第六讲吸附与离子交换 6学时 、通过本章学习应掌握的问题 1、什么是吸附过程? 吸附的类型有哪些?它们是如何划分的? 3、常用的吸附剂种类有哪些? 4、什么是吸附等温线?其意义何在? 5、影响吸附过程的因素有哪些? 6、什么是亲和吸附?其特点有哪些? 7、常用的吸附单元操作有哪些方式? 8、什么是离子交换? 9、离子交换树脂的分类?其主要的理化性质有哪些? 10、离子交换的机理是什么? 什么是离子交换的选择性?其选择性受哪些因素影响? 12、基本的离子交换操作是怎样的? 13、如何利用离子交换法分离蛋白质? 二、什么是吸附?( Adsorption) 1、吸附是利用吸附剂对液体或气体中某-组分具有选择性吸附的能力,使其富 集在吸附剂表面的过程。 2、吸附过程通常包括:待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、 料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。 三、常见的吸附类型及其主要特点
第六讲 吸附与离子交换 6 学时 一、通过本章学习应掌握的问题 1、什么是吸附过程？ 2、吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？ 3、常用的吸附剂种类有哪些？ 4、什么是吸附等温线？其意义何在？ 5、影响吸附过程的因素有哪些？ 6、什么是亲和吸附？其特点有哪些？ 7、常用的吸附单元操作有哪些方式？ 8、什么是离子交换？ 9、离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？ 10、离子交换的机理是什么？ 11、什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？ 12、基本的离子交换操作是怎样的？ 13、如何利用离子交换法分离蛋白质？ 二、什么是吸附？（Adsorption） 1、吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富 集在吸附剂表面的过程。 2、吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、 料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。 三、常见的吸附类型及其主要特点
1、物理吸附:吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需髙活化能、吸附层可 以是单层,也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。 2、化学吸附:吸附作用力为化学键合力,需要高活化能、只能以单分子层吸附 选择性强、吸附和解吸附速度较慢 四、常用吸附剂种类 吸附剂通常应具备以下特征:对被分离的物质具有较强的吸附能力、有较高 的吸附选择性、机械强度高、再生容易、性能稳定、价格低廉. 活性炭:是非极性吸附剂,因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力 针对不同的物质,活性炭的吸附规律遵循以下规律 (1)对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物 (2)对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物; (3)对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物 (4)pH值的影响碱性中性吸附酸性洗脱 酸性中性吸附碱性洗脱 (5)温度未平衡前随温度升高而增加; 2、大孔网状吸附剂 特点:脱色去臭效果理想;对有机物具有良好的选择性;物化性质稳定;机 械强度好;吸附速度快;解吸、再生容易 但价格昂贵,吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。 大孔网状吸附树脂的种类
1、物理吸附： 吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可 以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。 2、化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附， 选择性强、吸附和解吸附速度较慢。 四、常用吸附剂种类 吸附剂通常应具备以下特征：对被分离的物质具有较强的吸附能力、有较高 的吸附选择性、机械强度高、再生容易、性能稳定、价格低廉。 1、活性炭：是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力 针对不同的物质，活性炭的吸附规律遵循以下规律： （1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物 （2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物; （3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物; （4）pH 值的影响 碱性 中性吸附 酸性洗脱; 酸性 中性吸附 碱性洗脱; （5）温度 未平衡前 随温度升高而增加; 2、大孔网状吸附剂 特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机 械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。 但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。 大孔网状吸附树脂的种类：
1)非极性吸附树脂∷苯乙烯交联而成,交联剂为二乙烯苯,又称芳香族吸附 剂。 (2)中等极性吸附树脂:甲基丙烯酸酯交联而成,交联剂亦为甲基丙烯酸酯 故又称脂肪族吸附剂 (3)极性吸附剂:丙烯酰胺或亚砜经聚合而成,通常含有硫氧、酰胺、氮氧等 基团。 吸附机理 非离子型共聚物,借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物,其吸附能力与 树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律: (1)非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质 (2)极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质 (3)中等极性吸附剂兼有以上两种能力 四、吸附等温线 概念:当温度一定时,吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。 9=goC K+c Langmuir吸附等温线 q和K是经验常数,c代表溶液中溶质浓度 蛋白质分离提纯时适合此吸附方程 五、影响吸附的主要因素
（1）非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附 剂。 （2）中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯， 故又称脂肪族吸附剂。 （3）极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等 基团。 吸附机理： 非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物，其吸附能力与 树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律： （1）非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质； （2）极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质； （3）中等极性吸附剂兼有以上两种能力 四、吸附等温线 概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。 Langmuir 吸附等温线 qo 和 K 是经验常数，c 代表溶液中溶质浓度 蛋白质分离提纯时适合此吸附方程 五、影响吸附的主要因素 K c q c q + = 0
1、吸附剂的性质:比表面积、粒度大小、极性. 2、吸附质的性质:对表面张力的影响,溶解度,极性,相对分子量. 3、温度:吸附是放热过程,吸附质的稳定性 4、溶液pH值:影响吸附质的解离 5、盐浓度:影响复杂,要视具体情况而定 六、亲和吸附 Rosin ra Bind ligand (LI 1、亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间 特殊的化学作用,从而实现分离 protein 吸附剂由载体和配位体组成 Protein mix 2、亲和吸附的特点 (a)效率高:利用亲和吸附可以从粗提液 ute protel 中一次性分离得到高纯度的活性物质。 (b)分离精度高:可用于分离含量极低,结构相近的化合物 (c)但通用性较差,洗脱条件苛刻3、影响亲和吸附的因素 (1)配基浓度配基浓度高有利; (2)空间位阻加入手臂链以降低空间位阻的影响; (3)配基与载体的结合位点就蛋白质等大分子作为配基时,与载体连接的键越 少越好; (4)载体孔径:孔道大小 (5)微环境∶载体或手臂链的极性、电性; 七、离子交换( ion exchange)
1、吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、极性… 2、吸附质的性质：对表面张力的影响，溶解度，极性，相对分子量… 3、温度：吸附是放热过程，吸附质的稳定性 4、溶液 pH 值：影响吸附质的解离 5、盐浓度：影响复杂，要视具体情况而定 六、亲和吸附 1、亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间 特殊的化学作用，从而实现分离。 吸附剂由载体和配位体组成 2、亲和吸附的特点 （a）效率高：利用亲和吸附可以从粗提液 中一次性分离得到高纯度的活性物质。 （b）分离精度高：可用于分离含量极低，结构相近的化合物 （c）但通用性较差，洗脱条件苛刻 3、影响亲和吸附的因素 （1）配基浓度 配基浓度高有利； （2）空间位阻 加入“手臂链”以降低空间位阻的影响； （3）配基与载体的结合位点 就蛋白质等大分子作为配基时，与载体连接的键越 少越好； （4）载体孔径：孔道大小； （5）微环境：载体或“手臂链”的极性、电性； 七、离子交换(ion exchange)
1、概念:利用离子交换树脂作为吸附剂,将溶液中的待分离组分,依据其电荷 差异,依靠库仑力吸附在树脂上,然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱 下来,达到分离的目的。 2、离子交换树脂的构成 (1具有三维空间离体结 构的网络骨架 (2联接在骨架上的活性 scans 基团 (3)活性基团所带的相反电荷的活性离子(可交换离子) 3、离子交换的分类 按活性基团分类,可分为阳离子交换树脂( cation exchange)(含酸性基团)和 阴离子交换树脂( anion exchange)(含碱性基团 具体又可以分为:强阳、弱阳和强阴、弱阴 4、常用的离子交换树脂 (1)强酸性阳离子交换树脂:活性基团是-SO3H(磺酸基)和-CHSO3H(次 甲基磺酸基); (2)弱酸性阳离子交换树脂:活性基团有COOH,-OCH2COOH,C6H5OH 等弱酸性基团 (3)强碱性阴离子交换树脂:活性基团为季铵基团,如三甲胺基或二甲基-β- 羟基乙基胺基; (4)弱碱性阴离子交换树脂:活性基团为伯胺或仲胺,碱性较弱;
1、概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷 差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱 下来，达到分离的目的。 2、离子交换树脂的构成 （1）具有三维空间离体结 构的网络骨架 （2）联接在骨架上的活性 基团 （3）活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子） 3、离子交换的分类 按活性基团分类，可分为阳离子交换树脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含碱性基团）。 具体又可以分为：强阳、弱阳和强阴、弱阴 4、常用的离子交换树脂 （1）强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次 甲基磺酸基）； （2）弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH，-OCH2COOH，C6H5OH 等弱酸性基团； （3）强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基-ß- 羟基乙基胺基； （4）弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；