生物分离工程-第8章-吸附分离
生物分离工程 第八章
8
亲 和 色 谱
（ 6）色素配基——色素亲和色谱
三嗪类色素与需要NAD作为辅酶的脱氢酶和激酶具有结合作 用。此外，还能与血清白蛋白、干扰素、核酸酶、溶菌酶和糖解酶 等多种蛋白质具有结合能力。
（7）过渡金属离子（Cu2+、Ni 2+、 Zn2+、Co2+）
过渡金属离子可与蛋白质表面的组氨酸的咪唑基、半胱氨酸的 巯基和色氨酸的吲哚基通过配位键产生亲和结合作用。一般称为金 属螯合亲和色谱。
8
亲 和 色 谱
8
亲 和 色 谱
8.5.2 亲和双水相分配
利用偶联有亲和配基的PEG作为成相聚合物进行目
标产物的双水相萃取，可在亲和配基的亲和结合作用下 促进目标产物在PEG相（上相）的分配，提高目标产物
的分配系数和选择性。
操作步骤：萃取、清洗、反萃取。
8
亲 和 色 谱
8.5.3 亲和反胶团萃取
8
亲 和 色 谱
（ 8）组氨酸
组氨酸具有弱疏水性和咪唑环的弱电性，可与蛋白质发生亲和
结合作用。在低盐浓度和pH值约等于目标蛋白质等电点的溶液中，
固定化组氨酸的亲和吸附作用最强。采用增大盐浓度的梯度洗脱法。
（ 9）肝素
肝素是一种酸性多糖，可与脂蛋白质、脂肪酶、甾体受体、限 制性核酸内切酶、抗凝血酶、凝血蛋白质等具有亲和作用。在中性 pH值和低浓度盐溶液中亲和作用较强，随着盐浓度的增大结合作用 降低。
8
亲 和 色 谱
8.3.2 亲和吸附剂及其制备方法
将亲和配基共价偶联在固相载体之上即可制成亲和 吸附剂。 亲和载体的要求 ① 具亲水性多孔结构，无非特异性吸附，比表面 积大； ② 稳定性高，机械强度高，使用寿命长； ③ 含有可活化反应基团，用于配基的固定化； ④ 粒径均匀的球形粒子。 凝胶介质是最常用的亲和载体。
生物分离工程
名词解释1.凝聚:气体由稀变浓或变成液体2.絮凝:是指水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固液分离的目的。
3.扩散双电层:胶核由于吸附或电离作用，并为带电的胶核，由于静电引力，吸引介质中持相反电荷的离子，形成双电层，由于静电作用与扩散作用两种作用同时存在，两种作用达到平衡后，双电层的返离子不是整齐的排在胶核表面，而是呈一个扩散状态分布在溶液中，这样的双电层称为扩散双电层。
4.凝聚价或凝聚值:电解质的凝聚能力，可用凝聚值来表示使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔每升）称为凝聚值。
5.过滤:过滤就是用机械方法使某一液体穿过多孔物质，使该液体的固相部分与液相部分分开。
6.滤饼过滤:滤饼过滤是使用织物、多孔材料或膜作为过滤介质只是起着支撑滤饼的作用，过滤介质的孔径不一定要小于最小颗粒的粒径。
7.深层过滤:深层过滤是指当颗粒尺寸小于介质孔道直径时，不能在过滤介质表面形成滤饼，这些颗粒便进入介质内部，借惯性和扩散作用趋近孔道壁面，并在静电和表面力的作用下沉积下来，从而与流体分离。
8.错流过滤:是在泵的推动下，料液平行于膜面流动。
9.离心分离:借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。
10.离心分离因数:离心分离机所转鼓内的悬浮液或乳浊液在离心力场中所受的离心力与其重力的比值，即离心加速度与重力加速度的比值。
11.沉降系数:用离心法时，大分子沉降速度的量度，等于每单位离心场的速度。
12.离心过滤:以离心力作为推动力，在具有过滤介质的有孔转鼓中加入悬浮液，固体粒子截留在过滤介质上，液体穿过滤饼层而流出，最后完成滤液和滤饼分离的过滤操作。
13.差速离心:根据颗粒大小和密度的不同，存在的沉降速度差别，分级增加离心力，从试样中依次分离出不同组分的方法。
14.密度梯度区带离心法（区带离心法）:是将样品加在惰性梯度介质中进行离心沉降或沉降平衡，在一定的离心力下把颗粒分配到梯度中某些特定位置上，形成不同区带的分离方法。
生物分离技术：Chapter 8 吸附
[A]为未被吸附的吸附质分子的浓度； A为被吸附的 吸附质分子。
C 离子交换等温线
单价离子交换吸附也可用兰格缪尔等温吸附方程描述
q qmaxc Kd c
D 亲和吸附等温线
亲和吸附等温线，常类似于兰格缪尔吸附等温线，由 于是生物特异性结合，所以常为单分子层吸附。当然 对每一体系都需用实验证实。
亲和吸附的基本过程
亲和吸附载体的种类
种类
组成
性能
多孔玻璃载体 聚丙烯酰胺 凝胶载体
纤维素载体
葡聚糖凝胶载 体
硅酸盐 丙烯酰胺 N,N-亚甲基双丙烯酰胺 多糖类物质
经环氧丙烷交联的多糖类
坚硬、耐酸碱、易修饰
亲水性好 可供活化基团多 来源丰富，但非特异性吸附 及空间位阻强，对分离不利
理化性质稳定，但粒径太小
亲和吸附剂由支撑体和配基两部分组成，支撑体并不 与溶质反应，仅通过共价键或离子键偶合配基，而被 偶合的配基能选择性地和溶质反应，当溶质是大分子 时，常与吸附剂上相邻几个反应点相互作用、称为 “多点结合”(或称“锁钥结合”)。
概念：吸附是利用吸附剂对液体或气体 中某一组分具有选择性吸附的能力，使 其富集在吸附剂表面的过程。
吸附法特点：
1 常用于稀溶液中溶质分离，处理能力较小； 2对溶质的作用较小 3易于发酵与分离的耦合过程，消除产物抑制 4溶质和吸附剂之间的作用及吸附关系通常是非线性关
系，故设计比较复杂。
物质从流体相(气体或液体)浓缩到固体表面从而实现分离 的过程称为吸附作用。在表面上能发生吸附作用的固体称 为吸附剂，而被吸附的物质称为吸附物或吸附质。
单分子层吸附等温线方程式是由兰格缪尔建立的。兰 格缪尔方程式以下列假定为基础：吸附是在吸附剂的
活性中心上进行的；这些活性中心具有均匀的能量， 且相隔较远，因此吸附物分子间无相互作用力；每一 个活性中心只能吸附一个分子，即形成单分子吸附层。
南农生物分离工程生物分离
—m∞—b—C—=
0.06×0.02 b ——————=0.04
,
b=100
1 + b C 1 + 0.02 b
则当料液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量可计算如下：
0.06×100×0.2 m = ————————=0.057Kg/Kg
1 + 100×0.2
影响吸附的因素
• 吸附剂的性质（组成结构、容量、稳定性 ）
界面
吸附机理——表面性质
吸附类型与特性
1. 物理吸附 2. 化学吸附 3. 交换吸附
1. 物理吸附——分子间作用力的吸附 1）吸附区域为自由界面 2）吸附层数为多层 3）吸附可逆性—可逆 4）吸附选择性—差
2. 化学吸附—化学键力的吸附 1）吸附区域为未饱和的原子 2）吸附层数为单层 3）吸附可逆性—不可逆 4）吸附选择性—很好
南农生物分离工程生物分离
什么是吸附？
利用固体特有的吸附特性，从液体中吸附目标物，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯 化的过程。
• 吸附过程通常包括：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 Step2
料液流出 Step3
比表面积 陈化程度 磷酸钙凝胶 制备方法 活性炭800℃活化吸附碱
500℃吸附酸 “钝化” 暴露于冷湿空气 “活化” 加热除水 真空除水
• 吸附物的性质（熔点、缔合、离解、氢键等）
能使表面张力降低的物质易吸附 在溶解度大的溶剂中，溶质吸附量小 极性相近的易吸附 同系物M↑（羧酸）极性↓宜用非极性吸附剂
例：应用大孔树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当 抗菌素浓度为0.02Kg/m3时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料 液含抗菌素0.2Kg/m3时的吸附量。
第8章 膨胀床吸附
常用吸附剂的不足：常用吸附剂如交联琼脂糖 和葡聚糖凝胶与水溶液的密度差较小，形成膨 胀床的流体流速很低，因此需要开发开密度吸 附剂 膨胀床介质发展方向：高密度小粒径介质和表 面薄壳型介质(内含高密度惰性材料，外部薄壳 为有效吸附层)
生物分离工程前沿技术
膨胀床操作
生物分离工程前沿技术
膨胀床吸附操作-膨胀床操作
U U t c
n
(6 .1 2 7 )
U 液 相 空 塔 速 度 ， c -床 层 空 隙 率 ， n - R i c h a r d s o n - Z a k i 系 数 ， 层 流 区 的 n 值 一 般 为 4 .8
生物分离工程前沿技术
由式(6.126)和(6.127)可知，固相介质的密度和粒径越
大，Ut值越大，达到一定膨胀率所需要的液相流速越
高。 膨胀床操作流速以使床层高度达到填充床的2-3倍为宜。 膨胀床介质需要具有一定的粒径和(或)密度分布，以使 形成固相介质在膨胀床中出现一定的分布。终端速度 大的大粒子(或高密度粒子)主要分布在床层的底部，而 终端速度小的小粒子(或低密度粒子)主要分布在床层的
顶部
生物分离工程前沿技术
膨胀床介质和设备
膨胀床吸附介质
吸附介质必须易于流态化，并能实现稳定的分级。 这一要求取决于介质的物性，其中包括颗粒密度及 其分布、颗粒尺寸及其分布、床层空隙率等。 目前使用的吸附介质有交联琼脂糖凝胶、 Streamline(晶体石荚内核外包交联琼脂糖)、Biorad 多孔玻璃。 磁性粒子也可作为膨胀床的吸附介质，但是粒子的 稳定性差，使用的设备也十分复杂，有待改进。
生物分离工程前沿技术
第7章 膨胀床吸附
生物分离工程前沿技术
膨胀床吸附原理和固相分级特性 膨胀床与传统固定床的区别在于：膨胀床的床层上部 安装有可调节床层高度的调节器，当液体(料液或清洗 液等)从床底以高于吸附剂最小流化速度的流速输人时， 吸附剂床层产生膨胀，高度调节器上升，膨胀床状态 下床层高度一般为固定床状态的2—3倍，床层空隙率 高，允许茵体细胞或细胞碎片自由通过。因此，膨胀 床吸附操作可直接处理菌体发酵液或细胞匀浆液，回 收其中的目标产物，从而可节省离心或过滤竿预处理 过程，提高目标产物收率，降低分离纯化过程成本。 这是膨胀床吸附操作的最大诱人之处。 膨胀床与流化床的区别：膨胀床并非传统的流化床， 两者的区别在于：后者的吸附型粒子和液体在床层内 混合程度高，吸附效率低，而前者的吸附剂粒子基本 悬浮于固定的位置，液体的流动与固定床相似，接近 平推流，吸附效率高。因此，膨胀床的形成需要特殊 的吸附剂和设备结构。
生物分离工程.
第一章绪论1.生物分离的一般步骤①不溶物的去除（固液分离）——预处理包括过滤、离心、细胞破碎等，产物浓度和质量得到了提高。
②产物提取（浓缩）产物初步纯化的过程。
将目标产物与性质差异较大的杂质分开，可大幅提高产物浓度。
往往多单元协同操作，如吸附、萃取、沉淀、超滤等。
以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，除去主要杂质。
③产品的纯化产物被高度纯化，除去与目标物性质接近的杂质。
采用的技术具有产物的高选择性和杂质的去除性，即可以除去微量的杂质。
如色谱、电泳、层析等。
④产品精制将纯化的产品按要求制成商用成品。
按商品要求的用途、纯度、剂型等进行最后加工。
如结晶、喷雾干燥、冷冻干燥等。
2.生物分离的基本原理是指根据混合物（包括原子、离子、分子、分子复合物、分子聚合体、和细胞、细胞碎片和颗粒等）中各种溶质间具有物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和能够扩大这些差别的分离设备，实现各种物质的分离，或使被分离的目的产物得以纯化。
㈠物理学性质①力学性质溶质的密度、尺寸、大小和形状。
利用这些力学性质的不同可进行颗粒（如细胞）的重力沉降，分子或颗粒的离心分离和膜分离。
②热力学性质溶质的溶解度（液相固相平衡）、挥发度（气液相平衡）、表面活性剂及在相间的分配平衡行为的差异等性质，可进行蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、沉淀、泡沫分离、吸附和离子交换分离等。
③传质性质粘度、分子扩散系数和热扩散现象等，利用传质速度的差异也可进行分离，如透析。
④电磁性质溶质的荷电特性，如电荷分布、电离度、等电点和磁性等可采用电泳、电色谱、电渗析、离子交换、磁性分离等方法进行分离。
㈡化学性质①化学热力学性质（化学平衡常数）②反应动力学(反应速率)③化学解离特性（激光激发作用极化、离子化）㈢生物学性质①生物分子识别：生物亲和作用；②生物输送性质：生物膜输送；③生物反应、控制：酶反应、免疫系统。
3.分离效率的评价标准目标物浓缩程度→浓缩率分离纯化程度→分离因子回收效率→收率第二章发酵液预处理和固液分离1.预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：（1）改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度。
09122生物分离工程
《生物分离工程》课程（09123）教学大纲一、课程基本信息（宋体五号加粗）课程中文名称：生物分离工程课程代码：09123学分与学时：52学时，3学分课程性质：专业必修授课对象：生物工程专业（本科）二、课程教学目标与任务《生物分离工程》是为生物工程本科专业学生开设的一门专业必修课，是本专业的一门主干课程。
本课程主要讲授各种生物活性物质中各种杂质的去除、分离、纯化和精制技术，是生物工程中不可缺少的组成部分，通过对本课程的学习，能使学生针对不同产品的特性，较好地运用各种分离技术来设计合理的提取、精制的工艺路线，并能从理论上解释各种现象，提高分析问题和解决问题的能力，是一门理论和实践密切结合的课程。
三、学时安排四、课程教学内容与基本要求第一章绪论（2学时）教学目的：了解生物分离工程的特点。
基本要求：掌握生物分离工程在生物工程领域的地位，生物分离过程的特点以及生物分离过程的分类。
重点与难点：准确理解生物分离过程的特点教学方法：多媒体教学主要内容：一、生物分离工程的历史及其应用二、生物分离工程在生物技术中的地位三、生物分离工程的特点四、生物分离一般步骤第二章生物分离的理论基础（4学时）教学目的：使学生了解生物分离的理论基础基本要求：了解生物分离的基本理论基础，掌握分离效率的评价标准。
重点与难点：分离机理、分离效价的评价标准教学方法：多媒体讲授主要内容：一、分离机理二、分离操作三、分离效价的评价第三章过滤（4学时）教学目的：学习并掌握发酵液过滤的基本理论基本要求：掌握过滤前物料预处理的基本方法，过滤的基本理论及相关方程，了解连续旋转式真空抽滤机的操作原理与过程，以及过滤设备的基本结构及选择原则。
重点与难点：准确理解过滤的基本理论及相关方程、过滤设备的基本结构与选型。
教学方法：多媒体课件教学与课堂讨论相结合主要内容：一、过滤的基本概念二、过滤前物料的前处理1、加热（Heating）——降低液体粘度2、凝聚和絮凝三、影响凝聚作用的主要因素四、絮凝作用五、常用的絮凝剂六、助滤剂七、过滤理论八、连续旋转式过滤机九、过滤设备及其结构十、过滤介质十一、典型的过滤设备1、板框压滤机2、旋转过滤机第四章离心与沉降（4学时）教学目的：掌握离心和沉降的基本原理基本要求：掌握颗粒沉降的计算，了解各种分离沉降设备的种类、结构和原理，离心分离过程的放大方法。
生物分离工程 吸附分离技术与理论
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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
生物分离工程吸附层析课件PPT
应用： 用于分离蛋白质、酶等大分子的生物活性物 质。 缺点： （1）强度较差，流速低； （2）强酸、强碱容易破坏天然多糖的结构； （3）易污染，易被微生物降解。
离子交换剂的类型
强阳 弱阳 强阴 弱阴
阳离子交换剂 离子交换剂 阴离子交换剂
阳离子交换剂
能与阳离子进行交换的离子交换剂。
强阳（强酸性）离子交换剂 活性基团是磺酸基团（-SO3H）或次甲基磺酸 基团-(CH2)2SO3H。都是强酸性基团，其电离程度 大且不受溶液pH的影响，当pH值在1-14范围内时， 均能进行离子交换反应。
疏水作用层析
一、原理 疏水作用层析 (Hydrophobic interaction chromatography, HIC) 是利用表面偶联弱疏水性基团的疏水吸附剂 为固定相，根据蛋白质与疏水性吸附剂之间的弱 疏水性相互作用的差别进行蛋白质类生物大分子 分离纯化的洗脱层析法。
二、疏水性吸附剂
丙烯酸-二乙烯基苯 酚醛树脂 多乙烯多胺-环氧氯丙烷树脂
特点：（1）强度好，流速较高 （2）较高的离子交换
当量（3）耐强酸、强碱 （4）抗污染能力强
适用范围： （1）中小生物物质的纯化：氨基酸、抗生素、 部分中药有效成分等； （2）除盐、除重金属离子（如去离子水）、去 色素等。 缺点：由于离子交换树脂疏水性强、交联度高、 孔隙小、电荷密度高，容易导致蛋白质和 酶的失活，不适于生物大分子的分离。
中和：RSO3-H+ + Na+OH中性盐分解： RSO3-H+ + Na+Cl 复分解： R-SO3- Na+ + K+Cl-
R-SO3- Na+ +H2O
生物分离工程
生物分离工程（最好能有时间过过ppt）1.定义：生产粗原料的过程及其之后的目标产物的分离纯化过程，即下游加工过程；2.下游加工过程：目标产物的分离纯化。
包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等3.特点及其重要性：(1)发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液；(2)培养液是多组分的混合物；(3)生化产物的稳定性差——易引起产物失活；(4)对最终产品的质量要求很高。
4.下游加工过程的一般流程:(1)下游加工过程的一般流程;（2）初步纯化;（3）高度纯化与精制;（4）成品加工5.分离效率的评价:目标产品的浓缩程度/分离纯化程度/回收率6.提高回收率的方法：（1）提高每步回收率，（2）减少操作步骤；（3）开发新型高效的分离方法第二章发酵液预处理和固液分离首先要进行培养液的预处理和固液分离，才能进行后续操作：对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。
对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。
1.发酵液的基本特性：发酵产物浓度较低，大多为1-10%；悬浮物颗粒小，细胞的相对密度与培养液相似；固体粒子可压缩性大；液相粘度大，大多为非牛顿型流体，不易过滤；悬浮状态稳定：双电层、水化膜、布朗运动成分复杂，杂质较多。
2.预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度；⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作；⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）。
3.预处理手段：絮凝与凝聚处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离。
常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。
其余手段：加热，调节pH。
凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm），机理：1）中和粒子表面电荷;2）消除双电层结构;3）破坏水化膜。
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吸附 剂
吸附 质
脱附：吸附的逆过程
❖ 吸附过程通常包括：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。
❖ 吸附剂——能够吸附其他物质的多孔性固体。
❖ 吸附质——在吸附过程中，被吸附的物质。
料液与吸 附剂混合
Step1
吸附质 被吸附
Step2
料液 流出
Step3
吸附质解 吸附
Step4
吸附法的特点：
优点：
① 常用于从稀溶液中将溶质分 离出来，由于受固体吸附剂 的限制，处理能力较小；
✓有机溶剂掺入少 ✓ 操作简便，安全，设备简单 ✓ pH变化小，适于稳定性差的物质
② 对溶质的作用较小，这一点
③
在蛋白质分离中特别重要； 可直接从发酵液中分离所需
第八章 吸附分离技术
吸附操作是一种古老的技术，早在两千多年前西汉 古墓中就用木炭吸湿防潮，说明当时已了解到木炭有很 强的吸湿作用。20世纪50年代前，因吸附剂种类少，常 用的只有酸性白土、硅藻土和活性炭等几种，选择吸附 的能力低，只限于脱色、脱臭、吸湿、干燥等小型的操 作过程。20世纪60年代以来，随着性能优良的吸附剂的 不断开发(如合成沸石、活性氧化铝、分子筛等)以及各行 各业分离要求的不断提高，使吸附分离技术得到了迅速 发展，成为完整的单元操作过程。目前，吸附分离技术 已经在轻工、炼油、化工、食品、环保等许多领域得到 了广泛的应用。
吸附现象
A rain – damp(吸湿)
B 冰箱除异味 C 变色硅胶 D 装修除甲醛
一、基本概念
定义：吸附是利用吸附剂对液
体或气体中某一组分具有选 择性吸附的能力，使其富集 在吸附剂表面，再用适当的 洗脱剂将其解吸达到分离纯 化的过程。液相(气相)→固相
——吸附剂、吸附物
应用：广泛应用于原料脱色、
主要有两 种方法： （1）气体 法；
（2）药剂 法。
活性炭是一种多孔含碳物质的颗粒或粉末，不 仅具有良好的化学稳定性和机械强度，而且具有高 度发达的孔隙结构，因而具有很强的吸附能力；活 性炭还具有解吸容易、热稳定性好等优点。
活性炭具有非极性的表面，即可以吸附非极性 物质。活性炭既可用于气相吸附，又可用于液相吸 附。目前，活性炭已广泛地用于制药化工过程，如 各类有机蒸汽的吸附，溶液的脱色、除臭，药物的 精制等。
吸附性能 作用力 选择性 吸附层 吸附热
吸附速度 温度
可逆性
物理、化学吸附的比较
物理吸附
分子引力（范德华力）
化学吸附
化学键
没有选择性 单分子或多分子吸附层
有选择性 只能形成单分子吸附层
较小，⋖41.9kj/mol 快，几乎不要活化能 放热过程，低温有利于吸附
较大，相当于化学反应热，83.7418.7kj/mol
较慢，需要活化能
温度升高，吸附速度增加
可逆，较易解析
化学键大时，吸附不可逆
二、吸附分离介质
多孔型：活性炭、硅胶、 硅藻土；大网格吸附 剂：有机高分子材料， 如聚苯乙烯，聚酯。
凝胶型：纤维素凝胶， 琼脂糖凝胶，匍聚糖 凝胶等。
❖ 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
根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同， 吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
由于吸附质与吸附剂的分子之间形成化学键而 引起的吸附称为化学吸附。发生化学吸附时，被吸 附的分子与吸附剂的表面分子之间发生了电子转移、 原子重排或化学键的破坏与生成。与物理吸附不同 的是，化学吸附具有选择性，只有当吸附剂与吸附 质的分子之间形成化学键时，才会发生化学吸附。
制造过程示意图
炭化 →破碎、造粒
原料
捏合成型→炭化
活化→洗涤→
→干燥→筛分
粉状碳成品
粒状碳成品
一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或 分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。
所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性 炭的孔径分布来选择合适的活性炭。
活化：把
碳渣造成发 达的多孔结 构
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； ❖ （7）较高的抗污染能力以延长使用寿命； ❖ （8）较好的惰性以避免发生不期望的化学反应； ❖ （9）易再生； ❖ （10）价格便宜。
表 6．1 生物分离中常用的多孔吸附剂
平均孔径／nm 比表面积／(m2／g)
缺点：
的产物，成为发酵与分离的
✓选择性差
耦合过程，从而可消除某些
✓收率低
产物对微生物的抑制作用；
✓无机吸附剂性能不稳定
④ 溶质和吸附剂之间的相互作 用及吸附平衡关系通常是非 线性关系，故设计比较复杂
✓不能连续操作，劳动强度大 ✓碳粉等吸附剂有粉尘污染
，实验的工作量较大。
吸附机理
固体内部分子所受分子间的 作用力是对称的，而固体表 面分子所受力是不对称的。 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。
活性炭
1.5---3.5
750---1500
硅胶
2---100
40---700
活性氧化铝
4---12
50---300
硅藻土
5---20
--10
多孔性聚苯乙烯树脂
--
100---800
多孔性聚酯树脂
8---50
60---450
多孔性醋酸乙烯树脂
---6
7---400
氧化铝
硅藻土
活性炭
（1）活性炭
1）组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原 料高温（800℃）碳化而成的多孔网状结构
界面
吸附类型与特性
1. 物理吸附 2. 化学吸 3. 交换吸附
极性吸附 离子交换吸附
根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同， 吸附可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
当由于吸附质与吸附剂的分子之间存在分子间 力即范德华力而发生的吸附称为物理吸附，又称为 范德华吸附。
因为分子间引力普遍存在于吸附剂与吸附质之 间，故一种吸附剂可以吸附多种吸附质，不具有选 择性。但吸附剂与吸附质的种类不同，分子间引力 大小各异，因此吸附量可能相差悬殊。。
2）种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭 吸附能力为粉末活性炭＞颗粒活性炭＞锦纶活性炭