第十一章 大孔吸附树脂分离技术

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1、第十一章大孔吸附树脂分离技术大孔吸附树脂(macroporousadsorptionresin)是20世纪60年代发展起来的一种新型非离子型高分子聚合物吸附剂，具有大孔网状结构，其物理化学性质稳定，不溶于酸、碱及各种有机溶剂。由于其具有吸附性能好、对有机成分选择性较高、机械强度高、价格低廉、再生处理方便等特性，特别适合于制药工业领域中药物的分离纯化。目前大孔吸附树脂色谱被广泛应用于天然药物有效部位及有效成分的分离和纯化，有些已经用于工业化生产中，并取得了较好的效果。近年来又合成出了一些新型大孔吸附树脂，使得交换容量和选择性有所提高。第一节大孔吸附树脂分类与分

2、离原理一、大孔吸附树脂分离原理（一）吸附概念吸附是指固体或液体表面对气体或溶液中溶质的吸着现象。它可分为物理吸附和化学吸附两类。物理吸附是靠分子间作用力相互吸引的，一般情况下吸附热较小，如活性炭吸附气体，被吸附的气体可以很容易地从固体表面放出，并不改变气体和吸附剂的性状，因此物理吸附是一种可逆过程。化学吸附是以类似于化学键的力相互吸引，一般情况下吸附热较大，由于其活化能高，所以有时称为活化吸附，被吸附的物质往往需要在很高的温度下才能放出，且放出的物质往往已经发生了化学变化，不再具有原来的性状，所以化学吸附大都是不可逆的过程。化学吸附和物理吸附有很大区别，但有

3、时很难严格区分，二者可以同时在固体表面上进行。同一物质，可能在较低的温度下进行物理吸附，在较高的温度下进行化学吸附(见表11-1)。（二）吸附作用吸附作用是一种表面现象，是吸附表面界面张力缩小的结果。吸附剂与液体接触吸附其中溶质的机制在于：固体或液体中的分子或原子都是处在其他分子或原子的包围之中，分子或原子之间的相互作用是均等的。但在表面上却不同，分子或原子向外的一面没有受到包围，存在着吸引其他分子的剩余力，这种剩余作用力在表面产生吸附力场，产生吸附作用，吸附力可以是范德瓦尔斯力、氢键、静电引力等。该力场可以从溶液中吸附其他物质的分子，被吸附在吸附剂表面上的

4、分子受到来自于吸附剂表面的吸附力和溶剂的脱吸附力的共同影响，因此每一分子既可能吸附在吸附剂表面，又有可能重新回到溶剂中去。在宏观上，当吸附达到一定时间后，如果从溶液中吸附到吸附剂表面的分子数与从吸附剂表面脱吸附到溶液中去的分子数相同，那么此时就建立起吸附平衡。此时，吸附剂对吸附质的吸附量称为平衡吸附量。平衡吸附量的大小与吸附剂的物化性能一比表面积、孔结构、粒度、化学结构等有关，也与吸附质的物化性能、压力（或浓度）、吸附温度等因素有关。在吸附剂和吸附质一定时，平衡吸附量Q0就是分压力P(或浓度C)和温度t的函数，即Q0=f(P，f)(11-1)大孔吸附树脂是一

5、种高分子聚合物，由聚合单体和交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂经聚合反应制备而成，具有一般吸附剂的共性。聚合物形成后，致孔剂被除去，在树脂中留下了大大小小、形状各异、互相贯通的孔穴。因此大孔吸附树脂在干燥状态下其内部具有较高的孔隙率，孔径较大，故称为大孔吸附树脂。从显微结构上观察，大孔吸附树脂是由许多彼此间存在网状孔穴结构的微观小球组成。由于孔形状的不规则性，当把树脂内的孔穴近似看做圆球形时的直径称为孔径，由于树脂内的孔穴大小不一，故呈一定的孔径分布。为了能相对地表征孔的大小，一般先将孔简化为某种规则的模型，如圆筒型孔、平板型孔、楔型孔等。在吸附树脂的孔参数的测

6、定与计算中，一般采用圆筒型孔模型。由于孔的大小很不均匀，故表征孔径时常用平均孔径和孔径分布。通常所说的吸附树脂的孔径实际上是指平均孔径。r=2V/S(11-2)式中，r为圆筒型孔半径，V为其孔体积，S为比表面积。所有微观小球的面积之和就是宏观小球的表面积，亦即树脂的表面积。如果以单位质量计算，将此表面积除以宏观小球的质量，即得比表面积(m2/g)。虽然吸附树脂颗粒的外表面积很小，一般在0.1m2/g左右，但其内部孔的表面积却很大，多为500-1000m2/g，这是树脂具有良好吸附能力的基础。大孔吸附树脂是通过物理吸附从溶液中有选择地吸附有机物质，从而达到分离

7、提纯的目的。大孔吸附树脂是吸附性和分子筛性原理相结合的分离吸附材料，它的吸附性是由于范德瓦尔斯引力或产生氢键的结果，而范德瓦尔斯力是指分子间作用力，包括定向力、色散力、诱导力等；筛选性是由于树脂本身多孔性结构的性质所决定。由于孔隙度比较大而具有很大的比表面积，使得树脂具有良好的筛选吸附性能，比表面积越大，吸附能力越强。吸附性和筛选作用以及本身的极性使得大孔吸附树脂具有吸附、富集、分离不同母核结构化合物的功能。（三）大孔吸附树脂的吸附等温线当大孔吸附树脂在一定条件下从溶液中吸附某种物质时，存在着大孔吸附树脂对溶液中该物质的吸附和溶剂对该物质的脱吸附之间的竞争。

8、在开始时，吸附速度大于脱吸附速度，吸附量增加很快，但