中国药科大学高等制药分离工程6吸附与离子交换课件

中国药科大学高等制药分离工程6吸附与离子交换课件2024-01-24吸附分离技术概述离子交换技术基础吸附与离子交换在制药领域应用实验方法与技术设备与工艺流程设计工业应用前景与挑战contents目录01吸附分离技术概述03吸附类型物理吸附和化学吸附，前者作用力为范德华力，后者作用力为化学键。01吸附现象物质在固体表面或内部积累，使固体表面积或体积增加的现象。02吸附原理利用吸附剂与吸附质之间的物理或化学作用力，实现物质的分离和纯化。吸附现象与原理具有高比表面积、多孔结构和良好的吸附性能，广泛应用于气体和液体净化。活性炭具有均匀的微孔结构和特定的孔径，可选择性地吸附不同大小和形状的分子。分子筛具有高比表面积、多孔结构和良好的亲水性，常用于干燥和气体分离。硅胶具有特定的官能团和选择性，可用于离子交换、螯合和催化等。树脂吸附剂类型及特点在一定温度和压力下，吸附质在吸附剂和溶液中的浓度达到动态平衡。吸附平衡吸附等温线动力学模型影响因素描述在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系曲线。描述吸附过程中速率和影响因素的数学模型，如Langmuir模型、Freundlich模型等。温度、压力、溶液浓度、pH值、共存物质等均可影响吸附过程和效果。吸附平衡与动力学02离子交换技术基础基于离子交换树脂上的可交换离子与溶液中的同电性离子发生交换反应，实现溶液中目标离子的分离和纯化。离子交换原理根据树脂上可交换离子的性质，离子交换可分为阳离子交换和阴离子交换两种类型。阳离子交换树脂带有负电荷，可交换阳离子；阴离子交换树脂带有正电荷，可交换阴离子。离子交换类型离子交换原理及类型树脂结构离子交换树脂由高分子骨架、固定基团和可交换离子三部分组成。高分子骨架提供树脂的物理和化学稳定性；固定基团决定树脂的离子交换性能；可交换离子则与溶液中的目标离子进行交换。树脂性质离子交换树脂具有选择性、交换容量、稳定性等性质。选择性指树脂对某种离子的优先交换能力；交换容量表示单位质量或体积的树脂所能交换离子的量；稳定性则涉及树脂的物理和化学稳定性，如耐温性、耐氧化性等。离子交换树脂结构与性质VS包括树脂的预处理、装柱、平衡、进样、洗脱和再生等步骤。预处理去除树脂中的杂质；装柱将树脂装入色谱柱中；平衡使树脂达到稳定的离子交换状态；进样将待分离溶液加入色谱柱；洗脱用适当的洗脱液将目标离子从树脂上洗脱下来；再生则使树脂恢复原有的交换能力。影响因素影响离子交换过程的因素包括树脂的性质、溶液的组成和操作条件等。树脂的性质如选择性、交换容量和稳定性等直接影响分离效果；溶液的组成如pH值、离子强度和温度等可影响离子的交换平衡和动力学；操作条件如流速、柱温和洗脱液的选择等则影响分离效率和分辨率。离子交换过程离子交换过程及影响因素03吸附与离子交换在制药领域应用123利用吸附剂的吸附作用，将目标物质从混合物中分离出来，常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝等。吸附法通过离子交换树脂的离子交换作用，将目标离子从溶液中分离出来，适用于带电荷的药物分离纯化。离子交换法利用色谱柱中固定相与流动相之间的相互作用力差异，实现药物的分离纯化，包括薄层色谱、柱色谱、高效液相色谱等。色谱法药物纯化与分离方法选择蛋白质的纯化利用离子交换层析、凝胶过滤层析等方法，去除蛋白质溶液中的杂质和盐分，得到高纯度的蛋白质产品。中药有效成分的提取与纯化采用大孔树脂吸附、硅胶柱层析等方法，提取和纯化中药中的有效成分，提高中药制剂的疗效和安全性。抗生素的纯化通过活性炭吸附、离子交换树脂脱色、结晶等方法，去除抗生素中的杂质和色素，提高产品纯度和质量。典型药物纯化案例分析具有较大的比表面积和孔容，可用于药物的快速吸附和分离，提高分离效率。介孔材料分子印迹聚合物磁性离子交换树脂通过分子印迹技术制备的聚合物，具有特定的识别位点，可用于药物的特异性吸附和分离。将磁性材料与离子交换树脂相结合，实现药物的快速分离和纯化，同时方便树脂的回收和再利用。030201新型吸附剂和离子交换树脂在药物纯化中应用04实验方法与技术静态吸附实验通过批量吸附实验确定吸附等温线、吸附动力学等参数。动态吸附实验在固定床或流动床中进行，考察吸附剂的动态吸附性能。竞争吸附实验研究多种组分同时存在时的吸附行为，了解吸附选择性。吸附实验方法设计对树脂进行清洗、转型等预处理操作。离子交换树脂的预处理将待处理溶液通过离子交换柱，实现离子的交换与分离。离子交换过程对饱和树脂进行再生处理，恢复其交换能力并实现重复使用。树脂的再生与复用离子交换实验技术操作详细记录实验过程中的各项数据，如流量、浓度、温度等。数据记录与整理运用数学方法对实验数据进行处理，如绘制吸附等温线、计算吸附量等。数据处理根据实验数据对吸附或离子交换过程进行分析，评估实验效果并优化实验条件。结果分析数据处理与结果分析05设备与工艺流程设计吸附设备包括固定床、流化床和移动床等类型，具有操作简便、分离效果好等特点。离子交换设备主要有离子交换柱、离子交换膜和离子交换器等，适用于处理不同浓度和性质的溶液。辅助设备如溶液储罐、泵、阀门、管道等，用于实现工艺流程的连续性和自动化。常见设备类型及特点介绍根据处理量、溶液性质、分离要求等因素，选择合适的设备类型和规格。设备选型依据根据设备性能和处理要求，设定合适的操作参数，如流量、压力、温度等。参数设置考虑设备的耐腐蚀性、耐压性、密封性等因素，选择合适的材质。设备材质选择设备选型依据和参数设置确保工艺流程的连续性、稳定性和经济性，同时满足环保和安全要求。设计原则通过改进工艺条件、优化设备组合、提高自动化程度等方式，提高分离效率、降低能耗和减少废弃物排放。优化策略结合具体案例，分析工艺流程设计的优缺点及改进方向，为实际应用提供参考。案例分析工艺流程设计原则及优化策略06工业应用前景与挑战123吸附与离子交换技术在制药工业中的应用日益广泛，已成为分离和纯化药物的关键技术之一。目前，吸附与离子交换技术已应用于抗生素、激素、维生素、氨基酸等药物的生产过程中，有效提高了药物的纯度和收率。随着制药工业的快速发展，吸附与离子交换技术的工业应用前景将更加广阔。工业应用现状概述吸附与离子交换技术将继续向高效、高选择性、环保等方向发展，以满足制药工业对高品质药物的需求。预计未来将有更多新型吸附剂和离子交换剂被开发并应用于制药工业，以提高分离效果和降低成本。随着人工智能、大数据等技术的不断发展，吸附与离子交换技术的智能化和自动化程度将不断提高，进一步提高生产效率和产品质量。未来发展趋势预测目前吸附与离子交换技术仍面临一些技术挑战，如吸附剂的选择性、再生和寿命等问题，以及离子交换剂的交换容