南农生物分离工程生物分离1.ppt

1、吸 附 法Adsorption,通过本章学习应掌握以下内容：,什么是吸附过程？ 吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？ 常用的吸附剂种类有哪些？ 什么是吸附等温线？其意义何在？ 影响吸附过程的因素有哪些？ 常用的吸附单元操作有哪些方式？,什么是吸附？,利用固体特有的吸附特性，从液体中吸附目标物，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯化的过程。,吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。,料液与吸附剂混合,吸附质被吸附,料液流出,吸附质解吸附,Step1,Step2,Step3,Step4,特点： 简便廉价安全 选择性不高 收率低 应用：广

2、泛应用于生物、制药、食品、化工、环保及电子等,吸附机理,1. 固体的表面性质 固体表面分子（或原子）所处的状态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同 吸附剂: 在表面上能发生吸附作用的固体 吸附物: 被吸附的物质 “正吸附” “负吸附”,吸附机理表面性质,界面,吸附类型与特性,物理吸附 化学吸附 交换吸附,1. 物理吸附分子间作用力的吸附 1）吸附区域为自由界面 2）吸附层数为多层 3）吸附可逆性可逆 4）吸附选择性差,2. 化学吸附化学键力的吸附 1）吸附区域为未饱和的原子 2）吸附层数为单层 3）吸附可逆性不可逆 4）吸附选择性很好,常见的吸附类型及其主要特点,3. 交换吸附静电力的吸附

3、1）吸附区域为极性分子或离子 2）吸附层数为单层或多层 3）吸附可逆性可逆 4）吸附选择性较好,吸附剂,吸附剂的要求 交换容量结构（多孔、立体网状） 选择性组成 稳定性结构、组成,2. 吸附剂的种类 1）无机：硅胶、氧化铝、磷酸钙凝胶、沸石等 2）有机：活性炭、（大孔）吸附树脂、纤维素等,活 性 炭（Active carbon）,组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（800）碳化而成的多孔网状结构,先选粒炭,粉末活性炭,锦纶活性炭,吸附特性,非极性吸附剂，在极性介质中，对非极性物质具有较强的吸附 水溶液中吸附最强 吸附物类广、选择性差 吸附色素、有味物质、热原酸性溶液吸附强 “中毒”气

4、体分子占据表面；使用前干燥 “净化”稀HCl洗、中和、干燥,人造沸石,1）组成结构：Na2Al2O4xSiO2yH2O，多孔网状结构 2）种类：人工、天然沸石 3）吸附特性：阳离子交换吸附剂 Na2Z+2M+=M2Z+2Na+,提取细胞色素碱性蛋白pI10.5 猪心糜（稀H2SO4 pH4.0)提取液 （pH6.0静置沉淀）清液（氨水pH7.5人造 沸石吸附）吸附物（水0.2%NaCl洗涤） 吸附物（25%硫酸铵洗脱）洗脱液,磷酸钙凝胶1）组成结构： 多孔网状结构凝胶2）种类：制法不同磷酸钙 Ca3（PO4）2 ；磷酸氢钙 CaHPO4 . 2H2O；羟基磷灰石Ca5（PO4）3 .OH 3）

5、吸附性质：凝胶骨架中Ca2+与蛋白质负电荷基团的静电吸附作用羟基磷灰石中性、粘度好、可装柱、分辨率最高，不耐酸碱 ；分先制备和后制备,胰岛素（pI5.3） 胰浆（磷酸乙醇）提取液（4% 50%CaCl2吸附） 沉淀（pH6.0过滤）沉淀（pH2.5）解吸液 透明质酸酶精制液（磷酸钠 Ca(Ac)2 pH8.5抽滤）无热原滤液（冻干）成品酶,硅胶 1）组成结构： SiO2n H2O ，多孔网状结构 结构水 O O SiOSiOH O O ,2）吸附性质：极性吸附剂 在非极性介质中，对极性物质具有较强的吸附 吸附力与“自由水”含量负相关 分离生物小分子 110活化8h 吸附力小于氧化铝 含水16-

6、18%作层析载体,氧化铝 1）组成结构： Al2O3. nH2O ，多孔网状结构 2）种类：碱性氧化铝、中性氧化铝、酸性氧化铝 3）吸附性质：极性吸附剂； 用于有机小分子和生物小分子的分离 吸附活性与含水量负相关 再生活化：溶媒、酸、碱、水洗、高温活化,白陶土 Al2O32SiO22H2O 多用去杂 吸附H+ 、胺类、 蛋白 脱敏 脱色 中和酸 尿中回收激素 用前稀HCl洗、水洗至中性、烘干,氢氧化铝凝胶 Al2O33H2O 铝盐与氨水生成可后制备 吸附力与“陈化”程度有关刚生成吸附力弱 常用吸附抗原,滑石粉 Mg3H2(SiO3)4 吸附力弱；可吸附多糖；可作为助滤剂 皂土 铝、镁的硅酸盐

7、膨润土 表面负电，结合金属离子、肽、碱性蛋白 核酸酶抑制剂,聚酰胺粉 尼龙粉、锦纶，含多量酰胺键 以氢键吸附，分辨率高 溶剂影响：水有机溶剂碱性水溶液 硅藻土 无定形SiO2 吸附力弱 常作助滤剂、澄清剂， 吸附尿激酶UK,大孔树脂吸附剂（大网格聚合物吸附剂）,1）组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构 无交换基团的“树脂” 2）特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻力较小；价格高；可多次使用,3）类型： 非极性吸附剂芳香族（苯乙烯等） 中等极性吸附剂脂肪族（甲基丙烯酸酯等） 极性吸附剂含硫氧、酰氨、氮氧等基团,空隙度- % 孔容-空隙体积/g树脂 骨架密度-g/ml骨架 湿真密度-空

8、隙充满水时的密度,吸附作用 范德华力，极性相似相吸 ，盐类无影响 影响因素： 化学结构，物理参数，溶质和溶剂性质， 溶液pH 根据溶质和溶剂性质选择极性和孔径， 孔径为溶质直径6倍为宜,吸附等温线,概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。 兰缪尔（Langnuir）吸附等温线 1）二个假设： 吸附活性中心间各自独立 每一个吸附活性中心只吸附一个分子,2）推导 ： 吸附速度=K1（m m)C ,解吸速度=K2 m 当达到平衡时， K1（ m m)C =K2m m-溶质/ g吸附剂 C-溶液浓度 b=K1/K2 m b C m = 1 + b C,m b C m = 1 +

9、b C 当溶液浓度很稀时，1+bC1， m= m bC 当溶液浓度很高时，1+bC bC ，m= m 当溶液浓度适中时， m = KC 1/n 其中n 1 lgm=lg K+1/nlgC 作图求K，n 从n知吸附的饱和程度 1/n1离饱和远 1/n0离饱和近,例：应用大孔树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量。,解：根据Langmuir吸附等温式可求出b值，即： m b C 0.060.02 b m = = =

10、0.04 , b=100 1 + b C 1 + 0.02 b 则当料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量可计算如下： 0.061000.2 m = =0.057Kg/Kg 1 + 1000.2,影响吸附的因素,吸附剂的性质（组成结构、容量、稳定性 ） 比表面积 陈化程度 磷酸钙凝胶 制备方法 活性炭800活化吸附碱 500吸附酸 “钝化” 暴露于冷湿空气 “活化” 加热除水 真空除水,吸附物的性质（熔点、缔合、离解、氢键等） 能使表面张力降低的物质易吸附 在溶解度大的溶剂中，溶质吸附量小 极性相近的易吸附 同系物M（羧酸）极性宜用非极性吸附剂,吸附条件 温度 物理吸附 Tm平衡易达到 放热

11、化学吸附 T提高活化能并加速平衡 放热 大分子吸附 Tm 热不稳定：吸附稳定：室温 p影响解离分子极性吸附量 大分子一般在pI 附近m 盐浓度实验确定,吸附物浓度与吸附剂用量 稀溶液mC溶液过浓选择性差， 蛋白 使用活性炭，溶液先稀释 吸附剂量选择性成本 溶液不能太浓，吸附剂用量不要太多,吸附过程,1. 吸附分离法的一般过程 1）吸附 2）洗脱 3）再生 2. 吸附过程的类型 1）间歇过程 2）连续过程,3. 间歇过程的工艺 1）吸附等温公式 2）物料衡算式 4. 连续过程的工艺 1）穿透曲线 2）柱效计算 t = 1 2tB,机理: 吸附色谱 吸附剂: Al2O3, SiO2(硅胶), 聚酰胺等 吸附剂和洗脱剂的选择: 物质极性 吸附活性 洗脱剂极性 强 小 强 弱 大 弱,常用洗脱剂极性次序: 石油醚环己烷CCl4甲苯CH2Cl2CHCl3乙醚醋酸乙酯正丙醇乙醇甲醇水,溶剂和洗脱,溶剂和洗脱剂常是同一物质 要求 无杂惰性 不易被吸附剂吸附 粘度小 易除去 溶剂选择 1