生物分离工程之离子交换法ppt课件.ppt

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1、离子交换法生物分离过程的一般流程原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物路线一路线二细胞破碎碎片分离路线一A路线一B清液－胞外产物粗分离(沉淀/膜过滤/萃取)纯化(离子交换/层析/吸附脱盐(凝胶过滤、超滤)浓缩(超滤)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性什么是离子交换？离子交换的机理是什么？离子交换树脂的分类？离子交换树脂的理化性质有哪些？离子交换的选择性受哪些因素影响？基本的离子交换操作过程是怎样的？本章内容离子交换剂是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。无机离子交换剂有机离子交换剂沸石、磺化煤离子交换树脂离子交换法概述离子

2、交换长期以来应用于水处理和金属的回收。在生物工业中，由于离子交换法分辨率高、工作容量大且易于操作，几乎所有的生物分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换法已广泛用于生物分子的分离纯化技术。主要应用在抗生素、氨基酸、有机酸等小分子的提取分离。近年来在蛋白质等生物大分子的分离提取也有应用。离子交换法概述离子交换树脂的出现已有近80年的历史.离子交换树脂发展史上的3个重要阶段1933年Adams和Hofms发明了缩聚类酚醛型阳、阴离子交换树脂,二战及二战后期离子交换树脂大发展1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和化学品公司先后开始工业生产，在第二次世界大战中

3、，美国获得了苯乙烯系和丙烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。它开创了当今离子交换树脂制造方法的基础。离子交换树脂的发展离子交换法概述50年代以后，开展了膜状离子交换树脂的研究,开辟了电化学的新领域。50年代末，60年代初期,又研制出耐压、耐磨、高交换速度、能交换或吸着高分子量化合物的大孔离子交换树脂。70年代以后，出现了各种大孔吸附树脂及特种树脂。我国在1950年以后开始离子交换树脂的研究，1956年何炳林提出并合成了大孔型离子交换树脂1958年，离子交换树脂在国内正式投入工业化生离子交换树脂的发展离子交换法概述离子交换树脂的结构离子交换法概述其结构由三部分组成：1

4、.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.是与骨架相联的功能基团；3.是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。离子交换树脂的结构-网络骨架离子交换法概述苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系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活性离子：与功能基团所带电荷相反的可移动的离子离子交换法概述离子交换法概述活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂，与阳离子发生交换活性离子为阴离子，

5、称阴离子交换树脂，与阴离子发生交换离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。离子交换层析原理离子交换法概述主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离。选择适当条件可使一些溶质分子变成离子态，通过静电作用结合到离子交换剂上，而另一些物质不能被交换，这两种物质就可被分离。带同种电荷的不同离子虽都可以结合到同一介质上，但由于带电量不同，与介质的结合牢度不同，改变洗脱条件可依次被洗脱而达到分离的目的。离子交换法概述离子交换层析原理离子交换层析原理开始吸附解吸解吸结束再生①②④⑤离子交换法概述③样品解吸剂再生剂

6、-----++-------二.离子交换树脂的分类二.离子交换树脂的分类按化学功能团分阳树脂，酸性基团，(弱酸性、强酸性)阴树脂，碱性基团，(弱碱性、强碱性)活性离子H＋氢型阳树脂；活性离子OH－羟型阴树脂；活性离子为其它离子统称盐型树脂。1阳离子交换树脂交换前交换达到平衡后二.离子交换树脂的分类2阴离子交换树脂交换前交换达到平衡后二.离子交换树脂的分类一般以磺酸基一SO3H作为活性基团，交换反应以磺酸型树脂与氯化钠的作用为例，可表示如下：由于是强酸性基团，其电离程度不随外界溶液的pH而变化，所以使用时的pH一般没有限制。此外，以磷酸基一PO(OH)2和次磷酸基一P

7、HO(OH)作为活性基团的树脂具有中等强度的酸性。1强酸性阳离子交换树脂二.离子交换树脂的分类苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的结构—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—∣∣SO3-H+∣SO3-H+SO3-H+—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—SO3-H+···—CH2—CH—CH2—···SO3-H+HC=CH2HC=CH2m+nHC=CH2二.离子交换树脂的分类2弱酸性阳树脂功能团可以为羧基-COOH，-OH(酚羟基）这类树脂的电离程度小，其交换性能和溶液的pH有很大关系。在酸性溶液中，这类树脂几乎不能发生交换反应，