7.1吸附分离技术

7.1吸附分离技术

第一节吸附理论基础

一、基本概念

吸附作用：物质从流体相(气体或液体)浓缩到固体表面的过程。

吸附剂：在表面上能够发生吸附作用的固体。

吸附物：被吸附的物质。不同固体物质的表面自由能不同，所以对其他物质的吸附能力不同，表面自由能越高，吸附能力越强。

二、吸附类型

1、物理吸附：吸附剂和吸附物通过分于间的引力产生的吸附。

特点：

①吸附作用不仅局限于活性中心，而是整个自由界面②分子被吸附后，一般动能降低，所以吸附是放热反应；③物理吸附的吸附热较小，吸附物分子的状态变化不大，所需活化能很小，多数在较低的温度下进行；

④物理吸附是可逆的，吸附作用一般没有选择性。

固体内部的分子所受的分子间的作用力是对称的，而固体表面的分子所受的力是不对称的。向内的一面受内部分子的作用力较大，而表面向外的一面所受的作用力较小，因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。

吸附剂与被吸附物分子之间的相互作用是由可逆的范德华力所引起的，故在一定的条件下，被吸附物可以离开吸附剂表面，这称为解吸作用。

吸附层析就是通过连续的吸附和解吸附完成的。

2、化学吸附

吸附剂与吸附物之间由于电子转移发生化学反应产生的吸附。

特点：

⑴需要一定的活化能；⑵具有显著的选择性，即一种吸附剂只对某种或某几种物质有吸附作用；⑶吸附速度较慢，升高温度速度增加；⑷吸附后也较稳定，不易解吸，且解吸具有选择性；⑸吸附热较大。

物理吸附与化学吸附虽有区别，但有时很难严格划分，也可以在同一体系中向时发生。

物理吸附和化学吸附的比较

吸附力范德华力化学键力

吸附热较小(～液化热) 较大

选择性无选择性有选择性

稳定性不稳定,易解吸稳定

分子层单分子层或多分子层单分子层

吸附速率较快, .受温度影响小较慢受温度影响大

物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等。化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。

3 离子交换吸附：静电引力

吸附质的离子→吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂也放出一个等当量离子。离子电荷越多，吸附越强。离子水化半径越小，越易被吸附。

第二节吸附分离介质

一吸附剂

常用的吸附剂有机和无机的两种。有机：活性炭，纤维素，大孔吸附树脂

无机：氧化铝，硅胶，人造沸石，碳酸钙，氢氧化钠。

在实践中不论选择那种类型的吸附剂，都应具备表面积大、颗粒均匀、吸附选择性好、稳定性强和成本低廉等性能。

在选择具体吸附剂时，主要是根据吸附剂本身和被吸附物质的理化性质进行的。一般来说，极性强的吸附剂易吸附极性强的物质，非极性的吸附剂易吸附非极性的物质。但是为了便于解吸附，对于极性大的分离物，应选择极性小的吸附剂，反之亦然。理想的吸附剂必需经过多次试验才能获得。

1．活性炭

活性炭对物质的吸附规律

•活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力。

•针对不同的物质，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 值的影响碱性中性吸附酸性洗脱

酸性中性吸附碱性洗脱

（5）温度未平衡前随温度升高而增加

活性炭的活化活性炭对气体敏感，容易“中毒”，使用前应加热活化。

2. 硅胶是最常用的吸附剂，通常用SiO2.xH2O表示，是具有硅氧交联结构，表面有许多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基可与极性化合物或不饱和化合物形成氢键而使硅胶具较强的吸附力。水能与硅胶表面羟基结合而使其失去活性，经加热可被除去的水称自由水，若自由水含量达17%以上，则吸附力极低，此时，硅胶只能用于分配层析。若将硅胶在105-110℃加热30min ，吸附能力显著增强，这一过程称为活化。如果将硅胶加热到500℃，硅醇基结构会变成硅氧烷结构，吸附能力显著下降。硅胶具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质，如有机酸、氨基酸、甾体等。

3.氧化铝分酸性、碱性和中性三种，酸性氧化铝(pH4-5)适合于分离酸性化合物，碱性氧化铝(pH9-10)适合于分离碱性化合物，中性氧化铝(pH7)适合于分生物碱、挥发油、萜类、甾体及在酸、碱中不稳定的甙类、酯类等化合物。

氧化铝用前也需脱水活化，通常于400℃高温下加热6h，使氧化铝的含水量在0%-3%之间，可得到Ⅰ级或Ⅱ级氧化铝，但温度过高也会破坏氧化铝的内部结构。

4大孔吸附树脂大孔树脂是近20余年发展起来的一种新型非离子型有机高分子聚合物吸附剂。它是以苯乙烯和丙烯酸酯为单体，加入二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯为致孔剂，它们相互交联聚合形成了多孔骨架结构。树脂本身由于依靠它和被吸附的分子(吸附质)之间的范德华力和氢键作用，具有吸附性，又因具有网状结构和很高的比表面积，而有筛选性能，能从溶液中有选择地吸附有机物质，使有机化合物根据吸附力及其分子量大小可以经一定溶剂洗脱而分开，达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。

大孔树脂吸附技术最早用于废水处理、医药工业、化学工业、分析化学、临床检定和治疗等领域。而近年来大孔树脂吸附层析法在中草药有效成分的提取、分离、纯化方面显示出其独特的作用

大孔吸附树脂技术的基本原理

根据树脂的表面性质，大孔吸附树脂可以分为非极性、中极性和极性三类。非极性吸附树脂是由偶极距很小的单体聚合而成，不含任何功能基团，孔表的疏水性较强，可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物，最适用于从极性溶剂(如水)中吸附非极性物质。

中极性吸附树脂含有酯基，其表面兼有疏水和亲水部分，既可由极性溶剂中吸附非极性物质，也可以从非