生物分离工程吸附和离子交换.ppt

利用固体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,以除去有害成分或分离回收有用目标产物的过程。,吸附操作,表面能发生吸附作用的固体，一般为多孔微粒或多孔膜，具有较大比表面积，也称吸附介质,吸附是一种固体表面现象，只有那些具有较大内表面的多孔性固体才具有吸附能力,概述,物理吸附,化学吸附,离子交换吸附,吸附剂对溶质的吸附作用力,吸附的类型,吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸附,吸附剂表面活性点与吸附物之间发生化学键合,产生电子转移的现象,离子交换剂表面键合的离子基团通过静电引力吸附带相反电荷的离子,发生电荷转移,常见的各种吸附类型的主要特点,概述,又称范德华吸附，是一种可逆过程。,活化吸附，不可逆,物理吸附吸附量的多少取决于溶质与吸附剂极性的相似性和溶剂极性。离子交换吸附（简称离子交换，Ionexchange）基于离子交换原理的吸附操作,概述,分离工程中的吸附操作,通过溶液中带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换，利用其静电作用力的差异而达到分离纯化的方法。,概述,离子交换法的基本概念,离子交换的特点,分辨率高、工作容量大且易于操作,原料液脱色、除臭目标产物的提取、浓缩和粗分离如蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化，在生化分离中约有75%的工艺采用离子交换法,概述,吸附分离技术在生物分离中的应用,常用于从稀溶液中将溶质分离出来，由于受固体吸附剂的限制，处理能力较小；对溶质的作用较小，这一点在蛋白质分离中特别重要；可直接从发酵液中分离所需产物，成为发酵与分离的耦合过程，从而消除产物抑制；,吸附法的特点：,概述,优点：有机溶剂掺入少操作简便，安全，设备简单适于稳定性差的物质缺点：吸附选择性差收率低无机吸附剂性能不稳定,吸附法的特点：,概述,第一节吸附分离介质,多孔型,凝胶型,孔道结构,吸附剂,吸附剂的分类,一、吸附剂,多孔吸附剂,活性炭,硅胶,大网格聚合物类吸附剂,特点：非极性吸附剂，吸附能力强，易吸附非极性或极性小的有机物，在水中吸附能力大于有机溶剂形式：粉末活性炭和颗粒活性炭应用：助滤、脱色、去热源、除臭,活性炭经典吸附剂,活性炭对物质的吸附规律,（1)活性炭对不同吸附物的吸附力大小情况：碳链长的脂肪酸碳链短的脂肪酸;多糖单糖;多肽氨基酸;芳香族化合物脂肪族化合物对相对分子量大的化合物相对分子量小的化合物（2）pH值的影响在酸性溶液中吸附能力大,PH6.8吸附能力较差（3）温度低温吸附时,未达吸附平衡前吸附量随温度升高而增加,具有多孔网状结构,极性吸附剂，可吸附非极性和极性化合物化学惰性，具有较大的吸附量，易制备不同类型的多孔硅胶活性与含水量有关:含水量低，活性强；反之，弱；使用前需活化具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质,用于芳香油,萜类,脂肪类,氨基酸等的分离,硅胶,种类：多孔性聚苯乙烯和多孔性聚酯树脂特点：机械强度高，选择性好，使用寿命长，吸附质易脱附，流体阻力小，解析、再生容易应用:抗生素(如头孢菌素等)和维生素B12等的分离浓缩过程。,大网格聚合物类吸附剂（大孔网状吸附树脂）,硅藻土颗粒吸附剂,氧化铝,硅藻土矿,大孔网状吸附树脂的分类,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。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。极性吸附树脂：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。,（1）非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质（2）高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质（3）中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力（4）水溶液中，同族化合物分子量大，极性弱易吸附（5）无机盐促进吸附,大孔吸附树脂吸附规律,大孔吸附树脂解吸规律,（1)低级醇，酮或其水溶液（a溶胀聚合物，b溶解吸附物，减弱溶质与吸附剂间作用力）（2）弱酸性物质用碱解吸（成盐）（3）弱碱性物用酸解吸（成盐）（4）高盐吸附时用水解吸（降低离子强度，降低吸附量）（5）易挥发溶质用热水或蒸汽解吸,大孔吸附树脂的应用,抗生素分离纯化（再生容易、产品灰分少）内酰胺类、大环内酯类、氨基糖贰类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素维生素的提取纯化VB12，VB2，VC天然产物的分离生物碱，黄酮，多糖，苷类生化药物酶、氨基酸、蛋白质、肽，甾体,多孔性纤维素、琼脂糖凝胶、葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶（详见chapter7),凝胶型吸附剂,（）孔径适当的孔径有利于溶质在孔隙中的扩散，提高吸附容量和吸附操作速度（）比表面积：每克吸附剂所具有的表面积孔径越大，比表面积越小。比表面积越大，吸附量越大，反之，越小。增加比表面积的方法：a.粉碎成小颗粒b.吸附剂的活化,吸附剂性能的评价,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。,优良的吸附剂通常应具备以下特征,影响吸附过程的因素,（1）吸附剂的特性（比表面积、粒度、极性大小、活化条件）（2）吸附物的性质（极性大小、分子量）（3）吸附的条件pH（对蛋白等两性物质在PI附近吸附量最大）温度（对蛋白分子，一般认为T吸附量，考虑到稳定性,通常在0or室温操作）盐浓度（影响复杂，阻止or促进吸附）（4）吸附物浓度与吸附剂用量（吸附物浓度，吸附量，吸附法纯化蛋白时，要求浓度吸附剂最小流化速率)流入时，吸附剂床层膨胀，调节器上升,膨胀床综合固定床和流化床优点，使吸附颗粒按自身的物理性质相对稳定地处在床层中的一定层次上实现稳定分级，而流体保持以平推流的形式流过床层，同时吸附颗粒间有较大的空隙，使料液中的固体颗粒能顺利通过床层。膨胀床中吸附剂粒子的混合程度低，吸附效率高膨胀床中液体流动接近平推流，吸附效率高,膨胀床吸附操作的优点与流化床相比,液固相反混程度较低,吸附效率较高与固定床相比,床层空隙率高,可使菌体细胞或细胞碎片自由通过.可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液.,膨胀床吸附操作集料液澄清，目标产物浓缩和分离纯化为一体，可节省离心或过滤等预处理过程，