吸附與離子交換

吸附與離子交換第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)吸附平衡和離子交換平衡3.1吸附平衡概念：當(dāng)溫度一定時(shí)，吸附量與濃度之間的函數(shù)關(guān)系稱為吸附等溫線當(dāng)吸附劑與溶液中的溶質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)，其吸附量q*同溶液中溶質(zhì)的平衡應(yīng)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度一定時(shí)，吸附量只和濃度有關(guān)，q*=f(c)---吸附等溫線。生物分離中至少有四種等溫吸附線:第2頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①亨利型吸附平衡:q*=mc

一般在低濃度范圍內(nèi)成立。②Freundlich型吸附平衡:q*=kc1/n,n=1-10

用于描述抗生素、類固醇及激素的吸附。

第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③Langmuir型吸附平衡方程：

常用于關(guān)聯(lián)蛋白質(zhì)的分離提純。④矩形q*=kc1/n，n＞10時(shí)，q*=常數(shù)，吸附等溫線為矩形。

如在固定化單克隆抗體的免疫親和吸附中，一般存在n>10第4頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2離子交換平衡除上述四種生物吸附中常見的吸附等溫線外，如果使用離子交換樹脂為吸附劑，這時(shí)呈現(xiàn)出來(lái)的吸附等溫線就是離子交換等溫線。第5頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

離子交換平衡

第6頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A 強(qiáng)電解質(zhì)XH的分配系數(shù)m

第7頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B 弱電解質(zhì)XH的分配系數(shù)m

第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四影響因素：

①離子強(qiáng)度;②KAX的影響，當(dāng)KAX→∞時(shí)，同強(qiáng)電解質(zhì)m③pH的影響第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四C 蛋白質(zhì)的分配系數(shù)m

離I為離子強(qiáng)度，Z為吸附一個(gè)蛋白質(zhì)分子所交換的反離子數(shù)。第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四影響因素：

①

|pH-pI|→Z②

I③

反離子→m1第11頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.1常用的吸附單元操作方式:間歇吸附依據(jù)是吸附等溫線和物料衡算方程連續(xù)攪拌吸附固定床吸附柱式塔

穿透點(diǎn)第四節(jié)吸附和離子交換操作過(guò)程及其應(yīng)用

第12頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四固定床:一根簡(jiǎn)單的、充滿吸附劑顆粒的豎直圓管，含目標(biāo)產(chǎn)物的液體從管子的一端進(jìn)入，流經(jīng)吸附劑后，從管子的另一端流出。穿透曲線:吸附過(guò)程中吸附塔出口溶質(zhì)濃度的變化曲線穿透點(diǎn):出口處溶質(zhì)濃度開始上升的點(diǎn)穿透時(shí)間:達(dá)到穿透點(diǎn)所用的操作時(shí)間

由于穿透點(diǎn)難于準(zhǔn)確測(cè)定，故一般習(xí)慣上將出口濃度達(dá)到入口濃度的5％～10％的時(shí)間稱為穿透時(shí)間。固定床吸附第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)吸附操作達(dá)到穿透點(diǎn)時(shí)，應(yīng)停止吸附操作，轉(zhuǎn)入吸附質(zhì)洗脫和吸附劑再生操作。利用固定床吸附操作過(guò)程中溶質(zhì)的穿透曲線可測(cè)定溶質(zhì)的吸附平衡關(guān)系，這種方法稱為動(dòng)態(tài)法.利用不同濃度的溶液反復(fù)進(jìn)行吸附操作，即可獲得吸附平衡關(guān)系:q*=f(c)。第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.2離子交換機(jī)理A+自溶液中擴(kuò)散到樹脂表面A+從樹脂表面進(jìn)入樹脂內(nèi)部的活性中心A+與離子交換樹脂在活性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)解吸附離子B+自樹脂內(nèi)部擴(kuò)散至樹脂表面B+離子從樹脂表面擴(kuò)散到溶液中交換速度的控制步驟是擴(kuò)散速度，不同的分離體系可能由內(nèi)部擴(kuò)散或外部擴(kuò)散控制第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四影響離子交換速度的因素顆粒大?。河≡娇旖宦?lián)度：交聯(lián)度小，交換速度快溫度：越高越快離子化合價(jià)：化合價(jià)與高，交換越快離子大?。涸叫≡娇鞌嚢杷俣龋涸谝欢ǔ潭壬?，越大越快溶液濃度：當(dāng)交換速度為外擴(kuò)散控制時(shí)，濃度越大，交換速度越快第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四影響離子交換選擇性的因素水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；離子化合價(jià)：高價(jià)離子易于被吸附；溶液pH：影響交換基團(tuán)和交換離子的解離程度，但不影響交換容量；離子強(qiáng)度：越低越好；有機(jī)溶劑：不利于吸附；交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少；樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力；第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.3離子交換操作方法樹脂預(yù)處理離子交換吸附洗脫第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四樹脂預(yù)處理物理處理：水洗、過(guò)篩，去雜，以獲得粒度均勻的樹脂顆粒；化學(xué)處理：轉(zhuǎn)型（氫型或鈉型）陽(yáng)離子樹脂酸—堿—酸陰離子樹脂堿—酸—堿最后以去離子水或緩沖液平衡第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.4離子交換操作方式靜態(tài)：操作簡(jiǎn)單、但是分批操作，交換不完全動(dòng)態(tài)：離子交換柱，操作連續(xù)、交換完全，適宜多組份分離柱式固定床第21頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四洗脫方式離子交換完成后，將樹脂吸附的物質(zhì)重新轉(zhuǎn)入溶液的方法洗脫方法（1）改變?nèi)芤簆H值（2）改變?nèi)芤弘x子強(qiáng)度第22頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四樹脂再生是指是離子交換樹脂重新具有交換能力的過(guò)程酸性陽(yáng)離子樹脂酸-堿-酸-緩沖溶液淋洗堿性陰離子樹脂堿-酸-堿-緩沖溶液淋洗方式有：順流再生和逆流再生第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.5離子交換應(yīng)用實(shí)例離子交換法提取蛋白質(zhì)較無(wú)機(jī)離子的離子交換平衡復(fù)雜，其吸附行為與離子間的靜電引力、氫鍵、疏水作用以及范德華力有關(guān)蛋白質(zhì)是生物大分子物質(zhì)，因此，其擴(kuò)散行為也較無(wú)機(jī)離子復(fù)雜第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一些影響離子交換的帶電荷區(qū)域不同的蛋白質(zhì)帶有不同的電荷,并具有不同的表面電荷模式選擇性分離的基礎(chǔ)第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四NH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-較低pH正電荷較高pH負(fù)電荷獲得氫失掉氫PH值對(duì)電荷的影響第26頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四-+OverallchargeonproteinNH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-acidisoelectricpoint alkalineexcesspositivechargebalancedpositiveandnegativechargeexcessnegativechargepH310滴定曲線第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)離子交換分離的基本步驟平衡上樣吸附洗脫再生第28頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四++++++-------anionexchangebead平衡第29頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上樣吸附-----------++++++----第30頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期四洗脫--------------