生物分离工程吸附分离课件

第八章第八章吸附分离技术吸附分离技术.吸附操作是一种古老的技术，早在两千多年前西汉古墓中就用木炭吸湿防潮，说明当时已了解到木炭有很强的吸湿作用。20世纪50年代前，因吸附剂种类少，常用的只有酸性白土、硅藻土和活性炭等几种，选择吸附的能力低，只限于脱色、脱臭、吸湿、干燥等小型的操作过程。20世纪60年代以来，随着性能优良的吸附剂的不断开发(如合成沸石、活性氧化铝、分子筛等)以及各行各业分离要求的不断提高，使吸附分离技术得到了迅速发展，成为完整的单元操作过程。目前，吸附分离技术已经在轻工、炼油、化工、食品、环保等许多领域得到了广泛的应用。.吸附现象吸附现象 A Arain damp(rain damp(吸湿吸湿)B B 冰箱除异味冰箱除异味C C 变色硅胶变色硅胶D D 装修除甲醛装修除甲醛.一、基本概念定义：吸附是利用吸附是利用吸附剂吸附剂对液对液体或气体中某一组分具有体或气体中某一组分具有选选择性吸附择性吸附的能力，使其富集的能力，使其富集在吸附剂表面，再用适当的在吸附剂表面，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯洗脱剂将其解吸达到分离纯化的过程。化的过程。液相液相(气相气相)固相固相吸附剂、吸附物吸附剂、吸附物吸附剂、吸附物吸附剂、吸附物应用：广广泛泛应应用用于于原原料料脱脱色色、脱脱臭臭，目目标标产产物物提提取取、浓浓缩缩和粗分离和粗分离吸附吸附剂剂吸附吸附质质脱附：吸附的逆过程脱附：吸附的逆过程.vv吸附过程通常包括：吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂待分离料液与吸附剂混合混合、吸附质被吸附质被吸附吸附到吸附剂表面到吸附剂表面、料液流出料液流出、吸附吸附质质解吸回收解吸回收等四个过程等四个过程。v吸附剂吸附剂能够吸附其他物质的多孔性固体。能够吸附其他物质的多孔性固体。v吸附质吸附质在吸附过程中，被吸附的物质。在吸附过程中，被吸附的物质。料液与吸料液与吸料液与吸料液与吸附剂混合附剂混合附剂混合附剂混合吸附质吸附质吸附质吸附质被吸附被吸附被吸附被吸附料液料液料液料液流出流出流出流出吸附质解吸附质解吸附质解吸附质解吸附吸附吸附吸附Step1Step2Step3Step4.常常用用于于从从稀稀溶溶液液中中将将溶溶质质分分离离出出来来，由由于于受受固固体体吸吸附附剂剂的限制，处理能力较小；的限制，处理能力较小；对对溶溶质质的的作作用用较较小小，这这一一点点在蛋白质分离中特别重要；在蛋白质分离中特别重要；可可直直接接从从发发酵酵液液中中分分离离所所需需的的产产物物，成成为为发发酵酵与与分分离离的的耦耦合合过过程程，从从而而可可消消除除某某些些产物对微生物的抑制作用；产物对微生物的抑制作用；溶溶质质和和吸吸附附剂剂之之间间的的相相互互作作用用及及吸吸附附平平衡衡关关系系通通常常是是非非线线性性关关系系，故故设设计计比比较较复复杂杂，实验的工作量较大。实验的工作量较大。吸附法的特点吸附法的特点：优点优点：有机溶剂掺入少有机溶剂掺入少 操作简便，安全，设备简单操作简便，安全，设备简单 pHpH变化小，适于稳定性差的物质变化小，适于稳定性差的物质缺点缺点：选择性差选择性差收率低收率低无机吸附剂性能不稳定无机吸附剂性能不稳定不能连续操作，劳动强度大不能连续操作，劳动强度大碳粉等吸附剂有粉尘污染碳粉等吸附剂有粉尘污染.吸附机理界面固体内部分子所受分子间的固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而作用力是对称的，而固体表固体表面分子所受力是不对称的面分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作向内的一面受内部分子的作用力较大用力较大，而表面向外一面，而表面向外一面所受的作用力较小，因而当所受的作用力较小，因而当气体分子或溶液中溶质分子气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体时就会被吸引而停留在固体表面上。表面上。.吸附类型与特性1.物理吸附2.化学吸附3.交换吸附极性吸附离子交换吸附.当由于吸附质与吸附剂的分子之间存在分子间当由于吸附质与吸附剂的分子之间存在分子间力即力即范德华力范德华力而发生的吸附称为物理吸附，又称为而发生的吸附称为物理吸附，又称为范德华吸附范德华吸附。因为分子间引力普遍存在于吸附剂与吸附质之因为分子间引力普遍存在于吸附剂与吸附质之间，故一种吸附剂可以吸附多种吸附质，间，故一种吸附剂可以吸附多种吸附质，不具有选不具有选择性择性。但吸附剂与吸附质的种类不同，分子间引力。但吸附剂与吸附质的种类不同，分子间引力大小各异，因此吸附量可能相差悬殊。大小各异，因此吸附量可能相差悬殊。根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同，根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同，吸附可分为吸附可分为物理吸附物理吸附和和化学吸附化学吸附两种类型。两种类型。.由于吸附质与吸附剂的分子之间形成由于吸附质与吸附剂的分子之间形成化学键化学键而而引起的吸附称为化学吸附。发生化学吸附时，被吸引起的吸附称为化学吸附。发生化学吸附时，被吸附的分子与吸附剂的表面分子之间发生了附的分子与吸附剂的表面分子之间发生了电子转移、电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成原子重排或化学键的破坏与生成。与物理吸附不同。与物理吸附不同的是，化学吸附的是，化学吸附具有选择性具有选择性，只有当吸附剂与吸附，只有当吸附剂与吸附质的分子之间形成化学键时，才会发生化学吸附。质的分子之间形成化学键时，才会发生化学吸附。根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同，根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。.物理、化学吸附的比较吸附性能吸附性能物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附作用力作用力分子引力（范德华力）化学键选择性选择性没有选择性有选择性吸附层吸附层单分子或多分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热吸附热较小，41.9kj/mol较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kj/mol吸附速度吸附速度快，几乎不要活化能较慢，需要活化能温度温度放热过程，低温有利于吸附温度升高，吸附速度增加可逆性可逆性可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆.多孔型多孔型：活性炭、硅胶、活性炭、硅胶、硅藻土；大网格吸附硅藻土；大网格吸附剂：有机高分子材料，剂：有机高分子材料，如聚苯乙烯，聚酯。如聚苯乙烯，聚酯。凝胶型凝胶型：纤维素凝胶，纤维素凝胶，琼脂糖凝胶，匍聚糖琼脂糖凝胶，匍聚糖凝胶等。凝胶等。二、吸附分离介质.vv吸附剂通常应具备以下特征：吸附剂通常应具备以下特征：v（1）较高的）较高的选择性选择性以达到一定的分离要求；以达到一定的分离要求；v（2）较大的）较大的吸附容量吸附容量以减小用量；以减小用量；v（3）较好的）较好的动力学及传递性质动力学及传递性质以实现快速吸附；以实现快速吸附；v（4）较高的化学及热）较高的化学及热稳定性稳定性，不溶或极难溶于待处，不溶或极难溶于待处理流体以保证吸附剂的数量和性质；理流体以保证吸附剂的数量和性质；v（5）较高的）较高的硬度及机械强度硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀；以减小磨损和侵蚀；v（6）较好的）较好的流动性流动性以便于装卸；以便于装卸；v（7）较高的）较高的抗污染能力抗污染能力以延长使用寿命；以延长使用寿命；v（8）较好的）较好的惰性惰性以避免发生不期望的化学反应；以避免发生不期望的化学反应；v（9）易再生易再生；v（10）价格便宜价格便宜。.硅藻土硅藻土氧化铝氧化铝n活性炭活性炭.粒状碳成品粉状碳成品活化活化洗涤捏合成型炭化炭化 破碎、造粒原料干燥筛分制造过程示意图制造过程示意图活化：把把碳渣造成发碳渣造成发达的达的多孔结多孔结构构 主要有两主要有两种方法：种方法：（1 1）气体法；）气体法；（2 2）药）药剂法。剂法。一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。所以，所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭。炭的孔径分布来选择合适的活性炭。1）组成结构组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（料高温（800）碳化而成的多孔网状结构）碳化而成的多孔网状结构（1）活性炭.活性炭是一种多孔含碳物质的颗粒或粉末，不活性炭是一种多孔含碳物质的颗粒或粉末，不仅具有良好的化学稳定性和机械强度，而且具有高仅具有良好的化学稳定性和机械强度，而且具有高度发达的孔隙结构，因而具有很强的吸附能力；活度发达的孔隙结构，因而具有很强的吸附能力；活性炭还具有解吸容易、热稳定性好等优点。性炭还具有解吸容易、热稳定性好等优点。活性炭具有活性炭具有非极性的表面非极性的表面，即，即可以吸附非极性可以吸附非极性物质物质。活性炭既可用于。活性炭既可用于气相吸附气相吸附，又可用于，又可用于液相吸液相吸附附。目前，。目前，活性炭已广泛地用于制药化工过程，如活性炭已广泛地用于制药化工过程，如各类有机蒸汽的吸附，溶液的脱色、除臭，药物的各类有机蒸汽的吸附，溶液的脱色、除臭，药物的精制等。精制等。.活性炭种活性炭种类类颗颗粒大小粒大小表面表面积积吸附力吸附力吸附量吸附量洗脱洗脱粉末活性炭粉末活性炭小小大大大大大大难难颗颗粒活性炭粒活性炭较较小小较较大大较较小小较较小小难难锦纶锦纶活性炭活性炭大大小小小小小小易易粉末活性炭粉末活性炭锦纶活性炭锦纶活性炭2）种类种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭 吸附能力为粉末活性炭颗粒活性炭锦纶活性炭吸附能力为粉末活性炭颗粒活性炭锦纶活性炭.活活性性炭炭纤纤维维是是用用炭炭素素纤纤维维活活化化而而制制得得的的一一种种纤纤维维状状吸吸附附剂剂，可可做做成成毛毛毡毡状状、纸纸片片状状、布布料料状状、蜂蜂巢巢状状等等。活活性性纤纤维维的的外外表表面面积积比比颗颗粒粒活活性性炭炭大大，吸吸附附和和解解吸吸速速度度比比颗颗粒粒状状活活性性炭炭大大，且且阻阻力力小小，容容易易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。球球形形炭炭化化树树脂脂是是采采用用球球形形大大孔孔吸吸附附树树脂脂为为原原料料，经经炭炭化化、高高温温裂裂解解及及活活化化制制成成的的吸吸附附剂剂。与与其其他他形形状状活活性性炭炭相相比比，球球形形炭炭化化树树脂脂不不易易掉掉屑屑而而污污染染被被处处理理物物系系，且且可可与与被被处处理理气气体体或或液液体体均均匀匀接接触触，气气体体和和液液体体通通过过球球形形吸吸附附剂剂床床层层时时的的阻阻力力小小。通通过过控控制制聚聚合合条条件件，改改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。炭炭分分子子筛筛（CMSCMS）较较活活性性炭炭具具有有更更小小的的孔孔径径（2 21010）和和更更窄窄的的孔孔径分布径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离N N2 2。.活性炭对物质的吸附规律活性炭对物质的吸附规律vv是非极性吸附剂是非极性吸附剂是非极性吸附剂是非极性吸附剂，在极性介质中，在极性介质中，在极性介质中，在极性介质中，对非极性物质具对非极性物质具对非极性物质具对非极性物质具有较强的吸附，有较强的吸附，有较强的吸附，有较强的吸附，因此因此因此因此在水中吸附能力大于有机溶剂在水中吸附能力大于有机溶剂在水中吸附能力大于有机溶剂在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力。中的吸附能力。中的吸附能力。中的吸附能力。vv针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：（1 1 1 1）对）对）对）对极性基团多的化合物极性基团多的化合物极性基团多的化合物极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物（2 2 2 2）对）对）对）对芳香族化合物芳香族化合物芳香族化合物芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3 3 3 3）对）对）对）对相对分子量大的化合物相对分子量大的化合物相对分子量大的化合物相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物（4 4 4 4）pH pH pH pH 值的影响值的影响值的影响值的影响 在酸性条件吸附能力大，在酸性条件吸附能力大，在酸性条件吸附能力大，在酸性条件吸附能力大，pH6.8 pH6.8 吸附能力较差吸附能力较差（5 5 5 5）温度）温度）温度）温度 未平衡前未平衡前未平衡前未平衡前 随温度升高而增加随温度升高而增加随温度升高而增加随温度升高而增加.活性碳净水活性碳净水处处理理v活性碳应用于工业废水，主要为有机物、氯气及微量不纯活性碳应用于工业废水，主要为有机物、氯气及微量不纯物之去除，其亦常与离子交换树脂组合以制造超纯水。用物之去除，其亦常与离子交换树脂组合以制造超纯水。用于废水处理，主要是去除一般难处理之有机化合物、卤化于废水处理，主要是去除一般难处理之有机化合物、卤化物、酚类、水银及一些无机金属离子，如：物、酚类、水银及一些无机金属离子，如：Sb,As,Bi,Sb,As,Bi,CrCr及及SnSn等。活性碳的选择依处理的水別及目的其也各不相等。活性碳的选择依处理的水別及目的其也各不相同同。（1 1）饮用水水源之净化，包括水内含色、臭、合成洗涤剂饮用水水源之净化，包括水内含色、臭、合成洗涤剂 及农药等之去除及农药等之去除 （2 2）工业及产业用水之处理工业及产业用水之处理 （3 3）家庭废水之处理及再利用家庭废水之处理及再利用 （4 4）工业及产业废水之处理及再利用工业及产业废水之处理及再利用 （5 5）垃圾渗出水处理垃圾渗出水处理.n是是氢氧化铝胶体氢氧化铝胶体经加热脱水后制成的一种多孔大表面吸附剂经加热脱水后制成的一种多孔大表面吸附剂。n通通过过控控制制氢氢氧氧化化铝铝晶晶粒粒尺尺寸寸和和堆堆积积配配位位数数可可以以控控制制氧氧化化铝铝的的孔孔容容、孔孔径径和表面积。和表面积。n由由铝铝土土矿矿加加热热脱脱水水可可制制成成天天然然活活性性氧氧化化铝铝。氧氧化化铝铝按按品品型型可可分分为为、和和共共8 8种种。通通常常所所说说的的“活活性性氧氧化化铝铝”是是指指-AlAl2 2O O3 3或是或是、和和氧化铝的混和物。氧化铝的混和物。n活活性性氧氧化化铝铝具具有有相相当当大大的的比比表表面面积积（200200400m400m2 2/g/g），且且机机械械强强度度高高，物化稳定性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。物化稳定性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。n活活性性氧氧化化铝铝表表面面的的活活性性中中心心是是羟羟基基和和路路易易斯斯酸酸中中心心，极极性性强强，对对水水有有很很强的亲和作用。强的亲和作用。n活活性性氧氧化化铝铝广广泛泛应应用用于于脱脱除除气气体体中中的的水水，也也常常用用作作催催化化剂剂和和色色谱谱柱柱填填充充材料材料。（2）活性氧化铝（）活性氧化铝（Al2O3nH2O）.n硅硅胶胶是是一一种种坚坚硬硬、多多孔孔的的固固体体颗颗粒粒，用用硫硫酸酸处处理理硅硅酸酸钠水玻璃便生成硅胶，其主要成分为钠水玻璃便生成硅胶，其主要成分为SiO2nH2O。n硅胶是硅胶是SiOSiO2 2微粒的堆积物，因此，通过控制胶团的尺寸和堆积微粒的堆积物，因此，通过控制胶团的尺寸和堆积 配位数可以控制硅胶的孔容、孔径和表面积。配位数可以控制硅胶的孔容、孔径和表面积。n硅胶的表面保留着大约硅胶的表面保留着大约5wt5wt的羟基，是硅胶的吸附活性中心。的羟基，是硅胶的吸附活性中心。在在200200以上羟基会脱去，所以硅胶的活化温度应低于以上羟基会脱去，所以硅胶的活化温度应低于200200n极性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能与硅胶表极性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能与硅胶表 面的羟基生成氢键，吸附力很强。面的羟基生成氢键，吸附力很强。对极性高的分子如芳香烃对极性高的分子如芳香烃 不饱和烃等的吸附能力次之。对饱和烃、环烷烃等只有色散不饱和烃等的吸附能力次之。对饱和烃、环烷烃等只有色散 力的作用，吸附力最弱。力的作用，吸附力最弱。n硅胶常作为干燥剂用于气体或液体的干燥脱水，也可用于分离硅胶常作为干燥剂用于气体或液体的干燥脱水，也可用于分离 烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充 材料。材料。（3）硅胶（）硅胶（SiO2nH2O）.由由硅硅藻藻类类植植物物死死亡亡后后的的硅硅酸酸盐盐遗遗骸骸形形成成的的，本本质质是是含含水水的的无无定定形形SiOSiO2 2，并并含含有有少少量量FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3及及有有机机杂杂质质，外外观观一一般般呈呈浅浅黄黄色色或或浅浅灰灰色色，优优质质的的呈呈白白色色，质质软软，多多孔孔而而轻轻。在在80100下下，将将天天然然白白土土用用浓浓度度为为2040%的的硫硫酸酸处理后，即得活性白土。处理后，即得活性白土。活活性性白白土土的的化化学学组组成成随随所所用用粘粘土土原原料料和和活活化化条条件件不不同同而而有有很很大大的的差差异异，但但一一般般认认为为其其吸吸附附能能力力与与化化学学组组成成无无关关。市市售活性白土有粉末状和颗粒状两种规格。售活性白土有粉末状和颗粒状两种规格。硅硅藻藻土土的的多多孔孔结结构构使使它它成成为为一一种种良良好好吸吸附附剂剂，在在食食品品、化工生产中常用来作化工生产中常用来作助滤剂及脱色剂。助滤剂及脱色剂。（4）硅藻土）硅藻土.（5）羟基磷灰石（磷酸钙）羟基磷灰石（磷酸钙）v在无机吸附剂中，磷酸钙是唯一的适用于生物活性高分子在无机吸附剂中，磷酸钙是唯一的适用于生物活性高分子物质（如蛋白质、核酸）的分离的吸附剂。物质（如蛋白质、核酸）的分离的吸附剂。v羟基磷灰石羟基磷灰石主要适用于蛋白质的层析分离主要适用于蛋白质的层析分离，也适用于较小，也适用于较小的核酸，如转移的核酸，如转移RNARNA的分离。的分离。v用用0.5mol/L CaCl20.5mol/L CaCl2加加 0.5mol/L 0.5mol/L磷酸二钠盐，在室温下反磷酸二钠盐，在室温下反应，得到满意的流速的磷酸钙。应，得到满意的流速的磷酸钙。CaHPO4.2H2OCaHPO4.2H2O在在pH 7pH 7以上，以上，慢慢变为羟基磷灰石，即慢慢变为羟基磷灰石，即Ca5(PO4)3OHCa5(PO4)3OH放出放出H3PO4H3PO4。v吸附性质：吸附性质：CaCa2+2+与蛋白质负电荷基团的静电吸附作用。与蛋白质负电荷基团的静电吸附作用。.00沸石分子筛沸石分子筛是一种人工合成的高选择性吸附剂，其是一种人工合成的高选择性吸附剂，其主要成分为主要成分为SiO2和和Al2O3等组成的等组成的结晶硅铝酸盐结晶硅铝酸盐。分子筛的晶体中有许多分子筛的晶体中有许多空穴空穴，空穴之间有许多直径，空穴之间有许多直径相同的微孔相连。相同的微孔相连。吸附时，比孔径小的分子，可通过微吸附时，比孔径小的分子，可通过微孔进入孔穴，并吸附于孔穴的内表面上；而比孔径大的孔进入孔穴，并吸附于孔穴的内表面上；而比孔径大的分子则不能进入微孔，从而将分子直径大小不同的混合分子则不能进入微孔，从而将分子直径大小不同的混合物分离开来，起到筛分分子的目的，故称为分子筛物分离开来，起到筛分分子的目的，故称为分子筛。分子筛具有按分子大小选择吸附的优点，因而在制分子筛具有按分子大小选择吸附的优点，因而在制药化工生产中常用它来分离混合物药化工生产中常用它来分离混合物。.目目前前所所使使用用的的分分子子筛筛品品种种达达100多多种种,工工业业上上最最常常用用的的分分子子筛筛有有A型型、X型型、Y型型、L型型、丝丝光光沸沸石石和和ZSM系系列列沸沸石石。孔径为孔径为0.31.0nm，比表面积为，比表面积为6001000m2/g。分分子子筛筛的的特特性性是是优优先先吸吸附附不不饱饱和和分分子子、极极性性分分子子以以及及易易极极化化分分子子;对对极极性性分分子子如如H2O、CO2、H2S和和其其他他类类似似物物质质有有很很强强的的亲亲和和力力,而而与与有有机机物物的的亲亲和和力力较较弱弱。在在吸吸附附质质浓浓度度很低或湿度较高的情况下仍具有很强的吸附能力。很低或湿度较高的情况下仍具有很强的吸附能力。广广泛泛应应用用于于气气体体和和液液体体的的干干燥燥、脱脱水水、净净化化、分分离离和和回收等。回收等。.（a a）A A 型型 （b b）X X 型型两种常用分子筛的结构两种常用分子筛的结构.指指的的是是一一类类高高分分子子聚聚合合物物。常常用用的的有有聚聚苯苯乙乙烯烯树树脂脂和和聚聚丙丙烯烯酸酸酯酯树树脂脂等等。吸吸附附树树脂脂品品种种很很多多，单单体体的的变变化化和和单单体体上上官官能能团团的的变变化化可可赋赋予予树树脂脂以以各各种种特特殊殊的的性性能能。吸吸附附树树脂脂可可分为非极性、中极性、极性及强极性四类。分为非极性、中极性、极性及强极性四类。（7）吸附树脂）吸附树脂1)1)组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构2)2)特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻力较特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻力较小；价格高小；价格高3 3）类型：非极性吸附剂）类型：非极性吸附剂芳香族（苯乙烯等）芳香族（苯乙烯等）中等极性吸附剂中等极性吸附剂脂肪族（甲基丙烯酸酯等）脂肪族（甲基丙烯酸酯等）极性吸附剂极性吸附剂含硫氧、酰氨、氮氧等基团含硫氧、酰氨、氮氧等基团.树树脂脂的的网网络络骨骨架架.在以吸附树脂为吸附剂的分离过程中，树脂骨架与吸附在以吸附树脂为吸附剂的分离过程中，树脂骨架与吸附质的分子之间质的分子之间并未发生离子交换并未发生离子交换，而是产生了吸附作用而是产生了吸附作用。此。此时吸附树脂的性质与活性炭、硅胶等吸附剂的性质相似。吸时吸附树脂的性质与活性炭、硅胶等吸附剂的性质相似。吸附树脂的比表面积可达附树脂的比表面积可达31055105m2/kg，且有良好的，且有良好的选选择性和机械强度，解吸也较为容易，并可反复使用择性和机械强度，解吸也较为容易，并可反复使用。.（1 1）非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质（2 2）高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质（3 3）中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力（4 4）水溶液中，同族化合物分子量大，极性弱易吸水溶液中，同族化合物分子量大，极性弱易吸附附（5 5）无机盐促进吸附无机盐促进吸附大孔吸附树脂吸附规律大孔吸附树脂吸附规律.大孔吸附树脂解吸规律大孔吸附树脂解吸规律（1)1)水溶液用低级醇，酮或其水溶液解吸（水溶液用低级醇，酮或其水溶液解吸（a a 溶胀聚溶胀聚合物，合物，b b 溶解吸附物，减弱溶质与吸附剂间作用力）溶解吸附物，减弱溶质与吸附剂间作用力）（2 2）弱酸性物质用碱解吸（成盐）弱酸性物质用碱解吸（成盐）（3 3）弱碱性物用酸解吸（成盐）弱碱性物用酸解吸（成盐）（4 4）高盐吸附时用水解吸（降低离子强度，降低吸附）高盐吸附时用水解吸（降低离子强度，降低吸附量）量）（5 5）易挥发溶质用热水或蒸汽解吸）易挥发溶质用热水或蒸汽解吸.大孔吸附树脂的应用大孔吸附树脂的应用v抗生素分离纯化抗生素分离纯化（再生容易、产品灰分少）（再生容易、产品灰分少）内酰胺类、大环内酯类、氨基糖贰类、肽类、内酰胺类、大环内酯类、氨基糖贰类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素博莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素v维生素的提取纯化维生素的提取纯化 VB VB1212，VBVB2 2，VC VC v天然产物的分离天然产物的分离 生物碱，黄酮，多糖，苷类生物碱，黄酮，多糖，苷类 v生化药物生化药物 酶、氨基酸、蛋白质、肽，甾体酶、氨基酸、蛋白质、肽，甾体.大孔吸附树脂广泛应用于制药及大孔吸附树脂广泛应用于制药及天然植物中活性成分如皂甙、黄天然植物中活性成分如皂甙、黄酮、内脂、生物碱等大分子化合酮、内脂、生物碱等大分子化合物的提取分离。物的提取分离。对人参皂甙、三对人参皂甙、三七皂甙、绞股兰皂甙、薯蓣皂甙、七皂甙、绞股兰皂甙、薯蓣皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、银杏黄酮甜菊皂甙、甘草甜素、银杏黄酮内脂，山楂黄酮、黄芪皂甙、橙内脂，山楂黄酮、黄芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黄酮、大豆异黄酮、皮甙、淫羊藿黄酮、大豆异黄酮、茶多酚、洋地黄强心甙、麻黄精茶多酚、洋地黄强心甙、麻黄精粉、柚甙、毛冬青黄酮甙、红豆粉、柚甙、毛冬青黄酮甙、红豆杉生物碱、多种天然色素、中药杉生物碱、多种天然色素、中药复方药物提取等以及生物化学制复方药物提取等以及生物化学制品的净化、分离、回收都有良好品的净化、分离、回收都有良好的效果。的效果。并在抗生素、维生素、并在抗生素、维生素、氨基酸、蛋白质提纯、生化制药氨基酸、蛋白质提纯、生化制药方面有很广泛的应用方面有很广泛的应用。.下下图图比比较较了了几几种种吸吸附附剂剂的的脱脱水水性性能能。活活性性氧氧化化铝铝的的吸吸附附容容量量在在水水蒸蒸气气分分压压高高的的范范围围内内是是较较高高的的,而而沸沸石石分分子子筛筛在在低低水水蒸蒸气气分分压压下下具具有有较较高高的的吸吸附附容容量量。如如果果要要求求水水蒸蒸气气的的脱脱除除程程度度高高,应应选选择择分分子子筛筛吸吸附附剂剂,而而如如果果吸吸附附容容量量更更重重要要些些,则则选选择择活活性性氧氧化化铝铝吸吸附附剂剂。也也可可以以采采用用混混合合吸吸附附剂剂或或两两种种吸吸附附剂剂串串联联操操作作,例例如如首首先先用用氧氧化化铝铝进进行行原原料中大部分水的脱除料中大部分水的脱除,之后用分子筛进行深度干燥。之后用分子筛进行深度干燥。活化条件活化条件分子筛分子筛:350,1.3Pa活性氧化铝活性氧化铝:350,1.3Pa硅胶硅胶:175,1.3Pa.（）（）孔径孔径v适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高吸附容量和吸附操作速度吸附容量和吸附操作速度（）（）比表面积比表面积：每克吸附剂所具有的表面积：每克吸附剂所具有的表面积v孔径越大，比表面积越小。孔径越大，比表面积越小。v比表面积越大，吸附量越大，反之，越小。比表面积越大，吸附量越大，反之，越小。v增加比表面积的方法：增加比表面积的方法：a.a.粉碎成小颗粒粉碎成小颗粒 b.b.吸附吸附剂的活化剂的活化 吸附剂性能的评价吸附剂性能的评价.影响吸附过程的因素影响吸附过程的因素v（1 1）吸附剂的特性吸附剂的特性（比表面积、粒度、极性大小、活化条（比表面积、粒度、极性大小、活化条件）件）v（2 2）吸附物的性质吸附物的性质（极性大小、分子量）（极性大小、分子量）v（3 3）吸附的条件吸附的条件 pHpH（对蛋白等两性物质在（对蛋白等两性物质在PIPI附近吸附量最大）附近吸附量最大）温度（对蛋白分子，一般认为温度（对蛋白分子，一般认为TT吸附量吸附量，考虑到稳定性，考虑到稳定性,通常在通常在0or0or室温操作）室温操作）盐浓度盐浓度（影响复杂，阻止（影响复杂，阻止oror促进吸附）促进吸附）v（4 4）吸附物浓度与吸附剂用量吸附物浓度与吸附剂用量（吸附物浓度（吸附物浓度，吸附量，吸附量，吸附法纯化蛋白时，要求浓度，吸附法纯化蛋白时，要求浓度1%,(吸附剂最小流化速吸附剂最小流化速率率)流入时，吸附剂床层流入时，吸附剂床层膨胀，调节器上升。膨胀，调节器上升。v膨胀床柱膨胀床柱:.膨胀床吸附操作和应用应用应用:利用利用STREAMLINE DEAE STREAMLINE DEAE 为吸附剂为吸附剂,从酵母细胞从酵母细胞匀浆液纯化葡萄糖匀浆液纯化葡萄糖-6-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶.1.1.穿透曲线穿透曲线（1 1）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带 下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部 的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。（2 2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线。以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线。（3 3）穿透点：当出水吸附质浓度）穿透点：当出水吸附质浓度C Ca a为为(0.05-0.10)C(0.05-0.10)Co o时所对时所对 应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点。应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点。（4 4）吸附终点：出水浓度）吸附终点：出水浓度C Cb b为为(0.90-0.95)C(0.90-0.95)Co o时所对应的出时所对应的出 水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点。水总体积的穿透曲线上的那一点叫吸附终点。（5 5）吸附带长度）吸附带长度：从：从t ta a到到t tb b的的tt时间内，吸附带所移动时间内，吸附带所移动 的距离。的距离。.当废水连续通过吸附剂层时，运行初期出水中溶当废水连续通过吸附剂层时，运行初期出水中溶质几乎为零。随着时间的推移，上层吸附剂达到饱和，质几乎为零。随着时间的推移，上层吸附剂达到饱和，床层中发挥吸附作用的区域向下移动。吸附区前面的床层中发挥吸附作用的区域向下移动。吸附区前面的床层尚未起作用。出水中溶质浓度仍然很低。当吸附床层尚未起作用。出水中溶质浓度仍然很低。当吸附区前沿下移至吸附剂层底端时，出水浓度区前沿下移至吸附剂层底端时，出水浓度 开始超过规定值。以后出开始超过规定值。以后出 水浓度迅速增加，当吸附水浓度迅速增加，当吸附 区后端面下移到床层底端区后端面下移到床层底端 时，整个床层接近饱和，时，整个床层接近饱和，以水浓度接近进水浓度。以水浓度接近进水浓度。.吸附分离技术广泛应用于石油化工、化学工业、医药工业、食品工业、冶金工业和电子工业等各个工业部门，而且随着各种高性能的吸附剂的不断开发，更推动了吸附分离技术的迅速发展。吸附分离技术的工业应用大致可归纳为以下几个方面。(1)、气体或溶液的脱水和深度干燥、气体或溶液的脱水和深度干燥 如在中压下乙烯催化聚合聚乙烯时,乙烯气体中的微量水分可用吸附法除去；冷冻机或家用冰箱用的冷冻剂氟利昂,在使用前可采用吸附法进行干燥脱水。七、吸附分离的应用七、吸附分离的应用.(2)、气体或液体的除臭、脱色和溶剂蒸气的回收、气体或液体的除臭、脱色和溶剂蒸气的回收 吸附法脱臭主要用于臭气浓度较低的场合(如工厂、车间等)。常用的脱臭吸附剂有活性炭、硅胶、酸性白土等。活性炭对所有臭气几乎都能吸附,磺化煤可吸附碱性臭气,钠基磺化煤可吸附氯气和酸性臭气等。如采用吸附法还可以对糖液、酒类、食用油等物质进行脱色、除臭、除去胶体、调整香味、提高结晶性；在喷漆工业中,油漆中的有机溶剂如苯、丙酮等有毒物质会大量挥发,用活性炭吸附处理,不仅可以降低周围环境的污染,而且还可以回收有价值的有机蒸气。.(3)、气体的预处理和气体中痕量物质的吸附分离精制 如用深冷分离空气组分,操作前,空气中的水和二氧化碳必须预先除去,可采用BX沸石作为吸附剂除掉水和二氧化碳;电子工业中集成电路的制造过程中需要高纯度的气体,其中杂质含量已从10-6级降至10-9,常用的一种纯化方法就是吸附法。(4)、气体本体组分的分离 如采用变压吸附法可以从空气中分离制取富氧、富氮、纯氧、纯氮,其投资和成本远低于深冷法;天然气中除了主要成分甲烷外,通常含有数量不等的C2组分,这些烃类的存在对某些利用甲烷为原料的化工生产过程是有害的,必须除掉,采用变压吸附法可脱除这些烃类。.(5)、烷烃、烯烃和芳烃馏分的分离、烷烃、烯烃和芳烃馏分的分离 如石油化工、轻工、医药等工业部门都需要大量的直链烷烃或烯烃作为合成材料、洗涤剂、医药、燃料的原料。采用模拟移动床工艺可从直链烷烃、环烷烃和芳烃中分离n-烷烃;n-烷烃催化脱氢生产直链烯烃时产物中还含有未反应的n-烷烃,可采用吸附法进行分离烯烃的产品中只含有1.1%残余的n-烷烃;采用吸附法从C8芳烃中分离对二甲苯,纯度 可大于99.8%。.(6)、环境保护和水处理、环境保护和水处理 吸附分离在工业废气和废水处理中的应用十分广泛,不仅能脱除有害物质,保护环境,还能回收其中的有用成分。如燃料燃烧气中含有二噁英是一种强致癌物质,日本开发了一种特性活性炭,把它吹进烟筒或通气道中,可以捕集燃烧气中的二噁英,然后通过一个袋式过滤器回收,处理后的二噁英浓度只有原来的1/10。随着石油化工和化学工业及轻工、纺织、食品等工业的发展,污水的排放量日益增加,污水中含有大量的有机物和重金属离子,吸附法是处理工业废水的一种重要方法。此法可从废水中脱除酚、吡啶等有机有毒物、回收钾、铀、金、稀土金属等重金属物质,具有较高的社会效益和经济效益。.（7）、医药：尿激酶的制备）、医药：尿激酶的制备.