吸附分离技术..ppt

吸附分离技术 主 要 内 容： 吸附法概述 吸附法的分类及原理 吸附等温线 吸附分离操作 一、吸附法的概述 1、吸附法定义 吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混和、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。 吸附剂——能够吸附其他物质的多孔性固体。 吸附质——在吸附过程中，被吸附的物质。 常用于从稀溶液中将溶质分离出来，由于受固体吸附剂的限制，处理能力较小； 对溶质的作用较小，这一点在蛋白质分离中特别重要； 可直接从发酵液中分离所需的产物，成为发酵与分离的耦合过程，从而可消除某些产物对微生物的抑制作用； 溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常是非线性关系，故设计比较复杂，实验的工作量较大。 3、常用的吸附剂 吸附剂通常应具备以下特征： 表面积大、颗粒均匀、 对被分离的物质具有较强的吸附能力 有较高的吸附选择性 机械强度高 再生容易、性能稳定 价格低廉。 常用的吸附剂有极性的和非极性的两种。 羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者，活性炭属后者。 人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有。但大多属非极性的。 4、吸附法的发展 吸附法在各种层析技术中应用最早 如一战期间发展起来的活性炭吸附 后来使用的凝胶型离子交换树脂、吸附柱层析、分子筛等 大网格树脂吸附(选择性好，解吸容易、机械强度好、可反复使用和流体阻力较小等优点) 二、吸附法的分类及原理 物理、化学吸附的比较 2、吸附机理 3、吸附力的本质 A 定向力 极性分子的永久偶极静电力 B 诱导力 极性分子与非极性分子之间的 吸引力 C 色散力 非极性分子之间的引力（瞬间 偶极） 分子引力/范德华力的总能量: 范德华力-定向力 范德华力-诱导力 在分子间相互作用的总能量中，各种力所占的相对比例是不同的。主要取决于分子的两个性质，即它的极性和极化度。极性越大，定向力作用越大；极化度越大，色散力的作用越大。诱导力是次级效应 范德华力中的色散力是普遍的一种力 三、吸附等温线 吸附平衡 分类 1 Langmuir 等温线 (单分子层) 2 Freundlich等温线(抗生素/类固醇/甾类激素) 3 离子交换等温线 单价：在缓冲液中， Langmuir 模拟 多价：Freundlich 模拟 4 亲和吸附等温线：类似于Langmuir 表达 由图可求得k=6.76 , n=21.72 影响吸附过程的因素 （1）吸附剂的特性（比表面积、粒度、极性大小、活化条件） （2）吸附物的性质（极性大小、分子量） （3）吸附的条件 pH（对蛋白等两性物质在PI附近吸附量最大） 温度（对蛋白分子，一般认为T↑吸附量↑，考虑到稳定性,通常在0℃or室温操作） 盐浓度（影响复杂，阻止or促进吸附） （4）吸附物浓度与吸附剂用量（吸附物浓度↑，吸附量↑，吸附法纯化蛋白时，要求浓度1%,以增强选择性,吸附剂用量↑，吸附物总量↑，但过量吸附剂导致成本↑，选择性↓） 四、吸附分离操作 工业吸附过程通常包括两个步骤: ①、将流体与吸附剂接触,吸附质被吸附剂吸附后与其他流体分开,此过程为吸附操作; ②、吸附质从吸附剂上解吸出来,使吸附剂得到再生。若吸附剂不需再生,则此步骤改为吸附剂的更新。 槽式吸附操作适用于外扩散控制的吸附传质过程。 使用搅拌使溶液呈湍流状态，颗粒外表面的膜阻力较少。 固定床吸附是吸附分离操作中常采用的设备. 固定床吸附设备 多柱串联固定床吸附操作的特点 优点: ─整个进料过程中进料(吸附)从未间断,属于半连续操作 ─流体流动更接近平推流,反混小,吸附效率高 缺点: ─无法处理含颗粒的料液，因会堵塞床层，造成压力降增大而最终使操作无法进行。 Thank You! Langmuir 等温线 单分子层 Freundlich等温线 单分子层 Henry等温线 稀浓度 等温线 多分子层 Lgqe = 0.148Lgce + 1.3369 1、槽式搅拌吸附 2、固定床吸附 根据待分离物系中各组分的性质和过程的分离要求(如纯度、回收率、能耗等)，在选择适当的吸附剂和解吸剂基础上，采用相应的工艺过程和设备。 常用的吸附分离设备有： 吸附搅拌釜 固定床吸附器 移动床 流化床 吸附过程一般在带有搅拌器的吸附槽中进行。 首先将原料液加入吸附槽，然后在搅拌状态下加入吸附剂。 在搅拌器的作用下，槽内液体呈强烈湍动状态，而吸附质则悬浮于溶液中。 当吸附过程接近吸附平衡时，通过过滤装置将吸附剂从溶液中分离出来。 接触过滤式吸附过程属间歇操作过程，常用于溶质的吸附能力很强，且溶液的浓度