南农--生物分离工程--生物分离

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,通过本章学习应把握以下内容：,什么是吸附过程？,吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？,常用的吸附剂种类有哪些？,什么是吸附等温线？其意义何在？,影响吸附过程的因素有哪些？,常用的吸附单元操作有哪些方式？,什么是吸附？,利用固体特有的吸附特性，从液体中吸附目标物，再用适当的洗脱剂将其解吸到达分别纯化的过程。,吸附过程通常包括：待分别料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂外表、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。,料液与吸附剂混合,吸附质被吸附,料液流出,吸附质解吸附,Step1,Step2,Step3,Step4,特点,：,简便廉价安全 选择性不高 收率低,应用,：广泛应用于生物、制药、食品、化工、环保及电子等,吸附机理,1.固体的外表性质,固体外表分子或原子所处的状态与固体内局部子或原子所处的状态不同,吸附剂:在外表上能发生吸附作用的固体,吸附物:被吸附的物质,“正吸附”“负吸附”,吸附机理外表性质,界面,吸附类型与特性,物理吸附,化学吸附,交换吸附,1.物理吸附分子间作用力的吸附,1吸附区域为自由界面,2吸附层数为多层,3吸附可逆性可逆,4吸附选择性差,2.化学吸附化学键力的吸附,1吸附区域为未饱和的原子,2吸附层数为单层,3吸附可逆性不行逆,4吸附选择性很好,常见的吸附类型及其主要特点,3.交换吸附静电力的吸附,1吸附区域为极性分子或离子,2吸附层数为单层或多层,3吸附可逆性可逆,4吸附选择性较好,吸附剂,吸附剂的要求,交换容量构造多孔、立体网状,选择性组成,稳定性构造、组成,2.吸附剂的种类,1无机：硅胶、氧化铝、磷酸钙凝胶、沸石等,2有机：活性炭、大孔吸附树脂、纤维素等,活 性 炭Active carbon,组成构造：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温800碳化而成的多孔网状构造,先选粒炭,粉末活性炭,锦纶活性炭,吸附特性,非极性吸附剂，在极性介质中，对非极性物质具有较强的吸附,水溶液中吸附最强,吸附物类广、选择性差,吸附色素、有味物质、热原酸性溶液吸附强,“中毒”气体分子占据外表；使用前枯燥,“净化”稀HCl洗、中和、枯燥,人造,沸石,1组成构造：Na2Al2O4xSiO2yH2O，多孔网状构造,2种类：人工、自然沸石,3吸附特性：阳离子交换吸附剂,Na2Z+2M+=M2Z+2Na+,提取细胞色素碱性蛋白pI10.5,猪心糜稀H2SO4 pH4.0)提取液,pH6.0静置沉淀清液氨水pH7.5人造,沸石吸附吸附物水0.2%NaCl洗涤,吸附物25%硫酸铵洗脱洗脱液,磷酸钙凝胶1组成构造：多孔网状构造凝胶2种类：制法不同磷酸钙 Ca3PO42；磷酸氢钙 CaHPO4.2H2O；羟基磷灰石Ca5PO43.OH 3吸附性质：凝胶骨架中Ca2+与蛋白质负电荷基团的静电吸附作用羟基磷灰石中性、粘度好、可装柱、区分率最高，不耐酸碱；分先制备和后制备,胰岛素pI5.3 胰浆磷酸乙醇提取液4%50%CaCl2吸附 沉淀pH6.0过滤沉淀pH2.5解吸液,透亮质酸酶精制液磷酸钠 Ca(Ac)2 pH8.5抽滤无热原滤液冻干成品酶,硅胶,1组成构造：SiO2n H2O，多孔网状构造 构造水,O O,SiOSiOH,O O,2吸附性质：极性吸附剂 在非极性介质中，对极性物质具有较强的吸附,吸附力与“自由水”含量负相关,分别生物小分子 110活化8h,吸附力小于氧化铝,含水16-18%作层析载体,氧化铝,1组成构造：Al2O3.nH2O，多孔网状构造,2种类：碱性氧化铝、中性氧化铝、酸性氧化铝,3吸附性质：极性吸附剂；,用于有机小分子和生物小分子的分别,吸附活性与含水量负相关,再生活化：溶媒、酸、碱、水洗、高温活化,白陶土,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O 多用去杂,吸附H,+,、胺类、蛋白,脱敏 脱色 中和酸,尿中回收激素,用前稀HCl洗、水洗至中性、烘干,氢氧化铝凝胶,Al,2,O,3,3H,2,O,铝盐与氨水生成可后制备,吸附力与“陈化”程度有关刚生成吸附力弱,常用吸附抗原,滑石粉,Mg3H2(SiO3)4,吸附力弱；可吸附多糖；可作为助滤剂,皂土,铝、镁的硅酸盐 膨润土,外表负电，结合金属离子、肽、碱性蛋白,核酸酶抑制剂,聚酰胺粉,尼龙粉、锦纶，含多量酰胺键,以氢键吸附，区分率高,溶剂影响：水有机溶剂碱性水溶液,硅藻土,无定形SiO2 吸附力弱,常作助滤剂、澄清剂，吸附尿激酶UK,大孔树脂吸附剂大网格聚合物吸附剂,1组成构造：有机高分子聚合物的多孔网状构造,无交换基团的“树脂”,2特点：选择性好；解吸简洁；机械强度好；流体阻力较小；价格高；可屡次使用,3类型：,非极性吸附剂芳香族苯乙烯等,中等极性吸附剂脂肪族甲基丙烯酸酯等,极性吸附剂含硫氧、酰氨、氮氧等基团,空隙度-%,孔容-空隙体积/g树脂,骨架密度-g/ml骨架,湿真密度-空隙布满水时的密度,吸附作用,范德华力，极性相像相吸，盐类无影响,影响因素：,化学构造，物理参数，溶质和溶剂性质，,溶液pH,依据溶质和溶剂性质选择极性和孔径，,孔径为溶质直径6倍为宜,吸附等温线,概念：当温度肯定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。,兰缪尔Langnuir吸附等温线,1二个假设：,吸附活性中心间各自独立,每一个吸附活性中心只吸附一个分子,2推导：,吸附速度=K1m m)C,解吸速度=K2 m,当到达平衡时，K1 m m)C=K2m,m-溶质/g吸附剂 C-溶液浓度 b=K1/K2,m b C,m=,1+b C,m,b C,m=,1+b C,当溶液浓度很稀时，,1+bC1,，,m=m,bC,当溶液浓度很高时，,1+bC bC,，,m=m,当溶液浓度适中时，,m=,K,C,1/n,其中,n,1,lgm=lg K+1/nlgC,作图求,K,，,n,从,n,知吸附的饱和程度,1/n1,离饱和远,1/n0,离饱和近,例：应用大孔树脂作为吸附剂分别抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg抗菌素/Kg干树脂；当抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量。,解：依据Langmuir吸附等温式可求出b值，即：,m b C 0.060.02 b,m=0.04,b=100,1+b C 1+0.02 b,则当料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量可计算如下：,0.061000.2,m=0.057Kg/Kg,1+1000.2,影响吸附的因素,吸附剂的性质组成构造、容量、稳定性,比外表积 陈化程度 磷酸钙凝胶,制备方法 活性炭800活化吸附碱,500吸附酸,“钝化”暴露于冷湿空气,“活化”加热除水 真空除水,吸附物的性质熔点、缔合、离解、氢键等,能使外表张力降低的物质易吸附,在溶解度大的溶剂中，溶质吸附量小,极性相近的易吸附,同系物M羧酸极性宜用非极性吸附剂,吸附条件,温度 物理吸附 Tm平衡易到达 放热,化学吸附 T提高活化能并加速平衡 放热,大分子吸附 Tm,热不稳定：吸附稳定：室温,p影响解离分子极性吸附量,大分子一般在pI 四周m,盐浓度试验确定,吸附物浓度与吸附剂用量,稀溶液mC溶液过浓选择性差，,蛋白,使用活性炭，溶液先稀释,吸附剂量选择性本钱,溶液不能太浓，吸附剂用量不要太多,吸附过程,1.吸附分别法的一般过程,1吸附,2洗脱,3再生,2.吸附过程的类型,1间歇过程,2连续过程,3.间歇过程的工艺,1吸附等温公式,2物料衡算式,4.连续过程的工艺,1穿透曲线,2柱效计算,t,=1,2tB,机理,:,吸附色谱,吸附剂,:,Al,2,O,3,SiO,2,(,硅胶,),聚酰胺等,吸附剂和洗脱剂的选择,:,物质极性 吸附活性 洗脱剂极性,强 小 强,弱 大 弱,装柱,加入样品,层析后,常用洗脱剂极性次序:,石油醚环己烷CCl,4,甲苯CH,2,Cl,2,CHCl,3,乙醚醋酸乙酯正丙醇乙醇甲醇,水,溶剂和洗脱,溶剂和洗脱剂常是同一物质,要求,无杂惰性 不易被吸附剂吸附 粘度小 易除去,溶剂选择,1.洗脱剂极性，有利于洗脱极性溶质,2.极性非极性溶剂中的弱极性物质易为非极性吸附剂吸附,洗脱规律,1,常用低级醇、酮、水,原理：能溶胀吸附剂，溶解溶质,2,弱酸性物质可用碱解吸,原理：成盐,3,弱碱性物质可用酸解吸,原理：成盐,4,高盐吸附用水洗脱,原理：降低体系中的离子强度,5,挥发性溶质用热水洗脱,Applications,医药：尿激酶的制备,