6 吸附分离技术和理论
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第六章吸附分离法
❖氧化铝(Aluminum oxide)
适用于亲脂成分的分离 1、碱性氧化铝： 2、中性氧化铝： 3、酸性氧化铝：
氧化铝吸附层析纯化维生素B12
影响因素： ✓ Al2O3的颗粒度要均匀，流速控制要很慢； ✓ 温度宜在20℃以下层析，洗脱在室温中进行； ✓ 利用B12在丙酮中不溶的特性，在冰冻条件下结晶3
小，较少引起生物活性物质的变性失活。 缺点： ❖选择性差，收率不高。 ❖一些无机吸附剂性能不稳定。
第一节 吸附的基本原理
一 吸附作用 ❖物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体
表面从而达到分离的过程称为吸附作用 (adsorption)
❖在表面上能发生吸附作用的固体微粒称为 吸附剂（adsorbent）
在树脂聚合时加入惰性的致孔剂，待网格骨架固 化和链结构单元形成后，用溶剂萃取或水洗蒸馏将致 孔剂去掉，形成不受外界环境条件影响的孔隙，其孔 径可达100nm，故称“大孔”。
特点
❖选择性好、解吸容易、理化性质稳定、机 械强度好、可反复使用等优点。
❖其孔隙大小、骨架结构和极性，可按照需 要，根据不同的原料和合成条件而改变， 因此可适用于吸附各种有机化合物。
❖被吸附的物质称为吸附物（adsorbate）
物理吸附与化学吸附的特点
项目
物理吸附
化学吸附
作用力
范德华力
化学键力
吸附热
较小，接近液化热
较大，接近反应热
选择性
几乎没有
有选择性
吸附速度 较快，需要的活化能很小 慢，需要一定的活化能
吸附分子层 单分子或多分子层
单分子
二 影响吸附的因素
1 吸附剂 ❖ 吸附容量：比表面积、种类、活化状况 ❖ 吸附速度：颗粒度、孔径 ❖ 机械强度
吸附分离的基本原理及应用
吸附分离的基本原理及应用1. 引言吸附分离是一种常见的分离纯化技术，基于物质在固液界面的选择性吸附行为。
它广泛应用于化学、生物、环境等领域，用于分离、纯化和浓缩目标物质。
本文将介绍吸附分离的基本原理及其在不同领域的应用。
2. 吸附分离的基本原理吸附分离是基于吸附剂与被吸附物质之间的相互作用力实现的。
吸附剂可以是固体或液体，并且具有一定的表面活性。
它能够与目标物质发生物理吸附或化学吸附，从而实现对目标物质的分离。
吸附分离的基本原理包括以下几个方面：2.1 吸附剂选择吸附剂的选择是吸附分离的关键。
吸附剂应具有以下特点：具有高比表面积、孔结构好、化学稳定性强、选择性好等。
根据不同目标物质的特性，可以选择合适的吸附剂，如活性炭、分子筛、树脂等。
2.2 吸附过程吸附过程是指目标物质与吸附剂之间的相互作用过程。
它可以分为物理吸附和化学吸附两种方式。
•物理吸附：基于范德华力、静电力等非化学相互作用力。
物理吸附一般在低温、低湿度和高压下进行，吸附热较小，吸附速度较快。
•化学吸附：基于共价键或离子键等化学键的形成。
化学吸附一般在高温、高湿度和中低压下进行，吸附热较大，吸附速度较慢。
2.3 吸附平衡吸附平衡是指吸附过程达到动态平衡的状态。
在吸附平衡状态下，吸附速率与解吸速率相等，吸附量不再发生变化。
吸附平衡的实现需要掌握合适的操作条件和实验参数。
2.4 吸附解吸吸附解吸是吸附分离的核心步骤之一。
吸附后的物质可以通过调整操作条件或者更换吸附剂来实现解吸，从而得到纯净的目标物质。
解吸过程具体步骤可以根据具体的吸附剂和目标物质特性进行调整。
3. 吸附分离的应用领域吸附分离作为一种简单、高效的分离技术，在许多领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：3.1 化学工程在化学工程领域，吸附分离被广泛应用于化学制品的纯化、分离和浓缩。
例如，活性炭吸附可以用于去除水中的有机污染物，树脂吸附可以用于分离和纯化化学品。
3.2 生物技术生物技术领域利用吸附分离技术实现对生物大分子的分离和纯化。
第六章 吸附分离
吸附剂通称离子交换剂 ion exchanger 离子交换树脂 ion exchange resin
第六章 吸 附 分 离
1. 离子交换吸附特点
1） 吸附剂其它性质不变，对相反离子的吸附是动态 平衡过程。 2）吸附强弱与吸附剂表面的电荷密度有关。 3）吸附强弱取决于被吸附离子的电荷数与离子的水 化半径大小。离子带电荷越多，在吸附剂表面的吸 附力越强；电荷相同时，水化半径越小，越易被吸 附。 4）吸附有电性选择性，吸附相反电荷离子。
第六章 吸 附 分 离
产生吸附原因---吸附作用力 物理吸附，化学吸附，固液相多种相互作用力
离疏亲 子水和 交作吸 换用附 吸吸 附附
第六章 吸 附 分 离
3. 吸附剂（adsorbent）
固体表面对溶质的吸附作用是由固体的表面力所引 起。表面上能发生吸附作用的固体称为吸附剂，是 吸附作用的主体。
第六章 吸 附 分 离
吸引力
合力
5）作用力与分子间距关系 分子间距离大时，范德华力
较弱。分子间距离小，范德
吸引力
华力增大，有利于分子间吸
附。当距离过小时，产生推
距离
0
A
推斥力
B 斥力。 最佳距离为吸附分子中心间
的距离比一个分子半径稍大
一点OA， 吸附物分子处于
最稳定状态。
推斥力
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
一、吸附分离概述 二、吸附的理论基础 三、离子交换吸附 四、生物分子的吸附类型 五、吸附分离工艺
第六章 吸 附 分 离
一. 吸附分离概述
1. 吸附（adsorption） 吸附是相转移过程，溶质从气相或液相转移到固相
发生在表面----吸附？？ 发生在全相----吸收？？
第六章 吸 附 分 离
1. 离子交换吸附特点
1） 吸附剂其它性质不变，对相反离子的吸附是动态 平衡过程。 2）吸附强弱与吸附剂表面的电荷密度有关。 3）吸附强弱取决于被吸附离子的电荷数与离子的水 化半径大小。离子带电荷越多，在吸附剂表面的吸 附力越强；电荷相同时，水化半径越小，越易被吸 附。 4）吸附有电性选择性，吸附相反电荷离子。
第六章 吸 附 分 离
产生吸附原因---吸附作用力 物理吸附，化学吸附，固液相多种相互作用力
离疏亲 子水和 交作吸 换用附 吸吸 附附
第六章 吸 附 分 离
3. 吸附剂（adsorbent）
固体表面对溶质的吸附作用是由固体的表面力所引 起。表面上能发生吸附作用的固体称为吸附剂，是 吸附作用的主体。
第六章 吸 附 分 离
吸引力
合力
5）作用力与分子间距关系 分子间距离大时，范德华力
较弱。分子间距离小，范德
吸引力
华力增大，有利于分子间吸
附。当距离过小时，产生推
距离
0
A
推斥力
B 斥力。 最佳距离为吸附分子中心间
的距离比一个分子半径稍大
一点OA， 吸附物分子处于
最稳定状态。
推斥力
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
第六章 吸 附 分 离
一、吸附分离概述 二、吸附的理论基础 三、离子交换吸附 四、生物分子的吸附类型 五、吸附分离工艺
第六章 吸 附 分 离
一. 吸附分离概述
1. 吸附（adsorption） 吸附是相转移过程，溶质从气相或液相转移到固相
发生在表面----吸附？？ 发生在全相----吸收？？
第6章 吸附分离技术与理论
BIoseparatIon EngIneerIng
活性炭对物质的吸附规律
非极性吸附剂，在极性介质中，对非极性物质具有 较强的吸附，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
BIoseparatIon EngIneerIng
亲水或极性吸附剂
适用于非极性或极性较小的溶媒。如硅胶、氧化铝， 活性土皆属此类。 另外，吸附剂可以是中性、酸性或碱性。碳化钙、硫
酸镁等属中性吸附剂。氧化铝、氧化镁等属碱性吸附剂。
酸性硅胶、铝硅酸属酸性吸附剂。 碱性的吸附剂适宜于吸附酸性的物质，而酸性的吸附 剂适宜干吸附碱性的物质。氧化铝及某些活性土为两性化 合物，因为经酸或碱处理后很容易获得另外的性质。
态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同 界面
固体表面分子(或原 子)处于特殊的状态。 固体内部分子所受的 力是对称的，故彼此 处于平衡。但在界面 分子的力场是不饱和 的，即存在一种固体 的表面力，它能从外 界吸附分子、原子、 或离子，并在吸附表 面上形成多分子层或 单分子层。
BIoseparatIon EngIneerIng
吸附剂通常应具备以下特征：
（1）较高的选择性以达到一定的分离要求； （2）较大的吸附容量以减小用量； （3）较好的动力学及传递性质以实现快速吸附；
（4）较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待
处理流体以保证吸附剂的数量和性质； （5）较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀； （6）较好的流动性以便于装卸；
常用的离子交换树脂
BIoseparatIon EngIneerIng
吸附理论与吸附分离技术的进展
参考内容
页岩气作为一种清洁、高效的能源形式，日益受到全球。页岩气吸附与解吸 附机理的研究对提高页岩气开采效率、优化能源利用具有重要意义。本次演示将 综述页岩气吸附与解吸附机理的研究现状、基本原理及研究方法，并探讨未来研 究方向。
一、研究现状
页岩气吸附与解吸附机理的研究经历了多个阶段，研究者们提出了不同的模 型和理论。目前，广泛应用的主要有基于物理吸附的Langmuir模型和基于化学吸 附的BET模型等。然而，这些模型在解释页岩气吸附与解吸附现象时均存在一定 局限性。
大孔吸附树脂分离纯化技术的应 用
1、药物分离
大孔吸附树脂在药物分离领域具有广泛的应用，尤其在中药有效成分的提取 和分离方面独具优势。通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对中药中多糖、 黄酮、生物碱等有效成分的高效分离，为中药现代化提供了有力支持。
2、食品净化
大孔吸附树脂在食品净化领域也有着广泛的应用，主要表现在果蔬汁的除杂、 豆制品中蛋白质的提取和纯化等方面。通过树脂的吸附作用，可以去除果蔬汁中 的杂质，提高产品的品质和口感；同时，树脂还可以用于蛋白质的提取和纯化， 为食品加工提供更多优质原料。
总之，页岩气吸附与解吸附机理的研究仍有待深入探索，未来的研究方向应 注重完善模型、引入新技术、综合考虑多因素以及探索应用前景等方面，以推动 页岩气产业的可持续发展。
大孔吸附树脂分离纯化技术及其 应用
大孔吸附树脂分离纯化技术是一种具有广泛应用价值的分离技术，其原理基 于物理吸附作用，通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对混合物中各组分 的有效分离。该技术在药物分离、食品净化、环保等领域发挥着重要作用，为工 业生产和日常生活带来了诸多便利。
2、引入新技术：例如，利用先进的原位光谱技术、纳米技术等，更加深入 地研究页岩气吸附与解吸附机理，提供更加丰富和精准的数据支持。
08第六章-吸附分离法
较少引起生物活性物质的变性失活。
缺点：
(1)选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能和吸附条件不稳定。 (3)不能连续操作，劳动强度大 (4)碳粉等吸附剂有粉尘污染
5
第一节 吸附法基本概念和吸附原理 第二节 常用吸附剂 第三节 大孔网状聚合物吸附剂
第一节 吸附法基本概念和吸附原理
一、吸附基本概念：
在等吸附容量情况下，表示温度和压力的关系曲线称为 吸附等容线。
应用最广的吸附等温线。
吸附等温线
如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶液 中的溶质达到平衡时，其吸附量m应与溶液中 溶质的浓度和温度有关。 当温度一定时，吸附量只和浓度有关， m=f （c），这个函数关系称为吸附等温线。 吸附等温线表示平衡吸附量，可用来推断吸附 剂结构、吸附热和其他理化特性。
常用吸附剂
按其化学结构可分为两大类 无机吸附剂：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土、磷酸钙 有机吸附剂：活性炭、淀粉、纤维素、大孔吸附树脂等
一、活性炭(activated carbon )
一种被广泛应用的优良的吸附剂。 是吸附能力很强的非极性吸附剂 对色素、细菌和热原等杂质有很强的吸附能力。 一般用木屑、兽骨、兽血或煤屑等为原料高温
2
典型的吸附过程包括四个步骤：
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
Step1
吸附质被吸附 在吸附剂表面
Step2
料液流出 Step3
吸附质解吸附 吸附剂再生
Step4
4
优点：
(1)设备简单、操作简便、价廉、安全。 (2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小，
活性炭酸性 中性吸附 碱性洗脱
缺点：
(1)选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能和吸附条件不稳定。 (3)不能连续操作，劳动强度大 (4)碳粉等吸附剂有粉尘污染
5
第一节 吸附法基本概念和吸附原理 第二节 常用吸附剂 第三节 大孔网状聚合物吸附剂
第一节 吸附法基本概念和吸附原理
一、吸附基本概念：
在等吸附容量情况下，表示温度和压力的关系曲线称为 吸附等容线。
应用最广的吸附等温线。
吸附等温线
如果不考虑溶剂的吸附，当固体吸附剂与溶液 中的溶质达到平衡时，其吸附量m应与溶液中 溶质的浓度和温度有关。 当温度一定时，吸附量只和浓度有关， m=f （c），这个函数关系称为吸附等温线。 吸附等温线表示平衡吸附量，可用来推断吸附 剂结构、吸附热和其他理化特性。
常用吸附剂
按其化学结构可分为两大类 无机吸附剂：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土、磷酸钙 有机吸附剂：活性炭、淀粉、纤维素、大孔吸附树脂等
一、活性炭(activated carbon )
一种被广泛应用的优良的吸附剂。 是吸附能力很强的非极性吸附剂 对色素、细菌和热原等杂质有很强的吸附能力。 一般用木屑、兽骨、兽血或煤屑等为原料高温
2
典型的吸附过程包括四个步骤：
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
Step1
吸附质被吸附 在吸附剂表面
Step2
料液流出 Step3
吸附质解吸附 吸附剂再生
Step4
4
优点：
(1)设备简单、操作简便、价廉、安全。 (2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小，
活性炭酸性 中性吸附 碱性洗脱
生物分离工程 吸附分离技术与理论
-
- -- -- -
-
- -- -- - - - - -- - - - - + + - + -+ + + + + -+ + -+ +- + +- - - +- + - -+ -+
固定床吸附操作
-吸附过程
吸附塔内填充着活性炭等吸 附剂或者离子交换剂。 当料液连续输入吸附塔中， 溶质被吸附剂吸附。 从吸附塔人口开始，吸附剂 的吸附质浓度不断上升，其 饱和（最大）吸附浓度q0与入 口料液浓度c0相平衡，即当吸 附塔内溶质的吸附接近 饱和时，溶质开始从塔中流出，出口处溶质浓度升高，最后达 到入口料液浓度，即吸附达到完全饱和。
具有一定粒径和/或密度分布的吸附剂
在液体流速的分级作用下，大粒径或高密度吸附剂 分布于床层底部，而小粒径/低密度的介质分布于床 层的顶部，从而在床层内形成稳定的吸附剂的分布
磁性粒子
在外部磁场作用下，磁性粒子呈现稳定的膨胀状态。 但其设备复杂，电磁场产生大量的热，磁性粒子稳 定性差
膨胀床吸附操作-膨胀床结构
常用的吸附剂
活性炭，硅胶，金附性能的参数
比表面积、孔径
活 性 炭
活性炭种类 粉末活性炭 颗粒活性炭 颗粒大小 小 较小 表面积 大 较大 吸附力 吸附量 大 较小 大 较小 洗脱 难 难
锦纶活性炭
大
小
小
小
易
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，活性炭的吸附规律遵循以下规律：
固定床吸附操作
吸附分离技术
吸附分离技术教学目标和要求：通过教学，了解吸附分离的概念、原理、影响因素，理解各种吸附剂的吸附原理和选择依据。
了解离子交换树脂的结构、分类、性能和应用，多糖离子交换剂的类型、特点；掌握离子交换的分离原理、操作方法。
第五章吸附分离技术一、吸附分离技术概论1．吸附：是指物质从气体或液体浓缩到固体表面从而达到分离的过程。
2. 吸附的机理3. 吸附技术的应用（1 ）在食品的应用a ?工业糖液的脱色、脱臭；b ?制氮用于果蔬的储藏：是当前世界上一项先进技术。
原理是果蔬在高氮低氧环境下，呼吸作用被抑制，新陈代谢减缓从而大大延缓腐烂过程。
可使果蔬保持原有营养成分，接近采摘的新鲜状态。
蒜苗储存3个月出库时仍新鲜饱满，无萎烂现象。
N2还可用于酿造啤酒时的密封及压送啤酒。
与先用的CO比，因在啤酒中溶解度小而可提高啤酒质量。
（2）在空气净化上的应用a .空气干燥：空气中通常含有一定水分，而这种水分在很多场合是有害的，必须被除去。
吸附法是除去空气中水分最常用的方法之一。
硅胶和活性氧化铝是通用的干燥剂。
b .脱除无机污染物：工业生产中产生大量的CQ SO和NQ等酸性有害气体，它们会引起温室效应、酸雨等现象，破坏地球和人们的生活环境。
随着工业化发展，这些气体的危害程度越来越大，因此人们在致力于开发各种方法来治理这些有害气体。
其中吸附分离的方法是有效的治理方法之一。
活性炭一SO;分子筛、硅胶、活性炭一NOx＞通入热空气（空气与蒸汽的混合物）可回收。
c ?天然气：为了使天然气能够达到客输标准，必须将其中的水分含量降低至一定水平。
d .化学工业：制氧、制氮提纯CO CQ （重要化工原料）等。
*CO用于羰基合成醋酸、醋酐、甲酸等的生产，也用于电子工业。
CO是一种用途十分广泛的需求量很大的重要化工产品。
约40%用作生产尿素、甲醇、水杨酸等化工产品的原料，35% 用于提高石油采收率，10%用于制冷，5%用于碳酸饮料碳酸化，其它占10%（超临界流体萃取）。
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6 吸附分离技术和理论
• 吸附（adsorption）：溶质从液相或气相 转移到固相的现象。
• 按吸附作用力分：物理吸附、化学吸附、 离子交换。
• 应用：原料液脱色，除臭，目标产物的提 取、浓缩。
6.1 吸附分离介质
6.1.1 吸附剂（adsorbent）
● 活性炭：憎水性，脱色、脱臭、废气处理。 ●多孔树脂：聚苯乙烯，聚丙烯酸树脂。 ●硅胶、氧化铝等吸附剂。
离子交换树脂的命名
序号 0 1 2 3 4 5 6
酸 强 弱 强弱 螯 两 氧
碱 酸 酸 碱碱 合 性 化
性 性 性 性性 性
还
原
性
骨 苯 丙 酚环 乙 尿 氯
架 乙 烯 醛氧 烯 醛 乙
名 烯 酸 系系 吡 系 烯
称系性
啶 系
系
6.1.2 离子交换剂性能的评价
交换容量：mmol/g干树脂，或mmol/ml湿
缺点：(1)需换热设备；(2)粒子稳定性差。 高密度吸附介质：
琼脂糖凝胶包埋微米级石英晶体(Streamline介质)； 琼脂糖凝胶包裹磁性Nd-Fe-B合金颗粒(NFBA-S介质) ； 琼脂糖凝胶包裹氧化锆-硅胶微球(4AZB介质) 。
图6图.图269.62.琼728脂StB糖rFeB包aAm-裹lSi氧n介e化质介锆质-硅胶介质
图6.31 膨胀床吸附操作过程
膨胀床优点
与固定床相比：可直接处理具体发 酵液或细胞匀浆液，从而可节省离 心或过滤等预处理过程。
与流化床相比：流体流动状态接近 平推流的方式，轴向饭混较低，效 率高。
与固定床相比膨胀床缺点
（1）操作复杂和繁琐，对操作人员 技能和熟练程度要求高；
（2）料液中的核酸、细胞碎片等可 与介质相互作用，造成介质颗粒聚 集，甚至造成沟流和床层塌陷；
（3）料液中大量的杂质对介质污染 严重，需要严格的清洗和再生操作。
6.7 移动床和模拟移动床吸附
树脂再生
阳离子交换柱和阴离子交换柱分别逆流 通过5%HCl和5%NaOH； 混合柱应先“比重1.2盐水浮选”分离， 然后在分别再生。
固定床吸附特点
效率较高，无返混； 再生周期长； 压降大，粒子阻塞。
6.6 膨 胀 床 吸 附
膨胀床吸附介质
磁性粒子：在外部磁场作用下，磁性粒子呈现 稳定的流化状态。
（伯、应： RSO3-H+ + Na+→ RSO3-Na+ + H+
阴离子交换反应：
RN(CH3)3+OH- + Cl- → RN(CH3)3+ Cl- + OH-
离子交换树脂的命名
D 0 0 1 ×7
交换剂的百分含量 连接号 顺序号 骨架名称 酸碱性 大孔型 D指大孔型树脂，没有D指凝胶型树脂。
影响柱交换容量的因素
填料的特性：交换容量、比表面大小 装填情况： 操作条件：流速
去离子水的制备
自来水
过滤
R-SO3H柱
RN(CH3)3OH柱
去离子水
混合柱
RN(CH3)3OH柱
树脂一般采用强酸型阳离子交换树脂如001×7和强碱 型阴离子交换树脂如201×7 ； 由于交换容量不同，实验中通常采用一根阳离子交换 柱和二根阴离子交换柱。混合柱也应按等交换容量比例 混合； 混合柱的作用：由于离子交换是可逆反应，经过阳离 子交换柱和阴离子交换柱处理的去离子水，还存在着微 量未交换的离子。若让它再通过混合柱，由于两种交换 过程同时进行，离子交换后生成的H+和OH-结合成水而 除去，进一步提高了水的质量。实验室精制去离子水可 采用 5cm×100cm混合柱处理一次去离子水。
树脂，3.6-4.5mmol/g干树脂。
交联度：与孔隙、机械强度有关。 溶胀度：一般，强酸性阳离子交换树脂由
Na转变成H型，强碱性阴离子交换树脂由Cl 型转变成OH型，其体积均增加约5%，近70 ％弱丙烯酸系。
6.1.2 离子交换剂性能的评价
密度：真密度：干真密度和湿真密度
（阳1.2-1.3，阴1.0-1.1）
6.1.2 离子交换剂
• 天然的：磺化煤，天然沸石
• 合成的：离子交换树脂，合成
沸石。
磺化煤
天然沸石
表 6.2 主要离子交换基团及其结构
强酸性 0-99
弱酸性 100-199 强碱性 200-299
弱碱性 300-399
磺酸基
—SO3-
羧甲基
—COO-
三甲氨基 （季铵盐）
—N+(CH)3
二乙氨基乙基 （DEAE)
●分子筛：筛分作用，除水，混合物分离。
生物大分子层析专用：纤维素凝胶，琼脂糖凝
胶，葡聚糖凝胶，聚丙烯酰胺凝胶和羟基磷灰石。
活性炭是工业上普遍使用的吸
附剂，常用于脱色和除臭。
吸附树脂
+
苯乙烯 骨架
二乙烯苯
聚苯乙烯
交联剂
聚苯乙烯树脂
吸附树脂特性
按孔道结构分：大孔型树脂、凝胶型吸附树脂。
吸附树脂与活性炭相比：吸附选择性高，易于 解吸。 大孔型树脂与凝胶型吸附树脂：机械强度高。 吸附树脂适用于从水溶液中分离低极性或非极 性化合物。
视密度（堆积密度）：干视和湿视密度
（阳：0.75-0.9，阴0.6-0.75）
树脂
空隙
6.1.2 离子交换剂性能的评价
pH范围：弱酸：5-14；弱碱：1-9。
阴阳离离子子交交换换剂剂
1.0
强
f
弱弱
强
02 4
6
8 10 12 pH
图6.2 离子交换剂的离子化率f与pH的关系
离子交换树脂的预处理
1. 用水浸泡4-6h 2. 分别用1mol/L的盐酸或氢氧化钠进行酸
6.4 常用操作方式
1) 分批操作法： 静态操作法
2) 固定床操作法： 动态操作法
6.5 固定床吸附操作
1.0
c/co
0.05
图6.14 固定床吸附操作
穿透点 体积
图6.15 穿透曲线
1.0 0.9
c/co
0.05
穿透点 VE 体积 VB 饱和点
QB=COVB — COVε QE=QB+1/2(COVE-COVB)
碱洗涤，中间需用蒸馏水洗至近中性， 反复操作2-3次。 3. 按要求转型。
6.2 吸附平衡理论
6.2.1 吸附等温线
• 低浓度：亨利Henry：q＝mc • 浓度较高时： Langmuir方程：q＝qmc/(kd+c) Freudlich方程：q＝kcβ 0.1＜β＜1
q/(mg/g)
C0=1mg/mL 5mg/mL 10mg/mL 50mg/mL 100mg/mL c/(mg/mL)
• 吸附（adsorption）：溶质从液相或气相 转移到固相的现象。
• 按吸附作用力分：物理吸附、化学吸附、 离子交换。
• 应用：原料液脱色，除臭，目标产物的提 取、浓缩。
6.1 吸附分离介质
6.1.1 吸附剂（adsorbent）
● 活性炭：憎水性，脱色、脱臭、废气处理。 ●多孔树脂：聚苯乙烯，聚丙烯酸树脂。 ●硅胶、氧化铝等吸附剂。
离子交换树脂的命名
序号 0 1 2 3 4 5 6
酸 强 弱 强弱 螯 两 氧
碱 酸 酸 碱碱 合 性 化
性 性 性 性性 性
还
原
性
骨 苯 丙 酚环 乙 尿 氯
架 乙 烯 醛氧 烯 醛 乙
名 烯 酸 系系 吡 系 烯
称系性
啶 系
系
6.1.2 离子交换剂性能的评价
交换容量：mmol/g干树脂，或mmol/ml湿
缺点：(1)需换热设备；(2)粒子稳定性差。 高密度吸附介质：
琼脂糖凝胶包埋微米级石英晶体(Streamline介质)； 琼脂糖凝胶包裹磁性Nd-Fe-B合金颗粒(NFBA-S介质) ； 琼脂糖凝胶包裹氧化锆-硅胶微球(4AZB介质) 。
图6图.图269.62.琼728脂StB糖rFeB包aAm-裹lSi氧n介e化质介锆质-硅胶介质
图6.31 膨胀床吸附操作过程
膨胀床优点
与固定床相比：可直接处理具体发 酵液或细胞匀浆液，从而可节省离 心或过滤等预处理过程。
与流化床相比：流体流动状态接近 平推流的方式，轴向饭混较低，效 率高。
与固定床相比膨胀床缺点
（1）操作复杂和繁琐，对操作人员 技能和熟练程度要求高；
（2）料液中的核酸、细胞碎片等可 与介质相互作用，造成介质颗粒聚 集，甚至造成沟流和床层塌陷；
（3）料液中大量的杂质对介质污染 严重，需要严格的清洗和再生操作。
6.7 移动床和模拟移动床吸附
树脂再生
阳离子交换柱和阴离子交换柱分别逆流 通过5%HCl和5%NaOH； 混合柱应先“比重1.2盐水浮选”分离， 然后在分别再生。
固定床吸附特点
效率较高，无返混； 再生周期长； 压降大，粒子阻塞。
6.6 膨 胀 床 吸 附
膨胀床吸附介质
磁性粒子：在外部磁场作用下，磁性粒子呈现 稳定的流化状态。
（伯、应： RSO3-H+ + Na+→ RSO3-Na+ + H+
阴离子交换反应：
RN(CH3)3+OH- + Cl- → RN(CH3)3+ Cl- + OH-
离子交换树脂的命名
D 0 0 1 ×7
交换剂的百分含量 连接号 顺序号 骨架名称 酸碱性 大孔型 D指大孔型树脂，没有D指凝胶型树脂。
影响柱交换容量的因素
填料的特性：交换容量、比表面大小 装填情况： 操作条件：流速
去离子水的制备
自来水
过滤
R-SO3H柱
RN(CH3)3OH柱
去离子水
混合柱
RN(CH3)3OH柱
树脂一般采用强酸型阳离子交换树脂如001×7和强碱 型阴离子交换树脂如201×7 ； 由于交换容量不同，实验中通常采用一根阳离子交换 柱和二根阴离子交换柱。混合柱也应按等交换容量比例 混合； 混合柱的作用：由于离子交换是可逆反应，经过阳离 子交换柱和阴离子交换柱处理的去离子水，还存在着微 量未交换的离子。若让它再通过混合柱，由于两种交换 过程同时进行，离子交换后生成的H+和OH-结合成水而 除去，进一步提高了水的质量。实验室精制去离子水可 采用 5cm×100cm混合柱处理一次去离子水。
树脂，3.6-4.5mmol/g干树脂。
交联度：与孔隙、机械强度有关。 溶胀度：一般，强酸性阳离子交换树脂由
Na转变成H型，强碱性阴离子交换树脂由Cl 型转变成OH型，其体积均增加约5%，近70 ％弱丙烯酸系。
6.1.2 离子交换剂性能的评价
密度：真密度：干真密度和湿真密度
（阳1.2-1.3，阴1.0-1.1）
6.1.2 离子交换剂
• 天然的：磺化煤，天然沸石
• 合成的：离子交换树脂，合成
沸石。
磺化煤
天然沸石
表 6.2 主要离子交换基团及其结构
强酸性 0-99
弱酸性 100-199 强碱性 200-299
弱碱性 300-399
磺酸基
—SO3-
羧甲基
—COO-
三甲氨基 （季铵盐）
—N+(CH)3
二乙氨基乙基 （DEAE)
●分子筛：筛分作用，除水，混合物分离。
生物大分子层析专用：纤维素凝胶，琼脂糖凝
胶，葡聚糖凝胶，聚丙烯酰胺凝胶和羟基磷灰石。
活性炭是工业上普遍使用的吸
附剂，常用于脱色和除臭。
吸附树脂
+
苯乙烯 骨架
二乙烯苯
聚苯乙烯
交联剂
聚苯乙烯树脂
吸附树脂特性
按孔道结构分：大孔型树脂、凝胶型吸附树脂。
吸附树脂与活性炭相比：吸附选择性高，易于 解吸。 大孔型树脂与凝胶型吸附树脂：机械强度高。 吸附树脂适用于从水溶液中分离低极性或非极 性化合物。
视密度（堆积密度）：干视和湿视密度
（阳：0.75-0.9，阴0.6-0.75）
树脂
空隙
6.1.2 离子交换剂性能的评价
pH范围：弱酸：5-14；弱碱：1-9。
阴阳离离子子交交换换剂剂
1.0
强
f
弱弱
强
02 4
6
8 10 12 pH
图6.2 离子交换剂的离子化率f与pH的关系
离子交换树脂的预处理
1. 用水浸泡4-6h 2. 分别用1mol/L的盐酸或氢氧化钠进行酸
6.4 常用操作方式
1) 分批操作法： 静态操作法
2) 固定床操作法： 动态操作法
6.5 固定床吸附操作
1.0
c/co
0.05
图6.14 固定床吸附操作
穿透点 体积
图6.15 穿透曲线
1.0 0.9
c/co
0.05
穿透点 VE 体积 VB 饱和点
QB=COVB — COVε QE=QB+1/2(COVE-COVB)
碱洗涤，中间需用蒸馏水洗至近中性， 反复操作2-3次。 3. 按要求转型。
6.2 吸附平衡理论
6.2.1 吸附等温线
• 低浓度：亨利Henry：q＝mc • 浓度较高时： Langmuir方程：q＝qmc/(kd+c) Freudlich方程：q＝kcβ 0.1＜β＜1
q/(mg/g)
C0=1mg/mL 5mg/mL 10mg/mL 50mg/mL 100mg/mL c/(mg/mL)