第十五章吸附 生物制药工艺学.pptVIP

第一节 吸附过程的理论基础 吸附(adsorption)：溶质从液相或气相转移到固相的现象。 吸附机制：固体表面分子(或原子)处于特殊的状态。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于平衡。但在界面分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从外界吸附分子、原子、或离子，并在吸附表面上形成多分子层或单分子层。 吸附操作: 利用固体吸附的原理从液体或气体中除去有害成分或提取回收有用目标产物的过程。 吸附剂: 在表面上能发生吸附作用的固体物质 吸附物: 被吸附的物质 吸附类型 1.物理吸附 由吸附质与吸附剂间的范德华力引起。 2.化学吸附 由吸附质与吸附剂间的化学键引起。 3.离子交换吸附 利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来。 吸附过程 料液与吸附剂混合 吸附质被吸附到吸附剂表面 料液流出 吸附质解吸附 吸附法的特点： 用于除臭、脱色、吸湿、防潮、分离精制各种产品，空气的净化、除菌、去热原等。 设备简单，操作简便；过程pH变化小，适用于稳定性差的产品；缺点是选择性差，得率低。 不能连续操作，劳动强度大。 一、吸附剂 1）、吸附力 A 范德华力 B 静电作用力 C 酶与基质结合时的配位键 D 疏水相互作用 E 空间位阻等 F 氢键 2）、吸附类型 A 物理吸附 吸附剂和吸附物通过分子间力(范德华力)产生的吸附称为物理吸附。这是一种最常见的吸附现象，其特点是吸附不仅限于一些活性中心，而是整个自由界面。 C 交换吸附 交换吸附类型: 1st 极性吸附: 吸附剂表面如为极性分子所组成，则会吸引溶液中逞相反极性的物质或离子而形成双电层，这种吸附称为极性吸附。 2nd 离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中 交换吸附的决定因素: 1st 离子所带电荷越多，它在吸附剂表面的相反电荷点上的吸附力就越强 2nd 电荷相同的离子，其水化半径越小，越易被吸附。 吸附平衡理论 吸附等温线： 当吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量q*同溶液中溶质的平衡应与温度有关。当温度一定时，吸附量只和浓度有关，q* = f(c) --- 吸附等温线。生物分离中至少有四种等温吸附线(见图)。 A)、Henry type 在一定温度下，平衡时吸附剂吸附溶质浓度q*与液相溶质浓度c之间的关系为线性函数： m为分配系数。 适应条件：在低浓度范围之内成立。当浓度较高时，上式无效。 吸附平衡理论 B)、Freundlich type 其经验公式为 其中，k和n为常数，n一般在1-10之间。 Freundlich等温线可以描述大多数抗生素、类固醇、甾类激素等在溶液中的吸附过程。 C)、Langmuir type S-为表面活性中心。基于上述平衡，及假定单分子层吸附，得Langmuir 型吸附平衡方程 第二节 几种常用吸附剂 一、 吸附剂 1）、吸附剂分类： A、非多孔类：非多孔性固体的比表面仅取决于颗粒的外表面，比较而言比表面积小，用粉碎的方法可以增加其比表面积。 B、多孔类：多孔性颗粒的表面是由“外表面”和“内表面”所组成，内表面积可比外表面积大几百倍。由于颗粒内微孔的存在，比表面很大，可达每克几百平方米，有较高的吸附势。 一、吸附剂 2）、常用的吸附剂 3）、吸附剂的表征 A、化学成分 B、材料结构 C、比表面积 D、平均孔径、或平均粒度, 及其分布 ④吸附剂浸渍 这是提高吸附剂吸附能力(容量)和选择性的一种有效方法。 其处理方法是将吸附剂预先在某些特定物质的溶液中进行浸渍，再把吸附了这些特定物质的吸附剂进行干燥，然后再去吸附某些气态物质，使这些气态物质与预先吸附在吸附剂表面上的特定物质发生化学反应。对于同一种吸附剂，可根据吸附处理有害气体中污染物的种类、选择浸渍一些特定物质，以提高吸附的选择性。 常用吸附剂 ①活性炭： 活性炭是一种非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物质的性质，它能吸附绝大部分有机气体，如苯类，醛酮类、醇类、烃类等以及恶臭物质，因此，活性炭常被用来吸附和回收有机溶剂和处理恶臭物质。对SO2、NOx、Cl2、H2S、CO2等有害气体也有优良的吸附能力，因此，在吸附操作中，活性炭是一种首选的优良吸附剂。 优点：性能稳定、抗腐蚀。 缺