生物分离与纯化技术生化工艺 离子交换分离技术.pptx

概念：利用概念：利用离子交换树脂离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠荷差异，依靠静电吸引力静电吸引力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质吸附在树脂上，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。从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。一、离子交换分离原理一、离子交换分离原理一、离子交换分离原理一、离子交换分离原理第1页/共14页离子交换剂的结构离子交换剂的结构离子交换剂的结构离子交换剂的结构具有三维空间立体结构的网络骨架（载具有三维空间立体结构的网络骨架（载体）体）连接在骨架上的活性基团（固定电荷）连接在骨架上的活性基团（固定电荷）活性基团所带的相反电荷的活性离子活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）（可交换离子）第2页/共14页离子交换过程的选择性离子交换过程可视为化学平衡，由于不同的溶质离子半径、带电荷状态等不一样，因此与离子交换剂结合的牢固程度不一样，所以吸附率不同而实现物质的分离。离子交换剂与溶质发生离子交换反应，通过离子交换剂上固定的活性基团与溶质之间的静电吸引力使溶质吸附在树脂上。吸附过程吸附过程第3页/共14页离子交换过程的选择性由于不同溶质失去电荷的pH不同，或者被取代下来所需的同性离子浓度、种类不同，因此可选择性地将某些被吸附的物质洗脱下来离子交换过程回收产物时，需要将产物从树脂上洗脱下来，洗脱方法主要有两种：1.改变pH，使产物失去电荷2.用高浓度的同性离子将产物取代下来洗脱过程洗脱过程第4页/共14页二、离子交换剂的理化性能（1）溶胀性）溶胀性离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。树脂离子交换树脂在水中会发生体积的膨胀。树脂充分溶胀有利于溶质与树脂充分接触。充分溶胀有利于溶质与树脂充分接触。(2)(2)交联度 交联度就是指树脂的交联程度，通常用加入树脂中交联剂的百分含量表示。树脂的交联度一般在树脂的交联度一般在414%414%之间，国产强酸型树脂之间，国产强酸型树脂1 1 1212，表示是强酸型树脂，编号表示是强酸型树脂，编号1 1，交联度，交联度12%12%。第5页/共14页（3 3）交换容量）交换容量总交换容量：总交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中，所有交换基团的总数。注意：它是常数，不代表真实交换能力。注意：它是常数，不代表真实交换能力。操作交换容量：单位体积湿树脂或单位重量干树脂中，实际参加反应的活性基团的总数。单位：mmol/mL mmol/g（4 4）允许）允许pHpH范围和允许温度范围范围和允许温度范围 根据出厂说明或查相关手册第6页/共14页三、离子交换剂的分类（一）按载体成分分类聚苯乙烯聚苯烯酸酚醛树脂离子交换剂特点：交联度大，疏水性强，电荷密度大，一般用于小分子或无机离子分离葡聚糖琼脂糖纤维素离子交换树脂特点：交联度小，孔隙大，亲水性强，电荷密度适中，能用于蛋白质分离第7页/共14页（二）按载体物理结构分类凝胶型树脂：p97大孔树脂：p98)强酸性阳离子树脂 l 含有大量的强酸性基团l解离能力强，不受溶液pH变化的影响（三）按活性基团分类 树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，再生成氢型比较困难，故耗酸量较大，一般为该树脂交换容量的3-5倍。这类树脂主要用于软水和无盐水的制备，用强酸进行再生处理第8页/共14页这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH514)起作用。这类树脂也是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。2)弱酸性阳离子树脂 这种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生，耗碱量大。这类树脂的氯型较羟型更稳定，耐热性更好，故商品大多数是氯型。3)强碱性阴离子树脂第9页/共14页这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1-9)下工作。它可用Na2CO3、NH4H2O进行再生。4)弱碱性阴离子树脂第10页/共14页四、影响离子交换选择性的因素（1）水合离子半径：）水合离子半径：半径越小，亲和力越大；半径越小，亲和力越大；（2）离子化合价：）离子化合价：高价离子易于被吸附；高价离子易于被吸附；（3）溶液）溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但影响交换基团和交换离子的解离程度，但 不影响交换容量；不影响交换容量；（4）离子强度：）离子强度：越低越有利于溶质吸附；越低越有利于溶质吸附；（5）有机溶剂：）有机溶剂：影响电离，影响电离，不利于吸附；不利于吸附；（6）交联度、膨胀度、分子筛：）交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；第11页/共14页五、离子交换操作1.预处理预处理物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；均匀的树脂颗粒；化学处理：转型（氢型或钠型）化学处理：转型（氢型或钠型）阳离子树脂阳离子树脂 酸酸碱碱 阴离子树脂阴离子树脂 碱碱酸酸 最后以去离子水或缓冲液平衡最后以去离子水或缓冲液平衡第12页/共14页离子交换操作2.装柱、吸附装柱、吸附3.洗涤洗涤将不能树脂吸附的杂质洗去将不能树脂吸附的杂质洗去4.洗脱洗脱通过改变洗脱液离子强度或通过改变洗脱液离子强度或pH使目标产物使目标产物解吸附解吸附5.再生再生与预处理过程相同与预处理过程相同第13页/共14页感谢您的观看！第14页/共14页