第二节 吸 附 一、概述 吸附：一种物质从一相移动到另外一相的现象。 吸附法的特点： （1）处理能力较小 （2）对溶质的作用较小 （3）可直接从发酵液中分离所需的产物 （4）溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常为非线形关系 二、吸附的原理及目的 原理： 利用吸附剂与杂质、色素物质、有毒物质、抗生素之间的分子引力而 吸附在吸附剂上 目的： 吸附发酵产品、除去发酵液中的杂质或色素物质、有毒物质等 优点：操作简单、原料易得，便于土法生产 缺点：吸附性能不稳定、选择性不高、吸附剂的容量有限、收率不稳定、不能连 续操作，强度大 三、吸附平衡 吸附平衡是指在一定温度和压力下，气固或液固两相充分接触，最后吸附质在 两相中达到动态平衡；也可以是含有一定量的吸附质的惰性流体通过吸附剂固定床 层，吸附质流动相和固定相中反复分配，最后在动态下达到稳定的动态平衡 吸附等温线： 在一定 T 下，q（吸附质浓度）随平衡浓度 C 变化的曲线（q=f(C)）叫吸附 等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。 四、吸附剂的种类 吸附剂必须具备的条件： （1）颗粒密度小，表面积大 （2）颗粒大小均匀 （3）吸附能力大，但要容易洗脱下来 1、疏水或非极性吸附剂
第二节 吸 附 一、概述 吸附：一种物质从一相移动到另外一相的现象。 吸附法的特点： （1）处理能力较小 （2）对溶质的作用较小 （3）可直接从发酵液中分离所需的产物 （4）溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常为非线形关系 二、吸附的原理及目的 原理： 利用吸附剂与杂质、色素物质、有毒物质、抗生素之间的分子引力而 吸附在吸附剂上 目的： 吸附发酵产品、除去发酵液中的杂质或色素物质、有毒物质等 优点：操作简单、原料易得，便于土法生产 缺点：吸附性能不稳定、选择性不高、吸附剂的容量有限、收率不稳定、不能连 续操作，强度大 三、吸附平衡 吸附平衡是指在一定温度和压力下，气固或液固两相充分接触，最后吸附质在 两相中达到动态平衡；也可以是含有一定量的吸附质的惰性流体通过吸附剂固定床 层，吸附质流动相和固定相中反复分配，最后在动态下达到稳定的动态平衡 吸附等温线： 在一定 T 下，q（吸附质浓度）随平衡浓度 C 变化的曲线（q=f(C)）叫吸附 等温线。用数学公式描述则叫吸附等温式。 四、吸附剂的种类 吸附剂必须具备的条件： （1）颗粒密度小，表面积大 （2）颗粒大小均匀 （3）吸附能力大，但要容易洗脱下来 1、疏水或非极性吸附剂
活性炭是疏水性的物质、它最适宜从极性溶媒，尤其是水溶液中吸附非极性物 质。吸附芳香族化合物的能力大于无环化合物。 由于活性炭作为吸附剂的选择件差。故应用抗生素的提取和精制时，单级吸附 不能使抗生素纯度提高很多，只是用于抗生素的初步提炼，除去溶液中的色素。 2、亲水或极性吸附剂 适用于非极性或极性较小的溶媒。如硅胶、氧化铝，活性土皆属此类。 另外，吸附剂可以是中性、酸性或碱性。碳化钙、硫酸镁等属中性吸附剂。氧 化铝、氧化镁等属碱性吸附剂。酸性硅胶、铝硅酸属酸性吸附剂。 碱性的吸附剂适宜于吸附酸性的物质，而酸性的吸附剂适宜干吸附碱性的物 质。氧化铝及某些活性土为两性化合物，因为经酸或碱处理后很容易获得另外的性 质。 3、各种离子交换树脂吸附剂 各种有机离子交换树脂也是属于极性吸附剂，因为它是两性化合物，具有离子交 换剂的性质。工业发酵中常用于发酵产品的脱色和分离杂质。 五、吸附操作方式 静态吸附 被处理液与吸附剂搅拌混合，而被处理液没有自上而下流过吸附剂的流动，这 种吸附操作叫静态吸附。 动态吸附 被处理液通过吸附剂自上向下流动而进行吸附。 第三节 离子交换法 一、基本原理 树脂的活性基团能与溶液中的相同电性基团相交换，该交换是经过一系列的物 理、化学过程完成的，包括吸附、吸收、穿透、扩散、离子交换、离子亲和等过程， 有关理论介绍如下。 1、物理吸附
活性炭是疏水性的物质、它最适宜从极性溶媒，尤其是水溶液中吸附非极性物 质。吸附芳香族化合物的能力大于无环化合物。 由于活性炭作为吸附剂的选择件差。故应用抗生素的提取和精制时，单级吸附 不能使抗生素纯度提高很多，只是用于抗生素的初步提炼，除去溶液中的色素。 2、亲水或极性吸附剂 适用于非极性或极性较小的溶媒。如硅胶、氧化铝，活性土皆属此类。 另外，吸附剂可以是中性、酸性或碱性。碳化钙、硫酸镁等属中性吸附剂。氧 化铝、氧化镁等属碱性吸附剂。酸性硅胶、铝硅酸属酸性吸附剂。 碱性的吸附剂适宜于吸附酸性的物质，而酸性的吸附剂适宜干吸附碱性的物 质。氧化铝及某些活性土为两性化合物，因为经酸或碱处理后很容易获得另外的性 质。 3、各种离子交换树脂吸附剂 各种有机离子交换树脂也是属于极性吸附剂，因为它是两性化合物，具有离子交 换剂的性质。工业发酵中常用于发酵产品的脱色和分离杂质。 五、吸附操作方式 静态吸附 被处理液与吸附剂搅拌混合，而被处理液没有自上而下流过吸附剂的流动，这 种吸附操作叫静态吸附。 动态吸附 被处理液通过吸附剂自上向下流动而进行吸附。 第三节 离子交换法 一、基本原理 树脂的活性基团能与溶液中的相同电性基团相交换，该交换是经过一系列的物 理、化学过程完成的，包括吸附、吸收、穿透、扩散、离子交换、离子亲和等过程， 有关理论介绍如下。 1、物理吸附
物体表面具有表面自由能，其自由能变化的趋势是向减少方向进行的。当表 面因吸附某些物质后，其表面自由能降低，体系趋于稳定状态。 树脂具有巨大的比表面积，其进行离子交换时，首先是吸附作用，将交换物吸 附到树脂表面。 2、晶格理论 3、双电层理论 4、膜理论 可理解为分子筛，能对分子、离子进行大小分级。 离子交换树脂根据交联度大小不同，具有大小不同的孔隙，对进入树脂颗粒内 部的离子起到从离子大小上进行限制的筛分作用。根据静电作用规律，能进入树脂 内部的离子是能穿过树脂孔隙的带电与树脂可交换离子带同号电荷的离子。 二、离子交换树脂的结构 1、化学结构：不具活性的网络骨架和分布于这种网络骨架上的单分子活性基团构成 2、立体交联结构： 3、孔结构： 三、分类 1、阳离子交换剂 强酸型、中酸型、弱酸型 2、阴离子交换剂 强碱性、中强碱性、弱碱性 3、两性离子交换剂 4、选择性离子交换树脂（螯合型离子交换树脂） 5、吸附树脂 6、电子交换树脂（氧化还原树脂） 四、离子交换树脂的理化性能 1、颗粒度：颗粒小，交换速度大 2、含水量：树脂通常是亲水的 树脂交联度小，内部空隙率大，含水量大
物体表面具有表面自由能，其自由能变化的趋势是向减少方向进行的。当表 面因吸附某些物质后，其表面自由能降低，体系趋于稳定状态。 树脂具有巨大的比表面积，其进行离子交换时，首先是吸附作用，将交换物吸 附到树脂表面。 2、晶格理论 3、双电层理论 4、膜理论 可理解为分子筛，能对分子、离子进行大小分级。 离子交换树脂根据交联度大小不同，具有大小不同的孔隙，对进入树脂颗粒内 部的离子起到从离子大小上进行限制的筛分作用。根据静电作用规律，能进入树脂 内部的离子是能穿过树脂孔隙的带电与树脂可交换离子带同号电荷的离子。 二、离子交换树脂的结构 1、化学结构：不具活性的网络骨架和分布于这种网络骨架上的单分子活性基团构成 2、立体交联结构： 3、孔结构： 三、分类 1、阳离子交换剂 强酸型、中酸型、弱酸型 2、阴离子交换剂 强碱性、中强碱性、弱碱性 3、两性离子交换剂 4、选择性离子交换树脂（螯合型离子交换树脂） 5、吸附树脂 6、电子交换树脂（氧化还原树脂） 四、离子交换树脂的理化性能 1、颗粒度：颗粒小，交换速度大 2、含水量：树脂通常是亲水的 树脂交联度小，内部空隙率大，含水量大
3、密度 干真密度 ：即干燥状态下树脂合成材料本身的密度 湿真密度 ：树脂充分膨胀后，树脂颗粒本身的密度 湿真密度＝树脂湿重/树脂颗粒所占体积 视密度 ： 树脂充分吸水膨胀后的堆积密度 视密度 ＝树脂湿重/树脂层的体积 4、膨胀性 交联度小的树脂，膨胀性大 5、耐磨损强度 6、耐热性 7、交换容量 （1）理论交换容量 单位重量或单位体积树脂中所含有可交换离子的物质的量，mmoL/g 干树脂 mmol/mL 湿树脂表示 （2）工作交换量 在一定操作条件下，离子交换树脂所能利用的交换容量 工作交换量受柱长度、树脂颗粒度、离子性质、浓度、流速及交换基团等影响 五、离子交换树脂的选择性 1、晶体解离的难易决定了组成晶体的离子间引力的大小 2、取代交换剂中离子的难易又取决于溶液中可交换离子的浓度 3、离子和树脂间亲和力越大，就越容易被吸附 电性越大越容易交换：Na＋<Ca2＋<Al3+ 在常温、常压下低浓度溶液中的离子、原子价相同，则交换量随交换离子的原 子序数的增加而增大 4、在低温和普通温度时，离子的化合价越高，就越易吸附 二价金属离子比一价金属离子容易吸附、三价的又比二价的容易 5、溶液的 pH 值对各种树脂的影响是不同的 六、影响离子交换速度的主要因素 （1）树脂颗粒：越小，交换速度越快
3、密度 干真密度 ：即干燥状态下树脂合成材料本身的密度 湿真密度 ：树脂充分膨胀后，树脂颗粒本身的密度 湿真密度＝树脂湿重/树脂颗粒所占体积 视密度 ： 树脂充分吸水膨胀后的堆积密度 视密度 ＝树脂湿重/树脂层的体积 4、膨胀性 交联度小的树脂，膨胀性大 5、耐磨损强度 6、耐热性 7、交换容量 （1）理论交换容量 单位重量或单位体积树脂中所含有可交换离子的物质的量，mmoL/g 干树脂 mmol/mL 湿树脂表示 （2）工作交换量 在一定操作条件下，离子交换树脂所能利用的交换容量 工作交换量受柱长度、树脂颗粒度、离子性质、浓度、流速及交换基团等影响 五、离子交换树脂的选择性 1、晶体解离的难易决定了组成晶体的离子间引力的大小 2、取代交换剂中离子的难易又取决于溶液中可交换离子的浓度 3、离子和树脂间亲和力越大，就越容易被吸附 电性越大越容易交换：Na＋<Ca2＋<Al3+ 在常温、常压下低浓度溶液中的离子、原子价相同，则交换量随交换离子的原 子序数的增加而增大 4、在低温和普通温度时，离子的化合价越高，就越易吸附 二价金属离子比一价金属离子容易吸附、三价的又比二价的容易 5、溶液的 pH 值对各种树脂的影响是不同的 六、影响离子交换速度的主要因素 （1）树脂颗粒：越小，交换速度越快
（2）树脂的交联度：越低，扩散越容易，速度越快 （3）溶液中离子浓度 （4）温度：提高温度加快交换速度 （5）离子的大小：小离子的交换速度快 （6）离子价 （7）树脂的强弱 （8）树脂层装填的松紧度 七、离子交换操作方式 1、静态法 2、动态法 考察上样量、pH、速度、洗脱剂的种类、流速等的影响 八、应用举例 谷氨酸的提取 第四节 膜分离 膜分离法实际上是一般过滤法的发展和延续。一般过滤法不是分子级水平的， 它是利用相的不同将固体从液体或气体中分离出来；而膜分离是分子级水平的分离 方法，该法关键在于过程中使用的过滤介质：膜。 一、膜分离法的分类及原理 透析、超滤及反渗透、微滤、电渗析、液膜技术、气体渗透、渗透蒸发 分离范围 1、透析 利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高分子溶质和其 他小分子溶质的溶液（左侧）与纯水或缓冲液（右侧）分隔，由于膜两侧的溶质浓 度不同，在浓差的作用下，左侧高分子溶液中的小分子溶质透向右侧，右侧中的水 透向左侧，这就是透析 2、超滤和微滤： 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压差微传质推动力，用于截留高分子溶
（2）树脂的交联度：越低，扩散越容易，速度越快 （3）溶液中离子浓度 （4）温度：提高温度加快交换速度 （5）离子的大小：小离子的交换速度快 （6）离子价 （7）树脂的强弱 （8）树脂层装填的松紧度 七、离子交换操作方式 1、静态法 2、动态法 考察上样量、pH、速度、洗脱剂的种类、流速等的影响 八、应用举例 谷氨酸的提取 第四节 膜分离 膜分离法实际上是一般过滤法的发展和延续。一般过滤法不是分子级水平的， 它是利用相的不同将固体从液体或气体中分离出来；而膜分离是分子级水平的分离 方法，该法关键在于过程中使用的过滤介质：膜。 一、膜分离法的分类及原理 透析、超滤及反渗透、微滤、电渗析、液膜技术、气体渗透、渗透蒸发 分离范围 1、透析 利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高分子溶质和其 他小分子溶质的溶液（左侧）与纯水或缓冲液（右侧）分隔，由于膜两侧的溶质浓 度不同，在浓差的作用下，左侧高分子溶液中的小分子溶质透向右侧，右侧中的水 透向左侧，这就是透析 2、超滤和微滤： 超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压差微传质推动力，用于截留高分子溶