1、第七章第七章吸附與吸附與離子交換離子交換7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 吸附劑與離子交換劑吸附劑與離子交換劑7.3 7.3 吸附平衡與離子交換平衡吸附平衡與離子交換平衡7.4 7.4 分批式吸附與連續(xù)吸附分批式吸附與連續(xù)吸附7.5 7.5 各種吸附過程介紹各種吸附過程介紹l 吸附吸附(Adsorption)(Adsorption)是溶質(zhì)從液相或氣相是溶質(zhì)從液相或氣相轉(zhuǎn)移到固相的現(xiàn)象轉(zhuǎn)移到固相的現(xiàn)象 ; ;l利用固體吸附的原理從液體或氣體除去有利用固體吸附的原理從液體或氣體除去有害成分或提取回收有用目標(biāo)產(chǎn)物的過程稱害成分或提取回收有用目標(biāo)產(chǎn)物的過程稱為吸附操作為吸附操作; ; l吸附操作

2、所使用的固體一般為多孔微粒，吸附操作所使用的固體一般為多孔微粒，具有很大的比表面積，稱為吸附劑具有很大的比表面積，稱為吸附劑(adsorbent) (adsorbent) 。 吸附吸附7.1 7.1 概概 述述特點(diǎn)：特點(diǎn)：l優(yōu)點(diǎn)：可不用或少用有機(jī)溶劑；操作簡便優(yōu)點(diǎn)：可不用或少用有機(jī)溶劑；操作簡便、安全、設(shè)備簡單；生產(chǎn)過程中、安全、設(shè)備簡單；生產(chǎn)過程中pHpH變化小變化小，適于穩(wěn)定性較差的蛋白質(zhì)。，適于穩(wěn)定性較差的蛋白質(zhì)。l缺點(diǎn)：選擇性差；收率不太高；有些吸附缺點(diǎn)：選擇性差；收率不太高；有些吸附劑性能不穩(wěn)定；易引起環(huán)境污染。劑性能不穩(wěn)定；易引起環(huán)境污染。 吸附吸附7.1 7.1 概概 述述l物理

3、吸附物理吸附l化學(xué)吸附化學(xué)吸附 l離子交換吸附離子交換吸附 7.1 7.1 概概 述述 吸附類型吸附類型物理吸附物理吸附l作用力：范德華力作用力：范德華力l特點(diǎn)：吸附發(fā)生在吸附劑的整個(gè)自由表面；放特點(diǎn)：吸附發(fā)生在吸附劑的整個(gè)自由表面；放熱過程，吸附熱較?。晃剿俣容^快；吸附是熱過程，吸附熱較小；吸附速度較快；吸附是可逆的；無嚴(yán)格的選擇性；單分子層或多分子可逆的；無嚴(yán)格的選擇性；單分子層或多分子層。層。l脫附（解析）：在吸附的同時(shí)，被吸附的分子脫附（解析）：在吸附的同時(shí)，被吸附的分子由于熱運(yùn)動(dòng)會(huì)離開固體表面，分子脫離固體表由于熱運(yùn)動(dòng)會(huì)離開固體表面，分子脫離固體表面的現(xiàn)象稱為解析。通過改變溫度、面

4、的現(xiàn)象稱為解析。通過改變溫度、pHpH和鹽濃和鹽濃度等物理?xiàng)l件脫附。度等物理?xiàng)l件脫附。 吸附類型吸附類型物理吸附物理吸附l推動(dòng)力：推動(dòng)力：u熵增加：樹脂對有機(jī)物的結(jié)合力較大，有熵增加：樹脂對有機(jī)物的結(jié)合力較大，有機(jī)物沖破水分子的包圍，體系的混亂度增機(jī)物沖破水分子的包圍，體系的混亂度增加，即熵增加。有機(jī)物的分子量加大，在加，即熵增加。有機(jī)物的分子量加大，在水中的溶解度減小，熵增加就越大，越易水中的溶解度減小，熵增加就越大，越易被吸附。被吸附。u表面能的降低表面能的降低 吸附類型吸附類型物理吸附物理吸附l推動(dòng)力：推動(dòng)力：u表面能的降低：凡能降低樹脂表面能的吸附過表面能的降低：凡能降低樹脂表面能的吸

5、附過程都能自動(dòng)進(jìn)行。程都能自動(dòng)進(jìn)行。 吉布斯吸附方程：吉布斯吸附方程： 吸附類型吸附類型dcdRTcAd/dc0，即，即c增加，增加，增加，增加，A為負(fù)，解析為負(fù)，解析吸附的原理是表面能的降低，必是放熱過程吸附的原理是表面能的降低，必是放熱過程化學(xué)吸附化學(xué)吸附l化學(xué)吸附是吸附劑表面活性點(diǎn)與溶質(zhì)之間化學(xué)吸附是吸附劑表面活性點(diǎn)與溶質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)結(jié)合、產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象；發(fā)生化學(xué)結(jié)合、產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象；l作用力：庫侖力作用力：庫侖力l特點(diǎn)：吸附熱較大；由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，特點(diǎn)：吸附熱較大；由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，需一定的活化能；選擇性較強(qiáng)；單分子層需一定的活化能；選擇性較強(qiáng)；單分子層吸附；解析較困難，脫附

6、時(shí)需采用破壞化吸附；解析較困難，脫附時(shí)需采用破壞化學(xué)結(jié)合的化學(xué)試劑為洗脫劑。學(xué)結(jié)合的化學(xué)試劑為洗脫劑。 吸附類型吸附類型物理吸附與化學(xué)吸附的特點(diǎn)物理吸附與化學(xué)吸附的特點(diǎn) 吸附類型吸附類型項(xiàng)目項(xiàng)目物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附吸附力吸附力范德華力范德華力化學(xué)健力化學(xué)健力吸附熱吸附熱較小較小較大較大選擇性選擇性無無有有分子層分子層單或多分子層單或多分子層單分子層單分子層吸附速度吸附速度快，需活化能較小快，需活化能較小慢，需一定的慢，需一定的活化能活化能吸附溫度吸附溫度溫度低，利于吸附溫度低，利于吸附適當(dāng)溫度適當(dāng)溫度表面覆蓋表面覆蓋完全完全不完全不完全離子交換吸附離子交換吸附 l離子交換吸附通過靜

7、電引力吸附帶有相反離子交換吸附通過靜電引力吸附帶有相反電荷的離子，吸附過程中發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移；電荷的離子，吸附過程中發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移；l離子電荷是交換吸附的決定因素。離子所離子電荷是交換吸附的決定因素。離子所帶電荷越多，它在吸附劑表面相反電荷點(diǎn)帶電荷越多，它在吸附劑表面相反電荷點(diǎn)上的吸附力越強(qiáng)；電荷相同的離子，水化上的吸附力越強(qiáng)；電荷相同的離子，水化半徑越小，越易被吸附。半徑越小，越易被吸附。l離子交換的吸附質(zhì)可通過調(diào)節(jié)離子交換的吸附質(zhì)可通過調(diào)節(jié)pHpH或提高離或提高離子強(qiáng)度的方法洗脫子強(qiáng)度的方法洗脫 。 吸附類型吸附類型7.2 7.2 吸附劑與離子交換劑吸附劑與離子交換劑 l吸附劑吸附劑l離子交換劑

8、離子交換劑吸附劑吸附劑特點(diǎn)：特點(diǎn)：l對被分離的物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力，即平衡吸對被分離的物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力，即平衡吸附量大；（孔徑小，比表面積大；多孔，內(nèi)表附量大；（孔徑小，比表面積大；多孔，內(nèi)表面積是外表面積的幾百倍；適當(dāng)?shù)目讖嚼谌苊娣e是外表面積的幾百倍；適當(dāng)?shù)目讖嚼谌苜|(zhì)擴(kuò)散）質(zhì)擴(kuò)散）l有較高的選擇性；有較高的選擇性；l有一定的機(jī)械強(qiáng)度有一定的機(jī)械強(qiáng)度l性能穩(wěn)定，廉價(jià)易得性能穩(wěn)定，廉價(jià)易得吸附劑吸附劑吸附劑吸附劑活性炭：活性炭：特點(diǎn)：吸附力強(qiáng)，分離效果好，價(jià)廉易得；由特點(diǎn)：吸附力強(qiáng)，分離效果好，價(jià)廉易得；由于水產(chǎn)原料和方法不同，吸附力不同；活性炭于水產(chǎn)原料和方法不同，吸附力不同；活性炭色

9、黑質(zhì)輕，易造成環(huán)境污染。色黑質(zhì)輕，易造成環(huán)境污染。分類：粉末，顆粒和錦綸分類：粉末，顆粒和錦綸選擇與應(yīng)用：首次選顆粒，如不易吸附選粉末選擇與應(yīng)用：首次選顆粒，如不易吸附選粉末；吸附力較強(qiáng)，不易脫附，選錦綸。；吸附力較強(qiáng)，不易脫附，選錦綸。對物質(zhì)的吸附規(guī)律：對物質(zhì)的吸附規(guī)律：離子交換劑離子交換劑l離子交換劑離子交換劑l性能評價(jià)性能評價(jià) 離子交換劑離子交換劑分類：分類：l按樹脂骨架主要成份分：聚苯乙烯型；聚丙烯按樹脂骨架主要成份分：聚苯乙烯型；聚丙烯酸型；環(huán)氧氯丙烷型；酚醛樹脂。酸型；環(huán)氧氯丙烷型；酚醛樹脂。l按骨架的物理結(jié)構(gòu)分：凝膠型（微孔樹脂）；按骨架的物理結(jié)構(gòu)分：凝膠型（微孔樹脂）；大孔樹脂

10、；均孔樹脂大孔樹脂；均孔樹脂l按活性基團(tuán)分：陽離子交換劑按活性基團(tuán)分：陽離子交換劑(cation (cation exchanger) exchanger) ；陰離子交換劑；陰離子交換劑(anion (anion exchanger) exchanger) 。離子交換劑離子交換劑l陽離子交換劑陽離子交換劑(cation exchanger) (cation exchanger) 對陽離子具有交換能力，活性基團(tuán)為酸性對陽離子具有交換能力，活性基團(tuán)為酸性 l陰離子交換劑陰離子交換劑(anion exchanger) (anion exchanger) 對陰離子具有交換能力，活性基團(tuán)為堿性對陰離子具

11、有交換能力，活性基團(tuán)為堿性 離子交換劑離子交換劑強(qiáng)酸性陽離子交換劑：強(qiáng)酸性陽離子交換劑：l活性劑團(tuán)：磺酸基（活性劑團(tuán)：磺酸基（-SO-SO3 3H H）；次甲磺酸基（）；次甲磺酸基（ CHCH2 2SOSO3 3H H）lpHpH范圍：電離程度大，不受范圍：電離程度大，不受pHpH影響。影響。pH 1pH 11414l交換反應(yīng)：中和，轉(zhuǎn)型，復(fù)分解交換反應(yīng)：中和，轉(zhuǎn)型，復(fù)分解l樹脂類型：氫型和鈉型樹脂類型：氫型和鈉型離子交換劑離子交換劑弱酸性陽離子交換劑弱酸性陽離子交換劑 ：l活性劑團(tuán)：羧基活性劑團(tuán)：羧基 （-COOH-COOH），酚羥基（），酚羥基（C C6 6H H5 5OHOH）lpHpH

12、范圍：電離程度受范圍：電離程度受pHpH影響，影響，pHpH降低，交換能力降低，交換能力減弱，減弱，pH 7pH 7。l交換反應(yīng)：中和，中性鹽分解，復(fù)分解交換反應(yīng)：中和，中性鹽分解，復(fù)分解l樹脂類型：氫型和鈉型樹脂類型：氫型和鈉型離子交換劑離子交換劑強(qiáng)堿性陰離子交換劑：強(qiáng)堿性陰離子交換劑：l活性劑團(tuán)：季銨基活性劑團(tuán)：季銨基(-N(-N+ +(CH(CH3 3) )3 3) ) lpHpH范圍：電離程度大，不受范圍：電離程度大，不受pHpH影響。影響。pH 1pH 11414l交換反應(yīng)：中和，中性鹽分解，復(fù)分解交換反應(yīng)：中和，中性鹽分解，復(fù)分解l樹脂類型：樹脂類型：OHOH型和型和ClCl型型離

13、子交換劑離子交換劑弱堿性陰離子交換劑弱堿性陰離子交換劑 ：l活性劑團(tuán)：伯胺（活性劑團(tuán)：伯胺（-NH-NH2 2），仲胺（），仲胺（-NHR-NHR），叔胺（），叔胺（-N-N（R R）2 2），吡啶（），吡啶（C C6 6H H5 5N N）lpHpH范圍：電離程度受范圍：電離程度受pHpH影響，影響，pHpH升高，交換能力減弱，升高，交換能力減弱，pH 7pH 7。l交換反應(yīng)：中和，中性鹽分解，復(fù)分解交換反應(yīng)：中和，中性鹽分解，復(fù)分解l樹脂類型：氫型和鈉型樹脂類型：氫型和鈉型離離子子化化率率離子交換劑離子交換劑離子交換樹脂的命名：離子交換樹脂的命名：19771977年部頒標(biāo)準(zhǔn)年部頒標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)代

14、號(hào)0 01 12 23 3分類名稱分類名稱強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性弱酸性弱酸性強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性弱堿性弱堿性骨架代號(hào)骨架代號(hào)苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系環(huán)氧系環(huán)氧系D D 順序號(hào)順序號(hào)骨架代號(hào)骨架代號(hào)分類代號(hào)分類代號(hào)大孔型代號(hào)大孔型代號(hào)大孔型離子交換樹脂的命名大孔型離子交換樹脂的命名交聯(lián)度數(shù)值交聯(lián)度數(shù)值順序號(hào)順序號(hào)骨架代號(hào)骨架代號(hào)分類代號(hào)分類代號(hào)凝膠型離子交換樹脂的命名凝膠型離子交換樹脂的命名離子交換劑離子交換劑代號(hào)代號(hào)0 01 12 23 3分類名稱分類名稱強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性弱酸性弱酸性強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性弱堿性弱堿性骨架代號(hào)骨架代號(hào)苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系環(huán)氧系環(huán)氧系交聯(lián)度數(shù)值交聯(lián)度數(shù)

15、值順序號(hào)順序號(hào)骨架代號(hào)骨架代號(hào)分類代號(hào)分類代號(hào)凝膠型離子交換樹脂的命名凝膠型離子交換樹脂的命名0017：交聯(lián)度為：交聯(lián)度為7的苯乙烯系凝膠型強(qiáng)的苯乙烯系凝膠型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂酸性陽離子交換樹脂離子交換劑離子交換劑代號(hào)代號(hào)0 01 12 23 3分類名稱分類名稱強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性弱酸性弱酸性強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性弱堿性弱堿性骨架代號(hào)骨架代號(hào)苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系環(huán)氧系環(huán)氧系D D 順序號(hào)順序號(hào)骨架代號(hào)骨架代號(hào)分類代號(hào)分類代號(hào)大孔型代號(hào)大孔型代號(hào)大孔型離子交換樹脂的命名大孔型離子交換樹脂的命名D315：大孔型丙烯：大孔型丙烯酸系弱堿性陰離子酸系弱堿性陰離子交換樹脂交換樹脂離子交換劑離子交

16、換劑 以蛋白質(zhì)類生物大分子為分離對象時(shí)，離子以蛋白質(zhì)類生物大分子為分離對象時(shí)，離子交換劑基質(zhì)必須具有：交換劑基質(zhì)必須具有：l很高的親水性；很高的親水性；l較大孔徑較大孔徑 ；l較低的電荷密度高；較低的電荷密度高；l對蛋白質(zhì)的非特異性吸附較少。對蛋白質(zhì)的非特異性吸附較少。離子交換劑離子交換劑l用于蛋白質(zhì)分離純化的離子交換劑基質(zhì)主用于蛋白質(zhì)分離純化的離子交換劑基質(zhì)主要有葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠、纖維素和要有葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠、纖維素和聚苯乙烯等；聚苯乙烯等；l常用的離子交換基團(tuán)亦分為強(qiáng)酸、弱酸、常用的離子交換基團(tuán)亦分為強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿和弱堿四種；強(qiáng)堿和弱堿四種；l常用于蛋白質(zhì)離子交換的有常用于蛋

17、白質(zhì)離子交換的有DEAEDEAE、QAE (QAE (陰離子交換基陰離子交換基) )以及以及CMCM、SPSP和和P(P(陽離子交陽離子交換基換基) )，其中以，其中以DEAEDEAE最為常用。最為常用。 離子交換劑：離子交換劑：離子交換纖維素離子交換纖維素l特點(diǎn)：特點(diǎn)：n為開放的長鏈骨架，大分子物質(zhì)能自由地在其為開放的長鏈骨架，大分子物質(zhì)能自由地在其中擴(kuò)散和交換，親水性強(qiáng)，表面積的，易吸附中擴(kuò)散和交換，親水性強(qiáng)，表面積的，易吸附大分子物質(zhì)。交換基團(tuán)稀疏，對大分子實(shí)際交大分子物質(zhì)。交換基團(tuán)稀疏，對大分子實(shí)際交換容量大。換容量大。n吸附力弱，交換和吸附條件緩和，不易引起變吸附力弱，交換和吸附條件

18、緩和，不易引起變性。性。n分辨力強(qiáng)，能分離復(fù)雜的生物大分子混合物。分辨力強(qiáng)，能分離復(fù)雜的生物大分子混合物。離子交換劑：離子交換劑：離子交換纖維素離子交換纖維素l分類：分類：n強(qiáng)酸型：如甲基磺酸纖維素（強(qiáng)酸型：如甲基磺酸纖維素（SMSM）n弱酸型：如羧甲基纖維素（弱酸型：如羧甲基纖維素（CMCM）n強(qiáng)堿型強(qiáng)堿型: :二乙基氨基乙基纖維素（二乙基氨基乙基纖維素（DEAEDEAE）n弱堿型：對氨基芐基纖維素（弱堿型：對氨基芐基纖維素（PABPAB）離子交換劑：離子交換劑：離子交換纖維素離子交換纖維素l交換作用：交換作用：n離子交換纖維素較輕、細(xì)，操作必須仔細(xì)離子交換纖維素較輕、細(xì)，操作必須仔細(xì)n交換

19、基團(tuán)密度低，吸附力弱，總交換容量低，交換基團(tuán)密度低，吸附力弱，總交換容量低，交換體系中緩沖鹽的濃度不宜高（一般控制在交換體系中緩沖鹽的濃度不宜高（一般控制在0.0010.02M之間，過高會(huì)減少蛋白質(zhì)的吸附之間，過高會(huì)減少蛋白質(zhì)的吸附量。量。離子交換劑：離子交換劑：離子交換纖維素離子交換纖維素lpHpH選擇：選擇：DEAE：pH 5.59.0CM：pH 3.54.5DEAE：pH 8.59.0CM：pH 3.57.5離子交換劑：離子交換劑：離子交換纖維素離子交換纖維素l解析：解析： C COCHOCH2 2COOCOO- -+H+H2 2N-PN-P+H+H2 2O OC COCHOCH2 2C

20、OOCOO- -H H3 3N N+ +-P C-P COCHOCH2 2COOH+HCOOH+H3 3+ +N-P N-P C COCHOCH2 2COONa+HCOONa+H3 3+ +N-PN-PClCl- -OHHNaCl洗脫可升高或降低環(huán)境的洗脫可升高或降低環(huán)境的pH，增加，增加I離子交換劑：離子交換劑：離子交換纖維素離子交換纖維素l處理和再生：處理和再生：處理?xiàng)l件處理?xiàng)l件離子交換樹脂離子交換樹脂離子交換纖維素離子交換纖維素酸堿濃度酸堿濃度2N0.5N處理時(shí)間處理時(shí)間4h0.31h離子交換劑的性能評價(jià)離子交換劑的性能評價(jià) l交換容量交換容量 1. 1. 交換容量是單位質(zhì)量的干燥離子交

21、換劑或單位交換容量是單位質(zhì)量的干燥離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價(jià)離子的毫體積的濕離子交換劑所能吸附的一價(jià)離子的毫摩爾數(shù)摩爾數(shù)(mmol)(mmol)，是表征離子交換能力的主要參，是表征離子交換能力的主要參數(shù)。數(shù)。2. 2. 交換容量的測定交換容量的測定NaClSORSONaClROHNaRNaOHHR22242422離子交換劑的性能評價(jià)離子交換劑的性能評價(jià)3. 蛋白質(zhì)等生物大分子的離子交換特性蛋白質(zhì)等生物大分子的離子交換特性 蛋白質(zhì)的分子量大，樹脂孔道對其空間排阻蛋白質(zhì)的分子量大，樹脂孔道對其空間排阻作用大，不能與所有的離子交換活性中心接作用大，不能與所有的離子交換活性中心接

22、觸；觸； 離子交換吸附的蛋白質(zhì)分子會(huì)妨礙其他蛋白離子交換吸附的蛋白質(zhì)分子會(huì)妨礙其他蛋白質(zhì)與未吸附蛋白質(zhì)的離子交換基團(tuán)發(fā)生作用質(zhì)與未吸附蛋白質(zhì)的離子交換基團(tuán)發(fā)生作用，并阻礙蛋白質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入到其他交換區(qū)域；，并阻礙蛋白質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入到其他交換區(qū)域； 蛋白質(zhì)帶多價(jià)電荷，在離子交換中一般可與蛋白質(zhì)帶多價(jià)電荷，在離子交換中一般可與多個(gè)離子交換基發(fā)生作用。多個(gè)離子交換基發(fā)生作用。 離子交換劑的性能評價(jià)離子交換劑的性能評價(jià)l滴定曲線滴定曲線1.1.強(qiáng)酸型強(qiáng)酸型2.2.弱酸型弱酸型3.3.強(qiáng)堿型強(qiáng)堿型4.4.弱堿型弱堿型n n：單位質(zhì)量離子：單位質(zhì)量離子交換劑所加入交換劑所加入的的NaOHNaOH和和HClHCl的

23、毫摩爾數(shù)的毫摩爾數(shù)離子交換劑的性能評價(jià)離子交換劑的性能評價(jià)l外觀：一般為球形，外觀：一般為球形，0.21.2mm(1670目）目）l機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度l含水量：每克干樹脂吸收水份的數(shù)量含水量：每克干樹脂吸收水份的數(shù)量l穩(wěn)定性：化學(xué)，熱穩(wěn)定性：化學(xué)，熱l膨脹度：膨脹前后樹脂的體積比膨脹度：膨脹前后樹脂的體積比l堆積密度：單位體積濕樹脂的密度堆積密度：單位體積濕樹脂的密度l孔徑，比表面積孔徑，比表面積7.3 7.3 吸附平衡與離子交換平衡吸附平衡與離子交換平衡 l吸附平衡吸附平衡l離子交換平衡離子交換平衡吸附平衡吸附平衡 溶質(zhì)在吸附劑上的吸附平衡關(guān)系是指吸附達(dá)到溶質(zhì)在吸附劑上的吸附平衡關(guān)系是指吸附達(dá)

24、到平衡時(shí)，吸附劑的平衡吸附質(zhì)濃度平衡時(shí)，吸附劑的平衡吸附質(zhì)濃度q q* *與液相游與液相游離溶質(zhì)濃度離溶質(zhì)濃度c c之間的關(guān)系。一般之間的關(guān)系。一般q q* *是是c c和溫度的和溫度的函數(shù)函數(shù) 一般吸附過程是在一定溫度下進(jìn)行，此時(shí)一般吸附過程是在一定溫度下進(jìn)行，此時(shí)q q* *只是只是c c的函數(shù)的函數(shù), q, q* *與與c c的關(guān)系曲線稱為吸附等溫的關(guān)系曲線稱為吸附等溫線線(adsorption isotherm)(adsorption isotherm)。 ),(*Tcfq )(*cfq 吸附平衡吸附平衡l亨利亨利(Henry)(Henry)型吸附平衡型吸附平衡l佛羅因德利希佛羅因德利

25、希 (Freundlich)(Freundlich)型吸附平衡型吸附平衡l蘭格繆爾蘭格繆爾(Langmuir)(Langmuir)型吸附平衡型吸附平衡mcq *nkcq/1*cKcqqdm*吸附平衡吸附平衡Henry型型Freundilch型型Langmuir型型矩形矩形離子交換平衡離子交換平衡 l離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng) l離子交換過程中溶質(zhì)在固液兩相間的分離子交換過程中溶質(zhì)在固液兩相間的分配系數(shù)配系數(shù)l蛋白質(zhì)的分配系數(shù)蛋白質(zhì)的分配系數(shù)離子交換平衡離子交換平衡 XURRXRURXRURXRUURXkXRUURXkkUXUXXUXUXU離子交換平衡常數(shù)溶質(zhì)：反離子換基：陰離子與陽離子的交，陰離

26、子：陽離子：離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)離子交換平衡離子交換平衡 離子交換過程中溶質(zhì)在固液兩相間的分配系數(shù)離子交換過程中溶質(zhì)在固液兩相間的分配系數(shù)以陰離子交換為例：單價(jià)強(qiáng)電解質(zhì)以陰離子交換為例：單價(jià)強(qiáng)電解質(zhì)mURUkXRXXHHXXU分配系數(shù)即：即：m與反離子與反離子U-成反比，成反比，I增加，增加，m下降下降離子交換平衡離子交換平衡 以陰離子交換為例：單價(jià)弱電解質(zhì)以陰離子交換為例：單價(jià)弱電解質(zhì)完全解離aXaXXUaXkkHURUkHXXRXmHXHXkHXHX11m與與U（I）成反比。離子交換在低鹽）成反比。離子交換在低鹽濃度下進(jìn)行。濃度下進(jìn)行。朗格謬爾型為常數(shù)即一定，緩沖液中型，即為假設(shè)陽離子

27、：UHRUXkXRRXkkHHXkHXRRXHXkUXRRXRURXRXRUURXkUXRXURXUXUXUXU等溫線方程等溫線方程一、分批（間歇）吸附：一、分批（間歇）吸附：1、流程（實(shí)驗(yàn)室）、流程（實(shí)驗(yàn)室）混合、分離吸附劑、洗滌、洗脫、分離產(chǎn)物混合、分離吸附劑、洗滌、洗脫、分離產(chǎn)物（有時(shí)需重復(fù)洗脫）（有時(shí)需重復(fù)洗脫）2、計(jì)算、計(jì)算吸附等溫線，操作線。吸附等溫線，操作線。7.4 分批與連續(xù)吸附分批與連續(xù)吸附進(jìn)料（進(jìn)料（Q，c0，c）吸附劑（吸附劑（W，q0，q）)(00ccWQqq例題：例題：l用離子交換樹脂作吸附劑分離抗菌素，飽和吸用離子交換樹脂作吸附劑分離抗菌素，飽和吸附量為附量為0.0

28、62kg0.062kg（抗菌素）（抗菌素）/kg/kg干樹脂；當(dāng)抗菌干樹脂；當(dāng)抗菌素濃度為素濃度為0.082 kg/m0.082 kg/m3 3時(shí)，吸附量為時(shí)，吸附量為0.043kg/kg0.043kg/kg。假定吸附屬朗格謬爾等溫吸附，求料液含抗。假定吸附屬朗格謬爾等溫吸附，求料液含抗菌素菌素0.3 kg/m0.3 kg/m3 3時(shí)的吸附量。時(shí)的吸附量。l用改性的葡聚糖樹脂吸附分離氧化酶，飽和吸用改性的葡聚糖樹脂吸附分離氧化酶，飽和吸附量為附量為8 81010-3-3 mol/m mol/m3 3，且吸附等溫線遵循朗，且吸附等溫線遵循朗格謬爾規(guī)律，吸附常數(shù)格謬爾規(guī)律，吸附常數(shù)K K2.22.

29、21010-5-5 mol/m mol/m3 3?，F(xiàn)有含酶量現(xiàn)有含酶量4 41010-3-3 mol/m mol/m3 3的該種酶液，擬用的該種酶液，擬用葡聚糖樹脂吸附分離葡聚糖樹脂吸附分離1.5m1.5m3 3該種酶液，若要實(shí)現(xiàn)該種酶液，若要實(shí)現(xiàn)9595的吸附提取率，求所需的吸附劑量。的吸附提取率，求所需的吸附劑量。解：吸附等溫線遵循朗格謬爾規(guī)律，則其等溫解：吸附等溫線遵循朗格謬爾規(guī)律，則其等溫線為：線為： 根據(jù)題設(shè)，根據(jù)題設(shè)，q qmaxmax0.062 kg0.062 kg（抗菌素）（抗菌素）/kg/kg干樹干樹脂，當(dāng)脂，當(dāng)c c0.082 kg/m0.082 kg/m3 3時(shí)，時(shí)，q

30、q0.043kg/kg0.043kg/kg代入上式：代入上式： k kd d=0.036=0.036（kg/mkg/m3 3）得等溫線方程為得等溫線方程為: :當(dāng)當(dāng)c c0.3 kg/m0.3 kg/m3 3時(shí)，時(shí)，即即q q0.055 kg0.055 kg（抗菌素）（抗菌素）/kg/kg干樹脂干樹脂ckcqqdmax082. 0082. 0062. 0043. 0dkccq036. 0062. 03 . 0036. 03 . 0062. 0q二、連續(xù)吸附：二、連續(xù)吸附：1、流程、流程2、計(jì)算、計(jì)算吸附等溫線，操作線。吸附等溫線，操作線。溶液內(nèi)溶質(zhì)濃度的變化率流入溶質(zhì)量流出溶液內(nèi)溶質(zhì)濃度的變化

31、率流入溶質(zhì)量流出 溶質(zhì)量被吸附的量溶質(zhì)量被吸附的量7.4 分批與連續(xù)吸附分批與連續(xù)吸附Q，c0W，q（t）Q，c（t）dtdqccQdtdcV)1 ()(0：液體所占分率，：液體所占分率，V V，釜的容積，釜的容積二、連續(xù)吸附：二、連續(xù)吸附：2、計(jì)算：操作線、計(jì)算：操作線溶液內(nèi)溶質(zhì)濃度的變化率流入溶質(zhì)量流出溶液內(nèi)溶質(zhì)濃度的變化率流入溶質(zhì)量流出 溶質(zhì)量被吸附的量溶質(zhì)量被吸附的量VrdtdqV )1 (：液體所占分率，：液體所占分率，V V，釜的容積，釜的容積吸附劑的質(zhì)量衡算：吸附劑的質(zhì)量衡算：dtdqVccQdtdcV)1 ()(0r：單位釜容積的吸附速率，：單位釜容積的吸附速率，kg/m3S二

32、、連續(xù)吸附：二、連續(xù)吸附：2、計(jì)算：操作線、計(jì)算：操作線吸附過程：外擴(kuò)散，內(nèi)擴(kuò)散，吸附吸附過程：外擴(kuò)散，內(nèi)擴(kuò)散，吸附外擴(kuò)散控制：外擴(kuò)散控制：rka（cc*)內(nèi)擴(kuò)散控制：內(nèi)擴(kuò)散控制： r(Dk)1/2a（cc*)反應(yīng)控制：反應(yīng)控制：固定床吸附操作固定床吸附操作F固定床吸附設(shè)備固定床吸附設(shè)備固定床吸附操作固定床吸附操作F穿透曲線穿透曲線(breakthrough curve)(breakthrough curve) 固定床吸附操作固定床吸附操作l固定床吸附理論基礎(chǔ)固定床吸附理論基礎(chǔ) 軸向擴(kuò)散模型（理想的平推流疊加軸向反混軸向擴(kuò)散模型（理想的平推流疊加軸向反混 假設(shè)：假設(shè)：n在與流體流動(dòng)方向垂直的每

33、一截面上，具有均在與流體流動(dòng)方向垂直的每一截面上，具有均勻的徑向濃度勻的徑向濃度n在每一截面及流體流動(dòng)方向上，流體速率和軸在每一截面及流體流動(dòng)方向上，流體速率和軸向擴(kuò)散系數(shù)均為恒定值向擴(kuò)散系數(shù)均為恒定值n溶質(zhì)濃度為流動(dòng)距離的連續(xù)函數(shù)溶質(zhì)濃度為流動(dòng)距離的連續(xù)函數(shù)RzTzuztSdzt1ccDcc22累積進(jìn)入輸出累積固定床吸附操作固定床吸附操作F多床串聯(lián)操作多床串聯(lián)操作 固定床吸附操作固定床吸附操作特點(diǎn)：特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：近似平推流，反混小，柱效率高優(yōu)點(diǎn)：近似平推流，反混小，柱效率高缺點(diǎn)：無法處理含固體的料液，會(huì)堵塞床層缺點(diǎn)：無法處理含固體的料液，會(huì)堵塞床層，造成壓力降增大，最終操作無法進(jìn)行。，造成壓力

34、降增大，最終操作無法進(jìn)行。 因此，原料需預(yù)處理因此，原料需預(yù)處理膨脹床吸附操作膨脹床吸附操作 膨脹床吸附操作膨脹床吸附操作l膨脹床和流化床的區(qū)別在于：膨脹床和流化床的區(qū)別在于：1.流化床的吸附劑粒子和液體在床層內(nèi)混流化床的吸附劑粒子和液體在床層內(nèi)混合程度高，吸附效率低；合程度高，吸附效率低；2.膨脹床的吸附劑粒子基本懸浮于固定的膨脹床的吸附劑粒子基本懸浮于固定的位置，液體的流動(dòng)與固定床相似，接近位置，液體的流動(dòng)與固定床相似，接近平推流，吸附效率高。平推流，吸附效率高。 膨脹床吸附操作膨脹床吸附操作l床層的穩(wěn)定膨脹和介質(zhì)的平衡床層的穩(wěn)定膨脹和介質(zhì)的平衡 流速流速100100300cm/h300cm/h，床層膨脹到固定床的，床層膨脹到固定床的2 23 3倍倍l進(jìn)料吸附：進(jìn)料吸附：泵加料，保持恒定膨脹度，對流出泵加料，保持恒定膨脹度，對流出液中目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行檢測和分析，確定吸附終點(diǎn)液中目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行檢測和分析，確定吸附終點(diǎn)l洗滌洗滌: :緩沖液，洗去細(xì)胞及碎片，弱吸附雜質(zhì)緩沖液，洗去細(xì)胞及碎片，弱吸附雜質(zhì)l洗脫：洗脫：洗脫劑上入下出，分段收集，檢測目標(biāo)產(chǎn)洗