6 吸附分离技术和理论
• 吸附（adsorption）：溶质从液相或气相 转移到固相的现象。
• 按吸附作用力分：物理吸附、化学吸附、 离子交换。
• 应用：原料液脱色，除臭，目标产物的提 取、浓缩。
6.1 吸附分离介质
6.1.1 吸附剂（adsorbent）
● 活性炭：憎水性，脱色、脱臭、废气处理。 ●多孔树脂：聚苯乙烯，聚丙烯酸树脂。 ●硅胶、氧化铝等吸附剂。
离子交换树脂的命名
序号 0 1 2 3 4 5 6
酸 强 弱 强弱 螯 两 氧
碱 酸 酸 碱碱 合 性 化
性 性 性 性性 性
还
原
性
骨 苯 丙 酚环 乙 尿 氯
架 乙 烯 醛氧 烯 醛 乙
名 烯 酸 系系 吡 系 烯
称系性
啶 系
系
6.1.2 离子交换剂性能的评价
交换容量：mmol/g干树脂，或mmol/ml湿
缺点：(1)需换热设备；(2)粒子稳定性差。 高密度吸附介质：
琼脂糖凝胶包埋微米级石英晶体(Streamline介质)； 琼脂糖凝胶包裹磁性Nd-Fe-B合金颗粒(NFBA-S介质) ； 琼脂糖凝胶包裹氧化锆-硅胶微球(4AZB介质) 。
图6图.图269.62.琼728脂StB糖rFeB包aAm-裹lSi氧n介e化质介锆质-硅胶介质
图6.31 膨胀床吸附操作过程
膨胀床优点
与固定床相比：可直接处理具体发 酵液或细胞匀浆液，从而可节省离 心或过滤等预处理过程。
与流化床相比：流体流动状态接近 平推流的方式，轴向饭混较低，效 率高。
与固定床相比膨胀床缺点
（1）操作复杂和繁琐，对操作人员 技能和熟练程度要求高；
（2）料液中的核酸、细胞碎片等可 与介质相互作用，造成介质颗粒聚 集，甚至造成沟流和床层塌陷；
（3）料液中大量的杂质对介质污染 严重，需要严格的清洗和再生操作。
6.7 移动床和模拟移动床吸附
树脂再生
阳离子交换柱和阴离子交换柱分别逆流 通过5%HCl和5%NaOH； 混合柱应先“比重1.2盐水浮选”分离， 然后在分别再生。
固定床吸附特点
效率较高，无返混； 再生周期长； 压降大，粒子阻塞。
6.6 膨 胀 床 吸 附
膨胀床吸附介质
磁性粒子：在外部磁场作用下，磁性粒子呈现 稳定的流化状态。
（伯、应： RSO3-H+ + Na+→ RSO3-Na+ + H+
阴离子交换反应：
RN(CH3)3+OH- + Cl- → RN(CH3)3+ Cl- + OH-
离子交换树脂的命名
D 0 0 1 ×7
交换剂的百分含量 连接号 顺序号 骨架名称 酸碱性 大孔型 D指大孔型树脂，没有D指凝胶型树脂。
影响柱交换容量的因素
填料的特性：交换容量、比表面大小 装填情况： 操作条件：流速
去离子水的制备
自来水
过滤
R-SO3H柱
RN(CH3)3OH柱
去离子水
混合柱
RN(CH3)3OH柱
树脂一般采用强酸型阳离子交换树脂如001×7和强碱 型阴离子交换树脂如201×7 ； 由于交换容量不同，实验中通常采用一根阳离子交换 柱和二根阴离子交换柱。混合柱也应按等交换容量比例 混合； 混合柱的作用：由于离子交换是可逆反应，经过阳离 子交换柱和阴离子交换柱处理的去离子水，还存在着微 量未交换的离子。若让它再通过混合柱，由于两种交换 过程同时进行，离子交换后生成的H+和OH-结合成水而 除去，进一步提高了水的质量。实验室精制去离子水可 采用 5cm×100cm混合柱处理一次去离子水。
树脂，3.6-4.5mmol/g干树脂。
交联度：与孔隙、机械强度有关。 溶胀度：一般，强酸性阳离子交换树脂由
Na转变成H型，强碱性阴离子交换树脂由Cl 型转变成OH型，其体积均增加约5%，近70 ％弱丙烯酸系。
6.1.2 离子交换剂性能的评价
密度：真密度：干真密度和湿真密度
（阳1.2-1.3，阴1.0-1.1）
6.1.2 离子交换剂
• 天然的：磺化煤，天然沸石
• 合成的：离子交换树脂，合成
沸石。
磺化煤
天然沸石
表 6.2 主要离子交换基团及其结构
强酸性 0-99
弱酸性 100-199 强碱性 200-299
弱碱性 300-399
磺酸基
—SO3-
羧甲基
—COO-
三甲氨基 （季铵盐）
—N+(CH)3
二乙氨基乙基 （DEAE)
●分子筛：筛分作用，除水，混合物分离。
生物大分子层析专用：纤维素凝胶，琼脂糖凝
胶，葡聚糖凝胶，聚丙烯酰胺凝胶和羟基磷灰石。
活性炭是工业上普遍使用的吸
附剂，常用于脱色和除臭。
吸附树脂
+
苯乙烯 骨架
二乙烯苯
聚苯乙烯
交联剂
聚苯乙烯树脂
吸附树脂特性
按孔道结构分：大孔型树脂、凝胶型吸附树脂。
吸附树脂与活性炭相比：吸附选择性高，易于 解吸。 大孔型树脂与凝胶型吸附树脂：机械强度高。 吸附树脂适用于从水溶液中分离低极性或非极 性化合物。
视密度（堆积密度）：干视和湿视密度
（阳：0.75-0.9，阴0.6-0.75）
树脂
空隙
6.1.2 离子交换剂性能的评价
pH范围：弱酸：5-14；弱碱：1-9。
阴阳离离子子交交换换剂剂
1.0
强
f
弱弱
强
02 4
6
8 10 12 pH
图6.2 离子交换剂的离子化率f与pH的关系
离子交换树脂的预处理
1. 用水浸泡4-6h 2. 分别用1mol/L的盐酸或氢氧化钠进行酸
6.4 常用操作方式
1) 分批操作法： 静态操作法
2) 固定床操作法： 动态操作法
6.5 固定床吸附操作
1.0
c/co
0.05
图6.14 固定床吸附操作
穿透点 体积
图6.15 穿透曲线
1.0 0.9
c/co
0.05
穿透点 VE 体积 VB 饱和点
QB=COVB — COVε QE=QB+1/2(COVE-COVB)
碱洗涤，中间需用蒸馏水洗至近中性， 反复操作2-3次。 3. 按要求转型。
6.2 吸附平衡理论
6.2.1 吸附等温线
• 低浓度：亨利Henry：q＝mc • 浓度较高时： Langmuir方程：q＝qmc/(kd+c) Freudlich方程：q＝kcβ 0.1＜β＜1
q/(mg/g)
C0=1mg/mL 5mg/mL 10mg/mL 50mg/mL 100mg/mL c/(mg/mL)