第六章 吸附与离子交换-制药工程原理与设备

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1、Chapter6吸附与离子交换Adsorptionseparation主要内容6.1吸附6.2离子交换法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。料液与吸附剂混合吸附质被吸附料液流出吸附质解吸附Step1Step2Step3Step46.1吸附一、基本原理吸附特点：（1）不用或少用有机溶剂（2）操作简便，安全（3）吸附剂对溶质的作用小（4）吸附平衡为非线性（5） 选择性差按吸附质与吸附剂之间相互

2、作用力的不同，吸附分为物理吸附和化学吸附两大类物理吸附：吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。为可逆吸附，易液化的气体容易被吸附，吸附放热与气体的液化热相近，20～40KJ/mol。化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。一般为不可逆吸附，放热量大，40～400KJ/mol，接近于化学反应。两种吸附类型及其主要特点物理吸附化学吸附吸附作用力分子间引力化学键合力选择性较差较高所需活化能低高吸附层单层或多层单层达到平衡所

3、需时间快慢吸附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。二、常用吸附剂常用吸附剂活性白土(漂白土)：由50～70%SiO2、10～16%Al2O3、氧化铁和氧化镁等组成，制药中常用作脱色剂。活性炭（Activecarbon）活性炭种类颗粒大小表面积吸附力吸附量洗脱粉末活性炭小大大大难颗粒活性炭较小较大较小较小难锦纶活性炭大小小小易常用吸附剂粉末活性炭锦纶活性炭活性炭对物质的吸附规律活性炭是非极性吸附剂，能优先从水溶液中吸附非极性溶质，且溶解度较小的溶质更容易被吸附。针对不同的

4、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（4）pH值低有利于吸附（5）温度吸附未平衡前随温度升高而增加常用吸附剂硅胶：多孔极性吸附剂，表面富含羟基，含水量为3～7%，吸附能力随含水量的增加而下降。制药中常用作气体干燥以及层析分离。常用吸附剂氧化铝：又称活性矾土，多孔性，吸附能力较强的吸附剂。也是一种极性吸附剂，吸附能力随含水量的增加而下降。干燥剂、催化剂或催化剂的载体。常用吸附剂分子筛：称为

5、世界上最小的“筛子”，晶态的金属硅铝酸盐矿物，结构中形成许多与外部相通的均一微孔，具有高度选择性，较强的吸附性能。凡是比分子筛孔径小的分子可通入孔道中，而较大者则留在孔外，借此筛分各种分子大小不同的混合物。在低浓度和高温下，仍能保持较高的吸附能力。分子筛主要用于气态物的分离和有机溶剂痕量水的除去，实验室一般采用4-5A的分子筛。常用吸附剂-大孔吸附树脂大孔性树脂的特性大孔吸附树脂是一种不含交换基团的,具有大孔结构的高分子吸附剂。这是一种新型的介于离子交换树脂和活性炭之间的优良吸附剂。通常大孔性树脂是聚苯乙烯和二乙烯苯的共聚物，它们具有多孔性的

6、巨大网状结构。大孔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。常用吸附剂-大孔吸附树脂大孔吸附树脂吸附容量大、选择性好、易于解吸、机械强度高、再生处理简便、吸附速度快等优点。特别适用于从水溶液中分离低极性或非极性化合物。近年来，大孔吸附树脂已成功用于头孢菌素、维生素和林克素梅等的吸附提取。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、

7、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。大孔吸附剂吸附规律（1）非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质（2）高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质（3）中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力（4）水溶液中，同族化合物分子量大，极性弱易吸附（5）无机盐促进吸附三、吸附平衡与吸附等温线吸附量的大小与吸附剂本身的性能有关，另外，还与温度和压力等外部条件有关。恒压下，吸附量与平衡浓度之间存在一定的关系，可通过实验测定，并用曲线表示，这种曲线称为吸附等压线。同理，恒温下测得的吸附量与平衡浓度之间的关系曲线称为吸附等温线，若用函数关系式表示，则称为吸附等温线方

8、程式。吸附平衡三、吸附平衡与吸附等温线随吸附过程的进行，吸附剂表面被吸附分子所覆盖的比例不断增加，相应的，吸附速度不断减小，解吸速度不断增大。当吸附速度与解吸速度相