制药分离工程第8~15章
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四川理工学院制药分离工程实验指导第一版制药工程系编二○一二年制药分离工程实验目录目录实验一细胞SOD的提取和分离.............................................................................................. - 1 - 实验二大枣中多糖的提取分离 . (3)实验三有机溶剂沉淀法制备大豆脲酶 (6)实验四柱层析法对色素的提取与分离 (8)实验五质粒的提取及电泳分离 (10)实验六八角茴香油的提取与检识 (12)实验七秦皮中七叶苷和七叶内酯的提取、分离与鉴定 (15)实验八大孔吸附树脂分离纯化白头翁皂苷 (17)实验九重结晶及过滤 (19)实验十简单蒸馏及分馏 (3)实验一细胞SOD的提取和分离一、实验目的1.掌握有机溶剂沉淀法的原理和基本操作。
2.掌握SOD酶提取分离的一般步骤。
二、实验原理超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是一种具有抗氧化、抗衰老、抗辐射和消炎作用的药用酶。
它可催化超氧负离子(O2-)进行歧化反应,生成氧和过氧化氢。
大蒜蒜瓣和悬浮培养的大蒜细胞中含有较丰富的SOD,通过组织或细胞破碎后,可用pH7.8的磷酸缓冲溶液提取出来。
由于SOD不溶于丙酮,可用丙酮将其沉淀析出。
有机溶剂沉淀的原理是有机溶剂能降低水溶液的介电常数,使蛋白质分子之间的静电引力增大。
同时,有机溶剂的亲水性比溶质分子的亲水性强,它会抢夺本来与亲水溶质结合的自由水,破坏其表面的水化膜,导致溶质分子之间的相互作用增大而发生聚集,从而沉淀析出。
三、试剂与仪器1.试剂与材料新鲜蒜瓣、0.05mol/L磷酸缓冲液(pH7.8)、氯仿-乙醇混合液:氯仿:无水乙醇=3:5 、丙酮:用前需预冷至4-10℃、0.05mol/L碳酸盐缓冲液(pH10.2)、0.1mol/LEDTA溶液、2mmol/L肾上腺素溶液2. 仪器恒温水浴锅、冷冻高速离心机、可见分光光度计、研钵、玻棒、烧杯、量筒四、实验步骤1. 组织细胞破碎:称取5g大蒜蒜瓣,置于研钵中研磨。
第一章绪论1.生物制药分离纯化技术的特点有哪些?第一,制药合成产物或中草药粗品中的药物成分含量很低第二,药物成分的稳定性通常较差。
第三,产品质量要求高第四,生物药物的其他特殊性:易腐败:生物药物营养价值高、易染菌、腐败。
生产过程应低温,无菌。
注射用药有特殊要求:生物药物易被肠道中的酶所分解所以采用注射用药,注射用药比口服药更严格。
2.简述药物分离纯化的一般工艺过程。
①预处理②初步纯化③高度纯化④成品加工第二章固液萃取1.简述中药材浸取的一般过程(可能出填空)①浸润、渗透阶段②解吸、溶解阶段★解吸作用:溶质溶解前克服药材细胞中各种成分间的亲和力,使待浸取的有效成分转入溶剂中。
③扩散、置换阶段2.浸取过程的影响因素有哪些(会考的比较细)①药材的粒度②浸取的温度③溶剂的用量及提取次数④浸取的时间⑤浓度差⑥溶剂的pH值⑦浸取的压力⑧浸取溶剂和辅助剂(应该在最前面)3.浸取剂选择应该考虑哪些原则①对溶质的溶解度足够大②与溶质之间有足够大的沸点差③溶质在溶剂中的扩散系数大和黏度小④价廉易得,无毒,腐蚀性小本章后面浸取强化技术简介可能会出判断或者填空第三章液液萃取1.影响液液萃取过程的因素有哪些①萃取剂的选择性②萃取剂与原溶剂的互溶度③萃取剂的物理性质④萃取剂的化学性质⑤原溶剂条件的影响:pH值、盐析、带溶剂2.何谓选择性系数选择性系数表示萃取剂对组分A,B溶解能力差别的大小β=,1表示E相中组分A和B的比值与R相中相同,不能用萃取方法分离。
β>1,萃取时组分A可以在萃取相中浓集。
β越大,组分A与B萃取分离的效果越3.液液萃取萃取剂的选择应考虑哪些原则①萃取剂的选择性②萃取剂与原溶剂的互溶度③萃取剂的物理性质④萃取剂的化学性质⑤萃取剂的回收⑥经济性好,廉价yidey,对设备腐蚀性小和安全性好该题请根据车间设计的知识点自己补充4.何谓乳化和破乳乳化:是指一种液体以细小液滴(分散相)的形式分散在另一不相溶的液体(连续相)中,生成的这种液体称为乳化液/乳浊液。
制药分离工程重点总结目录第一章绪论1、制药工业分类①生物制药、②化学制药、③中药制药。
2、分离过程的本质3、制药分离工程特点第二章萃取分离1、物理萃取与化学萃取2、液固萃取3、液固萃取的萃取过程4、液固萃取浸取溶剂选择原则5、按萃取级数及萃取剂与原料接触方式分萃取操作的三种基本形式①单级浸取;②多级错流浸取;③多级逆流浸取。
6、液液萃取7、乳化、形成乳化条件、乳状液形式①水包油型乳状液;②油包水型乳状液。
8、物理液液萃取、化学液液萃取的传质过程9、反胶团、反胶团萃取10、反胶团萃取蛋白质“水壳模型”的传质过程11、双水相的形成、双水相萃取及其基本原理12、双水相萃取过程13、超临界流体、超临界流体萃取14、超临界流体基本特性15、超临界CO2作萃取剂优点16、依分离条件分超临界流体萃取分离操作基本模式(1)恒温变压法:(2)恒压变温法:(3)恒温恒压吸附法。
17、超临界流体萃取天然产物质量传递过程18、超声波在萃取中的作用19、微波在萃取中的作用第三章膜分离1、膜分离2、膜分离物质传递方式(1)被动传递;(2)促进传递;(3)主动传递。
3、膜分离物质分离机理(1)筛分模型。
(2)溶解—扩散模型。
4、分离膜两个基本特性5、实用分离膜应具备的基本条件6、膜分离的膜组件形式7、膜分离操作的死端操作和错流操作8、膜分离过程的浓差极化9、浓差极化的改善除工艺设计充分注意外,在具体运行过程中可采取以下措施10、纳滤、超滤、微滤、反渗透相比膜孔径大小顺序11、微滤膜分离的截留机理(1)膜表面截留:(2)膜内部截留。
第四章蒸馏分离1、蒸馏、精馏2、精馏式间歇精馏、提馏式间歇精馏3、间歇共沸精馏、间歇萃取精馏:4、水蒸气蒸馏5、水蒸气蒸馏操作方式(1)过热水蒸气蒸馏;(2)过饱和水蒸气蒸馏。
6、分子平均自由程、分子蒸馏7、分子蒸馏机理8、分子蒸馏过程第五章液相非匀相物系分离1、过滤分离及其推动力2、过滤分离类型(1)滤饼过滤;(2)深层过滤。
第一章绪论1.举例说明制药分离工程原理与分类。
答:原理:利用待分离的物质中的有效活性成分与共存杂质之间在物质、化学及生物学性质上的差异进行分离分类:(1)机械分离:过滤,重力沉降,离心分离,旋风分离和静电除光等;(2)传质分离:①速度分离工程:1、膜分离:超滤;2、场分离:电泳。
②平衡分离工程:1、气体传质过程:吸收气体的增湿与减湿;2、气液传质过程:精馏;3、液液传质过程:液液萃取;4、液固传质过程:浸取;5、气固传质过程:固体干燥。
2.工业上常用的传质分离过程包括?举例说明它们的特点。
答:(1)平衡分离过程:借助分离媒介(如热能,溶剂或吸附剂)使均相混合物系变为两系统,再以混合物中各组分在处于平衡的两相中分配关系的差异为依据而实现分离。
其传质推动力为偏离平衡态的浓度差。
(2)速率分离:在某种推动力(如浓度差,压力差,温度差,电位梯度和磁场梯度等)作用下,有时在选择性透过膜的配合下,利用更组分扩散速率的差异实现组分的分离。
这类过程的特点是所处理的物料盒产品通常属于同一相态,仅有组成差别。
第二章固液萃取1.试结合固液提取速率公式说明提高固液提取速率的措施包括哪些?答:速率方程J=[1/(k -1+L/D)](C1-C3)=K*△C浸出的总传质系数:K=1/(k -1+L/D)措施(1)药材的粒度:药材粉碎细些,与浸取的溶剂的接触面愈大,扩散面愈大,故扩散速率越快,浸出的效果愈好;(2)浸取温度:温度的升高能使植物组织软化,促进膨胀,增加可溶性成分的溶解和扩散速率,促进有效成分的浸出;(3)浸取的时间:浸取时间与浸取量程正比;(4)浓度差:浓度差越大,浸取速率越快,适当地运用和扩大浸取过程的浓度差,有助于加速浸取过程和提高浸取速率;(5)浸取的压力:适当提高浸取压力会加速浸润过程,提高提取速率。
2.选择浸取溶剂的基本原则有哪些?试对常用的水和乙醇溶剂的适用范围进行说明。
答:基本原则:(1)对溶质的溶解度足够大,以节省溶剂用量;(2)与溶剂之间有足够大的沸点差,以便于采取蒸馏等方法回收利用;(3)溶质在溶剂中的扩散系数大和粘度小;(4)价廉易得,无毒,腐蚀性小等。
第1章绪论1-1 分离技术在制药过程中的任务和作用是什么?1-2 与化工分离过程相比,制药分离过程有哪些特点?1-3 试说明化学合成制药、生物制药和中药制药三种制药过程各自常用的分离技术以及各有什么特点。
1-4 根据过程的原理,分离过程共分为几大类?1-5 分离过程所基于的被分离物质的分子特性差异、以及热力学和传递特性包括哪些?1-6 针对分离任务,决定选用哪一种分离技术时需考虑的主要因素有哪些?1-7 试按照过程放大从易到难的顺序,列出常用的8种分离技术。
1-8 结晶、膜分离和吸附三种分离技术中,最容易放大的是哪一种?最不容易放大的又是哪一种?1-9 吸附、膜分离和离子交换三种分离技术中,技术成熟度最高的是哪一种?最低的又是哪一种?1-10 试说明选择分离方法的步骤。
第2章精馏技术2-1 精馏技术在制药过程中主要应用于哪些方面?2-2 为什么制药过程中主要采用间歇精馏方式?2-3 与连续精馏相比,间歇精馏有哪些优点?2-4 试分析简单蒸馏和精馏的相同点和不同点,并说明各自的适用场合。
2-5 什么是间歇精馏的一次收率和总收率?这两个值在什么情况下相等?2-6 试比较间歇共沸精馏和间歇萃取精馏的优缺点。
2-7 试比较萃取精馏和加盐精馏的优缺点。
2-8 试说明间歇变压精馏的操作方法。
2-9 为什么塔顶存液量的增大会使间歇精馏的操作时间变长?2-10 试说明间歇精馏操作过程中塔顶温度和塔釜温度的变化规律。
2-11 水蒸汽蒸馏的应用条件是什么?2-12 已知某理想气体的分子直径为9×10-9米,试求操作压力为1帕,操作温度为100℃时,该物质在平衡条件下的分子平均自由程?2-13 求水在100℃进行分子蒸馏时,理想情况下的蒸发速率。
2-14 由理论塔板数为20的间歇精馏塔分离二组元混合物,轻组分A含量%(摩尔百分数),重组分B含量%。
采用恒回流比操作,回流比为。
组分A和组分B的相对挥发度为。
(1)若初始投料浓度为75%,试计算当馏出总量为初始总投料量的90%时的产品平均浓度;(2)若处始总投料量为100摩尔,塔釜蒸发速率为100摩尔/小时,试计算完成上述操作所需的时间。
制药分离工程习题答案制药分离工程习题答案在制药分离工程中,习题是学习和巩固知识的重要方式。
下面将会给出一些常见的制药分离工程习题及其答案,希望能够帮助读者更好地理解和应用相关知识。
一、浓缩技术1. 什么是浓缩技术?浓缩技术是指将溶液中的溶质浓度提高的过程,通常通过蒸发、结晶、膜分离等方法实现。
2. 浓缩技术有哪些应用?浓缩技术广泛应用于制药工业中,例如制备浓缩药液、浓缩生物制剂、浓缩食品添加剂等。
3. 请简述蒸发浓缩的原理。
蒸发浓缩是利用溶质和溶剂之间的挥发性差异,通过加热使溶剂蒸发,从而使溶质浓缩的过程。
4. 蒸发浓缩的工艺条件有哪些?蒸发浓缩的工艺条件包括温度、压力、蒸发器类型和操作方式等。
5. 结晶浓缩和蒸发浓缩有什么区别?结晶浓缩是通过溶质在溶剂中结晶的方式实现浓缩,而蒸发浓缩是通过溶剂的蒸发实现浓缩。
二、吸附技术1. 什么是吸附技术?吸附技术是指利用吸附剂对溶液中的溶质进行吸附分离的过程。
2. 吸附技术有哪些应用?吸附技术广泛应用于制药工业中,例如制备纯化药物、去除杂质、废水处理等。
3. 请简述吸附分离的原理。
吸附分离是利用吸附剂表面与溶质之间的相互作用力,使溶质在吸附剂上富集的过程。
4. 吸附分离的工艺条件有哪些?吸附分离的工艺条件包括吸附剂的选择、操作温度、压力、溶液浓度等。
5. 吸附剂的选择有何要求?吸附剂的选择应根据溶质的性质和目标分离效果来确定,常见的吸附剂有活性炭、树脂、硅胶等。
三、膜分离技术1. 什么是膜分离技术?膜分离技术是指利用半透膜对溶液中的溶质进行分离的过程。
2. 膜分离技术有哪些应用?膜分离技术广泛应用于制药工业中,例如制备纯化药物、浓缩生物制剂、废水处理等。
3. 请简述膜分离的原理。
膜分离是利用半透膜对不同溶质的渗透性差异,通过压力或浓度差驱动溶质的分离过程。
4. 膜分离的工艺条件有哪些?膜分离的工艺条件包括膜的选择、操作压力、温度、溶液浓度等。
5. 常见的膜分离方法有哪些?常见的膜分离方法包括超滤、纳滤、反渗透等。
第1章绪论1制药工业包括?生物制药化学合成制药中药制药2构成人类防病治病的三大药源。
、生物药物化学药物中药3原料药生产的两个阶段。
第一阶段为将基本的原材料通过化学合成、微生物发酵或酶催化反应或提取而获得含有目标药物成分的混合物。
第二阶段常称为生产的下游加工过程。
该过程主要采用适当的分离技术,将反应产物或中草药粗品中的药物成分进行分离纯化,使其成为高程度的、符合药品标准的原料药。
4制药分离的原理制药分离过程主要是利用待分离的物系中的有效活性成分与共存杂质之间在物理、化学及生物学性质上的差异进行分离5分离操作分类(包含二级分类)。
分离操作①机械分离:利用物质的大小、密度的差异(非均相物系)如:过滤、重力沉降、离心沉降2(均相物系)⑴速率分离:利用压力差、电位梯度等如超滤、反渗透、电渗析、电泳等⑵平衡分离:利用相平衡时的浓度差如蒸馏、吸收、萃取、结晶等固液萃取(浸取)药物有效成分的浸取过程几个阶段。
①浸润、渗透阶段②解吸、溶解阶段③扩散、置换阶段中药材中所含成分。
①有效成分:指有药理活性、能产生药效的物质。
如黄酮、生物碱、苷类、挥发油等。
②辅助成分:指本身没有特殊疗效,但能增强或缓和有效成分作用的物质。
③无效成分:指本身无效甚至有害的物质。
如脂肪、淀粉、蛋白质等,往往影响提取效果、制剂的稳定性、外观和药效等。
④组织物:指构成药材细胞或其他不溶性物质。
如纤维素、栓皮等。
中药材浸取溶剂选择的原则。
①对溶质的溶解度足够大,以节省溶剂用量②与溶质之间有足够大的沸点差,以便于容易采取蒸馏等方法回收利用③溶质在溶剂中的扩散系数大和粘度大④价廉易得,无毒,腐蚀性小等。
中药材浸取工艺种类。
浸出工艺种类分为单极浸工艺、单级回流浸出工艺、单级循环浸出工艺、多级浸出工艺、半逆流多级浸出工艺、连续逆流浸出工艺第4章超临界流体萃取超临界流体的主要特征。
①超临界流体的密度接近于液体。
由于溶质在溶剂中的溶解度一般与溶剂的密度成正比,是超临界流体具有与液体溶剂相当的萃取能力。
第8章 膜分离考点:概念,优点,根据孔径大小分的几种膜分离技术的区别及其特点和概念,浓差极化的概念,影响超滤速度的因素.8.1 概述● 膜分离的特点:与传统分离过程相比,具有无相变、设备简单、操作容易、能耗低和对处理物料无污染等优点。
(考点、作业)● 几种膜过滤过程特征比较: 膜分离过程 驱动力(压力差)/MPa 传递机理 透过膜的物质被膜截留的物质 膜的类型 微滤(MF ) 0.01~0.2 颗粒大小形状水、溶剂和溶解物 悬浮物、细菌类、微粒子 多孔膜 超滤(UF )0.1~0.5分子特性、大小形状 溶剂、离子和小分子 生物制品、胶体和大分子非对称膜反渗透(RO ) 1.0~10 溶剂的扩散传递 水、溶剂 全部颗粒物、溶质和盐 非对称膜复合膜 纳滤(NF )0.5~2.5离子大小和电荷水、溶剂溶质、二价盐、糖和染料复合膜8.2 超滤● 超滤:是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05μm~1nm 之间,实际应用中一般不以孔径表征超滤量,而是以截留分子量(MWCO ,又称切割分子量)来表征。
(考点、作业)● 浓差极化:当溶剂透过膜,而溶质留在膜上时,膜面上溶质浓度增高,这种膜面上溶质浓度高于主体中溶质浓度的现象称为浓差极化。
浓差极化可造成膜的通量大大降低,对膜分离过程产生不良影响。
(错流过滤可减少浓差极化。
)(考点、作业)● 影响超滤速度的因素(考点):除了膜性能外,影响超滤速度的因素还有很多。
1) 压力的影响:当压力降低时,通量J 较小,膜面上尚未形成浓差极化层,此时,J 与膜两侧的压力差Δp 成正比。
当压力逐渐增大时,膜面上开始形成浓差极化层,J 随Δp 增大的速度开始减慢。
当压力继续增大,浓差极化层达到凝胶层浓度,J 不随Δp 而改变,因为当压力继续增大时,随暂时可使流量增加,但凝胶层厚度也随之增大,即阻力增大,而使通量回落。
2) 进料浓度的影响:进料浓度对通量也有影响,当形成凝胶层后,由式bg m c c K J ln可知,J 应和lncb 成线性关系,且当J=0时,cb=cg ,即对某一特定溶质的溶液来说,不同温度和膜面流速下的数据应汇集于浓度轴上一点,该点即为凝胶层浓度。
3) 温度的影响:一般来说,温度升高导致通量增大,这是因为温度升高使溶液黏度降低和扩散管系数增大。
4)流速的影响:在超滤中,为减少浓差极化,通常采用错流操作。
增大料液流速会减小浓差极化层厚度,从而使通量增大,或者说,流速增大可使传质系数增大,因而通量增大。
8.3 微滤、纳滤和反渗透简介●概念(考点):微孔过滤(微滤)是以静压差为推动力,利用膜的“筛分”作用分离的膜过程。
反渗透:是与自然渗透过程相反的膜分离过程。
渗透和反渗透是通过半透膜来完成的。
在浓溶液一侧施加比自然渗透压更高的压力,迫使浓溶液中的溶剂反向透过膜,流向稀溶液的一侧,从而达到分离提纯的目的。
纳滤:又称低压反渗透,是膜分离技术的一个新兴领域,其分离性能介于反渗透与超滤之间,允许一些无机盐和某些溶剂透过膜,从而达到分离目的。
●超滤、微滤、纳滤和反渗透的特点(见作业8-6)第九章吸附(重点)考点:吸附分离过程(三个过程),常用吸附剂(基本性能、如何选择、怎么再生)9.1 概述●吸附:吸附是指在一定的操作条件下,流体与固体多孔物质接触时,流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表面并附在这些表面上的过程。
9.2 吸附分离原理状态●吸附作用机理:固体表面分子或原子所处的不同于固体内部分子或原子所处的状态。
分子内是平衡的。
而界面上的分子同时受到不相等的来自两相的分子的作用力,因此界面上所受到的力是不对称的,作用力的合力方向指向固体内部,能从外界吸附分子、原子或离子,并在其表面形成多分子层或单分子层。
(作业)●吸附过程的分类(考点、作业):(1)根据操作方式分:①变温吸附分离②变压吸附分离③变浓度吸附分离④色谱吸附分离⑤循环吸附分离技术(2)按照作用力的本质即按照吸附质和吸附剂的作用的不同,分:(考点)①物理吸附:吸附剂和吸附质通过分子间范德华力产生的吸附作用称为物理吸附。
物理吸附无选择特异性,但随着物系的不同,吸附量有较大差异。
不需要较高活化能。
通常是可逆的,即吸附和解析可同时进行。
特点:吸附区域为自由界面;吸附层为多层;吸附是可逆的;吸附的选择性较差。
②化学吸附:固体原子表面的价态为完全被饱和,还有剩余的成键能力,导致吸附剂与吸附质之间发生化学反应而产生吸附作用,称为化学吸附。
选择性强,需要一定的活化能,只能是单分子层吸附。
特点:吸附区域成为未饱和的原子;吸附层数为单层;吸附过程是可逆的;吸附的选择性好。
③交换吸附:吸附剂表面如果由极性分子或离子组成,则会吸引溶液中带相反电荷的离子,形成双电层,同时在吸附剂和溶液间发生离子交换,这种吸附叫做交换吸附。
特点:吸附区域为单层或多层;吸附过程可逆;吸附的选择性较好。
综述,物理吸附在分离过程中应用最广,化学吸附较少,交换吸附在生物工程的下游技术中得到越来越广泛的应用。
●物理吸附和化学吸附的主要区别(作业)理化指标物理吸附化学吸附吸附作用力范德华力化学键力(多为共价键)吸附热近似等于气体凝结热,较小,ΔH<0 近似等于化学反应热,较大,ΔH>0选择性低高吸附层单或多分子层单分子层吸附速率快,易于平衡慢,不易平衡可逆性可逆不可逆发生吸附温度低于吸附质临界温度高于吸附质沸点●常用吸附剂(考点,选择题,详细看见课本152):有机吸附剂:活性炭、吸附树脂、纤维素、聚酰胺等;无机吸附剂:硅胶、氧化铝、沸石等。
活性炭和大孔树脂在制药中应用较多。
1)活性炭:非极性吸附剂。
主要用于分离水溶性成分,例如氨基酸、糖类等。
其吸附作用在水溶液中最强,有机溶剂中较弱。
2)硅胶:极性吸附剂。
天然——硅藻土,人工合成——硅胶。
酸性吸附剂,适用于中性或酸性成分的层析。
弱酸性阳离子吸附剂,可通过离子交换吸附碱性化合物。
3)氧化铝:广泛应用于生物碱、核苷类、氨基酸、蛋白质及维生素、抗生素等物质的分离,尤其适用于亲脂性成分。
碱性极性吸附剂。
对于分离生物碱类的分离较为理想。
但碱性氧化铝不宜用于醛、酮、酯、内酯等类型的化合物分离。
不宜用于酸性成分分离4)聚合物吸附剂:只有多孔骨架,没有交换基团。
常用域微生物制药行业,分离抗生素或维生素等。
5)沸石:沸石分子筛-沸石,强极性的吸附剂。
它是一种硅铝酸金属盐的晶体,对极性分子有很大的亲和能力。
对外来物的吸附力远超其他吸附剂。
用于石油馏分的分离、各种气体和液体的干燥,如分离二甲苯,空气中分离氧气。
●影响吸附的因素(见作业9-4)9.3 吸附剂的再生(考点)吸附剂的再生:是指在吸附剂本身不发生变化或变化很小的情况下,采用适当的方法将吸附质从吸附剂中除去,以恢复吸附剂的吸附能力,从而达到重复使用的目的。
常用方法:1)溶剂洗涤:对于性能稳定的大孔聚合物吸附剂,一般用水、稀酸、稀碱或有机溶剂就可以实现再生。
2)加热:大多数吸附剂,如硅胶、活性炭、分子筛等。
3)其他:还可通过化学法、生物降解法。
工业上多采用水蒸气(或惰性气体)吹扫的方法。
第十章离子交换考点:影响扩散的因素,离子交换剂,各种概念,性能指标,不考计算和设备10.1 概述●离子交换法:应用合成的离子交换树脂等离子交换剂作为吸着剂,将溶液中的物质,依靠库仑力吸附在树脂上,发生离子交换后,再用合适的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来,达到分离、浓缩、提纯的目的,是一种利用离子交换剂与溶液中离子之间所发生的交换反应进行固液分离的一种方法。
(作业)10.2 离子交换剂●离子交换树脂:指能在溶液中交换离子的固体,可分为三个部分,一是交联放入具有三维空间立体结构的网状骨架,通常不溶于酸、碱和有机溶剂。
化学稳定性良好;一部分是联结在骨架上的功能基团(活性基团);另一部分是活性基团所携带的相反电荷的离子,称为可交换离子。
●无机离子交换剂:主要是一些具有一定晶体结构的硅铝酸盐。
最具代表的事沸石类。
沸石的晶格由SiO2、Al2O3的四面体构成。
(考点)●合成无机离子交换剂:主要有合成沸石(熔融型沸石和凝胶型沸石)和分子筛。
(考点)●离子交换树脂:离子交换树脂是一种具有活性交换基团的不溶性高分子共聚物。
由惰性骨架、固定基团和可交换离子三部分组成。
按活性基团不同可分为阳离子树脂和阴离子树脂。
(作业)●几种离子交换树脂:1)强酸性阳离子交换树脂:这类树脂通常连有磺酸基,其酸性相当于硫酸,因此类似于固体硫酸。
吸水性强,是一种广谱性阳离子交换树脂。
2)弱酸性阳离子交换树脂:带有-COOH、-AsO3H2,SeO3H2等功能团。
3)强碱性阴离子交换树脂:带有季铵基。
44)弱碱性阴离子交换树脂:活性基团有伯胺、仲胺和叔胺。
5)螯合树脂:根据络合反应的原理,将某些螯合基团引入树脂的结构中,该种螯合基团与待分离的离子间,既可以既可以形成离子键,又可以形成配位键。
形成的环状络合物在结构上类似于螃蟹的两只大螯牢牢地夹住一个猎物。
选择性很高,适用于采用常规方法难以处理的某些贵金属、稀有金属、稀土金属的提取与精制。
(考点)6)两性树脂:将两种阳、阴离子基团一起连接在树脂骨架上,构成两性树脂。
两只功能集团发挥各自的作用,分别进行阳离子和阴离子交换。
(考点)7)蛇笼树脂:与两性树脂类似,即在同一树脂颗粒内含有两种聚合物,分别带有阳、阴离子功能团。
这种树脂传质通道短,交换速度快,只需大量水冲洗即可恢复其交换能力。
8)氧化-还原树脂:这类树脂带有氧化-还原基团,可与周围的活性物质发生氧化还原反应。
3.性能指标(考点,见作业10-4)10.3 分离原理●影响膜扩散速度的因素1)浓度:扩大溶液中离子的浓度,可增大扩散速度。
2)温度:温度对膜扩散和颗粒扩散的影响大体相同,每升高1℃,扩散速度将增加3%~5%。
3)搅拌速度:搅拌可使膜扩散速度增加.●影响颗粒扩散速度的因素(考点)除了浓度、温度外还有以下。
1)电荷的影响:对于阳离子,每增加一个电荷,内扩散速度将降低10倍。
阴离子电荷的增减对内扩散速度的影响交系较小,一般每增加一个电荷,内扩散速度大约降低2~3倍。
2)树脂的交联度:交联度低的树脂内扩散速度大,这是因为交联度低的树脂网眼大,阻力小,便于扩散。
树脂的交联度对阴离子的内扩散速度影响不大,但对阳离子的影响较大。
3)颗粒半径:颗粒越小,外扩散和内扩散都越快。
颗粒扩散速度与树脂颗粒大小的平方成反比。
但颗粒过小,导致离子交换柱的阻力增大,密度增大,从而影响速度。
因此要选择适当大小的交换剂颗粒。
4)交换容量:离子的内扩散速度随着树脂交换容量的增加而降低。
5)活泼基团的性质:颗粒扩散速度与活泼基团的数目和性质有关。
强酸(或碱)性的阳(或阴)离子交换树脂的交换速度是非常快的,但是,在H+(或OH-)式的弱酸性(或弱碱性)阳(或阴)离子树脂是非常慢的。