生物分离工程-吸附与离子交换.ppt

第六章　吸附分离技术和理论 概　述 　利用固体吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面,以除去有害成分或分离回收有用目标产物的过程。 物理吸附 吸附量的多少取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂极性。 离子交换吸附（简称离子交换，Ion exchange） 基于离子交换原理的吸附操作 　通过溶液中带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换，利用其静电作用力的差异而达到分离纯化的方法。 原料液脱色、除臭　 目标产物的提取、浓缩和粗分离 如蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化，在生化分离中约有75%的工艺采用离子交换法 ?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产物，成为发酵与分离的耦合过程，从而消除产物抑制； 优点： 有机溶剂掺入少 操作简便，安全，设备简单 适于稳定性差的物质 缺点： 吸附选择性差 收率低 无机吸附剂性能不稳定 第一节　吸附分离介质 特点：非极性吸附剂，吸附能力强，易吸附非极性或极性小的有机物，在水中吸附能力大于有机溶剂 形式：粉末活性炭和颗粒活性炭 应用：助滤、脱色、去热源、除臭　 ?活性炭对物质的吸附规律 （1)活性炭对不同吸附物的吸附力大小情况： 碳链长的脂肪酸碳链短的脂肪酸 ; 多糖单糖; 多肽氨基酸; 芳香族化合物脂肪族化合物 对相对分子量大的化合物相对分子量小的化合物 （2）pH 值的影响 在酸性溶液中吸附能力大,PH6.8 吸附能力较差 （3）温度 低温吸附时,未达吸附平衡前 吸附量随温度升高而增加 ─具有多孔网状结构,极性吸附剂，可吸附非极性和极性化合物 ─化学惰性，具有较大的吸附量，易制备不同类型的多孔硅胶 ─活性与含水量有关:含水量低，活性强；反之，弱；使用前需活化 ─具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质,用于芳香油,萜类,脂肪类,氨基酸等的分离 种类：多孔性聚苯乙烯和多孔性聚酯树脂　 特点：机械强度高，选择性好，使用寿命长，吸附质易脱附，流体阻力小，解析、再生容易 应用:抗生素(如头孢菌素等)和维生素B12等的分离浓缩过程。 ?大孔网状吸附树脂的分类 非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。 中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。 极性吸附树脂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。 大孔吸附树脂吸附规律 （1） 非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质 （2） 高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质 （3） 中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力 （4） 水溶液中，同族化合物分子量大，极性弱易吸附 （5） 无机盐促进吸附 大孔吸附树脂解吸规律 （1) 低级醇，酮或其水溶液（a 溶胀聚合物，b 溶解吸附物，减弱溶质与吸附剂间作用力） （2）弱酸性物质用碱解吸（成盐） （3）弱碱性物用酸解吸（成盐） （4）高盐吸附时用水解吸（降低离子强度，降低吸附量） （5）易挥发溶质用热水或蒸汽解吸 大孔吸附树脂的应用 抗生素分离纯化（再生容易、产品灰分少） β—内酰胺类、大环内酯类、氨基糖贰类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素 维生素的提取纯化 VB12，VB2，VC 天然产物的分离 生物碱，黄酮，多糖，苷类 生化药物 酶、氨基酸、蛋白质、肽，甾体 多孔性纤维素、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶 （详见 chapter 7) （１）孔径 　适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高吸附容量和吸附操作速度 （２）比表面积：每克吸附剂所具有的表面积 　孔径越大，比表面积越小。 　比表面积越大，吸附量越大，反之，越小。 　增加比表面积的方法：a.粉碎成小颗粒 b.吸附剂的活化 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。 ?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↓） 二、 离子交换剂 　阳离子交换剂(cation exchanger