生化工艺——第五章_吸附与离子交换

1、定义定义：一种不溶于水及一般酸、碱和有机溶一种不溶于水及一般酸、碱和有机溶 剂的剂的有机高分子化合物有机高分子化合物；化学稳定性；化学稳定性 良好，且具有离子交换能力，其活性良好，且具有离子交换能力，其活性 基团一般是多元酸或多元碱。基团一般是多元酸或多元碱。 第三节第三节 离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂的构成离子交换树脂的构成n惰性不溶的、具有三维多孔网状立体结构惰性不溶的、具有三维多孔网状立体结构的的网络骨架网络骨架n联接在骨架上的联接在骨架上的活性基团活性基团n活性基团所带的相反电荷的活性基团所带的相反电荷的活性离子活性离子（可（可交换离子）交换离子）树脂的网络骨架树脂的网络骨架基

2、本常识基本常识u 离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。u 大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状 或粉状。或粉状。u 树脂颗粒的尺寸一般在树脂颗粒的尺寸一般在0.30.31.21.2mm mm 范围范围 内，大部分在内，大部分在0.40.40.60.6mmmm之间。之间。u 有较高的机械强度有较高的机械强度( (坚牢性坚牢性) )，化学性质，化学性质 很稳定，正常情况下有较长的使用寿命。很稳定，正常情况下有较长的使用寿命。 ) ) 强酸性阳离子树脂强酸性阳离子树脂 l 含有大量的强酸性基团含有大量的强酸性基团l解离能力强，不受溶液解

3、离能力强，不受溶液pHpH变化变化的影响的影响p 树脂在使用一段树脂在使用一段时间后，要进行再生时间后，要进行再生处理，处理，再生成氢型比再生成氢型比较困难，故耗酸量较较困难，故耗酸量较大，一般为该树脂交大，一般为该树脂交换容量的换容量的3 3-5-5倍。倍。p这类树脂主要用于这类树脂主要用于软水和无盐水的制备，软水和无盐水的制备， p用强酸进行再生处用强酸进行再生处理理四、离子交换树脂的功能特性四、离子交换树脂的功能特性l 含弱酸性基团含弱酸性基团p 这种树脂的酸性即离这种树脂的酸性即离解性较弱，在低解性较弱，在低pHpH下难以下难以离解和进行离子交换，只离解和进行离子交换，只能在能在碱性、

4、中性或微酸性碱性、中性或微酸性溶液中溶液中( (如如pH5pH514)14)起作起作用。这类树脂亦是用酸进用。这类树脂亦是用酸进行再生行再生( (比强酸性树脂较比强酸性树脂较易再生易再生) )。2) 2) 弱酸性阳离子树脂弱酸性阳离子树脂 l 含有强碱性基团含有强碱性基团l这种树脂的正电基团能这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换合，从而产生阴离子交换作用。作用。 p 这种树脂的离解性这种树脂的离解性很强很强, ,在不同在不同pHpH下都能下都能正常工作。正常工作。 p它用强碱它用强碱( (如如NaOH)NaOH)进进行再生，耗碱量大。行再生，耗

5、碱量大。p这类树脂的氯型较羟这类树脂的氯型较羟型更稳定，耐热性更好，型更稳定，耐热性更好，故商品大多数是氯型。故商品大多数是氯型。 3) 3) 强碱性阴离子树脂强碱性阴离子树脂 l 含有弱碱性基团含有弱碱性基团l 这种树脂的正电基团能这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换合，从而产生阴离子交换作用。作用。p 这种树脂在多这种树脂在多数情况下是将溶数情况下是将溶液中的整个其他液中的整个其他酸分子吸附。酸分子吸附。p 它只能在中性它只能在中性或酸性条件或酸性条件( (如如pH1-9)pH1-9)下工作。下工作。它可用它可用NaNa2 2COCO3 3

6、、NHNH4 4OHOH进行再生。进行再生。4)4) 弱碱性阴离子树脂弱碱性阴离子树脂 （1 1）被分离物质的性质和分离要求）被分离物质的性质和分离要求（2 2）树脂可交换离子的型式）树脂可交换离子的型式 （3 3）合适的交联度）合适的交联度 （4 4）洗脱难易程度和使用寿命）洗脱难易程度和使用寿命 五、离子交换树脂的选择五、离子交换树脂的选择第四节第四节 离子交换工艺离子交换工艺p常用的常用的阳离子阳离子交换树脂有交换树脂有氢型、钠型、铵型氢型、钠型、铵型等；等；常用的常用的阴离子阴离子交换树脂有交换树脂有羟型、氯型羟型、氯型等。等。p 如：常将如：常将强酸性阳离子树脂强酸性阳离子树脂与与N

7、aClNaCl作用，转变作用，转变为为钠型钠型树脂树脂再使用。再使用。 p 如如：阴离子树脂可转变为氯型阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作再使用，工作时放出时放出ClCl离子而吸附交换其他阴离子，它的再生离子而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。只需用食盐水溶液。p 氯型树脂也可转变为碳酸氢型氯型树脂也可转变为碳酸氢型( (HCOHCO3 3) )运行。运行。p 强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然有这些树脂的其他有这些树脂的其他 典型性能，如离解性强和工典型性

8、能，如离解性强和工作的作的pHpH范围宽广等。范围宽广等。 离子树脂的转型离子树脂的转型 一般，对一般，对弱酸性弱酸性和和弱碱性弱碱性树脂，为使树脂能离子树脂，为使树脂能离子化，应采用化，应采用钠型或氯型钠型或氯型。 而对而对强酸性强酸性和和强碱性强碱性树脂，可以采用树脂，可以采用任何型式任何型式。 但若抗生素在酸性、碱性条件下易破坏，则不宜但若抗生素在酸性、碱性条件下易破坏，则不宜采用氢型和羟型树脂。采用氢型和羟型树脂。 图图5-12 各种固定床方式示意图各种固定床方式示意图三、离子交换工艺问题及处理离子交换工艺问题及处理n树脂中毒树脂中毒 中毒的原因：主要有大分子有机物或沉淀物严重堵塞孔隙

9、，中毒树脂往往颜色加深，甚至呈现棕色，乃至黑色；树脂的活性基团脱落；生成不可逆化合物或树脂与氧长期接触发生氧化等；负载离子的交换势极高，通常的洗脱剂或再生剂难以使其从活性基团上交换下来，使其不能与其它离子交换而失效；负载离子发生了变化。如交换了Fe3+的树脂，当用碱性溶液处理时，Fe3+发生水解，产生氢氧化铁凝胶，沉积于树脂孔隙中，造成堵塞。 对于中毒树脂的处理：一方面应该尽量净化料液；用常规方法处理后，再用酸、碱加热到4050浸泡 ；有机溶剂加热浸泡处理 ；对于吸附了有机物很难洗脱或再生时，可以用氧化剂（如次氯酸钠、双氧水等）将其氧化。 三、离子交换工艺问题及处理离子交换工艺问题及处理n2.

10、2.树脂层出现分层现象树脂层出现分层现象 树脂在使用过程中由于吸附了粘性物质，使树脂颗粒间相互粘连,容易引起树脂在反洗或反交换过程中出现分层现象。另外，当系统在操作中由于气密性较差，有气体进入床层也会引起床层分层。反洗或反交换等操作，工艺控制不合理，流速的突然增大也会造成分层现象。 避免分层：对树脂进行彻底洗涤；对系统进行密闭性实验，消除漏气区域；对料液进行预处理除去粘性很大的物质；规范操作，合理控制流速等几种方法可避免分层现象 出现分层现象后，可从容器下部放掉柱内液体，对床层进行正洗，反洗等操作，当床层稳定后再转入正常的交换操作。 n3 3固定床操作中，过早出现固定床操作中，过早出现“穿透穿透”现象现象第五节、离子交换技术的工业应用第五节、离子交换技术的工业应用 纯化水的制备图5-13 离子交换法制备纯化水发酵液滤液预处理和过滤冷却至15以下NaOH调pH之中性饱和树脂二次