吸附剂通称离子交换剂 ion exchanger 离子交换树脂 ion exchange resin
第六章 吸 附 分 离
1. 离子交换吸附特点
1） 吸附剂其它性质不变，对相反离子的吸附是动态 平衡过程。 2）吸附强弱与吸附剂表面的电荷密度有关。 3）吸附强弱取决于被吸附离子的电荷数与离子的水 化半径大小。离子带电荷越多，在吸附剂表面的吸 附力越强；电荷相同时，水化半径越小，越易被吸 附。 4）吸附有电性选择性，吸附相反电荷离子。
第六章 吸 附 分 离
产生吸附原因---吸附作用力 物理吸附，化学吸附，固液相多种相互作用力
离疏亲 子水和 交作吸 换用附 吸吸 附附
第六章 吸 附 分 离
3. 吸附剂（adsorbent）
固体表面对溶质的吸附作用是由固体的表面力所引 起。表面上能发生吸附作用的固体称为吸附剂，是 吸附作用的主体。
第六章 吸 附 分 离
吸引力
合力
5）作用力与分子间距关系 分子间距离大时，范德华力
较弱。分子间距离小，范德
吸引力
华力增大，有利于分子间吸
附。当距离过小时，产生推
距离
0
A
推斥力
B 斥力。 最佳距离为吸附分子中心间
的距离比一个分子半径稍大
一点OA， 吸附物分子处于
最稳定状态。
推斥力
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
一、吸附分离概述 二、吸附的理论基础 三、离子交换吸附 四、生物分子的吸附类型 五、吸附分离工艺
第六章 吸 附 分 离
一. 吸附分离概述
1. 吸附（adsorption） 吸附是相转移过程，溶质从气相或液相转移到固相
发生在表面----吸附？？ 发生在全相----吸收？？
离子交换树脂的结构-网络骨架
苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系
第六章 吸 附 分 离
离子交换树脂结构
骨架：接有功能基团，本身是惰性
功能基团：连接在骨架 上，可与 相反离子结合
活性离子：与功能基团所带电荷相 反的可移动的离子
待交换分子：在吸附阶段可与活 性离子交换，与骨架上的功能基 团结合
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
2.离子交换树脂的结构
三部分组成： • 1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架，
使树脂具有化学稳定性和机械强度； • 2.与骨架相联的功能基团； • 3.与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称
为活性离子，它在树脂骨架中的进进出出，就 发生离子交换现象。
第六章 吸 附 分 离
A：被吸附的吸附物分子； Amax：表面吸附饱和时的分子数； Kad：在理想状态下平衡的解离常数
a. 当吸附分子浓度很高时， [A] 值很大，Kad[A]>> 1
A = Amax ，表面吸附处于饱和状态，单分子层吸附完全， 不可能有更多的分子再被吸附；
b. 当吸附分子浓度低时，[A] 值小， Kad[A] <<1
第六章 吸 附 分 离
5. 吸附分离应用
工业生产（脱色，除臭，吸湿） 生物产品（除菌，蛋白质分离、纯化） 层析（色谱）分离 利用各种吸附原理，但保持吸附与解吸的动态过程
第六章 吸 附 分 离
二 吸附过程的理论基础
第六章 吸 附 分 离
吸附的类型
（1） 物理吸附: 放热，可逆，单分子层或 多分子层，选择性差
第六章 吸 附 分 离
• 典型的吸附过程包括四个步骤：
待分离的料液 通入吸附剂
吸附质被吸附 在吸附剂表面
吸附质解吸 吸附剂再生
料液流出
第六章 吸 附 分 离
2. 吸附的本质
固体表面分子(原子) 处于特殊的状态。
固体内部分子受力对称，处于力平衡态。 界面分子 受两相分子不相等的作用力，受力不平衡，存在固 体的表面力。表面力可吸附外界的分子，原子，在 表面形成多分子层，单分子层。
（2） 化学吸附: 放热量大，单分子，选择 性强
（3） 交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等 当量的离子到溶液中
第六章 吸 附 分 离
物理吸附与化学吸附的特点
项目
物理吸附
化学吸附
作用力
范德华力
化学鍵力
吸附热
较小,接近液化热 较大,接近反应热
选择性 吸附速度 吸附分子层
较差
较快，需要的活 化能很小 单分子层或多分 子层
第六章 吸 附 分 离
物理吸附力的本质
吸附质和吸附剂之间的作用力－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
间的特殊分子间定向作用力
第六章 吸 附 分 离
S：为吸附剂表面未被占有的活性点；
AS：为吸附剂表面上所吸附的吸附物分子。
Kad：在理想状态下平衡的解离常数 （可用浓度代替活度表示）
: 表面占据分率
[AS]
= [AS]+[S]
= Kad[A]
Kad[A]+1
第六章 吸 附 分 离
Langmuir 等温线 Amax Kad [A]
A= 1 +Kad [A]
吸附力越大, C/m就愈小。 若 CA=CB，且B与吸附剂的吸附力大于A，则：
CA > mA
CB mB
由于A 的吸附力小，它将首先 从吸附剂中解吸附。然后B解 吸附。
第六章 吸 附 分 离
2. 化学吸附
电子转移
吸附剂
吸附分子
化学吸附特点：
（1） 吸附分子与吸附剂发生化学反应； （2）不存在吸附平衡，吸附过程不可逆； （3） 吸附有选择性，取决于二者间的化学性质； （4） 吸附剂的表面积，细孔分布，温度决定吸附 量的大小；
第六章 吸 附 分 离
吸附是在吸附剂的活性中心上进行的； 这些活性中心具有均匀的能量，且相隔较远，因此 吸附物分子之间无相互作用力； 每个活性中心只能吸附一个分子，即形成单分子吸 附层。
第六章 吸 附 分 离
A + S Kad AS
[AS] Kad = [A][S]
( aAS ) aAaS
A：未被吸附的吸附物分子；
c 吸附分子的平衡浓度；
Freundlich 是在大量实验基础上 总结出的经验公式。描述了大量 抗生素，类固醇，甾类激素的 吸附过程。
K 和 n 为经验参数，可从双 对数坐标图上曲线的截距和 斜率求得。一般1<n<10。
第六章 吸 附 分 离
吸附等温线中吸附物浓度C 和吸附量m的比是衡量吸 附剂对吸附物吸附性强弱的尺度。
R－SO3－骨架； SO3－ H＋(Na+) 化学功能团。
活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂， 与阳离子发生交换 活性离子为阴离子，称阴离子交换树脂， 与阴离子发生交换
第六章 吸 附 分 离
离子交换吸附剂组成和分类
骨架
亲水性 疏水性
纤维素 葡聚糖 琼脂糖
聚苯乙烯等 有机高分子
组成
阳离子功能基
功能基
第六章 吸 附 分 离 三. 离子交换吸附
第六章 吸 附 分 离
离子交换吸附 ion exchange
离子交换吸附剂表面键合离子基 团或可离子化基团。通过静电引力吸 附溶液中带相反电荷的离子。
离子交换吸附过程中发生离子转 移，吸附剂与溶液中离子发生离子交 换，吸附剂吸附溶液离子后，同时要 放出等当量的离子于溶液中。
第六章 吸 附 分 离
一般吸附操作在恒温下进行，m只是浓度c的函数。 m与c的关系曲线称为吸附等温线。
m=k c
k:分配系数 c:溶液浓度 m: 吸附浓度
吸附等温线可以表示平衡 吸附量，判断吸附作用力 的大小以及吸附剂的性能 和结构。
第六章 吸 附 分 离
吸附等温线
Freundlich等温线 单分子层
A = Amax Kad[A]，被吸附的吸附分子的量与吸附分子的平 衡浓度呈正比。
第六章 吸 附 分 离
Langmuir （b） 浓度低时，呈线性关系 浓度高时，吸附达饱和，完成单 分子吸附过程，吸附不再进行。
第六章 吸 附 分 离
弗罗因德利希（Freundlich）等温线
m = Kc1/n
lg m = lgK + n-1lgc m 单位质量附 分 离
3）色散力:
非极性分子间的引力 ，分子间瞬时产生的偶极 矩引起。 (分子由于外围电子运动及原子核的振动, 使分子的 正负电荷中心出现瞬时相对位移,产生快速变化的瞬 时偶极矩。瞬时偶极矩能使外围非极性分子极化， 被极化的分子又影响瞬时偶极矩的变化。)
U=
3 I a2 4r 6
色散力大小与分子间距，极化度以及分子中的
+ N
RRR123
强阴离子交换剂 弱阴离子交换剂
阴离子功能基
SO-24 COO-
强阳离子交换剂 弱阳离子交换剂
R H R1，2，3 =H
第六章 吸 附 分 离
2. 1 离子交换吸附剂理化性能及评价
（1）颗粒形状及大小 一般为球形，20-60目（0.25-0.84mm）球形可减少流 体阻力
颗粒大小影响离子交换能力，影响树脂层中溶液流 动分布的均匀程度，影响溶液通过树脂层的压力以 及交换和分离的效率。
第六章 吸 附 分 离
树脂的网络 骨架
第六章 吸 附 分 离吸附法概述 树脂的网络骨架
第六章 吸 附 分 离
4. 吸附分离
利用吸附剂使物质在固体表面吸附，浓缩，从而 除去气相，液相中废弃组分或回收有用目标产物 的过程。
吸附分离可用于 1）除去杂质（使杂质吸附在固相，溶质保留在 液相） 2）提取目标物（目标物吸附在固相，保留固相， 再解吸目标物)