1、生物分离技术,吸附分离技术,2018/6/19,【学习目标】 1、了解吸附剂类型、吸附性能指标及常见吸附剂。 2、掌握常见吸附设备。 3、了解吸附分离方法。【能力目标】 1、能会吸附的工艺流程。 2、能会吸附设备操作。 3、能正确判断吸附效果。【思想目标】 1、培养学生认真学习生物分离技术的态度。 2、吸附分离工的职业素养教育。,2018/6/19,吸附工：操作吸附塔及辅助设备，利用吸附剂的表面吸附力吸附气体或液体混合物中的某些组分，以达到分离、净化气体或回收有用组分的人员。,2018/6/19,第五章 吸附分离技术,、概念在一定的条件下将待分离的料液（或气体）通入适当的吸附剂，利用吸附剂对料
2、液（或气体）中某组分具有选择吸附的能力，使该组分富集在吸附剂表面，然后再用适当的洗脱剂将吸附的组分从吸附剂上解吸下来的一种分离纯化技术、特点（）操作简单，设备廉价、安全（）选择性低，收率低（）由于处理的料液浓度低，故处理能力低（）p值变化稳定，故不易引起生物活性物质的变性,2018/6/19,、吸附的类型 、常用吸附剂,作用力,物理吸附（范德华力）,化学吸附（化学键）,交换吸附（离子交换）,有机吸附剂：活性碳，纤维素，大网格聚合物，聚酰胺,无机吸附剂：硅胶，分子筛，羟基磷灰石，氧化铝，高岭土,2018/6/19,天然吸附剂（硅藻土、白土、天然沸石等 ）,人工吸附剂（活性炭、活性氧化铝、硅胶、合
3、成沸石、分子筛、有机树脂吸附剂）。,2018/6/19,(1)活性炭 活性炭是最常用的非极性吸附剂。为疏水性和亲有机物的吸附剂，具有很高的比表面积，活性炭的主体是炭，表面上的官能团较少，极性较弱，对烃类及衍 生物的吸附能力强。 化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。用于回收气体中的有机气体， 脱除废水中的有机物，脱除水溶液中的色素。 合成纤维经炭化后可制成活性炭纤维吸附剂，使吸附容量提高数十倍，而且 可以编制成各种织物，使装置更为紧凑并减少流体阻力。 活性炭也可加工成炭分子筛，孔径范围0.2-1nm，能起到分子筛的作用又有活性炭的基本性质，对同系物或有机异构体有良好的选择性。,2018/
4、6/19,活性炭是含碳有机物经干馏处理以增加其吸附表面，并通过活化处理除去孔隙中树胶物质而制成。 制备活性炭的含炭原料有木材、锯屑、泥煤、核桃壳等植物性原料和骨骼等动物性原料。 活性炭的命名常与原料有关，如木炭、骨炭等。将上述含炭物质经干馏后得到粗炭，粗炭没有活性，因它的孔隙被干馏产物树脂等所淹没。 活化过程实际上是排除孔隙内和表面上的干馏产物，扩大原有空隙，增加新孔隙的过程。,2018/6/19,活性碳使用方法脱色一般与硅藻土一起使用硅藻土滤层的空隙比原滤布的空隙小很多，能阻挡很细的固体颗粒。硅藻土没有化学活性，与样液不起任何化学变化，不影响样液的物理或化学性质）。,2018/6/19,20
5、18/6/19,(2) 硅胶 硅胶的分子式通常用SiO2nH2O表示。由H2SiO3溶液经过缩合、除盐、脱水等处理制得。比表面积达 800 m2/g。 工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。硅胶是亲水性的极性吸附剂，对不饱和烃、甲醇、水分等有明显的选择性。主要用于气体和液体的干燥、溶液的脱水。,2018/6/19,2018/6/19,(3) 活性氧化铝 活性氧化铝的化学式是Al2O3nH2O。活性氧化铝表面上具有高官能团密度， 这些官能团为极性分子的吸附提供了活性中心。因此活性氧化铝是一种极性吸附剂，其比表面积约为 200500 m2/g，对水分有很强的吸附能力，可脱水至110-6
6、。 用不同的原料，在不同的工艺条件下，可制得不同结构、不同性能的活性氧化铝。 活性氧化铝主要用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。,2018/6/19,2018/6/19,(4) 分子筛 (人造沸石) Molecular sieve 沸石分子筛也称为沸石，是硅铝酸金属盐的晶体，它是一种强极性的吸附剂，对极性分子，特别是对水有很大的亲和能力，一般比表面积可达750m2/g，具有很强的选择性。常用于石油馏分的分离、各种气体和液体的干燥等场合，如从混合二甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。,2018/6/19,2018/
7、6/19,(5)羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAP） 在水相溶剂中不溶，可用于蛋白质纯化的吸附剂，并能结合双链DNA从而与单链DNA分开。,2018/6/19,(6)聚酰胺 聚酰胺化纤原料国外：尼龙国内：锦纶 常有锦纶 6（己内酰胺聚合）和锦纶 66（己二酸和己二胺聚合） 利用氢键吸附。,2018/6/19,(7) 吸附树脂 吸附树脂是具有网状结构的高分子聚合物，常用的有聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸树脂。单体的变化和单体上官能团的变化可以赋予树脂各种特殊的性能。吸附树脂有强极性、弱极性、非极性、中极性 4 大类。用于废水中的有机物处理、维生素等天然产物和生物化学品的分离与精制。,201
8、8/6/19,5、吸附剂的性能 吸附剂具有良好的吸附特性，主要是因为它有多孔结构和较大的比表面积，下面介绍与孔结构和比表面积有关的基础性能。(1)密度填充密度（又称体积密度） 是指单位填充体积的吸附剂质量。通常将烘干的吸附剂装入量筒中，摇实至体积不变，此时吸附剂的质量与该吸附剂所占的体积比称为填充密度。表观密度（又称颗粒密度）定义为单位体积吸附剂颗粒本身的质量。真实密度是指扣除颗粒内细孔体积后单位体积吸附剂的质量。,2018/6/19,(2)吸附剂的比表面积 吸附剂的比表面积是指单位质量的吸附剂所具有的吸附表面积，g。吸附剂孔隙的孔径大小直接影响吸附剂的比表面积，孔径的大小可分三类：大孔、过渡
9、孔、微孔。吸附剂的比表面积以微孔提供的表面积为主，常采用气相吸附法测定。(3)吸附容量 吸附容量是指吸附剂吸满吸附质时的吸附量（单位质量的吸附剂所吸附吸附质的质量），它反映了吸附剂吸附能力的大小。吸附量可以通过观察吸附前后吸 附质体积或质量的变化测得。也可用电子显微镜等观察吸附剂固体表面的变化测得。,2018/6/19,(4)吸附平衡 平衡吸附量：当温度、压强一定时，吸附剂与流体长时间接触，吸附量不再增加，吸附相（吸附剂和已吸附的吸附质）与流体达到平衡，此时的吸附量为平衡吸附量。吸附等温线：吸附平衡关系常用不同温度下的平衡吸附量与吸附质分压或浓度的关系表示，其关系曲线称为吸附等温线。,2018
10、/6/19,吸附率和吸附量的测定吸附率：E%C0吸附前溶液的浓度mg/ml; Ce 吸附后溶液浓度mg/ml,2018/6/19,吸附量:Q Q吸附量mg/gV 溶液体积W 干吸附剂(树脂)重g,2018/6/19,A静态吸附 以葛根素中黄酮提取为例。将10g处理好的各种树脂分别加入葛根素水溶液30mL,总黄酮浓度为9.4mg/mL。每5min振摇1次，2h小时后分别取各树脂的吸附溶液1mL进行吸光度的分析，得经过D1树脂的溶液黄酮浓度为2.4 mg/mL ，经过D2树脂的溶液黄酮浓度为3.6mg/mL，计算各种树脂对葛根素总黄酮的吸附率和吸附量。,2018/6/19,B静态解析：将静态吸附的
11、树脂过滤抽干，加30ml70%乙醇解析每5分钟振一次2h后分别取各解析液测定黄酮的浓度。以计算各种树脂对黄酮的解析率。,2018/6/19,C动态吸附： 准确称取10ml或20ml树脂在干净的220cm色谱柱内，加入葛根素的水溶液总黄酮的浓度为9.4mg/ml于柱顶，以2BV/h的流速进行动态吸附，收集流出液。按床体积收集进行分析，测出目标物的浓度黄酮含量，然后以洗脱液体积为横坐标，流出液中的目标物含量为纵坐标绘制动态吸附曲线，计算饱和动态吸附量。并计算达到吸附饱和时，所吸附的目标物的量。可以比较出何种树脂的吸附量大。,2018/6/19,常用的吸附设备有固定床、流化床和输送床。使用固定床时，
12、为了使净化过程连续进行常常安装两台以上的设备。 许多种有害气体都可以用吸附法来处理，并回收利用有用物质、但吸附法更适合于净化浓度较低、气体量较小的有害废气。如果浓度很高，气体量很大，一般不用吸附法处理。例如：二氧化硫可以用活性炭来吸附，氟化氢可以用活性氧化铝或含有-型氧化铝的工业氧化铝来吸附。,吸附设备,2018/6/19,固定床,移动床,2018/6/19,吸附设备,吸附塔：,2018/6/19,1下列哪些物质不是吸附剂？ A:活性炭 B:骨炭 C:硅胶 D:粗炭,2018/6/19,吸附塔设计思路： 根据气量计算吸附塔的直径，根据吸附的有机物的数量和选择的活性炭的吸附容量计算活性的装填容量
13、，根据活性炭的吸附时间计算活性炭的装填高度，根据活性炭吸附的有机物的数量计算吸附放出的热量，确定是否需加吸附器的冷却装置，根据是否连续吸附而采用一开一备的方式还是间歇式的一只吸附器的方式，根据是否需再生回收确定是否加蒸汽再生系统和冷凝回收系统，冷凝回收后根据物料是否溶于水确定是否设置液液分层系统，根据冷凝回收下来的有机物-水的混合物是否进行精制确定是否设置精馏塔系统。,2018/6/19,下表是从小牛肠中提纯碱性磷酸酶的例子。试计算其总活力、比活力、回收率和纯化倍数，并填入表中括号。,2018/6/19,下表是从小牛肠中提纯碱性磷酸酶的例子。试计算其总活力、比活力、回收率和纯化倍数，并填入表中括号。,
