吸附與離子交換

吸附與離子交換第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)吸附平衡和離子交換平衡3.1吸附平衡概念：當(dāng)溫度一定時，吸附量與濃度之間的函數(shù)關(guān)系稱為吸附等溫線當(dāng)吸附劑與溶液中的溶質(zhì)達到平衡時，其吸附量q*同溶液中溶質(zhì)的平衡應(yīng)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度一定時，吸附量只和濃度有關(guān)，q*=f(c)---吸附等溫線。生物分離中至少有四種等溫吸附線:第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四①亨利型吸附平衡:q*=mc

一般在低濃度范圍內(nèi)成立。②Freundlich型吸附平衡:q*=kc1/n,n=1-10

用于描述抗生素、類固醇及激素的吸附。

第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四③Langmuir型吸附平衡方程：

常用于關(guān)聯(lián)蛋白質(zhì)的分離提純。④矩形q*=kc1/n，n＞10時，q*=常數(shù)，吸附等溫線為矩形。

如在固定化單克隆抗體的免疫親和吸附中，一般存在n>10第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四3.2離子交換平衡除上述四種生物吸附中常見的吸附等溫線外，如果使用離子交換樹脂為吸附劑，這時呈現(xiàn)出來的吸附等溫線就是離子交換等溫線。第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四

離子交換平衡

第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四A 強電解質(zhì)XH的分配系數(shù)m

第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四B 弱電解質(zhì)XH的分配系數(shù)m

第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四影響因素：

①離子強度;②KAX的影響，當(dāng)KAX→∞時，同強電解質(zhì)m③pH的影響第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四C 蛋白質(zhì)的分配系數(shù)m

離I為離子強度，Z為吸附一個蛋白質(zhì)分子所交換的反離子數(shù)。第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四影響因素：

①

|pH-pI|→Z②

I③

反離子→m1第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四4.1常用的吸附單元操作方式:間歇吸附依據(jù)是吸附等溫線和物料衡算方程連續(xù)攪拌吸附固定床吸附柱式塔

穿透點第四節(jié)吸附和離子交換操作過程及其應(yīng)用

第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四固定床:一根簡單的、充滿吸附劑顆粒的豎直圓管，含目標產(chǎn)物的液體從管子的一端進入，流經(jīng)吸附劑后，從管子的另一端流出。穿透曲線:吸附過程中吸附塔出口溶質(zhì)濃度的變化曲線穿透點:出口處溶質(zhì)濃度開始上升的點穿透時間:達到穿透點所用的操作時間

由于穿透點難于準確測定，故一般習(xí)慣上將出口濃度達到入口濃度的5％～10％的時間稱為穿透時間。固定床吸附第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)吸附操作達到穿透點時，應(yīng)停止吸附操作，轉(zhuǎn)入吸附質(zhì)洗脫和吸附劑再生操作。利用固定床吸附操作過程中溶質(zhì)的穿透曲線可測定溶質(zhì)的吸附平衡關(guān)系，這種方法稱為動態(tài)法.利用不同濃度的溶液反復(fù)進行吸附操作，即可獲得吸附平衡關(guān)系:q*=f(c)。第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四4.2離子交換機理A+自溶液中擴散到樹脂表面A+從樹脂表面進入樹脂內(nèi)部的活性中心A+與離子交換樹脂在活性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)解吸附離子B+自樹脂內(nèi)部擴散至樹脂表面B+離子從樹脂表面擴散到溶液中交換速度的控制步驟是擴散速度，不同的分離體系可能由內(nèi)部擴散或外部擴散控制第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四影響離子交換速度的因素顆粒大?。河≡娇旖宦?lián)度：交聯(lián)度小，交換速度快溫度：越高越快離子化合價：化合價與高，交換越快離子大?。涸叫≡娇鞌嚢杷俣龋涸谝欢ǔ潭壬?，越大越快溶液濃度：當(dāng)交換速度為外擴散控制時，濃度越大，交換速度越快第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四影響離子交換選擇性的因素水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；離子化合價：高價離子易于被吸附；溶液pH：影響交換基團和交換離子的解離程度，但不影響交換容量；離子強度：越低越好；有機溶劑：不利于吸附；交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：交聯(lián)度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少；樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力；第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四4.3離子交換操作方法樹脂預(yù)處理離子交換吸附洗脫第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四樹脂預(yù)處理物理處理：水洗、過篩，去雜，以獲得粒度均勻的樹脂顆粒；化學(xué)處理：轉(zhuǎn)型（氫型或鈉型）陽離子樹脂酸—堿—酸陰離子樹脂堿—酸—堿最后以去離子水或緩沖液平衡第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四4.4離子交換操作方式靜態(tài)：操作簡單、但是分批操作，交換不完全動態(tài)：離子交換柱，操作連續(xù)、交換完全，適宜多組份分離柱式固定床第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四洗脫方式離子交換完成后，將樹脂吸附的物質(zhì)重新轉(zhuǎn)入溶液的方法洗脫方法（1）改變?nèi)芤簆H值（2）改變?nèi)芤弘x子強度第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四樹脂再生是指是離子交換樹脂重新具有交換能力的過程酸性陽離子樹脂酸-堿-酸-緩沖溶液淋洗堿性陰離子樹脂堿-酸-堿-緩沖溶液淋洗方式有：順流再生和逆流再生第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四4.5離子交換應(yīng)用實例離子交換法提取蛋白質(zhì)較無機離子的離子交換平衡復(fù)雜，其吸附行為與離子間的靜電引力、氫鍵、疏水作用以及范德華力有關(guān)蛋白質(zhì)是生物大分子物質(zhì)，因此，其擴散行為也較無機離子復(fù)雜第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四一些影響離子交換的帶電荷區(qū)域不同的蛋白質(zhì)帶有不同的電荷,并具有不同的表面電荷模式選擇性分離的基礎(chǔ)第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四NH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-較低pH正電荷較高pH負電荷獲得氫失掉氫PH值對電荷的影響第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四-+OverallchargeonproteinNH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-acidisoelectricpoint alkalineexcesspositivechargebalancedpositiveandnegativechargeexcessnegativechargepH310滴定曲線第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四蛋白質(zhì)離子交換分離的基本步驟平衡上樣吸附洗脫再生第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四++++++-------anionexchangebead平衡第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四上樣吸附-----------++++++----第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四洗脫--------------