第3章 沉淀技术
《生物分离工程》复习内容提要
2009级《生物分离工程》复习内容提要第一章绪论：重点节：第二节、第三节1、生物分离工程的一般流程Page42、生物分离纯化工艺过程的选择依据Page53、生物分离过程的特点Page6第二章发酵液的预处理：重点节：第一节1、发酵液的一般特性Page92、发酵液预处理的要求Page10-113、发酵液预处理的方法Page11-164、凝集&絮凝Page11-125、转筒真空过滤机的结构和工作原理Page27-28第三章细胞分离技术：重点节：第二节1、差速离心&密度梯度离心Page312、比较不同细胞破碎方法（机械法、化学法、物理法和酶溶法）的原理和优缺点Page34-393、比较珠磨法、高压匀浆法和超声波细胞破碎法的优缺点Page34-364、细胞破碎的方法主要有哪些？选择破碎方法时应考虑哪些因素？（自己总结）5、蛋白质复性及其主要复性方法（稀释与透析、色谱、反胶束）Page41-45第四章沉淀技术：重点节：第三节1、盐析的原理Page512、K s和β分级盐析法Page523、什么是饱和度？盐析沉淀操作曲线的制作实验步骤Page544、盐析操作计算Page53-545、主要的沉淀方法（盐析、有机溶剂、等电点、变性沉淀等）及其优缺点比较Page27-28第五章萃取技术：重点节：第二节（二）、第三节（二、三）、第四节（一、二、四）、第六节（一、二）、第八节（一、二、三、四）1、萃取分配系数、相比、萃取分离系数Page652、单级萃取、多级逆流萃取、多级错流萃取理论收率和萃余率的计算Page67-703、物理萃取&化学萃取Page72-734、水相条件如何影响有机溶剂萃取过程Page73-745、有机溶剂萃取剂的选择原则Page746、解释双水相相图Page817、常用的双水相系统有哪些？Page80-818、什么是道南电位Page82，试述道南平衡理论在双水相萃取、纳滤膜分离机制和离子交换树脂分离机制解释中的应用。
环保行业污水处理与资源回用技术方案
环保行业污水处理与资源回用技术方案第1章概述 (3)1.1 项目背景 (3)1.2 污水处理与资源回用意义 (3)1.3 技术方案总体目标 (4)第2章污水处理技术概述 (4)2.1 污水来源与特性 (4)2.2 污水处理技术分类 (4)2.3 污水处理技术发展趋势 (5)第3章污水预处理技术 (5)3.1 筛滤技术 (5)3.1.1 技术原理 (5)3.1.2 筛滤设备 (5)3.1.3 影响因素 (6)3.2 沉淀技术 (6)3.2.1 技术原理 (6)3.2.2 沉淀设备 (6)3.2.3 影响因素 (6)3.3 气浮技术 (6)3.3.1 技术原理 (6)3.3.2 气浮设备 (6)3.3.3 影响因素 (6)第4章物理处理技术 (7)4.1 混凝沉淀技术 (7)4.1.1 技术原理 (7)4.1.2 技术特点 (7)4.1.3 应用案例 (7)4.2 超滤技术 (7)4.2.1 技术原理 (7)4.2.2 技术特点 (7)4.2.3 应用案例 (7)4.3 反渗透技术 (7)4.3.1 技术原理 (7)4.3.2 技术特点 (7)4.3.3 应用案例 (8)第5章化学处理技术 (8)5.1 化学氧化技术 (8)5.1.1 氯气氧化 (8)5.1.2 臭氧氧化 (8)5.1.3 Fenton氧化 (8)5.2 化学絮凝技术 (8)5.2.1 铁盐絮凝 (8)5.2.3 有机高分子絮凝 (8)5.3 电渗析技术 (9)5.3.1 膜材料 (9)5.3.2 应用实例 (9)5.3.3 技术优化 (9)第6章生物处理技术 (9)6.1 活性污泥法 (9)6.1.1 概述 (9)6.1.2 基本原理 (9)6.1.3 工艺流程 (9)6.1.4 技术特点 (9)6.2 生物膜法 (10)6.2.1 概述 (10)6.2.2 基本原理 (10)6.2.3 工艺流程 (10)6.2.4 技术特点 (10)6.3 厌氧处理技术 (10)6.3.1 概述 (10)6.3.2 基本原理 (10)6.3.3 工艺流程 (10)6.3.4 技术特点 (10)第7章污泥处理与处置技术 (10)7.1 污泥浓缩技术 (11)7.1.1 机械浓缩技术 (11)7.1.2 气浮浓缩技术 (11)7.2 污泥消化技术 (11)7.2.1 好氧消化技术 (11)7.2.2 厌氧消化技术 (11)7.3 污泥干化与焚烧技术 (11)7.3.1 污泥干化技术 (11)7.3.1.1 热风干化技术 (11)7.3.1.2 传导干化技术 (11)7.3.2 污泥焚烧技术 (12)7.3.2.1 流化床焚烧技术 (12)7.3.2.2 回转窑焚烧技术 (12)第8章资源回用技术 (12)8.1 污水回用技术 (12)8.1.1 膜分离技术 (12)8.1.2 生物处理技术 (12)8.1.3 化学氧化技术 (12)8.1.4 深度处理技术 (12)8.2 污泥资源化利用技术 (12)8.2.1 污泥堆肥化 (13)8.2.3 污泥建材利用 (13)8.3 污水处理过程中能源回收技术 (13)8.3.1 污水中的有机物能源回收 (13)8.3.2 污水中的热能回收 (13)8.3.3 污泥中的能源回收 (13)8.3.4 污水处理过程中的可再生能源利用 (13)第9章污水处理工程设计 (13)9.1 设计原则与依据 (13)9.2 污水处理工艺流程设计 (14)9.3 主要处理设施设计 (14)第10章污水处理工程运行与管理 (15)10.1 运行管理策略 (15)10.1.1 保证污水处理设施稳定运行的基本原则 (15)10.1.2 运行管理组织架构与职责划分 (15)10.1.3 制定运行计划与调度方案 (15)10.1.4 应急预案的编制与实施 (15)10.2 检测与监控技术 (15)10.2.1 污水处理过程中的关键指标检测 (15)10.2.2 在线监测系统的配置与运行 (15)10.2.3 检测数据分析与处理 (15)10.2.4 检测与监控设备的维护与管理 (15)10.3 污水处理设施优化与改造方案 (15)10.3.1 污水处理设施运行效能评估 (15)10.3.2 污水处理设施的优化措施 (15)10.3.3 污水处理设施改造技术路线 (15)10.3.4 改造项目的实施与效果评价 (15)10.3.5 持续改进与技术创新策略 (15)第1章概述1.1 项目背景我国经济的快速发展和城市化进程的推进，环保问题日益凸显。
第三章_沉淀技术
17
3）、盐析分类
lgS =β-ksI
1. ks盐析：固定蛋白质的pH 、T（ β ）,变动离子 强度I达到沉淀的目的。
2. β盐析：在一定的离子强度下（ I ） ，改变溶液 的pH、T ，达到沉淀的目。
15
讨论 1）、KsI项
Ks与溶液的pH、温度无关，仅取决于蛋白质的性 质和盐的种类。 盐浓度↑→离子强度I↑→S↓→析出。 lgS =β-ksI
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2）、β值的特性及对盐析的影响 •表示不外加盐时的理想溶解度S，与盐的种类无关， 但与温度、pH有关； •pH的影响：pI时蛋白质溶解度最低，β在pI时最小（ 调节pH可以导致蛋白质净电荷数变化）
相互作用，此时生物分子很容易相互聚集，在溶
液中的溶解度降得很低，从而形成沉淀从溶液中
析出。
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• 盐析机理归纳
1）.盐离子与蛋白质分子争夺水分子，破坏了蛋 白质表面的水化膜； 2）.盐离子电荷的中和作用； 3）.盐离子引起了原本在蛋白质分子周围有序排 列的水分子的极化，使水活度降低。 注： 水活度：水分含量的活性部分或自由水。
43
（2）脱水作用
由于使用的有机溶剂与水互溶，它们在溶解于水的同
11
盐析
（1）、继续增大中性盐离子强度时→大量的盐夺取了 自由水，使水分子在盐离子表面聚集→蛋白质胶体 外层的水化膜因盐的夺取而遭到破坏→蛋白质胶体 表面的疏水区域暴露出来，彼此相互聚集，沉淀；
12
（2）、加入高浓度中性盐后，盐离子与生物分子表
面的带相反电荷的离子基团结合，中和了生物分
第三章沉淀法3-2
均匀沉淀的扩散式生长
团聚形成的单分散体系
不定向团聚
均相沉淀法Sm掺杂的氧化铈（SDC）
Sm(NO3)3
Ce(NO3)3
尿 素
85oC恒温
沉淀
粉体
焙烧
干燥
洗涤
过滤
SDC粉体的TEM照片
250nm
250nm
1500C烧结的样品的SEM照片
不同制备方法下CeO2粉体的形貌
b
a共沉淀 法 b均相共 沉淀法 c水热合 成法
I无晶核生成 II成核阶段 III生长阶段
生成沉淀的途径主要有
1）沉淀剂缓慢的化学反应，导致H+（OH-）离子变化，溶
液pH值变化，使产物溶解度逐渐下降而析出沉淀 H2NCONH2 + 3H2O CO2 + 2NH4+ + 2OH- (90C) 2) 沉淀剂缓慢的化学反应，释放出沉淀离子，达到沉淀离 子的沉淀浓度而析出沉淀 NH2HSO3 + H2O SO42- + NH4+ + H+ 3）协同作用 H2NCONH2 + H2O CO2 + 2NH3 (90oC） NH3 + HC2O4C2O42- + NH4+
粉体制备流程
尿 素 Sm(NO3)3 Ce(NO3)3 300～800W微波 加热8~15min 沉淀
粉体
焙烧
干燥
洗涤
过滤
粉体形貌（TEM）
100nm
100nm
200nm
200nm
试剂浓度与粒子尺寸
[M4+] [urea]
晶粒尺寸(nm)
(谢乐公式计算)
粒子尺寸(nm)
生化分离工程 第三章 沉淀
第三章沉淀主要内容第一节蛋白质表面特性第二节蛋白质沉淀方法第一节蛋白质表面特性蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成的荷电区、亲水区和疏水区构成。
蛋白质的水溶液呈胶体性质，在蛋造白质分子周围存在与蛋白质分子紧密或疏松结合的水化层。
是蛋白质形成稳定的胶体溶液、防止蛋白质凝聚沉淀的屏障之一。
蛋白质沉淀的另一屏障是蛋白质分子间的静电排斥作用。
当双电层的电位足够大时，静电排斥作用抵御分子间的相互吸引作用，使蛋白质溶液处于稳定状态。
第二节蛋白质沉淀的方法盐析沉淀法等电点沉淀法有机溶剂沉淀法非离子型聚合物聚电解质多价金属离子1.盐析法盐析沉淀法：蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象。
中性盐：硫酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠等盐析沉淀原理:由于加入大量的中性盐破坏了蛋白质的水化膜、中和其所带的电荷从而使蛋白质分子聚集而沉淀析出。
蛋白质的盐析行为常用Cohnx经验式表示：lgS=β-K sμ式中S为蛋白质的溶解度；μ为离子强度；β为常数，与盐的种类无关，但与温度和pH有关；K s 为盐析常数，与盐的种类有关，但与温度和pH无关。
K s分级盐析法：在一定的pH和温度条件下，改变盐的浓度(即离子强度)达到沉淀的目的。
β分级盐析法：在一定的离子强度条件下，改变溶液的pH和温度达到沉淀的目的。
影响盐析的因素(1)无机盐种类：离子半径小，带电多，电荷密度高的阴离子，盐析效果好。
(2)pH值：pH影响Cohnx方程中的b值，pH值接近蛋白质pI值时，蛋白质溶解度最小。
(3)温度：T影响Cohn方程中的b值。
温度升高，b降低；温度降低，b升高。
分段盐析不同的蛋白质分子，由于其分子表面的极性基团的种类、数目以及排布的不同，其水化层厚度不同，故盐析所需要的盐浓度也不一样，因此调节蛋白质的中盐浓度，可以使不同的蛋白质分别沉淀。
✷常用的盐析剂是硫酸铵，因为它的盐析能力强，在水中的溶解度大，价格便宜，浓度高时也不会引起蛋白质活性丧失。
第三章流体-固体颗粒间的运动和流态化
32
主要缺点: • 存在强烈的返混。对气固系统还存在明显的不均匀性, 如气泡、 节涌、沟流等, 这些都引起气固接触时间的不均性, 从而降低反应 的转化率、产率,甚至产品的质量。 • 颗粒有相当的磨损而粉化, 气体夹带也引起固体损失, 需安装旋 风分离设备。
同这一原理来实现它们分离的设备称为分级器。 将沉降速度不同的两种颗粒倾倒到向上流动的水流中，
若水的速度调整到在两者的沉降速度之间，则沉降速度较小 的那部分颗粒便被漂走分出。若有密度不同的a、b两种颗粒 要分离，且两种颗粒的直径范围都很大，则由于密度大而直 径小的颗粒与密度小而直径大的颗粒可能具有相同的沉降速 度，使两者不能完全分离。
Fd
ma
6
d 3s g
6
d3g
4
d
2
1 2
u2
6
d
3s
du
d
整理得 ：
du ( s )g 3 u2
d
s
4d s
开始瞬间，u 0，du 最大，颗粒作加速运动。 d
12
二、沉降的等速阶段
随u↑, Fd↑, 到某一数值ut时，上式右边等于零，此时
du
d
0，颗粒
将以恒定不变的速度ut维持下降。此ut称为颗粒的沉降速度或造端速度。
流体中, 床层认为开始流化, 临界流化速度为umf。 • 密相流化 流速再大, 悬浮的固体颗粒床层继续膨胀, 可观察到
一些固体颗粒被气体夹带而出, 但床层还有一个清晰起伏的界面。 • 稀相流化 流速很大, 流体流速与固体颗粒的重力沉降速度相等
生物化学第三章蛋白质化学名词解释
第三章蛋白质化学1蛋白质：是一类生物大分子，由一条或多条肽链构成，每条肽链都有一定数量的氨基酸按一定序列以肽键连接形成。
蛋白质是生命的物质基础，是一切细胞和组织的重要组成成分。
2标准氨基酸：是可以用于合成蛋白质的20种氨基酸。
3、茚三酮反应：是指氨基酸、肽和蛋白质等与水合茚三酮发生反应，生成蓝紫色化合物，该化合物在570mm波长处存在吸收峰。
4、两性电解质：在溶液中既可以给出H+而表现出酸性，又可以结合H+而表现碱性的电解质。
5、兼性离子：即带正电和、又带负电荷的离子。
6、氨基酸的等电点：氨基酸在溶液中的解离程度受PH值影响，在某一PH值条件下，氨基酸解离成阳离子和阴离子的程度相等，溶液中的氨基酸以兼性离子形式存在，且净电荷为零，此时溶液的PH值成为氨基酸的等电点。
7、单纯蛋白质：完全由氨基酸构成的蛋白质。
8、缀合蛋白质：含有氨基酸成分的蛋白质。
9、蛋白质的辅基：缀合蛋白质所含有的非氨基酸成分。
10、肽键：存在于蛋白质和肽分子中，是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基缩合时形成的化学键。
11、肽平面：在肽单元中，羧基的π键电子对与氮原子的孤电子对存在部分共享，C-N键具有一定程度的双键性质，不能自由旋转。
因此，肽单元的六个原子处在同一个平面上，称为肽平面。
12、肽：是指由两个或者多个氨基酸通过肽键连接而成的分子。
13、氨基酸的残基：肽和蛋白质分子中的氨基酸是不完整的，氨基失去了氢，羧基失去了羟基，因而称为氨基酸的残基。
14、多肽：由10个以上氨基酸通过肽键连接而成的肽。
15、多肽链：多肽的化学结构呈链状，所以又称多肽链。
16、生物活性肽：是指具有特殊生理功能的肽类物质。
它们多为蛋白质多肽链的一个片段，当被降解释放之后就会表现出活性，例如参与代谢调节、神经传导。
食物蛋白质的消化产物中也有生物活性肽，他们可以被直接吸收。
17、谷胱甘肽：由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸通过肽键连接构成的酸性三肽，是一种生物活性肽，是机体内重要的抗氧化剂。
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Inorganic Chemistry
绪论 1学时 第一章 化学反应中 的质量关系和能量 关系（3学时）
目 录
第二章 化学反应的 方向、速率和限度 （8学时）
第三章 酸碱反应和 沉淀反应（7学时）
§1 化学中的计量 §2 化学反应中的质量关系 §3 化学反应中的能量关系
1学时 1学时 1学时
光 学 纤 维 胃 镜
用光导纤维 做手术，不 用开刀
20/51
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌 火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地 、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。21/51
近年发现和发明的新物质层出不穷，如球碳、管碳、俄 罗斯套娃、团簇化合物、笼合物等。
§1 镧系元素和锕系元素该素 §2 稀土元素
6/51
1 化学的研究对象 绪论 2 化学的主要分支
3பைடு நூலகம்怎样学习化学
7/51
什么是化学？它研究的对象是什么？如何才能学好化 学？这是开始学化学首先要解决的问题。下面就从回答这些 问题来开始我们的化学学习。
一．化学研 究的物质
物质是不依赖于人们的感觉而存在并且可以 被人们的感觉所认识的客观实在。简而言之，物 质是客观存在的东西。
36/51
（2）炼金术、炼丹时期（公元前后—公元 1500年）
➢ 中国炼丹术的产生有两个原因：一是五行说（五 行无常胜），此为理论基础；二是封建主的贪得 无厌，梦想长生。战国末期有了炼丹术，汉代有 较大发展，唐代达到高潮。当时所谓的丹主要是 三仙丹HgO，丹砂HgS，铅丹Pb3O4等。这些丹 实际上都是剧毒的，许多皇帝因服丹而亡。
1学时 3学时 4学时
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1. 晶形沉淀：颗粒最大，其直径大约在0.1~1 μm之间 。在沉淀内部，离子按晶体结构有规则地进行排列 ，因而结构紧密，整个沉淀所占的体积较小，极易 沉降于容器底部。
2. 凝乳状沉淀：颗粒大小介于上述二者之间，其直径 大约为0.02~1 μm，因此其性质也介于二者之间。
3. 无定型沉淀：颗粒最小，其直径大约在0.02 μm以下 。沉淀内部离子排列杂乱无章，并且包含有大量水 分子，因而结构疏松，体积庞大，难以沉降。
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第三章 沉淀技术
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加盐的方法 1. 固体硫酸铵加入法（需要量大时）。将 其研成细粉，在搅拌下缓慢均匀少量多次 地加入，接近计划饱和度时，加盐的速度 更要慢一些，尽量避免局部硫酸铵浓度过 大而造成不应有的蛋白质沉淀。 2. 加入饱和硫酸铵溶液法（需要量小时）。
盐溶 原理：大多数蛋白类酶都溶于水，而且在低浓度的盐存在 的条件下，酶的溶解度随盐浓度的升高而增加，这称为盐 溶现象。蛋白质分子吸附盐类离子后，带电表层使蛋白质 分子彼此排斥（同性相斥）；而蛋白质与水分子的相互作 用却加强，溶解性增大。
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讨论 1、KsI项
Ks与溶液的pH、温度无关，仅取决于蛋白质的性质和 盐的种类。盐浓度↑→离子强度I↑→S↓→析出 。
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盐析 （破坏水化膜、中和电荷） 1、继续增大中性盐离子强度时→大量的盐夺取了自由 水，将其转变为盐离子的水化水→蛋白质胶体外层 的水化膜因盐的夺取而遭到破坏→蛋白质胶体表面 的疏水区域暴露出来，彼此相互聚集，沉淀；
lgS =β-ksI
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2、β值的特性及对盐析的影响 •表示不外加盐时的理想溶解度S，受到温度、pH的影 响； •pH的影响：β在pI时最小（调节pH可以导致蛋白质净 电荷数变化）
现代生化分离技术
Separation Methods in Biochemistry
赵世光
生物化学工程系· 生物技术教研室
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在工业上和实验室中。
• 由于其浓缩作用常大于纯化作用，因而沉淀法通常作为初步分离 的一种方法，用于从去除了菌体或细胞碎片的发酵液中沉淀出生 物物质，然后再利用色层分离等方法进一步提高其纯度。 • 沉淀法由于成本低、收率高、浓缩倍数高可达l0-50倍和操作简单
等优点，是下游加工过程中应用广泛的值得注意的方法。
• 溶解度受温度的影响小；
• 盐溶液的密度不高，便于蛋白质沉淀和离心分离；
• 不易引起蛋白质的变性；
• 价格低廉；
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，降低了生物分子与水分子之间的相互作用，此时生 物分子很容易相互聚集，在溶液中的溶解度降得很低 ，从而形成沉淀从溶液中析出。
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•温度的影响：高离子强度溶液中，温度升高一般使β 下降（温度升高利于盐的溶解，夺取更多的水分子，使 蛋白质溶解性更差） lgS =β-ksI
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3.2 盐的选择 通常采用中性盐，最常用（NH4）2SO4， 优点： 1、溶解度大：尤其是在低温时仍有相当高的溶解度， 这是其他盐类所不具备的。
由于酶和各种蛋白质通常是在低温下稳定，因而盐析操 作也要求在低温下（0～4℃）进行。硫铵在0℃时的溶 解度70.6g/100mL ，Na2SO4 -4.9, NaH2PO4 -1.6
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盐析法—蛋白质在水溶液中的溶解度受盐浓度影响
1、基本原理
蛋白质表面特性 蛋白质溶解：相似者相溶 亲水性和疏水性：
有利因素：亲水性，包括氢键、极性基团 、离子化侧链、亲水蛋白所占的%等。 如白蛋白 不利因素：疏水性，包括暴露的疏水基团 、疏水蛋白所占的%等。如纤维蛋白原 。
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蛋白质分子与溶剂分子之间的亲和力越大，因而溶解度
也越大。
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第三章 沉淀技术
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3、分段盐析
lgS =β-ksI
1. ks分段盐析：固定蛋白质的pH 、T（ β ）,变动离子强度 I达到沉淀的目的。 2. β分段盐析：在一定的离子强度下（ I ） ，改变溶液的 pH、T ，达到沉淀的目。 Ks盐析法由于蛋白质对离子强度的变化非常敏感，易产生 共沉淀现象，因此常用于提取液的前处理（蛋白质粗品的 分级沉淀）。 β盐析法由于溶质溶解度变化缓慢，且变化幅度小，因此 分辨率更高，常用于初步的纯化。
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2、不易引起变性，有稳定酶与蛋白质结构的作用。有 的酶或蛋白质用2～3mol/L浓度的（NH4）2SO4保存可 达数年之久。 3、次常用Na2SO4。缺点：在30℃以下溶解度较低，主 要用于热稳定蛋白。
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2、加入高浓度中性盐后，盐离子与生物分子表面的带相
反电荷的离子基团结合，中和了生物分子表面的电荷
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3.3 盐析的操作与应用 3.3.1 盐析的操作方法 盐的处理 • 硫酸铵使用时要求纯度较高，生产时为 降低成本，一般选用化学纯的硫酸铵，在 使用前应进行预处理，可通过化学法将重 金属除去（如通入H2S后过滤），再将硫 酸铵重结晶备用。
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2、盐析公式及讨论
蛋白质溶解度与溶液中离子强度关系： lgS =β-ksI 1 S，蛋白质溶解度（g/L） I ci Z i2 2 I - 0.5MK2SO4的离子强度I＝(0.5 × 2 × 12+0.5 × 22)/2=1.5 。 - 1MNaCl的离子强度＝(1 × 12+1 × 12)/2=1 β为常数，I=0时的lgS ks为盐析常数，与盐性质（离子价数、离子半径等）、蛋 白结构有关，ks越大，盐析效果越好（S越小，越易沉淀 ）
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蛋白质和酶均易溶于水，因为该分子的－COOH、－ NH2和－OH都是亲水基团，这些基团与极性水分子相互 作用形成水化层，包围于蛋白质分子周围形成 1nm~100nm颗粒的亲水胶体，削弱了蛋白质分子之间的 作用力，蛋白质分子表面极性基团越多，水化层越厚，
盐析 有机溶剂沉淀
等电点沉淀
非离子多聚物沉淀
聚电解质沉淀法
高价金属离子沉淀法
热沉淀法
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