生化工艺第五章吸附与离子交换

生化工艺第五章吸附与离子交换第1页，课件共28页，创作于2023年2月离子交换树脂的构成惰性不溶的、具有三维多孔网状立体结构的网络骨架联接在骨架上的活性基团活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）第2页，课件共28页，创作于2023年2月树脂的网络骨架第3页，课件共28页，创作于2023年2月第4页，课件共28页，创作于2023年2月第5页，课件共28页，创作于2023年2月基本常识

离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质很稳定，正常情况下有较长的使用寿命。

第6页，课件共28页，创作于2023年2月１)

强酸性阳离子树脂

含有大量的强酸性基团解离能力强，不受溶液pH变化的影响

树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，再生成氢型比较困难，故耗酸量较大，一般为该树脂交换容量的3-5倍。这类树脂主要用于软水和无盐水的制备，用强酸进行再生处理四、离子交换树脂的功能特性第7页，课件共28页，创作于2023年2月

含弱酸性基团

这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5－14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。2)

弱酸性阳离子树脂

第8页，课件共28页，创作于2023年2月含有强碱性基团这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。

这种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生，耗碱量大。这类树脂的氯型较羟型更稳定，耐热性更好，故商品大多数是氯型。3)

强碱性阴离子树脂

第9页，课件共28页，创作于2023年2月

含有弱碱性基团这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。

这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1-9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。4)

弱碱性阴离子树脂

第10页，课件共28页，创作于2023年2月（1）被分离物质的性质和分离要求（2）树脂可交换离子的型式（3）合适的交联度（4）洗脱难易程度和使用寿命

五、离子交换树脂的选择第11页，课件共28页，创作于2023年2月第四节离子交换工艺一、离子交换工艺过程树脂预处理——→装柱——→加入料液进行离子交换——→洗涤——→加入洗脱剂洗脱——→洗脱液第12页，课件共28页，创作于2023年2月1、树脂预处理物理处理化学处理转型阳离子树脂酸—碱—酸阴离子树脂碱—酸—碱最后以去离子水或缓冲液平衡第13页，课件共28页，创作于2023年2月常用的阳离子交换树脂有氢型、钠型、铵型等；常用的阴离子交换树脂有羟型、氯型等。如：常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂再使用。

第14页，课件共28页，创作于2023年2月

如：阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出Cl离子而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3－)运行。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，但它们仍然有这些树脂的其他典型性能，如离解性强和工作的pH范围宽广等。

离子树脂的转型

第15页，课件共28页，创作于2023年2月一般，对弱酸性和弱碱性树脂，为使树脂能离子化，应采用钠型或氯型。而对强酸性和强碱性树脂，可以采用任何型式。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。第16页，课件共28页，创作于2023年2月一般采用湿法填充。装柱时不允许有气泡及分层现象产生。装柱后，用水充分地逆冲洗涤，去微粒、尘埃、气泡，使树脂颗粒填充均匀；停止逆洗，待树脂沉降后，放去洗涤水。需要时用几倍于柱体积的缓冲液进行平衡以确保离子交换剂的缓冲状态当采用干燥树脂直接填充时，应特别注意其膨胀性2、装柱第17页，课件共28页，创作于2023年2月3.离子交换过程

正交换是指料液自上而下流经树脂，这种交换方法有清晰的离子交换层，交换饱和度高，洗脱液质量好，但交换周期长，交换后树脂阻力大，影响交换速度反交换的料液是自下而上流经树脂层，树脂呈沸腾状，所以对交换设备要求比较高。生产中应根据料液粘度及工艺条件选择，大多采用正交换法。为了保证分离效果，可采用多罐串联正交换法操作时注意：树脂层之上应保持有液层，处理液的温度应在树脂允许的最高温度以下，树脂层中不能有气泡第18页，课件共28页，创作于2023年2月第19页，课件共28页，创作于2023年2月3.洗脱过程洗涤：目的是将树脂上吸附的废液及夹带的大量色素和杂质除去。

适宜的洗涤剂应能使杂质从树脂上洗脱下来，还不应和有效组分发生化学反应。目前生产中使用软水进行洗涤。常用的洗涤剂有软化水、无盐水、稀酸、稀碱、盐类溶液或其它络合剂等。第20页，课件共28页，创作于2023年2月3.洗脱过程洗脱：离子交换完成后，将树脂吸附的物质释放出来重新转入溶液的过程称作洗脱。洗脱是用亲和力更强的同性离子取代树脂上吸附的目的产物。（a）改变溶液pH值（酸、碱）（b）改变溶液离子强度（盐)洗脱剂应根据树脂和目的产物的性质来选择。洗脱过程是交换的逆过程，洗脱条件应与交换条件相反，如吸附在酸性条件下进行，洗脱应在碱性条件下进行；洗脱流速应低于交换时的流速。注意洗脱过程pH对产物稳定性的影响。洗脱方式分为静态洗脱和动态洗脱。第21页，课件共28页，创作于2023年2月4.树脂再生再生：让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程，包括除去其中的杂质和转型。方式有：顺流再生和逆流再生毒化树脂的逆转：树脂失去交换性能后不能用一般的再生手段重获交换能力的现象称为树脂的毒化。第22页，课件共28页，创作于2023年2月二、离子交换操作方式

间歇式：也叫静态交换，多用在学术研究中；固定床式操作：工业中最常用。按操作方式可分为：单床式、多床式、复床式和混合床式。“流体式”或“流动床式”：应用较少图5-12各种固定床方式示意图第23页，课件共28页，创作于2023年2月三、离子交换工艺问题及处理树脂中毒

中毒的原因：①主要有大分子有机物或沉淀物严重堵塞孔隙，中毒树脂往往颜色加深，甚至呈现棕色，乃至黑色；②树脂的活性基团脱落；③生成不可逆化合物或树脂与氧长期接触发生氧化等；④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；⑤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40～50℃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。

第24页，课件共28页，创作于2023年2月三、离子交换工艺问题及处理2.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。3．固定床操作中，过早出现“穿透”现象第25页，课件共28页，创作于2023年2月第五节、离子交换技术的工业应用

一、水处理1.水的类型主要有软化水和无盐水（去离子水）；去除水中Ca2+、Mg2+等阳离子的水称为软水；不含任何盐类及可溶性阴离子和阳离子的水称为无盐水。水的硬度通常用度（H0）表示，1度是指每升水中含有相当于10mgCaO的硬度。2.软水制备软水的硬度一般要求在1H0以下。国内制备软水一般采用001×7树脂3.无盐水制备：制备无盐水多采用氢型强酸阳离子树脂和羟型强碱或弱碱阴离子树脂第26页，课件共28页，创作于2023年2月纯化水的制备图5-13离子交换法制备纯化水第27页，课件共28页，创作于2023年2月1、离子型抗生素类药物的分离纯化如链霉素