特點(diǎn) 1.樹脂無毒且可反復(fù)使用樹脂無毒且可反復(fù)使用 2.少用或不用有機(jī)溶劑少用或不用有機(jī)溶劑 3.成本低成本低 4.設(shè)備簡單設(shè)備簡單 5.操作方便操作方便吸附分離原理及設(shè)備 吸附分離機(jī)理 吸附法吸附法是利用合適的吸附劑，在一定的操作條件是利用合適的吸附劑，在一定的操作條件下，使發(fā)酵液中的產(chǎn)物被吸附在固定吸附劑的內(nèi)外表下，使發(fā)酵液中的產(chǎn)物被吸附在固定吸附劑的內(nèi)外表面上，再以適當(dāng)?shù)慕馕鼊a(chǎn)物從吸附劑上解吸下來，面上，再以適當(dāng)?shù)慕馕鼊a(chǎn)物從吸附劑上解吸下來，從而達(dá)到分離濃縮的目的。從而達(dá)到分離濃縮的目的。吸附分離原理及設(shè)備 吸附劑的選擇 吸附劑吸附劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分

9、為兩大類：一類是有機(jī)按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是有機(jī)吸附劑，如活性炭、球形炭化樹脂、聚酰胺、纖維素、吸附劑，如活性炭、球形炭化樹脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹脂等；另一類是無機(jī)吸附劑，如白土、氧化鋁、大孔樹脂等；另一類是無機(jī)吸附劑，如白土、氧化鋁、硅膠、硅藻土等。硅膠、硅藻土等。 吸附操作及設(shè)備1.攪拌罐內(nèi)的吸附操作攪拌罐內(nèi)的吸附操作2.固定床吸附固定床吸附色譜分離原理及設(shè)備 色譜分離原理 色譜分離操作條件 色譜分離設(shè)備Column Chromatography實(shí)驗(yàn)室規(guī)?？罩b柱示范錄像實(shí)驗(yàn)室規(guī)?？罩b柱示范錄像 Gel Filtration -size Resin has fixed siz

10、e pores which allow molecules smaller than a given size to enter Small molecules will take longer to pass down the column than large ones because they travel further Can estimate molecular weight by comparison with a standardIon Exchange - charge Mixture of proteins is applied to the negatively char

11、ged column resin balanced by Na+ ions (red) -ve and neutral proteins pass in the void volume, +ve proteins stick Excess of Na+ ions is added +ve proteins are elutedCould have used change in pH to elute the proteinsAffinity Chromatography Uses specific binding property to attach protein to column Inc

12、rease concentration of ligand to elute the protein Examples: antibody columns - monoclonal antibody attached to column glutathione column binds glutathione-S-transferase on target工業(yè)規(guī)模的色譜分離流程色譜分離設(shè)備玻璃色譜分離柱玻璃色譜分離柱色譜分離設(shè)備帶熱夾套分離柱反轉(zhuǎn)式分離柱KTAexplorerKTApurifierKTAFPLC色譜分離設(shè)備色譜分離設(shè)備實(shí)驗(yàn)室層析和大規(guī)模層析的分別分辨率分辨率越多峰越好越多峰越好

13、 要求純度要求純度種類種類 提高分辨率提高分辨率純度純度定性定性 增加增加 增加增加 樣品量樣品量 產(chǎn)量產(chǎn)量 (生產(chǎn)力生產(chǎn)力) (峰越少越好峰越少越好) 上樣速度上樣速度不注重不注重 最大樣品處理速度最大樣品處理速度次次/h 生產(chǎn)力生產(chǎn)力=g/ml 膠膠/h線性放大固定以下條件：固定以下條件：1. 相同線行流速相同線行流速2. 相同緩沖液相同緩沖液3. 相同填料相同填料4. 相同柱高相同柱高5. 相同樣品濃度和相同樣品濃度和pH6. 相同樣品體積和柱床體積比例相同樣品體積和柱床體積比例7. 相同梯度體積和柱床體積比例相同梯度體積和柱床體積比例放大：放大：1. 柱直徑柱直徑2. 體積流速體積流速

14、3. 上樣體積上樣體積2.01.000123456(column volumes)A280 nm2.01.000123456(column volumes)A280 nmColumn: SOURCE 30RPC, a) 10 x300 mm (23.6 ml)b) FineLINE 200L, 100 x300 mm (9.4 l)Sample: Mixture of Angiotensin II, ribonuclease and insulinSample load: 0.064 mg/ml mediumEluent A: 0.1% TFA/0.05 M NaClEluent B: 0.1

15、% TFA/60% n-propanolFlow rate: 150 cm/h a) 2 ml/minb) 785 ml/minGradient: 20-70% B, 5 column volumes切實(shí)可行的可放大性切實(shí)可行的可放大性KTA explorer10BioProcess23.6-ml column9.4-litre column切實(shí)可行的可放大性切實(shí)可行的可放大性大型層析柱大型層析柱 多種大小多種大小, ,材料可供材料可供選擇選擇, ,柱床體積高達(dá)柱床體積高達(dá)千多升千多升 也可以訂做也可以訂做 經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型 INdEX INdEX 和和 層疊柱層疊柱 制藥用制藥用BPG BPG 和和CHROMAFLOW CHROMAFLOW 柱柱 極高標(biāo)準(zhǔn)的極高標(biāo)準(zhǔn)的 BPSS BPSS 柱柱 專為專為 SOURCE SOURCE 填料填料設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的 FineLINE FineLINE