第7章離子交換技術(shù)ppt課件

1、第第7章章 離子交換技術(shù)離子交換技術(shù)知識點：離交樹脂的分類及其定義，離交樹脂的合成學(xué)知識點：離交樹脂的分類及其定義，離交樹脂的合成學(xué)生自學(xué)，離交樹脂的理化性能和測定方法，離交過程的生自學(xué)，離交樹脂的理化性能和測定方法，離交過程的實際根底，離交過程的選擇性，樹脂和操作條件的選擇及實際根底，離交過程的選擇性，樹脂和操作條件的選擇及運用舉例。運用舉例。重點：離子交換樹脂的分類，概念及其適用范圍，離子交重點：離子交換樹脂的分類，概念及其適用范圍，離子交換樹脂的理化性能和測定方法，格雷戈公式的推導(dǎo)和離子換樹脂的理化性能和測定方法，格雷戈公式的推導(dǎo)和離子交換機理及其數(shù)學(xué)表達(dá)式，離交速度的影響要素的影響情交

2、換機理及其數(shù)學(xué)表達(dá)式，離交速度的影響要素的影響情況，離交過程的運用學(xué)實際和使離子層分層明顯的三種常況，離交過程的運用學(xué)實際和使離子層分層明顯的三種常用方法，可以熟練地?fù)?jù)實踐情況選擇適宜的樹脂和操作方用方法，可以熟練地?fù)?jù)實踐情況選擇適宜的樹脂和操作方式。式。難點：離交過程的實際根底和選擇性，格雷戈公式的推導(dǎo)難點：離交過程的實際根底和選擇性，格雷戈公式的推導(dǎo)和離子交換機理及其數(shù)學(xué)表達(dá)式。和離子交換機理及其數(shù)學(xué)表達(dá)式。 7.6 離子交換技術(shù)典型實例離子交換技術(shù)典型實例典型實例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取典型實例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取 提取原那么：提取原那么：對目的產(chǎn)物親和力強，而對

3、雜質(zhì)親和力弱。對目的產(chǎn)物親和力強，而對雜質(zhì)親和力弱?；蛘呦喾?，對目的產(chǎn)物親和力弱，而對雜質(zhì)親和力強?；蛘呦喾矗瑢δ康漠a(chǎn)物親和力弱，而對雜質(zhì)親和力強。提取戰(zhàn)略：提取戰(zhàn)略：化合物的理化性質(zhì)溶解度、化合物的理化性質(zhì)溶解度、pKa值價態(tài)、構(gòu)造值價態(tài)、構(gòu)造樹脂的挑選交換容量、官能團(tuán)方式、除雜效果樹脂的挑選交換容量、官能團(tuán)方式、除雜效果離交條件的選擇溶液離交條件的選擇溶液pH值、原液濃度、操作方式值、原液濃度、操作方式7.6 離子交換技術(shù)典型實例離子交換技術(shù)典型實例條件選擇：條件選擇：溶液溶液pHpH值：樹脂的離子化、化合物的離子化、化合物的值：樹脂的離子化、化合物的離子化、化合物的穩(wěn)定性穩(wěn)定性溶液濃度：

4、分散效應(yīng)、親和力、價態(tài)、離子大小溶液濃度：分散效應(yīng)、親和力、價態(tài)、離子大小操作方式：操作方式： 靜態(tài)吸附、靜態(tài)解吸靜態(tài)吸附、靜態(tài)解吸 動態(tài)吸附、動態(tài)解吸、動態(tài)吸附、動態(tài)解吸、 動態(tài)串聯(lián)方式動態(tài)串聯(lián)方式 卡那霉素的分別純化卡那霉素的分別純化提取原那么：提取原那么： 采用對卡那霉素親和力強的樹脂，進(jìn)展富集采用對卡那霉素親和力強的樹脂，進(jìn)展富集提取戰(zhàn)略：提取戰(zhàn)略： 卡那霉素理化性質(zhì)：構(gòu)造、卡那霉素理化性質(zhì)：構(gòu)造、 pKa值、價態(tài)值、價態(tài) 樹脂挑選：強酸型、弱酸型樹脂挑選：強酸型、弱酸型 條件選擇：溶液條件選擇：溶液pH值、卡那霉素濃度、操作方式值、卡那霉素濃度、操作方式圖圖1 卡卡A: R1=OH

5、R2= NH2 C18H36N4O11 MW=484.499 D=+146 卡卡B: R1= NH2 R2=NH2 C18H37N5O10 MW =483.54 D =+130 卡卡C: R1= NH2 R2=OH C18H36N4O11 MW =484.499 D =+126卡那霉素構(gòu)造式卡那霉素構(gòu)造式表表 2 2 卡那霉素卡那霉素 A A 的離解常數(shù)計算結(jié)果與文獻(xiàn)值的比較的離解常數(shù)計算結(jié)果與文獻(xiàn)值的比較 數(shù)據(jù)組別 pKa1 pKa2 pKa3 pka4 1 8.21 7.80 7.27 6.27 2 8.15 7.76 7.25 6.27 3 8.26 7.82 7.31 6.25 4 8

6、.23 7.77 7.24 6.31 平均值 8.21 7.78 7.27 6.28 文獻(xiàn)值 8.18 7.83 7.27 6.25 相對偏差 0.37% 0.64% 0 0.48% 表表 3 3 卡卡那那霉霉素素 B B 離離解解常常數(shù)數(shù)的的估估算算結(jié)結(jié)果果 數(shù)據(jù)組別 pKb1 pKb2 pKb3 pKb4 pKb5 1 9.09 8.29 7.6 6.66 5.58 2 9.03 8.18 7.4 6.57 5.63 3 9.12 8.17 7.33 6.46 5.62 4 9.19 8.25 7.4 6.55 5.61 平均值 9.11 8.22 7.43 6.56 5.61 卡那霉素離

7、解常數(shù) pKa值卡那霉素離解曲線n強酸型陽樹脂如強酸型陽樹脂如732：n弱酸型陽樹脂如弱酸型陽樹脂如DK110 、D186 、HZ-I：樹脂類型樹脂類型2、溶液的、溶液的pH值值適宜的pH值必需到達(dá)以下條件：使卡那霉素能解離使732或DK110能離子化卡那霉素能維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)卡那解離問題n當(dāng)PH7.0時n在PH5.0時n當(dāng)PH9.0時樹脂解離問題樹脂解離問題n-SO3H型732樹脂pK1n-COOH型DK110pK46卡那穩(wěn)定性問題n卡那穩(wěn)定存在的pH=68。n732樹脂離子交換時溶液pH=5.56.0；nDK110樹脂離子交換時，溶液pH=6.87.2。3、原液濃度、原液濃度n卡那是多元

8、有機生物堿n離子交換實際分析n發(fā)酵程度4、操作方式、操作方式n國內(nèi)國內(nèi)n沿用沿用732靜態(tài)吸附，靜態(tài)吸附，n3%NH4OH動態(tài)洗脫法；動態(tài)洗脫法；n國外國外n采用采用DK110動態(tài)吸附，動態(tài)吸附，n2%NH4OH動態(tài)解吸法動態(tài)解吸法5、動態(tài)串聯(lián)方式西索米星的離子交換樹脂提取西索米星的離子交換樹脂提取 西索米星為弱堿性生物有機堿，分子中含有四個氨基，在水西索米星為弱堿性生物有機堿，分子中含有四個氨基，在水溶液中存在四級離解平衡，在不同溶液中存在四級離解平衡，在不同pHpH值的水溶液體系中能以值的水溶液體系中能以不同的電化學(xué)形狀存在，隨著溶液的不同的電化學(xué)形狀存在，隨著溶液的pHpH值由高到低而出

9、現(xiàn)逐值由高到低而出現(xiàn)逐級解離。級解離。在解離條件下，選用強酸性陽離子交換樹脂，或選用弱酸型在解離條件下，選用強酸性陽離子交換樹脂，或選用弱酸型陽樹脂均可到達(dá)吸附西索米星陽離子的目的。陽樹脂均可到達(dá)吸附西索米星陽離子的目的。目前多項選擇擇目前多項選擇擇732732強酸性陽樹脂進(jìn)展離交，溶液強酸性陽樹脂進(jìn)展離交，溶液 pH pH值值5.55.5，發(fā)酵液原液濃度約發(fā)酵液原液濃度約1000-1500 ug/ml1000-1500 ug/ml。為什么？。為什么？西索米星構(gòu)造式西索米星構(gòu)造式NH2NH2NH2 西索米星離解常數(shù) pKa值西索米星的離解曲線 -0.200.20.40.60.811.20.00

10、2.004.006.008.0010.0012.00pH分布系數(shù)siso4+siso3+siso2+siso1+siso0pH9.7pH9.7時時pH7.2pH7.27.47.4時時pHpH值值6.66.66.86.8時時pH4.6pH4.6時時不同pH條件下西索米星的價態(tài)分布 扁桃酸的離子交換樹脂提取扁桃酸的離子交換樹脂提取 提取戰(zhàn)略：提取戰(zhàn)略： 扁桃酸理化性質(zhì)：構(gòu)造、扁桃酸理化性質(zhì)：構(gòu)造、 pKa值、溶解度值、溶解度 樹脂挑選：強酸型、弱酸型樹脂挑選：強酸型、弱酸型 條件選擇：溶液條件選擇：溶液pH值、扁桃酸濃度、操作方式值、扁桃酸濃度、操作方式扁桃酸構(gòu)造式扁桃酸構(gòu)造式OHOHO扁桃酸扁桃

11、酸pKapKa值的測定值的測定扁桃酸pKa值測定的物理意義扁桃酸pKa值測定方法扁桃酸在非極性溶劑中的溶解度曲線扁桃酸在非極性溶劑中的溶解度曲線 010020030040050010203040506070T()S(g/L)水苯環(huán)乙烷三氯甲烷四氯化碳乙醚扁桃酸在非極性溶劑中的溶解度差值曲線扁桃酸在非極性溶劑中的溶解度差值曲線 0204060203040506070T()S/S1水苯環(huán)乙烷三氯甲烷四氯化碳乙醚扁桃酸在極性溶劑中的溶解度曲線扁桃酸在極性溶劑中的溶解度曲線 01002003004005001020304050T()S（g/l）乙醇丙酮甲醇乙酸乙酯異丙醇水扁桃酸在極性溶劑中的溶解度差值

12、曲線扁桃酸在極性溶劑中的溶解度差值曲線 0246820304050T()S/S1乙醇丙酮甲醇乙酸乙酯異丙醇水發(fā)酵液中發(fā)酵液中R-R-扁桃酸的扁桃酸的711-OH711-OH型離子交換提取型離子交換提取 扁桃酸理化性質(zhì)樹脂功能團(tuán)雜質(zhì)影響扁桃酸pKa=5.28最適動態(tài)吸附條件最適動態(tài)解吸條件陰離子交換樹脂的選擇陰離子交換樹脂的選擇Fig.1 Permeable curve of R,S-mandelic acid at anion resinpH =0.41 and OD220=1.236 of R,S-mandelic acid solution containing 2%NH4Cl, 1.0

13、Bv/h velocity of flow, 30 ml anion resin and 18 mm300 mm column size.00.20.40.60.811.21.400.511.522.533.5Solution volumn(BV)OD220 valueD345711D315335711711陰離子交換樹脂對扁桃酸發(fā)酵液的動態(tài)吸附特性陰離子交換樹脂對扁桃酸發(fā)酵液的動態(tài)吸附特性 Fig 2 Dynamic adsorption curve of R-mandelic acid and phenylglyoxilic acid from ferment broth at 711-O

14、H anion exchange resinThe dynamic adsorption condition was 6.07.0 pH value、7080 mmol/L R-mandelic acid concentration、810 mmol/L phenylglyoxilic acid concentration，20 ml 711-OH anion resin and 18 mm300 mm column size. The same as Fig 3- Fig 6. 020406080024681012Solution volumn(BV)Mandelic acid concen

15、tration（mmol/L)0.5 BV/h1.0 BV/h1.5 BV/h024681012024681012Solution volumn(BV)Phenylglyoxilic acid concentration（mmol/L)0.5 BV/h1.0 BV/h1.5 BV/h711711陰離子交換樹脂對陰離子交換樹脂對R-R-扁桃酸的動態(tài)解吸工藝的選擇扁桃酸的動態(tài)解吸工藝的選擇 Fig 4 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid in different velocity of flow with 4%HCl020406080100120

16、051015Solution volumn(BV)Mandelic acid concentration（mmol/L)3 BV/h1.5 BV/hCl- MA- OH-711711陰離子交換樹脂對陰離子交換樹脂對R-R-扁桃酸的動態(tài)解吸工藝的選擇扁桃酸的動態(tài)解吸工藝的選擇 Fig.5 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid in different HCl concentration with 1.5 Bv/h020406080100120051015Solution volumn(BV)Mandelic acid concentration（

17、mmol/L)4% HCl2% HCl711711陰離子交換分別工藝的驗證明驗陰離子交換分別工藝的驗證明驗 Fig 6 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid and phenylglyoxilic acid at 711-OH anion resin while the optimum condition 020406080100120051015Solution volumn(BV)Mandelic acidconcentration（mmol/L)02468101214pH,Phenylglyoxilic acidconcentration

18、（mmol/L)MAPGApH大孔吸附樹脂大孔吸附樹脂HZ801HZ801分別發(fā)酵液中分別發(fā)酵液中R-R-扁桃酸研討扁桃酸研討 扁桃酸理化性質(zhì)樹脂功能團(tuán)雜質(zhì)影響扁桃酸pKa=5.28最適動態(tài)吸附條件最適動態(tài)解吸條件3.1 3.1 不同流速時，不同流速時，HZ801HZ801對扁桃酸的動態(tài)吸附特性對扁桃酸的動態(tài)吸附特性 Fig 1a Dynamic adsorption curve of R-mandelic acid from ferment broth at HZ801 resin in different velocity of flowThe dynamic adsorption con

19、dition was 2.0 pH value、80 mmol/L R-mandelic acid concentration、6 mmol/L phenylglyoxilic acid concentration，20 ml HZ801 resin and 18 mm300 mm column size. The same as Fig. 1bFig. 4. 0204060801000246810Solution volumn(BV)Mandelic acidconcentration（mmol/L)0.5 BV/h1.0 BV/h2.0 BV/h3.1 3.1 不同流速時，不同流速時，HZ

20、801HZ801對苯乙酮酸的動態(tài)吸附特性對苯乙酮酸的動態(tài)吸附特性 Fig. 1b Dynamic adsorption curve of phenylglyoxilic acid from ferment broth at HZ801 resin in different velocity of flow 024680246810Solution volumn(BV)Phenylglyoxilic acidconcentration（mmol/L)0.5 BV/h1.0 BV/h2.0 BV/h3.2 3.2 不同乙醇濃度對不同乙醇濃度對HZ801HZ801樹脂上樹脂上R-R-扁桃酸的動扁桃酸的動態(tài)解吸曲線態(tài)解吸曲線 Fig.2 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid at HZ801 resin in different ethanol concentration with 1.5 Bv/h02040608002468Solution volumn(BV)Mandelic acidconcentration（mmol/L)0%12.5%25%37%50%75%3.33.3不同流速時，不同流速時，50%50%乙醇對乙醇對HZ801HZ801樹脂上樹脂上R-R-