Ch8-9 吸附法与离子交换法

1、吸附与离子交换吸附与离子交换 第八章第八章 吸附法吸附法 吸附法是利用适当的吸附剂，在一定吸附法是利用适当的吸附剂，在一定的的pHpH条件下，使发酵液中的产物被吸附，条件下，使发酵液中的产物被吸附，然后再适当的洗脱将吸附的产品从吸附剂然后再适当的洗脱将吸附的产品从吸附剂上解吸下来，达到浓缩和提纯的目的。这上解吸下来，达到浓缩和提纯的目的。这样的提取方法称为吸附法。样的提取方法称为吸附法。应用：应用：还可以用于蛋白质、核酸、酶、抗生还可以用于蛋白质、核酸、酶、抗生素、氨基酸以及废水处理等方面。素、氨基酸以及废水处理等方面。吸附法的优缺点吸附法的优缺点n优点：不用或少用有机溶剂；操作简便、优点：不

2、用或少用有机溶剂；操作简便、安全、设备简单；安全、设备简单；pH变化小，对生化物变化小，对生化物质的活性影响小。质的活性影响小。n缺点：选择性差；收率较低；无机吸附缺点：选择性差；收率较低；无机吸附剂不稳定、劳动强度大、污染环境等。剂不稳定、劳动强度大、污染环境等。第一节第一节 吸附过程的理论基础吸附过程的理论基础1 1、吸附剂的特点、吸附剂的特点: :多孔性多孔性非多孔性非多孔性比表面积比表面积一、基本概念一、基本概念 把物质从流动相（气、把物质从流动相（气、液相液相）浓缩到固体表）浓缩到固体表面从而达到分离的过程称为吸附作用。面从而达到分离的过程称为吸附作用。 在表面上能发生吸附作用的固体

3、微粒称为吸在表面上能发生吸附作用的固体微粒称为吸附剂。附剂。被吸附的物质称为吸附物。被吸附的物质称为吸附物。2 2、吸附作用、吸附作用：3 3、吸附剂、吸附剂（absorbentabsorbent）：）：4 4、吸附、吸附物（质）（物（质）（absorbateabsorbate）：）：二、吸附类型：二、吸附类型：按吸附剂和吸附物相互作用力不同分为三种：按吸附剂和吸附物相互作用力不同分为三种：1 1、物理吸附、物理吸附 2 2、化学吸附、化学吸附 3 3、交换吸附、交换吸附3 3、交换吸附、交换吸附：极性吸附（吸引溶液中相反电荷极性吸附（吸引溶液中相反电荷的离子而形成双电层），有选的离子而形成双

4、电层），有选择性。择性。需活化能小，单分子层。需活化能小，单分子层。 物理吸附力的本质：范德华力物理吸附力的本质：范德华力三、三、常见的吸附剂常见的吸附剂有机吸附剂：有机吸附剂：活性炭，球形炭化树脂聚酰胺，活性炭，球形炭化树脂聚酰胺， 纤维素，大孔树脂等纤维素，大孔树脂等无机吸附剂：无机吸附剂：白土，氧化铝，白土，氧化铝，硅胶，硅藻土硅胶，硅藻土等等按其化学按其化学结构分结构分活性炭活性炭分类：分类： 粉末状粉末状活性炭：活性炭：极细粉未，吸附力最强，极细粉未，吸附力最强，流速太慢（加压、减压）流速太慢（加压、减压）颗粒状活性炭：颗粒状活性炭：颗粒状，吸附力次之，易颗粒状，吸附力次之，易于控制

5、，不需加压于控制，不需加压锦纶锦纶活性炭活性炭：吸附力最弱，易于控制，吸附力最弱，易于控制，操作简便。用于分离前两操作简便。用于分离前两种活性炭吸附太强而不易种活性炭吸附太强而不易洗脱的化合物洗脱的化合物活性炭活性炭的选择及应用：的选择及应用： 在首次分离料液或样品时，一般先选在首次分离料液或样品时，一般先选用颗粒状活性炭用颗粒状活性炭，（，（1 1）如）如待分离的物质不待分离的物质不被吸附，则改用粉末状被吸附，则改用粉末状活性炭；（活性炭；（2 2）如）如待待分离物质吸附后不能洗脱或很难洗脱，造分离物质吸附后不能洗脱或很难洗脱，造成洗脱剂体积过大，洗脱高峰不集中，则成洗脱剂体积过大，洗脱高峰

6、不集中，则改用锦纶改用锦纶活性炭。活性炭。活性炭活性炭对物质的吸附规律：对物质的吸附规律：活性炭是非极性的吸附剂，因而在水活性炭是非极性的吸附剂，因而在水溶液中吸附力最强，在有机溶剂中吸溶液中吸附力最强，在有机溶剂中吸附较弱。一般规律：附较弱。一般规律： （1）芳香族化合物）芳香族化合物吸附力吸附力脂肪族化合物脂肪族化合物（2）对分子量大的吸附力分子量小的化对分子量大的吸附力分子量小的化合物合物（3）与与pH有关、吸附、解吸、条件有关、吸附、解吸、条件（4）与温度有关与温度有关活性炭活性炭在使用前一定先活化，活化方法在使用前一定先活化，活化方法一般加湿一般加湿180恒定此温恒定此温48h，不同

7、厂，不同厂家的活性炭活性条件稍有不同。家的活性炭活性条件稍有不同。四、四、吸附等温线吸附等温线当当温度一定时，固体吸附量与溶液溶质浓温度一定时，固体吸附量与溶液溶质浓度之间的函数关系称为度之间的函数关系称为吸附等温线吸附等温线。m=f(c)m=f(c)（1 1）单分子层吸附等温线（单分子层吸附等温线（langmuirlangmuir）( (双曲线双曲线):):（2 2）弗罗因德利希（弗罗因德利希（FreundlichFreundlich）方程式：（指）方程式：（指数型的吸附等温线）数型的吸附等温线）（3 3）离子交换等温吸附：（多分子层离子交换等温吸附：（多分子层吸附等温线吸附等温线）比较三种

8、吸附等温线的特点比较三种吸附等温线的特点langmuirlangmuirFreundlichFreundlich多分子层吸附多分子层吸附等温线等温线吸附容量吸附容量(mg/g)溶液浓度（溶液浓度（mol/L）常见的吸附等温线方程有以下二种：常见的吸附等温线方程有以下二种： 吸附等温线表示平衡吸附量，并可用来推吸附等温线表示平衡吸附量，并可用来推断吸附剂结构、吸附热和其它理化特性。断吸附剂结构、吸附热和其它理化特性。五、影响吸附过程的因素五、影响吸附过程的因素n1、吸附剂的影响、吸附剂的影响n比表面大、空隙度高，比表面大、空隙度高，吸附容量吸附容量大；大；n颗粒度较小、孔径适当，颗粒度较小、孔径

9、适当，吸附速度吸附速度快；快；n机械强度机械强度影响寿命影响寿命。n2、吸附物的性质、吸附物的性质n能降低能降低表面张力表面张力的物质易被吸附；的物质易被吸附；n溶质在溶剂中的溶质在溶剂中的溶解度越低，越易吸附溶解度越低，越易吸附；n相似相吸。极性吸附剂、非极性吸附剂、溶剂同相似相吸。极性吸附剂、非极性吸附剂、溶剂同系物系物n3、溶液、溶液pH值：值：n酸性物质在酸性条件、碱性物质在碱性条件酸性物质在酸性条件、碱性物质在碱性条件下易被非极性吸附剂吸附。下易被非极性吸附剂吸附。n4、温度：、温度：n吸附热越大受温度的影响越大。吸附热越大受温度的影响越大。通常情况下，通常情况下，达到平衡前，温度升

10、高，吸附增加；达到平达到平衡前，温度升高，吸附增加；达到平衡后，几乎无影响衡后，几乎无影响n5、其他组分。、其他组分。五、影响吸附过程的因素五、影响吸附过程的因素第二节第二节大网格聚合物吸附剂大网格聚合物吸附剂 n大孔网格聚合物在合成过程中没有引入大孔网格聚合物在合成过程中没有引入离子交换功能团，只有多孔的骨架，其离子交换功能团，只有多孔的骨架，其性质和活性炭、硅胶等吸附剂相似。性质和活性炭、硅胶等吸附剂相似。简称大网格吸附剂（俗称大孔树脂吸附简称大网格吸附剂（俗称大孔树脂吸附剂或吸附树脂）剂或吸附树脂）大孔网格聚合物大孔网格聚合物n优点：优点：n脱臭效力不亚于活性炭脱臭效力不亚于活性炭n对有

11、机物质具有良好的选择性对有机物质具有良好的选择性n理、化性质稳定，机械强度好，经久耐用理、化性质稳定，机械强度好，经久耐用n品种多，无机盐对大网格吸附剂提取有机物品种多，无机盐对大网格吸附剂提取有机物没有影响没有影响n吸附速度快，易解吸，再生容易吸附速度快，易解吸，再生容易nD在在0.20.8um之间，不污染环境，使用方便之间，不污染环境，使用方便n目前已用于头孢菌素、目前已用于头孢菌素、VB12、林可霉素等林可霉素等的提取，它可以弥补离子交换树脂的不足。的提取，它可以弥补离子交换树脂的不足。 n缺点：缺点：n价格昂贵，吸附效果易受流速和溶解浓度价格昂贵，吸附效果易受流速和溶解浓度的影响。的影

12、响。 一、大孔网格聚合物吸附剂吸附机理一、大孔网格聚合物吸附剂吸附机理（一）吸附规律：大孔网状聚合物是一种非离子型（一）吸附规律：大孔网状聚合物是一种非离子型共聚物，它能够借助共聚物，它能够借助范德华力范德华力从溶液中吸附各种从溶液中吸附各种有机物质。有机物质。 根据根据“类似物吸附类似物类似物吸附类似物”的原则的原则: 极性吸附剂：极性吸附剂：在非极性溶剂中，吸附极性物质。在非极性溶剂中，吸附极性物质。 中等极性吸附剂：中等极性吸附剂：两种情况具有吸附能力。两种情况具有吸附能力。 非极性吸附剂：非极性吸附剂：从极性溶剂中，吸附非极性物质。从极性溶剂中，吸附非极性物质。 在水溶液中吸附时，同族

13、化合物分子量越大，在水溶液中吸附时，同族化合物分子量越大，极性越弱，吸附量越大。极性越弱，吸附量越大。（二）解吸方法：由于是分子吸附，而且大孔网（二）解吸方法：由于是分子吸附，而且大孔网状聚合物吸附剂对有机物质的吸附能力一般低状聚合物吸附剂对有机物质的吸附能力一般低于活性炭，所以解吸比较容易，方法如下：于活性炭，所以解吸比较容易，方法如下：n1最常用的是以低级醇、酮或其水溶液解吸。最常用的是以低级醇、酮或其水溶液解吸。n2对弱酸性溶质用碱来解吸。对弱酸性溶质用碱来解吸。n3对弱碱性物质用酸来解吸。对弱碱性物质用酸来解吸。n4如吸附是在高浓度盐类溶液中进行的，则如吸附是在高浓度盐类溶液中进行的，

14、则常常用水洗就能解吸下来。常常用水洗就能解吸下来。n5对于易挥发溶质可用热水或蒸汽解吸。对于易挥发溶质可用热水或蒸汽解吸。 n操作过程操作过程n二、应用：二、应用：n对于在水中溶解度不太大，而较易溶于对于在水中溶解度不太大，而较易溶于有机溶剂中的生化物质都可考虑用大网有机溶剂中的生化物质都可考虑用大网格吸附剂提取。格吸附剂提取。n例如例如V VB12B12，可用羟酸型阳离子交换树脂，可用羟酸型阳离子交换树脂提取，但如用大网格吸附剂提取，吸附提取，但如用大网格吸附剂提取，吸附容量高，洗脱高峰集中。容量高，洗脱高峰集中。n此外，此外，四环素，土霉素，竹桃霉素四环素，土霉素，竹桃霉素等都等都能用能用

15、XAD-2XAD-2吸附剂或国产大孔吸附剂来吸附剂或国产大孔吸附剂来提取和精制。红霉素、林可霉素、麦迪提取和精制。红霉素、林可霉素、麦迪霉素、赤霉素、头孢菌素霉素、赤霉素、头孢菌素C C等亦可。等亦可。 n大网格吸附剂还可用于污水处理，如含大网格吸附剂还可用于污水处理，如含酚、含氯、含硝基等化合物废水处理，酚、含氯、含硝基等化合物废水处理，造纸、印染、洗涤剂废水等的处理，也造纸、印染、洗涤剂废水等的处理，也可作为色谱法的载体等方面的应用。可作为色谱法的载体等方面的应用。 n红霉素的分离纯化红霉素的分离纯化nSOD的分离纯化的分离纯化其他类型的吸附其他类型的吸附 P153n疏水作用吸附疏水作用吸

16、附n盐析吸附盐析吸附n亲和吸附亲和吸附n染料配位体吸附染料配位体吸附n免疫吸附免疫吸附n固定金属亲和吸附固定金属亲和吸附n羟基磷灰石吸附羟基磷灰石吸附n1有哪几种吸附等温线，各有何特点？有哪几种吸附等温线，各有何特点？ 2大孔网格聚合物吸附剂的吸附机理大孔网格聚合物吸附剂的吸附机理如何？如何？ n本章小结：本章小结：重点：重点：难点；难点； 第九章第九章 离子交换离子交换法法 （Ion-exchange）n1、离子交换法（树脂法）：、离子交换法（树脂法）：是应用合成的是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂，将溶液中的物离子交换树脂作为吸着剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合质，依靠

17、库仑力吸附在树脂上，然后用合适的洗脱剂，将吸附物从树脂上洗脱下来，适的洗脱剂，将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩提纯的目的。达到分离、浓缩提纯的目的。优点：P98缺点： P98应用：抗生素等小分子物质提取，还可用于脱色、去盐、转盐、制备软水、无盐水等。第一节第一节 基本概念基本概念 n2 2、离子交换树脂：是一种具有网状立、离子交换树脂：是一种具有网状立体结构的含有高分子活性基因而能与溶体结构的含有高分子活性基因而能与溶液中其它物质进行交换或吸着的聚合物，液中其它物质进行交换或吸着的聚合物，其高分子活性基团一般是多元酸或多元其高分子活性基团一般是多元酸或多元碱。碱。 3 3、单元结构：、

18、单元结构： 网络骨架网络骨架:通常通常用用R表示表示功能功能基团基团:活性活性基基SO3 、N（NH3）3+活性离子（可交换的离子，活性离子（可交换的离子，H+、OH ）: 自由移动（带相反电荷）自由移动（带相反电荷）不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架；与骨架相联的功能基团；与功能基团带相反电荷的可移动的活性离子。u活性离子为阳离子，称活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂阳离子交换树脂， 与阳离子发生交换与阳离子发生交换,阳离子为氢离子的，就阳离子为氢离子的，就叫叫氢型氢型阳离子树脂阳离子树脂，为钠离子的叫钠（或盐），为钠离子的叫钠（或盐）型型阳离子树脂阳离子树脂u活性离子为阴离子，称活性离

19、子为阴离子，称阴离子交换树脂阴离子交换树脂， 与阴离子发生交换，与阴离子发生交换，阴离子为羟基的，叫阴离子为羟基的，叫羟型羟型阴离子树脂阴离子树脂，为，为Cl 的，叫氯（或盐）的，叫氯（或盐）型型阴离子树脂阴离子树脂第二节第二节 离子交换树脂的分类及理化性能离子交换树脂的分类及理化性能 n一、一、离子交换树脂的离子交换树脂的分类：分类：n1按树脂骨架的主要成分：聚苯乙烯型按树脂骨架的主要成分：聚苯乙烯型树脂树脂、聚丙烯酸型、聚丙烯酸型树脂树脂n2按聚合的化学反应：共聚型、缩聚型按聚合的化学反应：共聚型、缩聚型n3按骨架的物理结构分类：凝胶型（微按骨架的物理结构分类：凝胶型（微孔）、大网格树脂孔

20、）、大网格树脂 n4按活性基团分类：阳离子交换树脂、按活性基团分类：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂（碱）阴离子交换树脂（碱） 强 酸弱 酸强 碱弱 碱此外，还有含其它功能基因的整合树脂，此外，还有含其它功能基因的整合树脂，氧化氧化还原、还原、两性树脂等。两性树脂等。四四种种离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能 （1）强酸性阳离子交换树脂）强酸性阳离子交换树脂（R树脂的骨架）树脂的骨架）典型的反应：典型的反应：RSO3H+NaCl RSO3Na+HCln（2）弱酸性阳离子交换树脂）弱酸性阳离子交换树脂n典型的反应：典型的反应：RCOOH+NaOH RCOONa+H2On（钠型树脂）（钠型树脂）用

21、用NaoH处理后的树脂称为，处理后的树脂称为，用水洗不到中性，一般洗至用水洗不到中性，一般洗至pH9左右。左右。 （3）强碱性阴树脂）强碱性阴树脂活性基团：季铵活性基团：季铵基团（三甲胺基团）基团（三甲胺基团） RN+(CN3)3OH 等。等。典型的反应：典型的反应：RN(CH3)3Cl+NaOH RN(CH3)3OH+NaCl 这类树脂可以是氯型的和羟型的，前者较稳定这类树脂可以是氯型的和羟型的，前者较稳定，耐热性等较好，因此，商品大多以氯型出售。，耐热性等较好，因此，商品大多以氯型出售。 n这类树脂主要用于制备无盐水（除去这类树脂主要用于制备无盐水（除去SiO2 、CO32 等弱酸根）及抗

22、生素的生产。等弱酸根）及抗生素的生产。 （4）弱碱性阴离子交换树脂）弱碱性阴离子交换树脂功能基因有伯胺基功能基因有伯胺基-NH2、仲胺基、仲胺基=NH、叔胺基、叔胺基N和吡啶和吡啶C6H5N等基团。等基团。 再生容易，易水解再生容易，易水解消耗碱（消耗碱（NaOH），）， 量少量少RNH3Cl+H2ORNH3OH+HCl依据活性基团分类阳离子交换树脂阴离子交换树脂螯合树脂两性交换树脂强酸型弱酸型交换基为酸性，H+与阳离子交换SO3HCOOHOHpH 2pH 6使用 pH 范围pH 10交换基为碱性，阴离子发生交换强碱型弱碱型N+(CH3)3Cl-N+H3 OH-N+H2R OH-N+HR2 O

23、H-pH 12pH 4类型类型结构结构活性基团活性基团使用使用pH值值商品号商品号强酸型强酸型交联的聚苯交联的聚苯乙烯乙烯SO3H（磺酸基）（磺酸基）014国产国产 #732Amberlite1R-120(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶1号（日）号（日）弱酸型弱酸型聚丙烯酸聚丙烯酸COOH（羧基）（羧基）OH（酚羟基）（酚羟基）不能小不能小4不能小于不能小于9.5国产国产 #724 类型类型 结构结构 活性基团活性基团 使用使用 pH值值 商品号商品号强碱型强碱型交联的交联的聚苯乙烯聚苯乙烯N（CH3）3Cl（季胺基）（季胺基）014国产国产 #717国产国

24、产 #201Amberlite1RA-400（410）(美美)Dowex 50(美美)Zerolit225(英英)神胶神胶801（日）（日）弱碱型弱碱型交联的交联的聚苯乙烯聚苯乙烯NH（CH3）2OHNH2 （CH3）OH07国产国产 #704和和# 330Amberlite1R-45（410）(美美)Dowex 3(美美)Zerolit H （5 5）四类树脂的特性比较）四类树脂的特性比较 性能性能阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性 弱碱性弱碱性活性基团活性基团磺酸磺酸羧酸羧酸季氨季氨 胺胺pHpH对交换能力对交换能力的影响的影响 无

25、无在酸性中交在酸性中交换能力很小换能力很小 无无在碱性溶液中交在碱性溶液中交换能力很小换能力很小盐的稳定性盐的稳定性 稳定稳定洗涤要水解洗涤要水解 稳定稳定洗涤时要水解洗涤时要水解再生再生需过量的需过量的强酸强酸很容易很容易需要过量需要过量的强碱的强碱再生容易，可用再生容易，可用碳酸钠或氨碳酸钠或氨交换速度交换速度快快慢慢( (除非离除非离子化后子化后) )快快慢慢( (除非离子化后除非离子化后) )二、离子交换树脂的理化性能和测定方法：二、离子交换树脂的理化性能和测定方法： 1外观和粒度（颗粒度）；P107 2机械强度（不破损率%）3含水量；P108 4总交换容量* 5滴定曲线：P108查相

26、关手册！注意：它是常数，不代表真实交换能力。4总交换容量总交换容量*： 总总交换容量是表征树脂活性基团数量交换交换容量是表征树脂活性基团数量交换能力的重要参数。表示方法有质量交换容量能力的重要参数。表示方法有质量交换容量（mmol/g干树脂）和体积交换容量（干树脂）和体积交换容量（mmol/ml湿树脂湿树脂）：用单位质量干树脂或单）：用单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附一价离子的毫摩尔数位体积湿树脂所能吸附一价离子的毫摩尔数来表示。来表示。 n测定方法：测定方法：P108P108n 阳离子交换树脂的总交换容量的测定：H+与OH- 阴离子交换树脂的总交换容量的测定，不能用羟不能用羟型型树脂来

27、测定（why？），而应用氯型应用氯型树脂来测定。 5滴定曲线：它能定性地反映树脂活性基团的特征，从滴定曲线图谱便可鉴别树脂的酸碱度的强弱。 P109图20-5一、交换常数：离子交换树脂的选择性就是某种树脂一、交换常数：离子交换树脂的选择性就是某种树脂对不同离子交换亲和能力的差别。离子和树脂活性基对不同离子交换亲和能力的差别。离子和树脂活性基的亲和力越大，就越易被该树脂所吸附，离子交换选的亲和力越大，就越易被该树脂所吸附，离子交换选择性集中地反映在择性集中地反映在交换常数交换常数K的数值上。的数值上。 可用下式表示：可用下式表示： sBARsABRKKBAAB,KB，A或或 表示表示B离子取代树

28、脂上离子取代树脂上A离子的离子的交换常数交换常数 ABK,BAKn第三节第三节 离子交换过程的选择性离子交换过程的选择性 nR-A、R-B表示结合在树脂（表示结合在树脂（R骨架）上的骨架）上的A+、B+的浓度的浓度nAs、Bs表示溶液中表示溶液中A+、B+的浓度的浓度 上式可以改写为上式可以改写为交换常数，可表示为树脂上交换常数，可表示为树脂上B、A离子浓度之比与离子浓度之比与溶液中溶液中B、A离子浓度之比的比值。离子浓度之比的比值。KB，A1，表示，表示B离子对树脂的亲和力大于离子对树脂的亲和力大于A离子离子KB，A越大，越大，B离子越离子越易发生交换易发生交换sAsBARBRKAB/,n二

29、、影响离子交换过程选择性的各种因素：二、影响离子交换过程选择性的各种因素： 1离子的水化半径（水合离子半径）离子的水化半径（水合离子半径）（1）对无机离子而言，离子水合半径越小，离子和树）对无机离子而言，离子水合半径越小，离子和树脂活性基团的亲和力就越大，也就越容易被吸附。脂活性基团的亲和力就越大，也就越容易被吸附。 依据水化半径的次序，排序如下：（与树脂亲和力的大小排序）依据水化半径的次序，排序如下：（与树脂亲和力的大小排序）一价阳离子：一价阳离子：Li+Na+NH4+Ro+Cr+Ag+Ti+二价阳离子：二价阳离子：Mg2+Zn2+Cu2+Ni2+Co2+Ca2+Sr2+Pb2+Ba2+一价

30、阴离子：一价阴离子：F HCO3 Cl HSO3 Br NO3 I ClO4 n一般来说，同价离子中水化半径小的能取代一般来说，同价离子中水化半径小的能取代水化半径大的，但在非水介质中在高温高浓水化半径大的，但在非水介质中在高温高浓度下，差别缩小，有时甚至相反。度下，差别缩小，有时甚至相反。 强酸型树脂：与强酸型树脂：与H+结合力很弱，序位和结合力很弱，序位和Li+相当相当弱酸型树脂：与弱酸型树脂：与H+具有最强的置换能力，序位排在同价金具有最强的置换能力，序位排在同价金 属离子之后属离子之后（2）H+、OH 与树脂的亲和力与树脂的性质有关与树脂的亲和力与树脂的性质有关强强碱性树脂：和碱性树脂

31、：和OH 结合力弱，序位排在结合力弱，序位排在F 之前之前弱碱性树脂：和弱碱性树脂：和OH 结合力最强序位排在结合力最强序位排在ClO4 之后之后OHH+n结论：强酸、强碱树脂比弱酸、弱碱树脂难结论：强酸、强碱树脂比弱酸、弱碱树脂难以再生，酸、碱用量大，原因在于此。以再生，酸、碱用量大，原因在于此。n在进行离子交换时，除了考虑离子被吸附是在进行离子交换时，除了考虑离子被吸附是否容易外，还必须考虑被吸附上去的离子是否否容易外，还必须考虑被吸附上去的离子是否容易被解吸下来。容易被解吸下来。 如链霉素的提炼中，不用强酸，而用弱酸性树脂进如链霉素的提炼中，不用强酸，而用弱酸性树脂进行交换吸附。行交换吸

32、附。 2离子的化合价：在常温的稀溶液中，离子交换离子的化合价：在常温的稀溶液中，离子交换呈现呈现明显的规律性。离子的化合价越高，就越易被明显的规律性。离子的化合价越高，就越易被交换，如交换，如Tb4+Al3+Cu2+Na+ n如溶液中两种离子浓度之比保持恒定，将溶如溶液中两种离子浓度之比保持恒定，将溶液稀释后，高价高子比低价离子更易被吸附。液稀释后，高价高子比低价离子更易被吸附。 树脂的这个性质对生产实践具有重大的意义树脂的这个性质对生产实践具有重大的意义：在抗生素生产中，树脂能优先吸附原液中的链霉素在抗生素生产中，树脂能优先吸附原液中的链霉素离子（三价离子）离子（三价离子）;在净化水时，树脂

33、能优先吸附硬水的在净化水时，树脂能优先吸附硬水的Ca2+、Mg2+;在电镀厂的废液中树脂优先吸附低浓度的在电镀厂的废液中树脂优先吸附低浓度的Cu2+等；等；吸附链霉素后的饱和树脂，再通入纯粹的链霉素溶吸附链霉素后的饱和树脂，再通入纯粹的链霉素溶液，由于链毒素是三价离子，可将吸附在树脂上的液，由于链毒素是三价离子，可将吸附在树脂上的Ca2+、Mg2+及及Na+取代，当接着用酸洗脱时，得到的洗取代，当接着用酸洗脱时，得到的洗脱液质量很高。脱液质量很高。 Cl-, K+, Na+, Ag+ 的分离K：亲和力 H+ Na+ K+ Ag+H2O交换反应 H+ Na+ K+ Ag+CtNa+K+Ag+前一

34、状态洗脱淋洗曲线n3溶液的溶液的酸碱度酸碱度（强酸型、强碱型、弱酸型、（强酸型、强碱型、弱酸型、弱碱型）弱碱型）P117n4树脂与交换离子间的辅助树脂与交换离子间的辅助力力(氢键、范德华氢键、范德华力力)：P118n5有机溶剂的影响有机溶剂的影响：降低有机离子的吸附：降低有机离子的吸附 第四节第四节 树脂和操作条件的选择及应用树脂和操作条件的选择及应用 一、树脂和操作条件的选择一、树脂和操作条件的选择 1根据抗生素的性质，电荷强度及洗脱的难易来根据抗生素的性质，电荷强度及洗脱的难易来选择合适的树脂选择合适的树脂 n（1）带正电荷的碱性抗生素用阳离子树脂，）带正电荷的碱性抗生素用阳离子树脂，带负

35、电荷的酸性抗生素用阴离子交换树脂。带负电荷的酸性抗生素用阴离子交换树脂。强碱性和强酸性抗生素宜选用弱酸和弱碱树强碱性和强酸性抗生素宜选用弱酸和弱碱树脂。因为强酸、强碱树脂和抗生素结合过强，脂。因为强酸、强碱树脂和抗生素结合过强，不易洗脱，另外，弱酸、弱碱树脂较之强酸、不易洗脱，另外，弱酸、弱碱树脂较之强酸、强碱树脂又有交换容量大，再生剂省的优点。强碱树脂又有交换容量大，再生剂省的优点。对弱碱性和弱酸性抗生素则需用强酸或强碱对弱碱性和弱酸性抗生素则需用强酸或强碱树脂，若用弱酸或弱碱树脂吸附，则吸附后树脂，若用弱酸或弱碱树脂吸附，则吸附后易水解，使吸附能力降低。易水解，使吸附能力降低。 n（2）树

36、脂可交换离子的型式：）树脂可交换离子的型式：n阳树脂有酸型（氢型）和盐型（阳树脂有酸型（氢型）和盐型（Na+、K+等）等）n阴树脂有碱型（羟型）和盐型（阴树脂有碱型（羟型）和盐型（Cl 、SO42 ）等可供使用。）等可供使用。n一般来说，为使树脂可交换离子离解以提高一般来说，为使树脂可交换离子离解以提高吸附能力，弱酸性和弱碱性树脂应采用盐型，吸附能力，弱酸性和弱碱性树脂应采用盐型，而强酸性和强碱性树脂则随便，对于酸碱条而强酸性和强碱性树脂则随便，对于酸碱条件易破坏的抗生素，亦不宜使用氢型或羟基件易破坏的抗生素，亦不宜使用氢型或羟基型树脂。型树脂。 n（3）树脂的体积交换容量和使用寿命）树脂的体

37、积交换容量和使用寿命n必须选择必须选择体积交换容量高，选择性好体积交换容量高，选择性好，使用，使用寿命长的树脂，对抗生素提取，主要选择交寿命长的树脂，对抗生素提取，主要选择交联度，孔度，比表面积适中的树脂。联度，孔度，比表面积适中的树脂。n交联度小，溶胀度高的树脂有装填量小，机交联度小，溶胀度高的树脂有装填量小，机械强度差，设备罐批产量少，寿命短等缺点。械强度差，设备罐批产量少，寿命短等缺点。反之，交联度大，结构紧密，难于交换大分反之，交联度大，结构紧密，难于交换大分子，生产能力差。目前要综合考虑，而在不子，生产能力差。目前要综合考虑，而在不影响交换容量的条件下，尽量提高交联度。影响交换容量的

38、条件下，尽量提高交联度。 n2最适工艺条件的选择最适工艺条件的选择n（1）溶液交换时）溶液交换时pH值：选择值：选择PH应能使被分应能使被分离的物质离子化，树脂的功能基能离子化；离的物质离子化，树脂的功能基能离子化；及抗生素稳定的及抗生素稳定的PH范围内。范围内。n（2）洗涤剂：饱和后的树脂要选择合适的洗）洗涤剂：饱和后的树脂要选择合适的洗涤剂，如水、稀酸、盐或其他络合物等洗净涤剂，如水、稀酸、盐或其他络合物等洗净交换度液及夹带的杂质。交换度液及夹带的杂质。n（3）洗脱（解吸）条件的选择：洗脱条件一）洗脱（解吸）条件的选择：洗脱条件一般和吸附条件相反，如酸性吸附应碱性洗脱，般和吸附条件相反，如

39、酸性吸附应碱性洗脱，洗脱流速一般为吸附流速的洗脱流速一般为吸附流速的1/10，为防止洗脱，为防止洗脱过程过程PH变化过大，可选用缓冲液洗脱剂。变化过大，可选用缓冲液洗脱剂。 离子交换树脂离子交换树脂的工作过程的工作过程1树脂预处理树脂预处理： 去除未参与聚合反应的低、高分子成分的分解产物，铁、去除未参与聚合反应的低、高分子成分的分解产物，铁、铜、铝等金属物质及灰尘；铜、铝等金属物质及灰尘； 装柱，去离子水浸泡装柱，去离子水浸泡12h，2-3倍倍10%食盐水浸泡食盐水浸泡4h；水洗，酸、碱处理，调；水洗，酸、碱处理，调pH至所需范至所需范围。围。2上柱交换上柱交换： 关键，可采用正上柱或倒上柱关

40、键，可采用正上柱或倒上柱 ，柱上树脂分三层：，柱上树脂分三层： 已已交、交换、未交。交换带逐渐下移，达底部称漏出点。交交、交换、未交。交换带逐渐下移，达底部称漏出点。交换带一般换带一般0.2-1m。B离子浓度高、操作温度低、料液流速高、离子浓度高、操作温度低、料液流速高、树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但有限。树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但有限。 3 洗脱洗脱： 用亲和力更大的离子取代产物。生物大分子分离纯化有两种方用亲和力更大的离子取代产物。生物大分子分离纯化有两种方式：式： “正吸附正吸附”，产物离子化，被交换。优点是目的产物纯度高，可，产物离子化，被交换。优点是目

41、的产物纯度高，可浓缩，宜处理浓度低、量大的溶液；浓缩，宜处理浓度低、量大的溶液； “负吸附负吸附”。吸附杂质。宜处理浓度高溶液；产物纯度不高，不。吸附杂质。宜处理浓度高溶液；产物纯度不高，不浓缩。浓缩。4 树脂的再生树脂的再生： 交换吸附的逆反应。水洗，再生剂再生，清水洗至所需交换吸附的逆反应。水洗，再生剂再生，清水洗至所需PH值。值。 钠型强酸性树脂用钠型强酸性树脂用NaCI再生；氢型强酸性树脂用强酸再生，氯再生；氢型强酸性树脂用强酸再生，氯型强碱性阴树脂主要用型强碱性阴树脂主要用NaCI溶液再生，羟型强碱性阴树脂用溶液再生，羟型强碱性阴树脂用Na0H溶液再生。恢复程度为溶液再生。恢复程度为

42、70一一80。n四、应用四、应用n（一）链霉素的提取：（一）链霉素的提取：str链霉素在中性溶液为链霉素在中性溶液为三价正离子，可用阳树脂提取，且是弱酸性阳树三价正离子，可用阳树脂提取，且是弱酸性阳树脂，因为洗脱比较容易。脂，因为洗脱比较容易。Str在碱性条件下不稳在碱性条件下不稳定，且弱酸性阳树脂在酸性下不起交换作用，故定，且弱酸性阳树脂在酸性下不起交换作用，故str的提取应在中性下进行。而且是采用的提取应在中性下进行。而且是采用Na型弱型弱酸阳树脂。吸附滤液有浓度适当稀释，使之利于酸阳树脂。吸附滤液有浓度适当稀释，使之利于吸附链霉素（它是吸附链霉素（它是str3+）不易吸附杂质离子。洗）不

43、易吸附杂质离子。洗脱时用脱时用0.11mol/L酸梯度洗脱，可完全将酸梯度洗脱，可完全将str3+洗洗脱下来，洗脱曲线高峰比较集中。脱下来，洗脱曲线高峰比较集中。 l链霉素在中性下正三价离子，可用阳离子还链霉素在中性下正三价离子，可用阳离子还是阴离子树脂进行提取？是阴离子树脂进行提取？l链霉素宜用强酸还是弱酸阳离子交换树脂提链霉素宜用强酸还是弱酸阳离子交换树脂提取？取？l链霉素进行离子交换提取时为什么在中性下？链霉素进行离子交换提取时为什么在中性下？l链霉素不能用氢型羧基树脂只通用钠型树脂链霉素不能用氢型羧基树脂只通用钠型树脂来吸附？来吸附？l链霉素离子交换后如何进行洗脱链霉素离子交换后如何进行洗脱？