生化分离工程课件

第7章离子交换技术知识点：离交树脂的分类及其定义，离交树脂的合成（学生自学），离交树脂的理化性能和测定方法，离交过程的理论基础，离交过程的选择性，树脂和操作条件的选择及运用举例。重点：离子交换树脂的分类，概念及其适用范围，离子交换树脂的理化性能和测定方法，格雷戈公式的推导和离子交换机理及其数学表达式，离交速度的影响因素的影响情况，离交过程的运用学理论和使离子层分层明显的三种常用方法，能够熟练地据实际情况选择合适的树脂和操作方式。难点：离交过程的理论基础和选择性，格雷戈公式的推导和离子交换机理及其数学表达式。7.6离子交换技术典型实例典型实例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取

提取原则：①对目标产物亲和力强，而对杂质亲和力弱。②或者相反，对目标产物亲和力弱，而对杂质亲和力强。提取策略：①化合物的理化性质（溶解度、pKa值（价态）、结构）②树脂的筛选（交换容量、官能团形式、除杂效果）③离交条件的选择（溶液pH值、原液浓度、操作方式）7.6离子交换技术典型实例条件选择：①溶液pH值：树脂的离子化、化合物的离子化、化合物的稳定性②溶液浓度：扩散效应、亲和力、价态、离子大小③操作方式：静态吸附、静态解吸动态吸附、动态解吸、

动态串联方式

图1卡A:R1=OHR2=NH2C18H36N4O11MW=484.499[α]D=+146°

卡B:R1=NH2R2=NH2C18H37N5O10MW=483.54[α]D=+130°

卡C:R1=NH2R2=OHC18H36N4O11MW=484.499[α]D=+126°卡那霉素结构式卡那霉素离解常数（pKa值）卡那霉素离解曲线强酸型阳树脂（如732）：弱酸型阳树脂（如DK110、D186、HZ-I）：树脂类型①卡那解离问题当PH＝7.0时在PH＝5.0时当PH＝9.0时②树脂解离问题-SO3H型732树脂pK＜1-COOH型DK110pK4～63、原液浓度卡那是多元有机生物碱离子交换理论分析发酵水平4、操作方式国内沿用732静态吸附，3%NH4·OH动态洗脱法；国外采用DK110动态吸附，2%NH4·OH动态解吸法5、动态串联方式

西索米星结构式

西索米星离解常数（pKa值）西索米星的离解曲线扁桃酸的离子交换树脂提取

提取策略：

扁桃酸理化性质：结构、pKa值、溶解度

树脂筛选：强酸型、弱酸型

条件选择：溶液pH值、扁桃酸浓度、操作方式扁桃酸结构式扁桃酸pKa值的测定扁桃酸pKa值测定的物理意义扁桃酸pKa值测定方法扁桃酸在非极性溶剂中的溶解度差值曲线

扁桃酸在极性溶剂中的溶解度曲线

阴离子交换树脂的选择Fig.1PermeablecurveofR,S-mandelicacidatanionresinpH=0.41andOD220=1.236ofR,S-mandelicacidsolutioncontaining2%NH4Cl,1.0Bv/hvelocityofflow,30mlanionresinand18mm×300mmcolumnsize.711阴离子交换树脂对扁桃酸发酵液的动态吸附特性Fig2DynamicadsorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidfromfermentbrothat711-OHanionexchangeresinThedynamicadsorptionconditionwas6.0～7.0pHvalue、70～80mmol/LR-mandelicacidconcentration、8～10mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20ml711-OHanionresinand18mm×300mmcolumnsize.ThesameasFig3-Fig6.711阴离子交换树脂对R-扁桃酸的动态解吸工艺的选择Fig4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentvelocityofflowwith4%HClCl->MA->OH-711阴离子交换树脂对R-扁桃酸的动态解吸工艺的选择Fig.5DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentHClconcentrationwith1.5Bv/h711阴离子交换分离工艺的验证实验

Fig6DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidat711-OHanionresinwhiletheoptimumcondition大孔吸附树脂HZ801分离发酵液中R-扁桃酸研究

扁桃酸理化性质树脂功能团杂质影响扁桃酸pKa=5.28最适动态吸附条件最适动态解吸条件3.1不同流速时，HZ801对扁桃酸的动态吸附特性

Fig1aDynamicadsorptioncurveofR-mandelicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflowThedynamicadsorptionconditionwas2.0pHvalue、80mmol/LR-mandelicacidconcentration、6mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20mlHZ801resinand18mm×300mmcolumnsize.ThesameasFig.1b～Fig.4.

3.1不同流速时，HZ801对苯乙酮酸的动态吸附特性

Fig.1bDynamicadsorptioncurveofphenylglyoxilicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflow

3.2不同乙醇浓度对HZ801树脂上R-扁桃酸的动态解吸曲线

Fig.2DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidatHZ801resinindifferentethanolconcentrationwith1.5Bv/h3.3不同流速时，50%乙醇对HZ801树脂上R-扁桃酸和苯乙酮酸的解吸曲线

Fig3DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinindifferentvelocityofflowwith50%ethanolHZ801吸附树脂分离工艺的验证实验Fig.4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinwhiletheopti