第1页：20 吸附
20 吸附：本页以图示/符号为主，源文件未提取到可读文字，建议对照原课件图片补充要点。
第2页：吸附现象Arain –damp;B冰箱除
吸附现象Arain –damp;B冰箱除：异味C变色硅胶
第3页：20.1 吸附过程理论基础
20.1 吸附过程理论基础：20.1.1 基本概念吸附溶质从液相或气相转移到固相的现象。(该过程包括两相:液相(气相)→固相)表面能发生吸附作用的固体称为吸附剂(吸附介质),一般为多孔微粒或多孔膜.被吸附的溶质称为吸附物.
第4页：吸附机制：固体表面分子
吸附机制：固体表面分子：(或原子)处于特殊的状态。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于平衡。但在界面分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从外界吸附分子、原子、或离子，并在吸附表面上形成多分子层或单分子层。
第5页：吸附作
吸附作：用:物质从气体或液体浓缩到固体表面从而实现分离的过程吸附剂:在表面上能发生吸附作用的固体吸附物:被吸附的物质
第6页：吸附法的特点
吸附法的特点：①常用于从稀溶液中将溶质分离出来，由于受固体吸附剂的限制，处理能力较小；②对溶质的作用较小，这一点在蛋白质分离中特别重要；③可直接从发酵液中分离所需的产物，成为发酵与分离的耦合过程，从而可消除某些产物对微生物的抑制作用；④溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常是非线性关系，故设计比较复杂，实验的工作量较大。
第7页：优点： 有机溶剂掺入少 操作简便
优点： 有机溶剂掺入少 操作简便
- 优点：
- 有机溶剂掺入少
- 操作简便，安全，设备简单
- pH变化小，适于稳定性差的物质缺点：
- 选择性差
- 收率低
- 无机吸附剂性能不稳定
- 不能连续操作，劳动强度大
- 碳粉等吸附剂有粉尘污染
第8页：20.1.2 吸附的类型物理吸附
20.1.2 吸附的类型物理吸附
- 20.1.2 吸附的类型物理吸附:吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸附。特点
- 是放热过程
- 吸附物分子状态变化不大，需要的活化能很小，多数在较低温下进行。
- 达吸附平衡时间非常短
- 吸附过程可逆
第9页：化学吸附
化学吸附
- 化学吸附：化学吸附是由于吸附剂和吸附物之间的电子转移，发生化学反应而产生。特点
- 释放大量的热
- 单分子层吸附，稳定，不易解吸
第10页：交换吸附1st极性吸附
交换吸附1st极性吸附：吸附剂表面如为极性分子所组成，则会吸引溶液中逞相反极性的物质或离子而形成双电层，这种吸附称为极性吸附。2nd离子交换:在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中。吸附剂表面键合的离子基团或可离子化基团,通过静电引力吸附带有相反电荷的离子,吸附过程发生电子转移.
第11页：20.1.3 吸附力的本质
20.1.3 吸附力的本质
- 20.1.3 吸附力的本质
- 吸附质和吸附剂之间的作用力：
- 范德华力：定向力:极性分子之间静电力.由极性分子的永久偶极距产生.诱导力：极性与非极性之间引力.极性分子产生的电场作用会诱导非极性分子极化,产生诱导偶极距.色散力：非极性分子之间引力.瞬时偶极距.
第12页：吸附剂的类型种类包括非孔型
吸附剂的类型种类包括非孔型：多孔型和凝胶型。多孔型：生物产物的脱色，除臭活性炭：硅胶、硅藻土：大网格吸附剂：有机高分子材料，如聚苯乙烯，聚酯。凝胶型：纤维素凝胶，琼脂糖凝胶，匍聚糖凝胶等。
第13页：
第14页：硅藻土过滤机
硅藻土过滤机
第15页：吸附剂的性
吸附剂的性
- 吸附剂的性能表征
- 化学成分
- 材料结构
- 比表面积：单位质量物体所具有的表面积(m2/g)测量方法：BET法一般采用B.E.T(Brunueer-Emmett-Teller)法：在液氮温度下(-196°C)，用吸附剂吸附氮气，在吸附剂表面形成单分子吸附层，测定氮气的吸附体积vm(cm3/g)，计算比表面积a(cm2/g):N-阿弗加德罗常数，s-被吸附分子的横截面积，在-196°C氮气分子的s=1.62
- 10-15cm2。
第16页：平均孔径、或平均粒度
平均孔径、或平均粒度
- 平均孔径、或平均粒度,及其分布，孔隙率测量方法：压汞法孔径及分布测定吸附剂的孔径及分布可采用水银压入法，利用汞孔度计测定。当压力升高时，水银可进入到细孔中，压力p与孔径d的关系为
- -水银的表面张力(0.48N/m2)，
- -水银与细孔壁的接触角(=140°)。通过测定水银体积与压力之间的关系即可求出孔径的分布情况。
第17页：
第18页：20.1.4 吸附平衡理论
20.1.4 吸附平衡理论
- 20.1.4 吸附平衡理论
- 吸附是一种平衡分离方法，根据不同溶质在液固两相间分配平衡的差别实现分离。
- 当溶质在液固两相间达到吸附平衡时，吸附剂上的平衡吸附质浓度q是液相游离溶质浓度c和温度T的函数。
- 吸附等温线当温度一定时，平衡吸附量q与液相游离溶质浓度c之间的函数关系称为吸附等温线。
第19页：常见吸附平衡等温线1Henry型
常见吸附平衡等温线1Henry型：(线性)：q =mc在低浓度范围内成立2 Freundlich型(非线性)q=kcβ3 Langmuir型(非线性)qm：饱和吸附量；Kd：吸附平衡的解离常数4. Rectangle 型：亲和吸附
第20页：Langmuir 吸附平衡理论基础
Langmuir 吸附平衡理论基础：吸附剂上存在许多活性位点，每个活性位点具有相同的能量，只能吸附一个分子，并且被吸附的分子间无相互作用，从而形成单分子吸附层。尽管Langmuir平衡模型可很好地拟和蛋白质的吸附平衡等温线，但它只是一种表象平衡模型，而非机理模型，蛋白质的吸附不满足单分子层吸附理论。
第21页：吸附等温线的绘制通过平衡吸附实验测定
吸附等温线的绘制通过平衡吸附实验测定
- 吸附等温线的绘制通过平衡吸附实验测定：
- 摇瓶间歇吸附法
- 动态色谱吸附法
第22页：20.1.5 影响吸附过程的因素
20.1.5 影响吸附过程的因素
- 20.1.5 影响吸附过程的因素
- (1)吸附剂的性质
- (2)吸附物的性质
- (3)溶液的pH
- (4)温度
- (5)其他组分
第23页：20.2 大网格聚合物吸附剂
20.2 大网格聚合物吸附剂：20.2.1 大网格聚合物吸附剂的类型和结构按骨架的极性强弱：非极性系列：苯乙烯-二乙烯苯，芳香族吸附剂中等极性：甲基丙烯酸酯，脂肪族吸附剂
第24页：20.2.2 大网格聚合物吸附剂
20.2.2 大网格聚合物吸附剂：的合成步骤：聚合：高分子聚合：单体，交联剂，引发剂，制孔剂和分散剂。悬浮聚合和乳液聚合。修饰：在基质表面键合所需的功能基团。举例：悬浮聚合法制备多孔高分子微球。
第25页：介质A(1
介质A(1：000×) 介质A(10,000×)介质B(1,000×) 介质B(10,000×)
第26页：应用: 脱色：食品等.
应用: 脱色：食品等.
- 应用:
- 脱色:食品等.
- 水中溶解度小的生化产品的吸附:维生素B12;脂溶性的抗生素:四环素, 土霉素,红霉素,大环内脂类.
- 污水处理:
- 色谱柱的载体:
第27页：20.3 其他类型的吸附 疏水作用吸附
20.3 其他类型的吸附 疏水作用吸附
- 20.3其他类型的吸附
- 疏水作用吸附
- 盐析吸附
- 亲和吸附
- 染料配位体吸附
- 免疫吸附
- 固定金属螯合吸附
- 羟基磷灰石吸附
第28页：20.4 固定床吸附
20.4 固定床吸附
- 20.4 固定床吸附
- 固定床吸附是吸附分离操作中常采用的设备.
- 固定床吸附设备
第29页：固定床吸附操作穿透曲线
固定床吸附操作穿透曲线：吸附过程中吸附塔出口溶质浓度的变化曲线。穿透点：出口处溶质浓度开始上升的点称为穿透点。穿透时间：达到穿透点所用的操作时间。
第30页：固定床吸附操作 吸附带
固定床吸附操作 吸附带
- 固定床吸附操作
- 吸附带(浓度波):吸附柱中液相(或固相)溶质浓度从c0(或q0)到0的分布区域.
- 传质区:吸附带内溶质浓度不断变化,液固之间尚未达到吸附平衡,存在传质现象,吸附带所覆盖的区域.
第31页：固定床吸附操作 恒定图式
固定床吸附操作 恒定图式
- 固定床吸附操作
- 恒定图式:吸附带的浓度波以一定的形状移动,称此浓度分布为恒定图式.恒定图式吸附带只有在优惠吸附时才发生.
- 优惠吸附:吸附等温线上凸,如Langmuir 或Freundlich型)
第32页：固定床吸附操作 利用固定床吸附的穿透曲线
固定床吸附操作 利用固定床吸附的穿透曲线
- 固定床吸附操作
- 利用固定床吸附的穿透曲线可以测定溶质的吸附平衡关系.动态色谱吸附法:
- 利用不同浓度的溶液反复进行吸附操作,即可获得吸附平衡关系
第33页：固定床吸附操作 多柱串联
固定床吸附操作 多柱串联
第34页：固定床吸附过程理论 穿透曲线的预测
固定床吸附过程理论 穿透曲线的预测
- 固定床吸附过程理论
- 穿透曲线的预测是固定床吸附过程设计与操作的基础.
- 轴向扩散模型:理想的平推流流动+轴向反混.反混程度用Dz(轴向扩散系数)表示.
第35页：固定床吸附过程理论轴向扩散摸型
固定床吸附过程理论轴向扩散摸型：假设:1.在与流体流动方向垂直的每一截面上,具有均匀的径向浓度2.在每一截面及流体流动的方向上,流速和轴向扩散系数均为恒定值3.溶质浓度为轴向距离的连续函数
第36页：固定床吸附过程理论 轴向扩散模型
固定床吸附过程理论 轴向扩散模型
- 固定床吸附过程理论
- 轴向扩散模型
- Dz为轴向扩散系数,可用文献中的关联式计算.
- H为柱内固液体积比.
- TR为传质速率,可具有各种不同表达式,因此该理论模型可派生出各种不同的传质速率模型.
第37页：固定床吸附过程理论 液相中溶质吸附到固体
固定床吸附过程理论 液相中溶质吸附到固体
- 液相中溶质吸附到固体吸附剂的速率TR的影响因素:1.吸附剂外表面液膜内扩散传质2.吸附剂内孔扩散3.吸附溶质的表面扩散4.溶质的表面吸附
第38页：固定床吸附过程理论 表面吸附速率控制
固定床吸附过程理论 表面吸附速率控制
- 固定床吸附过程理论
- 表面吸附速率控制
- 液膜扩散速率控制
- 内扩散速率控制
- 简化的速率方程动力学速率方程线性推动力方程
第39页：固定床吸附过程理论 恒定图式假设
固定床吸附过程理论 恒定图式假设
- 恒定图式假设:浓度波为恒定图式时,吸附过程的设计计算可大大简化.以线性推动力速率方程为例,阐述该假设的应用.设吸附平衡为Langmuir型,则有:
第40页：
第41页：20.6 膨胀床吸附
20.6 膨胀床吸附：膨胀床是发展中的吸附分离技术.在蛋白质类生物大分子的单步纯化分离过程有着诱人的开发潜力.
第42页：膨胀床吸附 流化床
膨胀床吸附 流化床
- 膨胀床吸附
- 流化床：床内吸附粒子呈流化状态.
- 膨胀床：是液固相返混程度较低的液固流化床.
第43页：膨胀床吸附 兼
膨胀床吸附 兼
- 膨胀床吸附
- 兼有固定床和流化床的优点.流化的固相介质基本可以悬浮在床内的固定位置流体流动状态以平推流的方式流经床层.
- 集料液澄清，目标产物浓缩和分离纯化为一体的生物集成分离技术.特点
第44页：膨胀床吸附最小流化速率
膨胀床吸附最小流化速率：终端速率:
第45页：膨胀床吸附 固相分级特性膨胀床中固相介质
膨胀床吸附 固相分级特性膨胀床中固相介质
- 固相分级特性膨胀床中固相介质按各自终端速率的不同沿膨胀床的轴向方向会出现一定的分布.终端速度大(或高密度)的大粒子,主要集中在床层的底部,终端速度小的小粒径粒子,主要集中在床层的顶部.这种规律性分级是固定床稳定的基础.
第46页：膨胀床吸附介质 磁性粒子 具
膨胀床吸附介质 磁性粒子 具
- 膨胀床吸附介质
- 磁性粒子
- 具有一定的密度分布和粒径分布的吸附剂固定床吸附介质应满足:1.吸附剂的尺寸和密度应保证其终端速率与料液中需除去的固形颗粒间有明显的差异.2.应具有良好的孔道结构,不易被料液中的脂类,核酸和蛋白质等生物物质污染.3.应具有活性基团,可以修饰吸附目标产物的配基,并对目标产物具有较高的吸附容量.
第47页：4.具有较高的化学稳定性和良好的机械强度
4.具有较高的化学稳定性和良好的机械强度：保证其可以承受苛刻的原位清洗,使用寿命长.5.具有良好的传质性能,在较高的流速下,可以保持较高的吸附容量.发展趋势:高密度,小粒径介质
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第50页：膨胀床设备 流体分布器
膨胀床设备 流体分布器
- 膨胀床设备
- 流体分布器:保证床截面的流速分布均匀,减少沟流等不规则流动;保证料液中固形粒子自由通过,并对吸附剂有截流作用;
- 高度调节器
- 膨胀床柱:
第51页：膨胀床吸附操作和应用应
膨胀床吸附操作和应用应：用:利用STREAMLINE DEAE 为吸附剂,从酵母细胞匀浆液纯化葡萄糖-6-磷酸脱氢酶
第52页：膨胀床吸附模型 液相轴向扩散模型
膨胀床吸附模型 液相轴向扩散模型
- 膨胀床吸附模型
- 液相轴向扩散模型
- 固相轴向扩散模型
- 吸附剂对蛋白质的孔扩散模型:
第53页：思考题
思考题
- 思考题
- 1.吸附的本质是什么?
- 2. 吸附的类型有哪些?作用力各是什么?
- 3.常用的吸附剂有哪些?
- 4.吸附剂的主要性能参数及表征方法.
- 5.影响吸附过程的因素.
- 6.大网格吸附剂的主要应用.
- 7.固定床和膨胀床的区别?
