最新吸附法上课21幻灯片.ppt

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1、原料液原料液细胞分离细胞分离( (离心，过滤离心，过滤) )细胞胞内产物细胞胞内产物路线一路线一路线二路线二细胞破碎细胞破碎碎片分离碎片分离路线一路线一A A路线一路线一B B清液胞外产物清液胞外产物粗分离粗分离( (沉淀沉淀/ /膜过滤膜过滤/ /萃取萃取) )精制精制( (吸附吸附/ /离子交换离子交换/层析）层析）脱盐脱盐( (凝胶过滤、超滤凝胶过滤、超滤) )浓缩浓缩( (超滤超滤) )精制精制( (结晶、干燥结晶、干燥) )包含体包含体溶解溶解( (加盐酸胍、脲加盐酸胍、脲) )复性复性生物分离过程的一般流程生物分离过程的一般流程15.1 吸附过程的理论基础界面上分子和内部分子所受的

2、力界面上分子和内部分子所受的力固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体表面分子所受力是不对称固体表面分子所受力是不对称的的。向内的一面受内部分子的作用力较大向内的一面受内部分子的作用力较大，而表面向外一面所受的作用力较小。，而表面向外一面所受的作用力较小。因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。停留在固体表面上。 一一 基本概念基本概念n吸附作用：吸附作用：n物质物质(被吸附的产物被吸附的产物)从液体相浓缩到固从液体相浓缩到固体体(吸

3、附剂吸附剂)表面从而表面从而达到分离的过程。达到分离的过程。n吸附剂吸附剂：在表面上：在表面上能发生吸附作用的能发生吸附作用的固体固体.n吸附物吸附物：被吸附的：被吸附的物质。物质。二二 吸附的类型吸附的类型（1 1） 物理吸附物理吸附: : 吸附剂和吸附物通过分子间引吸附剂和吸附物通过分子间引 力产生的吸附作用；力产生的吸附作用；（2 2） 化学吸附化学吸附: :吸附剂和吸附物之间的电子转移吸附剂和吸附物之间的电子转移 而发生的化学反应产生的吸附作用；而发生的化学反应产生的吸附作用；（3 3） 交换吸附交换吸附: : 吸附剂吸附后同时放出等当量吸附剂吸附后同时放出等当量 的离子到溶液中。的离

4、子到溶液中。作用力作用力范德华力范德华力化学鍵力化学鍵力吸附热吸附热较小较小, ,接近液化热接近液化热 较大较大, ,接近反应热接近反应热选择性选择性较差较差有选择性有选择性吸附速度吸附速度较快，需要的活较快，需要的活化能很小化能很小慢，需要一定的慢，需要一定的活化能活化能吸附分子层吸附分子层单分子层或多分单分子层或多分子层子层单分子单分子物理吸附与化学吸附的特点物理吸附与化学吸附的特点物理吸附力的本质物理吸附力的本质nA A 定向力定向力 极性分子的永久偶极静电力；极性分子的永久偶极静电力；吸附质和吸附剂之间的作用力范德华力吸附质和吸附剂之间的作用力范德华力 定向力是极性分子之间产生的作用力

5、，由于极定向力是极性分子之间产生的作用力，由于极性分子的永久偶极距产生的分子之间的静电引力。性分子的永久偶极距产生的分子之间的静电引力。与热力学温度成反比。与热力学温度成反比。偶极距：分子的电荷重心与正负电荷中心距离的乘积偶极距：分子的电荷重心与正负电荷中心距离的乘积 极性分子和非极性分子之间产生的吸引力，由于极极性分子和非极性分子之间产生的吸引力，由于极性分子产生的电场会诱导非极性分子极化，而产生性分子产生的电场会诱导非极性分子极化，而产生诱诱导偶极距导偶极距，两者间相互吸引而发生吸附作用力。，两者间相互吸引而发生吸附作用力。与温度无关。与温度无关。nB B 诱导力诱导力 极性分子与非极性分

6、子之间的吸引力；极性分子与非极性分子之间的吸引力；nC C 色散力色散力 非极性分子之间的引力（瞬间偶极）；非极性分子之间的引力（瞬间偶极）；非极性分子由于外围电子运动，正负电荷中心出现瞬非极性分子由于外围电子运动，正负电荷中心出现瞬时相对位移，产生快速变化的时相对位移，产生快速变化的瞬间偶极矩瞬间偶极矩，这种偶极，这种偶极矩还能矩还能使外围非极性分子极化使外围非极性分子极化，被极化分子又反过来，被极化分子又反过来影响瞬间偶极矩，相互之间作用而产生的吸附作用力。影响瞬间偶极矩，相互之间作用而产生的吸附作用力。与温度无关。与温度无关。n在分子间相互作用的总能量中，各种力所占的相对比例在分子间相互

7、作用的总能量中，各种力所占的相对比例是不同的。主要取决于分子的两个性质，即它的极性和是不同的。主要取决于分子的两个性质，即它的极性和极化度。极性越大，定向力作用越大；极化度越大，色极化度。极性越大，定向力作用越大；极化度越大，色散力的作用越大。诱导力是次级效应，散力的作用越大。诱导力是次级效应，n范德华力中的色散力是普遍的一种力范德华力中的色散力是普遍的一种力 。 一种特殊的分子间作用力，介于库仑引力与范德华引力一种特殊的分子间作用力，介于库仑引力与范德华引力 之间的特殊定向力，比诱导力、色散力都有大。之间的特殊定向力，比诱导力、色散力都有大。氢键力氢键力氢氢 键键两种原子电负性越大，两种原子

8、电负性越大，半径越小，半径越小，H H键就越能键就越能形成，作用也就越大，形成，作用也就越大，越有利于吸附。越有利于吸附。不同元素原子所形成的氢键力大小次序如下：不同元素原子所形成的氢键力大小次序如下：F-HF O-HN N-HO N-HN N CN 三 影响吸附因素n吸附剂性质：吸附剂性质：n吸附容量（吸附容量（a a 比表面积，比表面积，b b 空隙度）空隙度）n吸附速度（吸附速度（a a 粒度，粒度，b b 孔径分布）孔径分布）n机械强度（使用寿命）机械强度（使用寿命）n吸附物性质吸附物性质: :表面张力降低的物质易吸附表面张力降低的物质易吸附溶质在易溶解的溶剂中吸附量小溶质在易溶解的溶

9、剂中吸附量小极性吸附剂易吸附极性物质极性吸附剂易吸附极性物质同系物极性越小，越易被非极性吸附剂吸附同系物极性越小，越易被非极性吸附剂吸附n 溶液溶液pH pH 的影响的影响 （解离度）（解离度）n 温度的影响温度的影响 （吸附热，溶解度）（吸附热，溶解度）n其它组分的影响其它组分的影响（促进（促进/ /干扰干扰/ /互不影响）互不影响） 影响吸附因素四 常用吸附剂种类n吸附剂通常应具备以下特征：吸附剂通常应具备以下特征：n表面积大、颗粒均匀；表面积大、颗粒均匀；n对被分离的物质具有较强的吸附能力；对被分离的物质具有较强的吸附能力；n有较高的吸附选择性；有较高的吸附选择性；n机械强度高；机械强度

10、高；n再生容易、性能稳定；再生容易、性能稳定；n价格低廉。价格低廉。n常用的吸附剂有常用的吸附剂有极性的和非极性极性的和非极性的两种。的两种。 羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者，活性炭属后者。羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者，活性炭属后者。 人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有，但人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有，但 大多属非极性的。大多属非极性的。树树 脂脂 的的 网网 络络 骨骨 架架一一 大网格树脂吸附法大网格树脂吸附法 基本概念基本概念 ： 大网格树脂吸附法将多孔的大网格吸附树脂作大网格树脂吸附法将多孔的大网格吸附树脂作为吸附剂为吸附剂 ，利用表面分子与物质分子间范德华

11、引，利用表面分子与物质分子间范德华引力，把液相中物质吸附到吸附树脂表面。力，把液相中物质吸附到吸附树脂表面。 大网格树脂吸附法与离子交换法的比较：大网格树脂吸附法与离子交换法的比较：相同：相同： 操作方法：静态法、动态法；操作方法：静态法、动态法； 骨架结构：树脂均有溶胀孔隙和永久孔骨架结构：树脂均有溶胀孔隙和永久孔 隙的大网格骨架结构。隙的大网格骨架结构。介质不同：介质不同： 离交法离交树脂，骨架上接有离子交换基团，利用表面层离交法离交树脂，骨架上接有离子交换基团，利用表面层 和孔隙中和孔隙中离子基团离子基团起作用；起作用； 吸附法吸附树脂，无离交基团，利用外表面和孔隙内吸附法吸附树脂，无离

12、交基团，利用外表面和孔隙内表面表面 分子分子起作用。起作用。机理不同：机理不同： 离交法离子间静电引力吸附，要求树脂和物质的电离度离交法离子间静电引力吸附，要求树脂和物质的电离度 吸附法分子间范德华引力吸附，要求物质的电离度吸附法分子间范德华引力吸附，要求物质的电离度二二 大网格吸附树脂特点大网格吸附树脂特点n大网格吸附树脂适合于提取各种有机化合物。在大网格吸附树脂适合于提取各种有机化合物。在抗菌素工业中，用于头孢菌素、维生素抗菌素工业中，用于头孢菌素、维生素B12B12、林可、林可霉素的提取。霉素的提取。优点优点（1） 选择性好选择性好（2） 解吸容易解吸容易（3） 机械强度好机械强度好（4

13、） 流体阻力小流体阻力小（5） 反复使用反复使用（6） 可适用于各种产品可适用于各种产品三三 大网格吸附剂类型与结构大网格吸附剂类型与结构n按骨架极性分类：按骨架极性分类： 非极性非极性（苯乙烯（苯乙烯- -二乙烯苯）二乙烯苯） 中等极性中等极性（甲基丙烯酸酯）（甲基丙烯酸酯） 极性极性 ( (硫氧基、酰胺、硫氧基、酰胺、N-ON-O基、磺酸基基、磺酸基) )n大网格吸附剂结构：大网格吸附剂结构： 孔隙度：孔隙度：吸附剂中空隙所占百分比吸附剂中空隙所占百分比 孔容：孔容：每每g g吸附剂所含的空隙体积吸附剂所含的空隙体积 骨架密度骨架密度( (真密度真密度) )：吸附剂每吸附剂每mlml骨架（

14、不包括骨架（不包括空隙空隙) )的重量。的重量。 湿真密度：湿真密度：空隙充满水时的密度空隙充满水时的密度 四四 大网格吸附剂吸附条件选择大网格吸附剂吸附条件选择1 1 吸附剂的选择吸附剂的选择（相似互溶）相似互溶） ：n非极性吸附剂从非极性吸附剂从极性溶剂中极性溶剂中吸附非极性物质吸附非极性物质n高极性吸附剂从高极性吸附剂从非极性溶剂中非极性溶剂中吸附极性物质吸附极性物质n中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力n孔径与比表面（孔径与比表面（孔径孔径6 6倍于分子直径倍于分子直径）吸附法提取的生化物质大多是弱极性或非极性，一般吸附法提取的生化物质大多是弱极性或

15、非极性，一般选非极性或中等极性。选非极性或中等极性。非极性吸附剂非极性吸附剂中等极性吸附剂中等极性吸附剂中等极性吸附剂中等极性吸附剂2 2无机盐的影响无机盐的影响 无机盐存在，对吸附不仅无干扰，还有促进作用无机盐存在，对吸附不仅无干扰，还有促进作用（盐析）。（盐析）。3 3吸附吸附pHpH 弱酸物质：弱酸物质：pHpK pHpK pHpK （呈分子状态）（呈分子状态） 中性物质：中性物质：pHpH无影响（不会电离）。无影响（不会电离）。大网格吸附剂吸附条件选择大网格吸附剂吸附条件选择五五 大大网格网格吸附树脂的应用吸附树脂的应用n抗生素分离纯化：抗生素分离纯化：-内酰胺类、大环内酯类、内酰胺类

16、、大环内酯类、氨基糖苷类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环氨基糖苷类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素类及其他新抗生素n维生素的提取纯化：维生素的提取纯化： VBVB1212，VBVB2 2，VC VC n天然产物的分离：天然产物的分离：生物碱，黄酮，多糖，苷生物碱，黄酮，多糖，苷类类 、红景天甙等、红景天甙等n生化药物：生化药物：酶酶, , 氨基酸氨基酸, , 蛋白质蛋白质, , 肽肽, ,甾体甾体1 1 生化制药方面的应用生化制药方面的应用2 2 工业废水的处理和利用工业废水的处理和利用n大孔吸附树脂对工业废水，废液的处理也有大孔吸附树脂对工业废水，废液的处理也有着广泛的应用。着广泛的

17、应用。n如废水中含苯、硝基苯、氯苯、氟苯、苯酚、如废水中含苯、硝基苯、氯苯、氟苯、苯酚、硝基酚、对甲酚、奈酚、苯胺、对苯二胺、硝基酚、对甲酚、奈酚、苯胺、对苯二胺、水杨酸、水杨酸、2 2，3 3酸、奈磺酸等有机物均具有很酸、奈磺酸等有机物均具有很好的吸附、回收净化作用。好的吸附、回收净化作用。n且对废液中有害物质的浓度含量适应性强，且对废液中有害物质的浓度含量适应性强，思思 考考 题题1 吸附是如何产生的？吸附力的本质吸附是如何产生的？吸附力的本质 是什么？是什么？2 2 吸附的类型和特点有哪些？吸附的类型和特点有哪些？3 3 影响吸附过程因素有哪些？影响吸附过程因素有哪些？4 4 大网格吸附剂条件选择？大网格吸附剂条件选择？5 5 大网格吸附剂有哪些方面的应用？大网格吸附剂有哪些方面的应用？33 结束语结束语