活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有 机溶剂中的吸附能力。 针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律： ①对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合
物； ②对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物； ③对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的
化合物； ④pH 值的影响 ；
7-3
7.2吸附过程的理论基础
7.2.1吸附原理
固体的分类：多孔和非多孔性 比表面的组成：多孔性固体的比表面是由“外表
面”和“内表面”所组成。表面积大并 且有较高的吸附势。 表面力的产生和吸附力的关系：见图7-4 界面分子的力场是不饱和的，能从外界吸附分 子、原子、或离子，形成多分子层或单分子层。 吸附过程中的几个名词： ⑴吸附作用 ⑵吸附剂 ⑶吸附物（质）
7.1概述
7.1.1什么叫吸附
吸附是利用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
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
001×7－交联度为7%的苯乙烯 系凝胶型强酸性阳离子交换树脂
骨架代号 Ｄ315：大孔型丙烯酸弱碱
分类代号
性阴离子交换树脂
大孔型代号
大孔型
代号 0 1 2 3 4 5 6
离子交换树脂命名法代号表
分类名称
骨架名称
强酸性
苯乙烯系
弱酸性
丙烯酸系
强碱性
酚醛系
弱碱性
环氧系
螯合性
乙烯吡啶系
两性
脲醛系
氧化还原性
式中： q——表观吸附量； m——吸附剂的量； V——溶液体积； C0——溶质的原始浓度； C*——平衡后溶液中溶质浓度。
7.3分批与连续吸附
7.3.1分批吸附
（1）操作方法 （2）计算
分批吸附取决于吸附平衡和吸附的质量平衡。 ①相平衡关系式（吸附等温线）为：
②质量平衡为物料关系式如下：
(的式最中终C和浓C度0—和—进在料溶浓液度中，的H—最—终料浓液度，和W进—料—浓吸度附，剂q和的q数0—量—) 吸附剂上
⑶等温线的类型（见图7-5） ①直线型的吸附等温线（Henry等温线）
表达式 q* = mC*，m为分配系数。此等温线不常见，一般 在低浓度范围内成立。但可在一定范围内近似其它等温线 ，使其计算简化。
②弗罗因德利希(Freundlich)等温线 经验公式： q* = kC*1/n 其对数形式是： lgq* = lgk + n-1lgC*
大孔网状吸附树脂的种类
• 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
。 • 极性吸附剂：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。
大孔吸附树脂的吸附机理
非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸附各 种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以 及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律： – 非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质； – 极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质； – 中等极性吸附剂兼有以上两种能力。
若外扩散很快，过程为内扩散控制，C接近Ci，则： Ks≈ks。
吸附特性： ⑴在液-固界面吸附过程中，有三种作用力：
a.界面层上固体与溶质之间的作用力； b.固体与溶剂之间的作用力； c.在溶液中溶质与溶剂之间的作用力。
实际上，固体在溶液中的吸附是溶质和溶剂分子争夺 表面的净结果，有正吸附和负吸附。 ⑵影响吸附的因素：温度、溶液的浓度和吸附剂的结构性能 、溶质和溶剂的性质等。 ⑶吸附量的测定：根据下式计算
第七章吸附与离子交换_图文.ppt
生化分离过程的一般流程：
原料液
细胞分离(离心，过滤)
细胞－胞内产物
清液－胞外产物
细胞破碎
包含体
碎片分离
溶解(加盐酸胍、脲) 复性
粗分离(盐析、萃取、超过滤等) 纯化(层析、电泳)
脱盐(凝胶过滤、超过滤)
浓缩(超过滤) 精制(结晶、干燥)
7. 吸附与离子交换
7.1概述 7.2吸附过程的理论基础 7.3分批与连续吸附 7.4固定床吸附和膨胀床吸附 7.5离子交换吸附 7.6离子交换吸附的应用 7.7其他类型的吸附
氯乙烯系
离子交换剂性能的评价和测定： （1）颗粒度 机械筛分 （2）含水量 105~110℃下干燥 （3）膨胀度 K膨胀=前体积/后体积 （4）交换容量
全交换容量是指一价离子mmol/g干树脂或mmol/V湿树脂； 工作容量是指漏出点时的交换容量。 （5）滴定曲线（见图7-3）
静态下交换反应，平衡后测定溶液pH值，绘制成 的曲线。用滴定曲线估算交换容量；推算交换基团的 数目。
（3）离子交换吸附： 利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离
组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然 后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，从而 达到分离的目的。吸附剂吸附后同时放出等当量的离子 到溶液中。
表7-1 物理吸附与化学吸附的比较
备注：a. 大，对化学键的形成与破裂同化学反应相似；
几何特性，两相接触的流动状况及温度、压力等操作条件 有关。
内（固相）扩散传质速率方程
式中 ： ks——吸附剂固体相侧的传质系数, m/s； qi——吸附剂外表面上的吸附质含量，与Ci成平衡； q*——吸附剂上的吸附质的平衡含量。
其中ks与固体颗粒的微孔结构，吸附质的物性以及吸 附过程持续的时间等因素有关，其数值须由实验测定。
总传质速率方程
式中：
C*——与吸附质含量为q的吸附剂呈平衡的流体中吸附质浓度kg/m3； q*——与吸附质浓度为C的流体相呈平衡的吸附剂上吸附质含量； Kf——与ΔC=C-C*为推动力的总传质系数，m/s； Ks——与Δq=q*-q为推动力的总传质系数，kg/s·m。
若内扩散很快，过程为外扩散控制，qi接近q，则： Kf≈kf；
吸附质解 吸附
Step4
7.1.2吸附的类型
（1）物理吸附： 由吸附质与吸附剂之间的分子间引力即范德华力所
引起。放热，可逆，单分子层或多分子层，选择性差。
（2）化学吸附： 由吸附质与吸附剂间的化学键所引起，是吸附剂表
面活性点与溶质之间发生化学结合、产生电子转移的现 象。放热量大，单分子层，选择性强。
碱性、中性吸附，酸性洗脱； 酸性、中性吸附，碱性洗脱。 ⑤温度 未平衡前，随温度升高而增加。
（2）大孔网状吸附剂 • 优点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择 性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸 、再生容易。 • 缺点：价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等 因素的影响。
图7-2 打孔网状吸附剂的微观结构
大孔吸附树脂常用的解吸方法
• 低级醇、酮或水溶液解吸 原理：使大孔树脂溶胀，减弱溶质与吸附剂间的相互作 用力。
• 碱解吸附 原理：成盐，主要针对弱酸性溶质
• 酸解吸附——原理同上 • 水解吸附
原理：降低体系中的离子强度，降低溶质的吸附量。
7.1.4.3常用离子交换剂
表7-4 主要离子交换基团及其结构(1)
a：[c]值高时，kbc*>>1，则饱和。 b：[c]值低时，kbc*<<1，被吸附的吸附质的量与吸附质
的平衡浓度呈线性关系。 C：Langmuir等温线是单分子层吸附。
④矩形吸附等温线
7-5
7.2.3离子交换平衡及等温线
（1）离子交换平衡 道南平衡：若以离子交换树脂为吸附剂，与溶液中溶质 建立的吸附平衡（静电力）称道南平衡。 例：RSO3-Na+树脂放在NaCl溶液中形成两相
重排后则得：
上式又称操作线方程，是一线性方程式。斜率为负值，
Байду номын сангаас
截距为（ 7-6所示。
）用图解法或解析法求解之，如图
q0
平衡吸附点
c 7-6
7.3.2连续吸附
适用于中等规模的分离，吸附装置与过程如图7-7所 示，在操作过程中液-固一般不会达到真正的吸附平衡 。
7-7
吸附过程的动力学行为分析： ① 不发生吸附时，离开罐时的溶质的浓度也随时间而改 变； ② 吸附速率无限快，出口中C将迅速达到一个很低的 值，然后缓慢增加，当吸附剂为溶质饱和时，出口中 的C又以不发生吸附时那样的规律上升； ③ 在大多数情况下，吸附过程介于两者之间，吸附速率 为一有限值。
操作步骤：
①罐内先置纯溶剂和新鲜吸附剂W；
②料液以浓度Cf，以流量H流入搅拌罐中；残液以同样 的流量H从罐中流出， 其浓度C随时间而变化C（t） 。吸附剂上溶质的浓度为q也随时间而变化q（t）。由 于搅拌良好，可认为罐内浓度处处相等，并等于流出 液的浓度。
子间定向作用力
7.1.3吸附的特点
（1）处理能力较小； （2）吸附过程对溶质的作用较小； （3）可直接从发酵液中分离所需的产物； （4）溶质和吸附剂之间的平衡关系通常是非线性关系
。
7.1.4吸附剂与离子交换剂
7.1.4.1吸附剂与离子交换剂通常应具备以下特征 – 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。
b. 任何表面上均能吸附各种吸附质，整个表面吸附情况相同； c. 在吸附剂表面，存在有比一般吸附量更多的吸附点； d. 很快达到平衡； e. 只依赖于吸附质的物理化学特性； f. 依赖于吸附质和吸附剂的物理化学特性。
物理吸附力的本质
范德华力
• A 定向力 极性分子的永久偶极静电力 • B 诱导力 极性分子与非极性分子之间的吸引力 • C 色散力 非极性分子之间的引力（瞬间偶极） • D 氢键力 介于库仑引力与范德华引力之间的特殊分