生物工業(yè)下游技術(shù)第1頁(yè)第1頁(yè)第九章離子互換法長(zhǎng)處：成本低，工藝操作以便，提煉效率較高，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，以及節(jié)約大量有機(jī)溶劑等。缺點(diǎn)：不一定能找到適當(dāng)樹脂，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)過程中pH值改變較大。第一節(jié)離子互換原理及分類第二節(jié)離子互換樹脂理化性能和測(cè)定第三節(jié)離子互換過程理論基礎(chǔ)第四節(jié)離子互換應(yīng)用第2頁(yè)第2頁(yè)第一節(jié)離子互換原理及分類一、離子互換原理

離子互換樹脂：是一個(gè)不溶于酸、堿和有機(jī)溶劑固態(tài)高分子材料。它化學(xué)穩(wěn)定性良好，且有一定孔隙度。其巨大分子能夠分成兩部分：一部分是不能移動(dòng)，多價(jià)高分子基團(tuán)，構(gòu)成樹脂骨架，使樹脂含有上述溶解度和化學(xué)穩(wěn)定性質(zhì)；另一部分是可移動(dòng)離子，稱為活性離子，它在樹脂骨架中進(jìn)進(jìn)出出，就發(fā)生離子互換現(xiàn)象。或者說，其結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成：

①不溶性三維空間網(wǎng)狀骨架；

②連接在骨架上官能團(tuán)；③官能團(tuán)所帶相反電荷可互換離子。第3頁(yè)第3頁(yè)離子互換推動(dòng)力

依據(jù)樹脂所帶可互換離子性質(zhì)，離子互換樹脂大體上可分為陽(yáng)離子互換樹脂和陰離子互換樹脂。骨架上活性離子可擴(kuò)散到溶液中；溶液中同類型離子也能擴(kuò)散到骨架網(wǎng)格或孔內(nèi)。當(dāng)這兩種離子濃度差較大時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)互換推動(dòng)力，使它們之間產(chǎn)生互換作用。

濃度差越大，互換速度越快。利用這種濃度差推動(dòng)力能使樹脂上可互換離子發(fā)生可逆互換反應(yīng)。離子在樹脂互換反應(yīng)與溶液中置換反應(yīng)相同。第4頁(yè)第4頁(yè)二、離子互換樹脂分類1強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂：

這類樹脂含有強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基—SO3H。能在溶液中離解H+而呈強(qiáng)酸性。反應(yīng)簡(jiǎn)式為：

樹脂中SO3-基團(tuán)能吸附溶液中其它陽(yáng)離子如：

強(qiáng)酸性樹脂離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中都能離解和產(chǎn)生離子互換作用，因此使用時(shí)pH沒有限制。第5頁(yè)第5頁(yè)1強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂

以磷酸基—PO(OH)2和次磷酸基—PHO(OH)作為活性基團(tuán)樹脂含有中檔強(qiáng)度酸性。樹脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥物使樹脂官能團(tuán)回復(fù)本來(lái)狀態(tài)再次使用。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理。第6頁(yè)第6頁(yè)2．弱酸性陽(yáng)離子樹脂

這類樹脂含有弱酸性基團(tuán)，如羧基—COOH、酚羥基—OH，能在水中離解出H+而呈弱酸性。反應(yīng)簡(jiǎn)式為：只能在堿性、中性或微酸性溶液中發(fā)揮作用(羧基pH＞6，酚羥基PH＞9)。這類樹脂也是用酸進(jìn)行再生。第7頁(yè)第7頁(yè)3．強(qiáng)堿性陰離子樹脂

這類樹脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季銨基—NR3OH，能在水中離解出—OH-而呈堿性，反應(yīng)簡(jiǎn)式為：

離解性很強(qiáng)，使用pH范圍沒有限制，再生普通用強(qiáng)堿。第8頁(yè)第8頁(yè)4．弱堿性陰離子樹脂

這類樹脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基(—NH2)、仲胺基(—NHR)或叔胺基(—NR2)，反應(yīng)簡(jiǎn)式為：

離解能力較弱，只能在低pH值下工作，可用弱堿再生。第9頁(yè)第9頁(yè)四種基本類型樹脂實(shí)用型1）將強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂與NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹脂；避免了溶液PH值下降和由此產(chǎn)生副作用，如對(duì)設(shè)備腐蝕。進(jìn)行再生時(shí)，用鹽水而不用強(qiáng)酸。2）弱酸性樹脂生成鹽RCOONa很易水解，呈堿性，因此用水洗不到中性，普通只能洗到pH9—10左右。但是弱酸性樹脂和氫離子結(jié)合能力很強(qiáng)，再生成氫型較容易，耗酸量少。第10頁(yè)第10頁(yè)四種基本類型樹脂實(shí)用型3）強(qiáng)堿性陰離子樹脂可先轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃停ぷ鲿r(shí)用Cl-互換其它陰離子，再生只需用食鹽水。4）弱堿性樹脂生成鹽RNH3Cl同樣易水解。這類樹脂和OH-離子結(jié)合能力較強(qiáng)，因此再生成羥型較容易，耗堿量少。

強(qiáng)酸性樹脂和強(qiáng)堿性樹脂在轉(zhuǎn)變成鈉型和氯型后，在使用時(shí)就不再有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性。但它們?nèi)院羞@些樹脂其它典型性能，如強(qiáng)離解性和工作pH范圍寬等。第11頁(yè)第11頁(yè)凝膠型和大孔型樹脂按骨架結(jié)構(gòu)不同，離子互換樹脂可分為凝膠型和大孔型樹脂。凝膠型樹脂：是以苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯苯聚合得到含有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合體。這種聚合體普通是呈透明狀態(tài)，在它高分子骨架中，沒有毛細(xì)孔，而在吸水潤(rùn)脹后，才在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)孔隙，通常稱為顯微孔。這類樹脂適合用于吸附互換無(wú)機(jī)離子等小離子。第12頁(yè)第12頁(yè)凝膠型和大孔型樹脂大孔型樹脂：

是由苯乙烯或丙烯酸與交聯(lián)劑二乙烯苯異構(gòu)體聚合，再經(jīng)特殊物理處理，使其形成大網(wǎng)孔，再導(dǎo)入互換基團(tuán)制成，它內(nèi)部并存有微細(xì)孔和大量粗孔。較善于吸附大分子有機(jī)物，耐有機(jī)物污染。第13頁(yè)第13頁(yè)三、其它類型樹脂

1．兩性離子互換樹脂：將兩種性質(zhì)相反陰、陽(yáng)離子互換官能團(tuán)連接在同一樹脂骨架上，就構(gòu)成兩性樹脂。這種樹脂骨架上兩種類型官能團(tuán)彼此靠近，在與溶液里陰陽(yáng)離子互換以后，只要通過水，稍稍改變體系酸堿條件即可發(fā)生相反水解反應(yīng)，恢復(fù)樹脂本來(lái)形式。第14頁(yè)第14頁(yè)三、其它類型樹脂2．選擇性離子互換樹脂：這類樹脂又叫螯合性離子互換樹脂，它與金屬離子形成螯合物基團(tuán)，是一個(gè)對(duì)一些離子有特殊選擇性樹脂，其選擇性高于普通強(qiáng)酸性和弱酸性樹脂。樹脂內(nèi)如含有可與其中某一離子生成螯合物有機(jī)分子基團(tuán)，則在互換中能夠選擇性地優(yōu)先與這種離子結(jié)合。利用這種選擇性反應(yīng)，可制備含某一金屬離子樹脂來(lái)分離含一些有機(jī)官能團(tuán)化合物，如用含汞樹脂分離含巰基輔酶A、半胱氨酸、谷胱甘肽。第15頁(yè)第15頁(yè)三、其它類型樹脂3．吸附樹脂：這類樹脂又稱為“脫色樹脂”，它有較大表面積，具多孔性，吸附能力強(qiáng)，但互換離子能力很小，甚至不能互換。在發(fā)酵工業(yè)多用于脫色，吸附大分子產(chǎn)物和除去蛋白質(zhì)等。如最近出現(xiàn)大網(wǎng)格樹脂，孔隙大，樹脂內(nèi)表面積大，適宜于吸附大分子和用作催化劑。第16頁(yè)第16頁(yè)4．電子互換樹脂：這類樹脂作用不是進(jìn)行離子互換而是電子轉(zhuǎn)移。能起氧化還原作用，因此也稱為氧化還原樹脂。根據(jù)活性基團(tuán)性質(zhì)，可分為兩種類型。一個(gè)其活性基團(tuán)是樹脂母體一部分聚合物，其電子互換反應(yīng)下列：另一個(gè)類型活性基是一個(gè)加在樹脂上離子，反應(yīng)時(shí)離子不發(fā)生互換，但可進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。如吸附有亞硫酸根強(qiáng)堿性陰離子互換樹脂，反應(yīng)后可用氧化劑或還原劑再生。三、其它類型樹脂第17頁(yè)第17頁(yè)第18頁(yè)第18頁(yè)四、樹脂命名依據(jù)離子互換樹脂官能團(tuán)性質(zhì)，將其分為強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿、螯合、兩性及氧化還原等7類。要求以下：離子互換樹脂全名由分類名稱、骨架(或基團(tuán))名稱、基本名稱(離子互換樹脂)排列組成。因?yàn)檠趸€原樹脂與離子互換樹脂特性不同。故在命名排列上也有不同，其命名由基本名稱、骨架名稱、分類名稱和樹脂兩字排列組成。凡屬酸性應(yīng)在基本名稱前加一“陽(yáng)”字；凡屬堿性，在基本名稱前加一“陰”字。第19頁(yè)第19頁(yè)四、樹脂命名離子互換樹脂型號(hào)由3位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第1位數(shù)字代表產(chǎn)品分類，第2位數(shù)字代表骨架結(jié)構(gòu)差異，第3位數(shù)字為次序號(hào)，用以區(qū)分基團(tuán)、交聯(lián)劑等不同。為了區(qū)分凝膠型和大孔型離子互換樹脂，在全名前加“D”表示大孔型樹脂。凝膠型樹脂，在型號(hào)后面用“x”號(hào)聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字，表示交聯(lián)度。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)樹脂仍沿用習(xí)慣命名。第20頁(yè)第20頁(yè)第21頁(yè)第21頁(yè)第22頁(yè)第22頁(yè)第二節(jié)離子互換樹脂

理化性能和測(cè)定

(1)外觀：離子互換樹脂是一個(gè)透明或半透明物質(zhì)，有白、黃、黑及赤褐色等幾種顏色。普通顏色與性能關(guān)系不大。樹脂顆粒大小，對(duì)樹脂互換能力、樹脂層中溶液流動(dòng)分布均勻程度、溶液通過樹脂層壓力及互換和反沖時(shí)樹脂流失等都有很大影響。普通樹脂為球形，可減少流體阻力。顆粒大小普通選取20一60目(0.25—0.8mm)。

第23頁(yè)第23頁(yè)離子互換樹脂理化性能(2)交聯(lián)度：其大小決定著樹脂機(jī)械強(qiáng)度以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)疏密。交聯(lián)度大，網(wǎng)孔小，結(jié)構(gòu)緊密，樹脂機(jī)械強(qiáng)度大；交聯(lián)度小，樹脂網(wǎng)孔大，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度小。同時(shí)，交聯(lián)度改變，使離子互換樹脂對(duì)大小不同各種離子含有選擇性經(jīng)過能力。第24頁(yè)第24頁(yè)(3)化學(xué)穩(wěn)定性：

樹脂應(yīng)有較好化學(xué)穩(wěn)定性，不易分解破壞?？s聚樹脂化學(xué)穩(wěn)定性普通較差，在強(qiáng)堿溶液中，縮聚陽(yáng)樹脂會(huì)破壞，共聚陽(yáng)樹脂對(duì)堿抵抗能力較強(qiáng)，但不應(yīng)與濃度不小于2mol/L堿液長(zhǎng)期接觸。陰樹脂對(duì)堿敏感，處理時(shí)，堿液濃度不宜超出1mol/L。強(qiáng)堿樹脂穩(wěn)定性較差。羥型陰樹脂即使在水中也不穩(wěn)定，因此常以氯型保留。離子互換樹脂理化性能第25頁(yè)第25頁(yè)離子互換樹脂理化性能(4)機(jī)械強(qiáng)度：

樹脂必須含有一定物理穩(wěn)定性，以避免或減少在使用過程中破損流失。普通來(lái)說，膨脹度越大，交聯(lián)度小樹脂，機(jī)械強(qiáng)度就越差。第26頁(yè)第26頁(yè)離子互換樹脂理化性能(5)互換量：樹脂在應(yīng)用時(shí)，希望有較大互換容量，也即在實(shí)際應(yīng)用中含有多少能夠互換離子能力。為了能有較大互換容量，在制造時(shí)應(yīng)使單位質(zhì)量樹脂所含官能團(tuán)盡也許多。樹脂不但吸附量要很多，即互換容量和選揮性好，而且要容易解吸，即應(yīng)有良好可逆性。普通來(lái)說，吸附容易解吸就比較困難。第27頁(yè)第27頁(yè)離子互換樹脂主要性能測(cè)定1）含水量：將樹脂在105—110℃干燥至恒重就可以測(cè)定其含水量。將樹脂離心(400g,30min)，所失去水分稱為溶脹水。它和樹脂交聯(lián)度相關(guān)，可作為測(cè)定交聯(lián)度一個(gè)辦法。第28頁(yè)第28頁(yè)離子互換樹脂主要性能測(cè)定2)膨脹度：干樹脂加水，不時(shí)搖動(dòng)，24h后，測(cè)定樹脂體積，前后體積之比，稱為膨脹系數(shù)。膨脹系數(shù)與交聯(lián)度、互換量、可互換容量、溶液中離子性質(zhì)相關(guān)。第29頁(yè)第29頁(yè)離子互換樹脂主要性能測(cè)定3)密度：樹脂密度有干真密度、濕真密度、視密度等。濕真密度：取所需型式濕樹脂，在布氏漏斗中抽干。快速稱取2—5g抽干樹脂，入密度瓶中，加水至刻度稱重，計(jì)算。第30頁(yè)第30頁(yè)離子互換樹脂主要性能測(cè)定4)互換容量：互換容量是表征樹脂性能主要數(shù)據(jù)。它用單位質(zhì)量干樹脂或單位體積濕樹脂所能吸附1價(jià)離子毫摩爾數(shù)米表示。第31頁(yè)第31頁(yè)離子互換樹脂主要性能測(cè)定5)滴定曲線：和無(wú)機(jī)酸、堿同樣，離子互換樹脂也有滴定曲線。與離子強(qiáng)度、種類、樹脂官能團(tuán)強(qiáng)度相關(guān)。由滴定曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可預(yù)計(jì)其總互換量；而由轉(zhuǎn)折點(diǎn)數(shù)目，可推知官能團(tuán)數(shù)目。曲線還表示互換容量隨pH值改變，因此滴定曲線較全面地表征樹脂官能團(tuán)性質(zhì)。第32頁(yè)第32頁(yè)第33頁(yè)第33頁(yè)第34頁(yè)第34頁(yè)第35頁(yè)第35頁(yè)第36頁(yè)第36頁(yè)第三節(jié)離子互換過程理論基礎(chǔ)

一、離子互換平衡離子互換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是，這種可逆反應(yīng)并不是在均相溶液中進(jìn)行，而是在固態(tài)樹脂和水溶液接觸界面間發(fā)生。在水溶液中，離子互換是由于樹脂上宮能團(tuán)B+與溶液中同類型離子A+之間濃度差推動(dòng)著它們之間互換，當(dāng)這種互換反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，就建立了離子互換平衡狀態(tài)，使樹脂上和溶液中都同時(shí)含有A+和B+兩種離子。第37頁(yè)第37頁(yè)第38頁(yè)第38頁(yè)一、離子互換平衡

離子互換樹脂對(duì)有機(jī)大分子吸附時(shí)，會(huì)存在假平衡。主要是由于：①樹脂活性中心受空間排列影響不能所有吸附有機(jī)大分子；②樹脂顆粒度影響對(duì)大分子互換，當(dāng)樹脂顆粒較大時(shí)，有機(jī)大分子在樹脂內(nèi)部擴(kuò)散速度很慢，達(dá)到平衡需要時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)樹脂顆粒度減小時(shí)，互換速度和互換量都會(huì)有所增長(zhǎng)。第39頁(yè)第39頁(yè)

二、離子互換選擇性離子互換選擇性：在實(shí)際應(yīng)用中，溶液中經(jīng)常同時(shí)存在著諸多離子。離子互換樹脂能否將所需離子從溶液中吸附出或?qū)㈦s質(zhì)離子所有(或大部)吸附住，含有更大實(shí)際意義。這就是離子互換選擇性。離子選擇系數(shù)K：

BKA越大，離子互換樹脂對(duì)B離子選擇性越大(相對(duì)于A離子而言)；反之，小于1，樹脂對(duì)A離子選擇性大。離子選擇系數(shù)定性地表示離子互換劑選擇性，因此又稱分派系數(shù)或互換勢(shì)。第40頁(yè)第40頁(yè)影響離子互換樹脂選擇性原因1．離子價(jià)數(shù)：離子互換樹脂總是優(yōu)先選擇高價(jià)離子。陽(yáng)離子被吸附順序?yàn)椋篎e3+＞AI3+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+陰離子順序?yàn)椋簷幟仕岣玖蛩岣鞠跛岣?溶液濃度：樹脂對(duì)離子互換吸附選擇性，在稀溶液中比較大，而在濃溶液中較小。因此可將溶液稀釋，樹脂選擇吸附高價(jià)離子。3離子水化半徑：離子在水溶液中大小應(yīng)用水化半徑來(lái)表征，而不是原子量。水化半徑較小離子優(yōu)先吸附。第41頁(yè)第41頁(yè)影響離子互換樹脂選擇性原因4．樹脂物理結(jié)構(gòu)：通常，交聯(lián)度高樹脂對(duì)離子選擇性較強(qiáng)。大孔型樹脂選擇性低于凝膠型樹脂。但對(duì)于大分子吸附，情況較復(fù)雜。5．有機(jī)溶劑：有機(jī)溶劑常會(huì)使樹脂對(duì)有機(jī)離子選擇性減少，而容易吸附無(wú)機(jī)離子，可利用有機(jī)溶劑從樹脂上洗脫難洗脫有機(jī)物質(zhì)。6．樹脂與互換離子間輔助力：凡能與樹脂間形成輔助力（氫鍵、范德華力等）離子，樹脂對(duì)其吸附力就大；能破壞這些輔助力，離子從樹脂上易洗脫。第42頁(yè)第42頁(yè)三、離子互換過程和速度

離子互換反應(yīng)是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行，無(wú)論溶液運(yùn)動(dòng)情況如何，在樹脂表面上始終存在著一層薄膜，起互換離子只能借分子擴(kuò)散而通過這層簿膜。離子互換速度：在單位時(shí)間內(nèi)，溶液中A+濃度減少或B+濃度增長(zhǎng)量。

第43頁(yè)第43頁(yè)第44頁(yè)第44頁(yè)三、離子互換過程和速度

實(shí)際互換過程（谷氨酸）由下列相對(duì)速度構(gòu)成：1)溶液中谷氨酸離子從溶液通過液膜擴(kuò)散到樹脂表面；2)穿過樹脂表面向樹脂孔內(nèi)部擴(kuò)散，到達(dá)有效互換位置；3)谷氨酸離子與樹脂中H+進(jìn)行離子互換；4)H+從樹脂內(nèi)部向樹脂表面擴(kuò)散；5)H+穿過樹脂表面液膜進(jìn)入水溶液。其中環(huán)節(jié)(1)、(5)稱為外擴(kuò)散或膜擴(kuò)散；(2)、(4)稱為內(nèi)擴(kuò)散或粒擴(kuò)散；(3)稱為互換反應(yīng)。普通反應(yīng)速度不久，而擴(kuò)散速度很慢，因此，離子互換反應(yīng)速度主要取決于擴(kuò)散速度。第45頁(yè)第45頁(yè)影響互換速度原因

1．樹脂顆粒離子外擴(kuò)散速度與樹脂顆粒大小成反比，而粒子內(nèi)部擴(kuò)散速度與粒徑倒數(shù)高次方成正比，粒度減少，互換速度加快。2．樹脂交聯(lián)度交聯(lián)度減少，樹脂易膨脹，樹脂內(nèi)擴(kuò)散較容易，互換速度提升。3．溶液流速外擴(kuò)散隨溶液過柱流速增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，內(nèi)擴(kuò)散基本不受其影響。第46頁(yè)第46頁(yè)影響互換速度原因4．溶液濃度溶液中離子濃度低，對(duì)外擴(kuò)散速度影響較大，對(duì)內(nèi)擴(kuò)散影響較?。浑x子濃度較高，對(duì)內(nèi)擴(kuò)散影響較大，對(duì)外擴(kuò)散影響較小。

5．溫度溶液溫度提升，擴(kuò)散速度加快。

6．離子大小大分子受空間阻礙，在樹脂內(nèi)擴(kuò)散速度尤其慢。小離子快。

7．離子化合價(jià)離子與樹脂骨架間存在庫(kù)侖引力，化合價(jià)越高，擴(kuò)散越慢。第47頁(yè)第47頁(yè)第四節(jié)離子互換應(yīng)用一、離子互換裝置：按操作方式分為：間歇式分批操作及柱式操作兩種。按是否敞口分為：有開放式(即敞口式)和密閉式兩種。

開放式：便于樹脂裝入、吸出，只能在常壓下操作。柱反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界雜質(zhì)。

密閉式：上下全封，能克服開放式缺點(diǎn)，但清污和裝住較麻煩。第48頁(yè)第48頁(yè)第49頁(yè)第49頁(yè)一、離子互換裝置按裝樹脂方式分為：?jiǎn)未?只裝一個(gè)樹脂)和復(fù)床(兩種以上樹脂分層裝在同一柱內(nèi))反移動(dòng)床(樹脂使用、再生和清洗不在同一柱內(nèi))等幾種。材質(zhì)：通常中小型離子互換柱用有機(jī)玻璃或硬質(zhì)聚氯乙烯制成，大型柱用鋼板焊接制成，內(nèi)壁涂襯上耐酸、堿防腐蝕物。樹脂裝量：普通發(fā)酵工業(yè)用離子互換柱中裝載樹脂層高度通常為1-1.5m，柱體總高度約為樹脂層2倍。假如樹脂粒度較大，阻力較小，高徑比可提升(4-5：1)。普通正上拄有效樹脂體積約為柱70％，倒上柱約為60。第50頁(yè)第50頁(yè)二、離子互換樹脂工作過程1．樹脂預(yù)處理：清除未參與聚合反應(yīng)低、高分子成份分解產(chǎn)物，鐵、銅、鋁等金屬物質(zhì)及灰塵；裝柱，去離子水浸泡12h，2-3倍10%食鹽水浸泡4h；水洗，酸、堿處理，調(diào)pH。2．上柱互換：關(guān)鍵，可采用正上柱或倒上柱，柱上樹脂分三層：已交、互換、未交?；Q帶逐步下移，達(dá)底部稱漏出點(diǎn)?；Q帶普通0.2—1m。B離子濃度高、操作溫度低、料液流速高、樹脂老化等都會(huì)使互換帶加寬，不利；應(yīng)控制，但有限。

第51頁(yè)第51頁(yè)第52頁(yè)第52頁(yè)二、離子互換樹脂工作過程3．洗脫：用親和力更大離子取代產(chǎn)物。生物大分子分離純化有兩種方式：

①“正吸附”，產(chǎn)物離子化，被互換。長(zhǎng)處是目的產(chǎn)物純度高，可濃縮，宜處理濃度低、量大溶液；

②“負(fù)吸附”。吸附雜質(zhì)。宜處理濃度高溶液；產(chǎn)物純度不高，不濃縮。4．樹脂再生：互換吸附逆反應(yīng)。水洗，再生劑再生，清水洗至所需PH值。鈉型強(qiáng)酸性樹脂用NaCI再生；氫型強(qiáng)酸性樹脂用強(qiáng)酸再生，氯型強(qiáng)堿性陰樹脂主要用NaCI溶液再生，羥型強(qiáng)堿性陰樹脂用Na0H溶液再生?；謴?fù)程度為70％一80％。第53頁(yè)第53頁(yè)三、樹脂和操作條件選擇樹脂選擇：1、強(qiáng)堿性離子宜用弱酸性樹脂；2、弱堿性離子宜用強(qiáng)酸性樹脂；3、弱酸性離子宜用強(qiáng)堿性樹脂；4、強(qiáng)酸性離子宜選取弱堿性樹脂；5、大分子離子應(yīng)選擇交聯(lián)度較低樹脂；6、小分子離子應(yīng)選擇一定交聯(lián)度樹脂。原因：1、4：強(qiáng)酸對(duì)強(qiáng)堿，解吸較困難；2、3：弱酸對(duì)弱堿，形成鹽易水解，不易吸附；5：低交聯(lián)度便于大分子擴(kuò)散到樹脂內(nèi)部，但交聯(lián)度過低，會(huì)影響樹脂選擇性和機(jī)械強(qiáng)度；6：交聯(lián)度過高，樹脂在清洗再生及轉(zhuǎn)型過程中，膨脹度較大，對(duì)設(shè)備造成損壞。第54頁(yè)第54頁(yè)適當(dāng)操作條件選擇①PH：適當(dāng)PH值應(yīng)具備3個(gè)條件：pH值應(yīng)在產(chǎn)物穩(wěn)定范圍內(nèi)；使產(chǎn)物離子化；使樹脂能解離。②樹脂型式：對(duì)弱酸性和弱堿性樹脂，為使樹脂能離子化，應(yīng)采用鈉型或氯型；而對(duì)強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性樹脂，能夠采用任何形式；但如產(chǎn)物在酸性、堿性條件下易破壞，則不宜采用氫型或羥型樹脂。③溶液中產(chǎn)物濃度：低價(jià)離子增長(zhǎng)濃度有助于互換上樹脂，高價(jià)離子在稀釋時(shí)容易被吸附。第55頁(yè)第55頁(yè)適當(dāng)操作條件選擇④洗脫條件：洗脫條件應(yīng)盡也許使溶液中被洗脫離子濃度降低。洗脫條件普通應(yīng)和吸附條件相反。如吸附在酸性下進(jìn)行，解吸應(yīng)在堿性下進(jìn)行；吸附在堿性，解吸應(yīng)在酸性。為了使pH改變不致過大，可選取緩沖液作洗脫劑。PH改變不行時(shí)，可用能和水混合、且對(duì)產(chǎn)物溶解度較大有機(jī)溶劑洗脫。洗脫前，樹脂洗滌工作相稱主要，很多雜質(zhì)能夠在洗滌時(shí)除去，洗滌能夠用水、稀酸和鹽類溶液等。第56頁(yè)第56頁(yè)四、軟水和無(wú)鹽水制備軟水：利用鈉型陽(yáng)離子互換樹脂清除鈣、鎂離子后水。主要是用于鍋爐給水，鈣、鎂離子是鍋爐結(jié)垢主要成。

經(jīng)鈉鹽型離子互換樹脂床原水，硬度可降至0.05mmol/L下列，甚至可完全消除。但原水中堿度保持不變。

樹脂可用工業(yè)食鹽水溶液(10％一15％)再生，可重復(fù)使用。第57頁(yè)第57頁(yè)四、軟水和無(wú)鹽水制備無(wú)鹽水：

除去原水中所有溶解性鹽類、游離酸、堿離子。

無(wú)鹽水用途十分廣泛，如高壓鍋爐補(bǔ)給水、試驗(yàn)室用去離子水，制藥、食品等各行業(yè)都需要無(wú)鹽純水。

離子互換法制備無(wú)鹽純水是將原水通過氫型陽(yáng)離子互換樹脂和羥型陰離子互換樹脂，通過離子互換反應(yīng)，將水中陰、陽(yáng)離子除去，從而制得純度很高無(wú)鹽純水。

陽(yáng)離子互換樹脂用一定濃度鹽酸或硫酸再生。強(qiáng)堿陰樹脂用5％一8％NaOH再生，費(fèi)用高；弱堿陰樹脂用1％一3％NaOH再生，但不能除硅等弱酸性陰離子。可依據(jù)水質(zhì)要求而組合。

第58頁(yè)第58頁(yè)第59頁(yè)第59頁(yè)五、離子互換技術(shù)在生物工程應(yīng)用1、氨基酸：是一類兩性化合物，在不同pH條件下能以正離子、負(fù)離子或兩性離子形式存在?？捎藐?yáng)離子互換富集分離。比如：谷氨酸，當(dāng)pH＜3．22時(shí)，呈陽(yáng)離子狀態(tài)，可用732強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂選擇性吸附，與發(fā)酵液中妨礙谷氨酸結(jié)晶殘?zhí)羌疤蔷酆衔?、蛋白質(zhì)、色素等非離子性雜質(zhì)分離，達(dá)到濃縮提純目標(biāo)。2、有機(jī)酸：可用陽(yáng)樹脂除去有機(jī)酸溶液中陽(yáng)離子雜質(zhì)，達(dá)到純化目標(biāo)。如檸檬酸，用陽(yáng)樹脂脫除酸液中金屬離子。第60頁(yè)第60頁(yè)五、離子互換技術(shù)在生物工程應(yīng)用3、抗生素：一些含有酸性基團(tuán)，在中性或弱堿條件下以負(fù)離子形式存在，可用陰離子樹脂提取分離，如芐基青霉素；氨基糖苷類抗生素，如紅霉素、鏈霉素、卡那霉素，在中性或弱酸性條