生化工藝第五章吸附與離子交換

生化工藝第五章吸附與離子交換第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日離子交換樹脂的構(gòu)成惰性不溶的、具有三維多孔網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡骨架聯(lián)接在骨架上的活性基團活性基團所帶的相反電荷的活性離子（可交換離子）第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日樹脂的網(wǎng)絡骨架第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日基本常識

離子交換樹脂不溶于水和一般溶劑。大多數(shù)制成顆粒狀，也有一些制成纖維狀或粉狀。樹脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm范圍內(nèi)，大部分在0.4～0.6mm之間。有較高的機械強度(堅牢性)，化學性質(zhì)很穩(wěn)定，正常情況下有較長的使用壽命。

第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日１)

強酸性陽離子樹脂

含有大量的強酸性基團解離能力強，不受溶液pH變化的影響

樹脂在使用一段時間后，要進行再生處理，再生成氫型比較困難，故耗酸量較大，一般為該樹脂交換容量的3-5倍。這類樹脂主要用于軟水和無鹽水的制備，用強酸進行再生處理四、離子交換樹脂的功能特性第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日含弱酸性基團

這種樹脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中(如pH5－14)起作用。這類樹脂亦是用酸進行再生(比強酸性樹脂較易再生)。2)

弱酸性陽離子樹脂

第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日含有強堿性基團這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。

這種樹脂的離解性很強,在不同pH下都能正常工作。它用強堿(如NaOH)進行再生，耗堿量大。這類樹脂的氯型較羥型更穩(wěn)定，耐熱性更好，故商品大多數(shù)是氯型。3)

強堿性陰離子樹脂

第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

含有弱堿性基團這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。

這種樹脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件(如pH1-9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH進行再生。4)

弱堿性陰離子樹脂

第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日（1）被分離物質(zhì)的性質(zhì)和分離要求（2）樹脂可交換離子的型式（3）合適的交聯(lián)度（4）洗脫難易程度和使用壽命

五、離子交換樹脂的選擇第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)離子交換工藝一、離子交換工藝過程樹脂預處理——→裝柱——→加入料液進行離子交換——→洗滌——→加入洗脫劑洗脫——→洗脫液第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日1、樹脂預處理物理處理化學處理轉(zhuǎn)型陽離子樹脂酸—堿—酸陰離子樹脂堿—酸—堿最后以去離子水或緩沖液平衡第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日常用的陽離子交換樹脂有氫型、鈉型、銨型等；常用的陰離子交換樹脂有羥型、氯型等。如：常將強酸性陽離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂再使用。

第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

如：陰離子樹脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂?，工作時放出Cl離子而吸附交換其他陰離子，它的再生只需用食鹽水溶液。氯型樹脂也可轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫?HCO3－)運行。強酸性樹脂及強堿性樹脂在轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后，就不再具有強酸性及強堿性，但它們?nèi)匀挥羞@些樹脂的其他典型性能，如離解性強和工作的pH范圍寬廣等。

離子樹脂的轉(zhuǎn)型

第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日一般，對弱酸性和弱堿性樹脂，為使樹脂能離子化，應采用鈉型或氯型。而對強酸性和強堿性樹脂，可以采用任何型式。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。第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日一般采用濕法填充。裝柱時不允許有氣泡及分層現(xiàn)象產(chǎn)生。裝柱后，用水充分地逆沖洗滌，去微粒、塵埃、氣泡，使樹脂顆粒填充均勻；停止逆洗，待樹脂沉降后，放去洗滌水。需要時用幾倍于柱體積的緩沖液進行平衡以確保離子交換劑的緩沖狀態(tài)當采用干燥樹脂直接填充時，應特別注意其膨脹性2、裝柱第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日3.離子交換過程

正交換是指料液自上而下流經(jīng)樹脂，這種交換方法有清晰的離子交換層，交換飽和度高，洗脫液質(zhì)量好，但交換周期長，交換后樹脂阻力大，影響交換速度反交換的料液是自下而上流經(jīng)樹脂層，樹脂呈沸騰狀，所以對交換設備要求比較高。生產(chǎn)中應根據(jù)料液粘度及工藝條件選擇，大多采用正交換法。為了保證分離效果，可采用多罐串聯(lián)正交換法操作時注意：樹脂層之上應保持有液層，處理液的溫度應在樹脂允許的最高溫度以下，樹脂層中不能有氣泡第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日3.洗脫過程洗滌：目的是將樹脂上吸附的廢液及夾帶的大量色素和雜質(zhì)除去。

適宜的洗滌劑應能使雜質(zhì)從樹脂上洗脫下來，還不應和有效組分發(fā)生化學反應。目前生產(chǎn)中使用軟水進行洗滌。常用的洗滌劑有軟化水、無鹽水、稀酸、稀堿、鹽類溶液或其它絡合劑等。第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日3.洗脫過程洗脫：離子交換完成后，將樹脂吸附的物質(zhì)釋放出來重新轉(zhuǎn)入溶液的過程稱作洗脫。洗脫是用親和力更強的同性離子取代樹脂上吸附的目的產(chǎn)物。（a）改變?nèi)芤簆H值（酸、堿）（b）改變?nèi)芤弘x子強度（鹽)洗脫劑應根據(jù)樹脂和目的產(chǎn)物的性質(zhì)來選擇。洗脫過程是交換的逆過程，洗脫條件應與交換條件相反，如吸附在酸性條件下進行，洗脫應在堿性條件下進行；洗脫流速應低于交換時的流速。注意洗脫過程pH對產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。洗脫方式分為靜態(tài)洗脫和動態(tài)洗脫。第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日4.樹脂再生再生：讓使用過的樹脂重新獲得使用性能的處理過程，包括除去其中的雜質(zhì)和轉(zhuǎn)型。方式有：順流再生和逆流再生毒化樹脂的逆轉(zhuǎn)：樹脂失去交換性能后不能用一般的再生手段重獲交換能力的現(xiàn)象稱為樹脂的毒化。第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日二、離子交換操作方式

間歇式：也叫靜態(tài)交換，多用在學術(shù)研究中；固定床式操作：工業(yè)中最常用。按操作方式可分為：單床式、多床式、復床式和混合床式?！傲黧w式”或“流動床式”：應用較少圖5-12各種固定床方式示意圖第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日三、離子交換工藝問題及處理樹脂中毒

中毒的原因：①主要有大分子有機物或沉淀物嚴重堵塞孔隙，中毒樹脂往往顏色加深，甚至呈現(xiàn)棕色，乃至黑色；②樹脂的活性基團脫落；③生成不可逆化合物或樹脂與氧長期接觸發(fā)生氧化等；④負載離子的交換勢極高，通常的洗脫劑或再生劑難以使其從活性基團上交換下來，使其不能與其它離子交換而失效；⑤負載離子發(fā)生了變化。如交換了Fe3+的樹脂，當用堿性溶液處理時，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。對于中毒樹脂的處理：一方面應該盡量凈化料液；用常規(guī)方法處理后，再用酸、堿加熱到40～50℃浸泡；有機溶劑加熱浸泡處理；對于吸附了有機物很難洗脫或再生時，可以用氧化劑（如次氯酸鈉、雙氧水等）將其氧化。

第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日三、離子交換工藝問題及處理2.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，當系統(tǒng)在操作中由于氣密性較差，有氣體進入床層也會引起床層分層。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造成分層現(xiàn)象。避免分層：對樹脂進行徹底洗滌；對系統(tǒng)進行密閉性實驗，消除漏氣區(qū)域；對料液進行預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，對床層進行正洗，反洗等操作，當床層穩(wěn)定后再轉(zhuǎn)入正常的交換操作。3．固定床操作中，過早出現(xiàn)“穿透”現(xiàn)象第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)、離子交換技術(shù)的工業(yè)應用

一、水處理1.水的類型主要有軟化水和無鹽水（去離子水）；去除水中Ca2+、Mg2+等陽離子的水稱為軟水；不含任何鹽類及可溶性陰離子和陽離子的水稱為無鹽水。水的硬度通常用度（H0）表示，1度是指每升水中含有相當于10mgCaO的硬度。2.軟水制備軟水的硬度一般要求在1H0以下。國內(nèi)制備軟水一般采用001×7樹脂3.無鹽水制備：制備無鹽水多采用氫型強酸陽離子樹脂和羥型強堿或弱堿陰離子樹脂第二十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日純化水的制備圖5-13離子交換法制備純化水第二十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日1、離子型抗生素類藥物的分離純化如鏈霉素