生物分离工程 吸咐与离子交换

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1、Chapter6吸附与离子交换Absorptionandionexchange通过本章学习应掌握以下内容：什么是吸附过程？吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？常用的吸附剂种类有哪些？什么是吸附等温线？其意义何在？影响吸附过程的因素有哪些？什么是亲和吸附？其特点有哪些？常用的吸附单元操作有哪些方式？什么是离子交换？离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？离子交换的机理是什么？什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？基本的离子交换操作是怎样的？如何利用离子交换法分离蛋白质？什么是吸附？吸附是利用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

2、的过程。吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。料液与吸附剂混合吸附质被吸附料液流出吸附质解吸附Step1Step2Step3Step4常见的吸附类型及其主要特点物理吸附：吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。常见的吸附类型及其主要特点物理吸附化学吸附吸附作用力分子间引力化学键合力选择性较差较高所需活化能低高吸附层单层或多层单层达到平衡所需时间

3、快慢常用吸附剂种类吸附剂通常应具备以下特征：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。活性炭（Activecarbon）活性炭种类颗粒大小表面积吸附力吸附量洗脱粉末活性炭小大大大难颗粒活性炭较小较大较小较小难锦纶活性炭大小小小易粉末活性炭锦纶活性炭活性炭对物质的吸附规律活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力。针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：（1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物（2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小

4、的化合物（4）pH值的影响碱性中性吸附酸性洗脱酸性中性吸附碱性洗脱（5）温度未平衡前随温度升高而增加大孔网状吸附剂特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。大孔网状吸附树脂的种类非极性吸附树脂：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。极性吸附剂：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。大孔吸附树脂的吸附机理非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸

5、附各种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律：非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质；极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质；中等极性吸附剂兼有以上两种能力常用的解吸方法低级醇、酮或水溶液解吸原理：使大孔树脂溶胀，减弱溶质与吸附剂间的相互作用力碱解吸附原理：成盐，主要针对弱酸性溶质酸解吸附——原理同上水解吸附原理：降低体系中的离子强度，降低溶质的吸附量吸附等温线概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。Langmuir吸附等温线qo和K是经验常数，c代表溶液中溶质浓度蛋白质分离提纯时适合此吸附方程La

6、ngmuir吸附等温线影响吸附的主要因素吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、极性…吸附质的性质：对表面张力的影响，溶解度，极性，相对分子量…温度：吸附是放热过程，吸附质的稳定性溶液pH值：影响吸附质的解离盐浓度：影响复杂，要视具体情况而定什么是亲和吸附？(Affinityadsorption)亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间特殊的化学作用，从而实现分离。吸附剂由载体（Carrier）和配位体(Ligand)组成Affinityadsorption亲和吸附的特点效率高：利用亲和吸附可以从粗提液中一次性分离得到高纯度的活性物质。分离精度高：可用于分离含量极低，结构相近的化合物

7、通用性较差，洗脱条件苛刻亲和吸附载体的种类种类组成性能多孔玻璃载体硅酸盐坚硬、耐酸碱、易修饰聚丙烯酰胺凝胶载体丙烯酰胺N,N-亚甲基双丙烯酰胺亲水性好可供活化基团多纤维素载体多糖类物质来源丰富，但非特异性吸附及空间位阻强，对分离不利葡聚糖凝胶载体经环氧丙烷交联的多糖类理化性质稳定，但粒径太小载体的活化和偶联亲和吸附的载体通常是惰性的，往往不能直接与配基连接，偶联前需要先活化，活化的方法主要有：溴化氰活化法：琼脂糖、葡聚糖引入亚氨基碳酸盐高碘酸活化法：氧化多糖，生成烷基胺环氧化法：多糖类载体与环氧氯丙烷作用生成环氧化合物，再与氨