生物工業(yè)下游技術(shù)

生物工業(yè)下游技術(shù)第九章離子交換法優(yōu)點(diǎn)：本錢低，工藝操作方便，提煉效率較高，設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，以及節(jié)約大量的有機(jī)溶劑等。缺陷：不一定能找到適宜的樹(shù)脂，消費(fèi)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)過(guò)程中pH值變化較大。第一節(jié)離子交換原理及分類第二節(jié)離子交換樹(shù)脂的理化性能和測(cè)定第三節(jié)離子交換過(guò)程的實(shí)際根底第四節(jié)離子交換的運(yùn)用第一節(jié)離子交換原理及分類一、離子交換原理離子交換樹(shù)脂：是一種不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑的固態(tài)高分子資料。它的化學(xué)穩(wěn)定性良好，且有一定孔隙度。其宏大的分子可以分成兩部分：一部分是不能挪動(dòng)的，多價(jià)的高分子基團(tuán)，構(gòu)成樹(shù)脂的骨架，使樹(shù)脂具有上述的溶解度和化學(xué)穩(wěn)定的性質(zhì)；另一部分是可挪動(dòng)的離子，稱為活性離子，它在樹(shù)脂的骨架中進(jìn)進(jìn)出出，就發(fā)生離子交換景象?；蛘哒f(shuō)，其構(gòu)造由三部分組成：①不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架；②銜接在骨架上的官能團(tuán)；③官能團(tuán)所帶的相反電荷的可交換離子。離子交換的推進(jìn)力根據(jù)樹(shù)脂所帶的可交換的離子性質(zhì)，離子交換樹(shù)脂大體上可分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。骨架上的活性離子可分散到溶液中；溶液中的同類型離子也能分散到骨架的網(wǎng)格或孔內(nèi)。當(dāng)這兩種離子濃度差較大時(shí)，就產(chǎn)生一種交換的推進(jìn)力，使它們之間產(chǎn)生交換作用。濃度差越大，交換速度越快。利用這種濃度差的推進(jìn)力能使樹(shù)脂上的可交換離子發(fā)生可逆交換反響。離子在樹(shù)脂的交換反響與溶液中的置換反響類似。二、離子交換樹(shù)脂分類1強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂：這類樹(shù)脂含有強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基—SO3H。能在溶液中離解H+而呈強(qiáng)酸性。反響簡(jiǎn)式為：樹(shù)脂中的SO3-基團(tuán)能吸附溶液中的其他陽(yáng)離子如：強(qiáng)酸性樹(shù)脂的離解才干很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中都能離解和產(chǎn)生離子交換作用，因此運(yùn)用時(shí)的pH沒(méi)有限制。1強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基—PHO(OH)作為活性基團(tuán)的樹(shù)脂具有中等強(qiáng)度的酸性。樹(shù)脂在運(yùn)用一段時(shí)間后，要進(jìn)展再生處置，即用化學(xué)藥品使樹(shù)脂的官能團(tuán)回復(fù)原來(lái)形狀再次運(yùn)用。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強(qiáng)酸進(jìn)展再生處置。2．弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有弱酸性基團(tuán)，如羧基—COOH、酚羥基—OH，能在水中離解出H+而呈弱酸性。反響簡(jiǎn)式為：只能在堿性、中性或微酸性溶液中發(fā)揚(yáng)作用(羧基pH＞6，酚羥基PH＞9)。這類樹(shù)脂也是用酸進(jìn)展再生。3．強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季銨基—NR3OH，能在水中離解出—OH-而呈堿性，反應(yīng)簡(jiǎn)式為：

離解性很強(qiáng)，運(yùn)用的pH范圍沒(méi)有限制，再生普通用強(qiáng)堿。4．弱堿性陰離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(—NH2)、仲胺基(—NHR)或叔胺基(—NR2)，反響簡(jiǎn)式為：

離解才干較弱，只能在低pH值下任務(wù)，可用弱堿再生。四種根本類型樹(shù)脂的適用型1〕將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹(shù)脂；防止了溶液PH值下降和由此產(chǎn)生的副作用，如對(duì)設(shè)備的腐蝕。進(jìn)展再生時(shí)，用鹽水而不用強(qiáng)酸。2〕弱酸性樹(shù)脂生成的鹽RCOONa很易水解，呈堿性，所以用水洗不到中性，普通只能洗到pH9—10左右。但是弱酸性樹(shù)脂和氫離子結(jié)合才干很強(qiáng)，再生成氫型較容易，耗酸量少。四種根本類型樹(shù)脂的適用型3〕強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂可先轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃停蝿?wù)時(shí)用Cl-交換其他陰離子，再生只需用食鹽水。4〕弱堿性樹(shù)脂生成的鹽RNH3Cl同樣易水解。這類樹(shù)脂和OH-離子結(jié)合才干較強(qiáng)，所以再生成羥型較容易，耗堿量少。強(qiáng)酸性樹(shù)脂和強(qiáng)堿性樹(shù)脂在轉(zhuǎn)變成鈉型和氯型后，在運(yùn)用時(shí)就不再有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性。但它們?nèi)跃哂羞@些樹(shù)脂的其他典型性能，如強(qiáng)離解性和任務(wù)的pH范圍寬等。凝膠型和大孔型樹(shù)脂按骨架構(gòu)造不同，離子交換樹(shù)脂可分為凝膠型和大孔型樹(shù)脂。凝膠型樹(shù)脂：是以苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯苯聚合得到具有交聯(lián)網(wǎng)狀構(gòu)造的聚合體。這種聚合體普通是呈透明形狀的，在它的高分子骨架中，沒(méi)有毛細(xì)孔，而在吸水潤(rùn)脹后，才在大分子鏈節(jié)間構(gòu)成很微細(xì)的孔隙，通常稱為顯微孔。這類樹(shù)脂適用于吸附交換無(wú)機(jī)離子等小離子。凝膠型和大孔型樹(shù)脂大孔型樹(shù)脂：是由苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯苯的異構(gòu)體聚合，再經(jīng)特殊的物理處置，使其構(gòu)成大網(wǎng)孔，再導(dǎo)入交換基團(tuán)制成，它內(nèi)部并存有微細(xì)孔和大量的粗孔。較擅長(zhǎng)吸附大分子有機(jī)物，耐有機(jī)物的污染。三、其他類型的樹(shù)脂1．兩性離子交換樹(shù)脂：將兩種性質(zhì)相反的陰、陽(yáng)離子交換官能團(tuán)銜接在同一樹(shù)脂骨架上，就構(gòu)成兩性樹(shù)脂。這種樹(shù)脂骨架上的兩種類型官能團(tuán)彼此接近，在與溶液里的陰陽(yáng)離子交換以后，只需經(jīng)過(guò)水，稍稍改動(dòng)體系的酸堿條件即可發(fā)生相反的水解反響，恢復(fù)樹(shù)脂原來(lái)的方式。三、其他類型的樹(shù)脂2．選擇性離子交換樹(shù)脂：這類樹(shù)脂又叫螯合性離子交換樹(shù)脂，它與金屬離子構(gòu)成螯合物的基團(tuán)，是一種對(duì)某些離子有特殊選擇性的樹(shù)脂，其選擇性高于普通的強(qiáng)酸性和弱酸性樹(shù)脂。樹(shù)脂內(nèi)如含有可與其中某一離子生成螯合物的有機(jī)分子基團(tuán)，那么在交換中可以選擇性地優(yōu)先與這種離子結(jié)合。利用這種選擇性反響，可制備含某一金屬離子的樹(shù)脂來(lái)分別含某些有機(jī)官能團(tuán)的化合物，如用含汞的樹(shù)脂分別含巰基的輔酶A、半胱氨酸、谷胱甘肽。三、其他類型的樹(shù)脂3．吸附樹(shù)脂：這類樹(shù)脂又稱為“脫色樹(shù)脂〞，它有較大的外表積，具多孔性，吸附才干強(qiáng)，但交換離子的才干很小，甚至不能交換。在發(fā)酵工業(yè)多用于脫色，吸附大分子的產(chǎn)物和除去蛋白質(zhì)等。如近來(lái)出現(xiàn)的大網(wǎng)格樹(shù)脂，孔隙大，樹(shù)脂內(nèi)外表積大，適宜于吸附大分子和用作催化劑。4．電子交換樹(shù)脂：這類樹(shù)脂的作用不是進(jìn)展離子交換而是電子轉(zhuǎn)移。能起氧化復(fù)原作用，所以也稱為氧化復(fù)原樹(shù)脂。根據(jù)活性基團(tuán)的性質(zhì)，可分為兩種類型。一種其活性基團(tuán)是樹(shù)脂母體的一部分聚合物，其電子交換反響如下：另一種類型的活性基是一種加在樹(shù)脂上的離子，反響時(shí)離子不發(fā)生交換，但可進(jìn)展氧化復(fù)原反響。如吸附有亞硫酸根的強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，反響后可用氧化劑或復(fù)原劑再生。三、其他類型的樹(shù)脂四、樹(shù)脂的命名根據(jù)離子交換樹(shù)脂官能團(tuán)的性質(zhì)，將其分為強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿、螯合、兩性及氧化復(fù)原等7類。規(guī)定如下：離子交換樹(shù)脂的全名由分類稱號(hào)、骨架(或基團(tuán))稱號(hào)、根本稱號(hào)(離子交換樹(shù)脂)陳列組成。由于氧化復(fù)原樹(shù)脂與離子交換樹(shù)脂的特性不同。故在命名的陳列上也有不同，其命名由根本名稱、骨架稱號(hào)、分類稱號(hào)和樹(shù)脂兩字陳列組成。凡屬酸性的應(yīng)在根本稱號(hào)前加一“陽(yáng)〞字；凡屬堿性的，在根本稱號(hào)前加一“陰〞字。四、樹(shù)脂的命名離子交換樹(shù)脂的型號(hào)由3位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第1位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類，第2位數(shù)字代表骨架構(gòu)造的差別，第3位數(shù)字為順序號(hào)，用以區(qū)別基團(tuán)、交聯(lián)劑等的不同。為了區(qū)別凝膠型和大孔型離子交換樹(shù)脂，在全名前加“D〞表示大孔型樹(shù)脂。凝膠型樹(shù)脂，在型號(hào)后面用“x〞號(hào)聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字，表示交聯(lián)度。國(guó)內(nèi)消費(fèi)的樹(shù)脂仍沿用習(xí)慣命名。第二節(jié)離子交換樹(shù)脂的

理化性能和測(cè)定

(1)外觀：離子交換樹(shù)脂是一種透明或半透明的物質(zhì)，有白、黃、黑及赤褐色等幾種顏色。普通顏色與性能關(guān)系不大。樹(shù)脂的顆粒大小，對(duì)樹(shù)脂的交換才干、樹(shù)脂層中溶液流動(dòng)分布均勻程度、溶液經(jīng)過(guò)樹(shù)脂層的壓力及交換和反沖時(shí)樹(shù)脂的流失等都有很大影響。普通樹(shù)脂為球形，可減少流體阻力。顆粒大小普通選用20一60目(0.25—0.8mm)。離子交換樹(shù)脂的理化性能(2)交聯(lián)度：其大小決議著樹(shù)脂機(jī)械強(qiáng)度以及網(wǎng)狀構(gòu)造的疏密。交聯(lián)度大，網(wǎng)孔小，構(gòu)造嚴(yán)密，樹(shù)脂機(jī)械強(qiáng)度大；交聯(lián)度小，樹(shù)脂網(wǎng)孔大，構(gòu)造疏松，強(qiáng)度小。同時(shí)，交聯(lián)度的變化，使離子交換樹(shù)脂對(duì)大小不同的各種離子具有選擇性經(jīng)過(guò)的才干。(3)化學(xué)穩(wěn)定性：樹(shù)脂應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易分解破壞。縮聚樹(shù)脂的化學(xué)穩(wěn)定性普通較差，在強(qiáng)堿溶液中，縮聚陽(yáng)樹(shù)脂會(huì)破壞，共聚陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)堿抵抗才干較強(qiáng)，但不應(yīng)與濃度大于2mol/L的堿液長(zhǎng)期接觸。陰樹(shù)脂對(duì)堿敏感，處置時(shí)，堿液濃度不宜超越1mol/L。強(qiáng)堿樹(shù)脂穩(wěn)定性較差。羥型陰樹(shù)脂即使在水中也不穩(wěn)定，因此常以氯型保管。離子交換樹(shù)脂的理化性能離子交換樹(shù)脂的理化性能(4)機(jī)械強(qiáng)度：樹(shù)脂必需具有一定的物理穩(wěn)定性，以防止或減少在運(yùn)用過(guò)程中破損流失。普通來(lái)說(shuō)，膨脹度越大，交聯(lián)度小的樹(shù)脂，機(jī)械強(qiáng)度就越差。離子交換樹(shù)脂的理化性能(5)交換量：樹(shù)脂在運(yùn)用時(shí)，希望有較大的交換容量，也即在實(shí)踐運(yùn)用中具有多少可以交換離子的才干。為了能有較大的交換容量，在制造時(shí)應(yīng)使單位質(zhì)量樹(shù)脂所含的官能團(tuán)盡能夠多。樹(shù)脂不僅吸附量要很多，即交換容量和選揮性好，而且要容易解吸，即應(yīng)有良好的可逆性。普通來(lái)說(shuō)，吸附容易的解吸就比較困難。離子交換樹(shù)脂主要性能測(cè)定1〕含水量：將樹(shù)脂在105—110℃枯燥至恒重就可以測(cè)定其含水量。將樹(shù)脂離心(400g,30min)，所失去的水分稱為溶脹水。它和樹(shù)脂的交聯(lián)度有關(guān)，可作為測(cè)定交聯(lián)度的一種方法。離子交換樹(shù)脂主要性能測(cè)定2)膨脹度：干樹(shù)脂加水，不時(shí)搖動(dòng)，24h后，測(cè)定樹(shù)脂體積，前后體積之比，稱為膨脹系數(shù)。膨脹系數(shù)與交聯(lián)度、交換量、可交換容量、溶液中離子性質(zhì)有關(guān)。離子交換樹(shù)脂主要性能測(cè)定3)密度：樹(shù)脂的密度有干真密度、濕真密度、視密度等。濕真密度：取所需型式的濕樹(shù)脂，在布氏漏斗中抽干。迅速稱取2—5g抽干樹(shù)脂，入密度瓶中，加水至刻度稱重，計(jì)算。離子交換樹(shù)脂主要性能測(cè)定4)交換容量：交換容量是表征樹(shù)脂性能的重要數(shù)據(jù)。它用單位質(zhì)量干樹(shù)脂或單位體積濕樹(shù)脂所能吸附的1價(jià)離子的毫摩爾數(shù)米表示。離子交換樹(shù)脂主要性能測(cè)定5)滴定曲線：和無(wú)機(jī)酸、堿一樣，離子交換樹(shù)脂也有滴定曲線。與離子強(qiáng)度、種類、樹(shù)脂官能團(tuán)強(qiáng)度有關(guān)。由滴定曲線的轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)，可估計(jì)其總交換量；而由轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)的數(shù)目，可推知官能團(tuán)的數(shù)目。曲線還表示交換容量隨pH值的變化，所以滴定曲線較全面地表征樹(shù)脂官能團(tuán)的性質(zhì)。第三節(jié)離子交換過(guò)程的實(shí)際根底

一、離子交換平衡離子交換反響是可逆反響，但是，這種可逆反應(yīng)并不是在均相溶液中進(jìn)展，而是在固態(tài)的樹(shù)脂和水溶液接觸的界面間發(fā)生的。在水溶液中，離子交換是由于樹(shù)脂上的宮能團(tuán)B+與溶液中的同類型離子A+之間的濃度差推進(jìn)著它們之間的交換，當(dāng)這種交換反響進(jìn)展到一定程度時(shí)，就建立了離子交換平衡形狀，使樹(shù)脂上和溶液中都同時(shí)含有A+和B+兩種離子。一、離子交換平衡離子交換樹(shù)脂對(duì)有機(jī)大分子吸附時(shí)，會(huì)存在假平衡。主要是由于：①樹(shù)脂的活性中心受空間陳列的影響不能全部吸附有機(jī)大分子；②樹(shù)脂顆粒度影響對(duì)大分子的交換，當(dāng)樹(shù)脂的顆粒較大時(shí)，有機(jī)大分子在樹(shù)脂的內(nèi)部分散速度很慢，到達(dá)平衡需求的時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)樹(shù)脂的顆粒度減小時(shí)，交換速度和交換量都會(huì)有所添加。二、離子交換選擇性離子交換選擇性：在實(shí)踐運(yùn)用中，溶液中經(jīng)常同時(shí)存在著很多離子。離子交換樹(shù)脂能否將所需離子從溶液中吸附出或?qū)㈦s質(zhì)離子全部(或大部)吸附住，具有更大的實(shí)踐意義。這就是離子交換選擇性。離子選擇系數(shù)K：BKA越大，離子交換樹(shù)脂對(duì)B離子的選擇性越大(相對(duì)于A離子而言)；反之，小于1，樹(shù)脂對(duì)A離子的選擇性大。離子選擇系數(shù)定性地表示離子交換劑的選擇性，因此又稱分配系數(shù)或交換勢(shì)。影響離子交換樹(shù)脂選擇性的要素1．離子價(jià)數(shù)：離子交換樹(shù)脂總是優(yōu)先選擇高價(jià)離子。陽(yáng)離子的被吸附順序?yàn)椋篎e3+＞AI3+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+陰離子順序?yàn)椋簷幟仕岣玖蛩岣鞠跛岣?溶液濃度：樹(shù)脂對(duì)離子交換吸附的選擇性，在稀溶液中比較大，而在濃溶液中較小。因此可將溶液稀釋，樹(shù)脂選擇吸附高價(jià)離子。3離子的水化半徑：離子在水溶液中的大小運(yùn)用水化半徑來(lái)表征，而不是原子量。水化半徑較小的離子優(yōu)先吸附。影響離子交換樹(shù)脂選擇性的要素4．樹(shù)脂物理構(gòu)造：通常，交聯(lián)度高的樹(shù)脂對(duì)離子的選擇性較強(qiáng)。大孔型樹(shù)脂的選擇性低于凝膠型樹(shù)脂。但對(duì)于大分子的吸附，情況較復(fù)雜。5．有機(jī)溶劑：有機(jī)溶劑常會(huì)使樹(shù)脂對(duì)有機(jī)離子的選擇性降低，而容易吸附無(wú)機(jī)離子，可利用有機(jī)溶劑從樹(shù)脂上洗脫難洗脫的有機(jī)物質(zhì)。6．樹(shù)脂與交換離子間的輔助力：凡能與樹(shù)脂間構(gòu)成輔助力〔氫鍵、范德華力等〕的離子，樹(shù)脂對(duì)其吸附力就大；能破壞這些輔助力，離子從樹(shù)脂上易洗脫。三、離子交換過(guò)程和速度離子交換反響是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)展的，不論溶液的運(yùn)動(dòng)情況怎樣，在樹(shù)脂外表上一直存在著一層薄膜，起交換的離子只能借分子分散而經(jīng)過(guò)這層簿膜。離子交換速度：在單位時(shí)間內(nèi)，溶液中A+濃度減少或B+濃度添加的量。三、離子交換過(guò)程和速度實(shí)踐交換過(guò)程〔谷氨酸〕由以下相對(duì)速度組成：1)溶液中的谷氨酸離子從溶液經(jīng)過(guò)液膜分散到樹(shù)脂外表；2)穿過(guò)樹(shù)脂外表向樹(shù)脂孔內(nèi)部分散，到達(dá)有效交換位置；3)谷氨酸離子與樹(shù)脂中的H+進(jìn)展離子交換；4)H+從樹(shù)脂內(nèi)部向樹(shù)脂外表分散；5)H+穿過(guò)樹(shù)脂外表的液膜進(jìn)入水溶液。其中步驟(1)、(5)稱為外分散或膜分散；(2)、(4)稱為內(nèi)分散或粒分散；(3)稱為交換反響。普通反響速度很快，而分散速度很慢，因此，離子交換反響的速度主要取決于分散速度。影響交換速度的要素1．樹(shù)脂顆粒離子的外分散速度與樹(shù)脂顆粒大小成反比，而粒子的內(nèi)部分散速度與粒徑倒數(shù)的高次方成正比，粒度減少，交換速度加快。2．樹(shù)脂的交聯(lián)度交聯(lián)度降低，樹(shù)脂易膨脹，樹(shù)脂內(nèi)分散較容易，交換速度提高。3．溶液流速外分散隨溶液過(guò)柱流速的添加而添加，內(nèi)分散根本不受其影響。影響交換速度的要素4．溶液濃度溶液中離子濃度低，對(duì)外分散速度影響較大，對(duì)內(nèi)分散影響較??；離子濃度較高，對(duì)內(nèi)分散影響較大，對(duì)外分散影響較小。5．溫度溶液的溫度提高，分散速度加快。6．離子的大小大分子受空間妨礙，在樹(shù)脂內(nèi)的分散速度特別慢。小離子快。7．離子的化合價(jià)離子與樹(shù)脂骨架間存在庫(kù)侖引力，化合價(jià)越高，分散越慢。第四節(jié)離子交換的運(yùn)用一、離子交換安裝：按操作方式分為：間歇式分批操作及柱式操作兩種。按能否敞口分為：有開(kāi)放式(即敞口式)和密閉式兩種。開(kāi)放式：便于樹(shù)脂的裝入、吸出，只能在常壓下操作。柱的反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界雜質(zhì)。密閉式：上下全封，能抑制開(kāi)放式的缺陷，但清污和裝住較費(fèi)事。一、離子交換安裝按裝樹(shù)脂方式分為：?jiǎn)未?只裝一種樹(shù)脂)和復(fù)床(兩種以上樹(shù)脂分層裝在同一柱內(nèi))反挪動(dòng)床(樹(shù)脂的運(yùn)用、再生和清洗不在同一柱內(nèi))等幾種。材質(zhì)：通常中小型離子交換柱用有機(jī)玻璃或硬質(zhì)聚氯乙烯制成，大型柱用鋼板焊接制成，內(nèi)壁涂襯上耐酸、堿的防腐蝕物。樹(shù)脂裝量：普通發(fā)酵工業(yè)用的離子交換柱中裝載樹(shù)脂層的高度通常為1-1.5m，柱體總高度約為樹(shù)脂層的2倍。假設(shè)樹(shù)脂的粒度較大，阻力較小，高徑比可提高(4-5：1)。普通正上拄有效樹(shù)脂體積約為柱的70％，倒上柱約為60。二、離子交換樹(shù)脂的任務(wù)過(guò)程1．樹(shù)脂預(yù)處置：去除未參與聚合反響的低、高分子成分的分解產(chǎn)物，鐵、銅、鋁等金屬物質(zhì)及灰塵；裝柱，去離子水浸泡12h，2-3倍10%食鹽水浸泡4h；水洗，酸、堿處置，調(diào)pH。2．上柱交換：關(guān)鍵，可采用正上柱或倒上柱，柱上樹(shù)脂分三層：已交、交換、未交。交換帶逐漸下移，達(dá)底部稱漏出點(diǎn)。交換帶普通0.2—1m。B離子濃度高、操作溫度低、料液流速高、樹(shù)脂老化等都會(huì)使交換帶加寬，不利；應(yīng)控制，但有限。二、離子交換樹(shù)脂的任務(wù)過(guò)程3．洗脫：用親和力更大的離子取代產(chǎn)物。生物大分子分別純化有兩種方式：①“正吸附〞，產(chǎn)物離子化，被交換。優(yōu)點(diǎn)是目的產(chǎn)物純度高，可濃縮，宜處置濃度低、量大的溶液；②“負(fù)吸附〞。吸附雜質(zhì)。宜處置濃度高溶液；產(chǎn)物純度不高，不濃縮。4．樹(shù)脂的再生：交換吸附的逆反響。水洗，再生劑再生，清水洗至所需PH值。鈉型強(qiáng)酸性樹(shù)脂用NaCI再生；氫型強(qiáng)酸性樹(shù)脂用強(qiáng)酸再生，氯型強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂主要用NaCI溶液再生，羥型強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂用Na0H溶液再生?；謴?fù)程度為70％一80％。三、樹(shù)脂和操作條件的選擇樹(shù)脂選擇：1、強(qiáng)堿性離子宜用弱酸性樹(shù)脂；2、弱堿性離子宜用強(qiáng)酸性樹(shù)脂；3、弱酸性離子宜用強(qiáng)堿性樹(shù)脂；4、強(qiáng)酸性離子宜選用弱堿性樹(shù)脂；5、大分子離子應(yīng)選擇交聯(lián)度較低的樹(shù)脂；6、小分子離子應(yīng)選擇一定交聯(lián)度的樹(shù)脂。緣由：1、4：強(qiáng)酸對(duì)強(qiáng)堿，解吸較困難；2、3：弱酸對(duì)弱堿，構(gòu)成的鹽易水解，不易吸附；5：低交聯(lián)度便于大分子分散到樹(shù)脂內(nèi)部，但交聯(lián)度過(guò)低，會(huì)影響樹(shù)脂的選擇性和機(jī)械強(qiáng)度；6：交聯(lián)度過(guò)高，樹(shù)脂在清洗再生及轉(zhuǎn)型過(guò)程中，膨脹度較大，對(duì)設(shè)備呵斥損壞。適宜操作條件的選擇①PH：適宜的PH值應(yīng)具備3個(gè)條件：pH值應(yīng)在產(chǎn)物的穩(wěn)定范圍內(nèi)；使產(chǎn)物離子化；使樹(shù)脂能解離。②樹(shù)脂的型式：對(duì)弱酸性和弱堿性樹(shù)脂，為使樹(shù)脂能離子化，應(yīng)采用鈉型或氯型；而對(duì)強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性樹(shù)脂，可以采用任何方式；但如產(chǎn)物在酸性、堿性條件下易破壞，那么不宜采用氫型或羥型樹(shù)脂。③溶液中產(chǎn)物濃度：低價(jià)離子添加濃度有利于交換上樹(shù)脂，高價(jià)離子在稀釋時(shí)容易被吸附。適宜操作條件的選擇④洗脫條件：洗脫條件應(yīng)盡量使溶液中被洗脫離子的濃度降低。洗脫條件普通應(yīng)和吸附條件相反。如吸附在酸性下進(jìn)展，解吸應(yīng)在堿性下進(jìn)展；吸附在堿性，解吸應(yīng)在酸性。為了使pH變化不致過(guò)大，可選用緩沖液作洗脫劑。PH變化不行時(shí)，可用能和水混合、且對(duì)產(chǎn)物溶解度較大的有機(jī)溶劑洗脫。洗脫前，樹(shù)脂的洗滌任務(wù)相當(dāng)重要，很多雜質(zhì)可以在洗滌時(shí)除去，洗滌可以用水、稀酸和鹽類溶液等。四、軟水和無(wú)鹽水的制備軟水：利用鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂去除鈣、鎂離子后的水。主要是用于鍋爐給水，鈣、鎂離子是鍋爐結(jié)垢的主要成。經(jīng)鈉鹽型離子交換樹(shù)脂床的原水，硬度可降至0.05mmol/L以下，甚至可完全消除。但原水中的堿度堅(jiān)持不變。樹(shù)脂可用工業(yè)食鹽水溶液(10％一15％)再生，可反復(fù)運(yùn)用。四、軟水和無(wú)鹽水的制備無(wú)鹽水：除去原水中一切的溶解性鹽類、游離的酸、堿離子。無(wú)鹽水的用途非常廣泛，如高壓鍋爐的補(bǔ)給水、實(shí)驗(yàn)室用的去離子水，制藥、食品等各行業(yè)都需求無(wú)鹽純水。離子交換法制備無(wú)鹽純水是將原水經(jīng)過(guò)氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和羥型陰離子交換樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)離子交換反響，將水中的陰、陽(yáng)離子除去，從而制得純度很高的無(wú)鹽純水。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用一定濃度的鹽酸或硫酸再生。強(qiáng)堿陰樹(shù)脂用5％一8％NaOH再生，費(fèi)用高；弱堿陰樹(shù)脂用1％一3％NaOH再生，但不能除硅等弱酸性陰離子?？筛鶕?jù)水質(zhì)要求而組合。五、離子交換技術(shù)在生物工程的運(yùn)用1、氨基酸：是一類兩性化合物，在不同的pH條件下能以正離子、負(fù)離子或兩性離子的方式存在?？捎藐?yáng)離子交換富集分別。例如：谷氨酸，當(dāng)pH＜3．22時(shí)，呈陽(yáng)離子形狀，可用732強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂選擇性吸附，與發(fā)酵液中妨礙谷氨酸結(jié)晶的殘?zhí)羌疤堑木酆衔铩⒌鞍踪|(zhì)、色素等非離子性雜質(zhì)分別，到達(dá)濃縮提純的目的。2、有機(jī)酸：可用陽(yáng)樹(shù)脂除去有機(jī)酸溶液中的陽(yáng)離子雜質(zhì)，到達(dá)純化的目的。如檸檬酸，用陽(yáng)樹(shù)脂脫除酸液中的金屬離子。五、離子交換技術(shù)在生物工程的運(yùn)用3、抗生素：一些具有酸性基團(tuán)，在中性或弱堿條件下以負(fù)離子的方式存在，可用陰離子樹(shù)脂提取分別，如芐基青霉素；氨基糖苷類抗生素，如紅霉素、鏈霉素、卡那霉素，在中性或弱酸性