离子交换分离法的应用

题目： 离子交换分离技术研究进展

（姓名：杨阳 学号：100315139 班级：101工检 ）

摘要：离子交换技术是不溶性固体物质(通常为树脂)上能够解离成离子的部分,与溶液中的离子发生交换的一种那个反应。目前，离子交换树脂已有两千余种，离子交换技术在世界个各国发展迅速，在化工、食品、医药卫生、吸附、配合、从而达到富集、分离、提纯、脱色、脱盐等效果。因此，离子交换分离技术的研究与应用受到人们的极大关注。

关键词：

前言：19世纪中叶发现铵肥与土壤中的钙互相置换而使铵留在土壤中，20世纪20年代人们可以合成有机离子交换树脂，交联聚苯乙烯树脂于20世纪20年代就开始通用了。此后，人工合成离子交换树脂日见增多，因类别不同而用途各异。

1离子交换技术

1.1原理

离子交换操作的过程和设备，与吸附基本相同，但离子交换的选择性较高，更适用于高纯度的分离和净化。目前，被认为最适于水处理工艺的是将离子交换树脂看作具有胶体型结构的物质，在离子交换树脂的高分子表面上有许

多和胶体相似的双电层。

早在1850年就发现了土壤吸收铵盐时的离子交换现象，但离子交换作为一种现代分离手段，是在20世纪40年代人工合成了离子交换树脂以后的事。目前，离子交换主要用于水处理(软化和纯化)；溶液（如糖液）的精制和脱色；从矿物浸出液中提取铀和稀有金属；从发酵液中提取抗生素以及从工业废水中回收贵金属等。

离子交换树脂从原理上来说，是指这里有两层离子，紧邻高分子表面的一层离子称为内层离子，在其外面是一层符号相反的离子层。根据胶体结构的概念，双电层中的反离子按其活动性的大小可划分为固定层和扩散层。那些活动性能差，紧紧地被吸附在高分子表面的离子层，称为固定层，在其外侧，那些活动性较大，向溶液中逐渐扩散的反离子层，称为扩散层，因为这些反离子像地球上的大气一样，笼罩在高分子表面上，故又称为离子氛。

流体过滤与分离技术解决方案服务商

离子交换法用于淀粉酶的分离纯化

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饮食中的碳水化合物大多数是淀粉,淀粉酶能在短时间内将其水解成麦芽糖,再以葡萄糖的形式在肠道内吸收。经过初步纯化、剂量足够的α淀粉酶抑制剂能抑制肠胃道内胰腺酶的活性,阻碍或延缓其对食物中淀粉的消化作用,降低食物中淀粉类物质的分解吸收,从而起除低血糖、血脂的作用,抑制血糖浓度的升高,有利于配合糖尿病人的饮食治疗。对于肥胖患者,可减少糖向脂肪转化,延缓肠道的排空,增加脂肪消耗以减少体质量。

因此,α淀粉酶抑制剂可用来防止和治疗肥胖症、脂肪过多症、动脉硬化症、高血脂及糖尿病等。鉴于α淀粉酶抑制剂的重要生物学功能,许多学者对不同来源的α淀粉酶抑制剂结构、理化特性以及药理作用进行了研究。

目前国外主要是采用离子交换纤维素层析或凝胶层析等分离纯化方法,从小麦粉中提取α淀粉酶抑制剂,比活力可以提高到4.08倍,但活性回收率仅为9.8%。从豆类中提取时纯化倍数可以提高到31.7倍,但是活性回收率也只有37%。用双水相萃取法分离纯化了白芸豆中α2淀粉酶抑制剂,纯化倍数达到4.4,回收率为71%。以黏玉米种子为原料,经脱脂脱色、提取、离子交换、分子筛层析,获得一种比酶活165.8U/mg,纯化36.9倍的蛋白类新型α2淀粉酶抑制剂。上述提取方法成本很高,操作周期长,不利于进行工业化放大。

宜用离子交换色谱法分离的化学成分

离子交换色谱法可以用于分离各种具有离子性质的化合物。以下是常见的可以宜用离子交换色谱法分离的化学成分：

1. 离子：离子交换色谱法主要用于分离离子性物质，如无机离子（如阳离子和阴离子）、有机离子（如氨基酸、多肽、有机酸和有机碱）等。

2. 酸和碱：离子交换色谱法可以用于分离含有酸基团或碱基团的化合物，如有机酸、有机碱和含有羧酸基团或胺基团的化合物。

3. 蛋白质和多肽：离子交换色谱法在生物化学领域中常用于蛋白质和多肽的分离和纯化。通过调节溶液pH值和离子浓度，可以实现对不同离子性蛋白质和多肽的选择性吸附和洗脱。

4. 配位化合物：离子交换色谱法也可以用于分离含有配位基团的化合物，如金属离子配合物、配位聚合物等。

5. 药物和天然产物：离子交换色谱法可以用于分离和纯化药物和天然产物，如植物次生代谢产物、天然产物中的草酸和多羟基酸等。

需要注意的是，离子交换色谱法在实际应用中需要根据样品的特性和需求，选择合适的离子交换剂（固定相）和流动相条件，以实现有效的分离和纯化。

离子交换法主要是基于一种合成的离子交换剂作为吸附剂，以吸附溶液中需要分离的离子。生物工业中最常用的交换剂为离子交换树脂，广泛用于提取氨基酸、有机酸、抗生素等小分子生物制品。在提取过程中，生物制品从发酵液中吸附在离子交换树脂上，然后在适宜的条件下用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。

离子交换法的特点是树脂无毒性且可反复再生使用，少用或不用有机溶剂，因而成本低，设备简单，操作方便。目前已成为生物制品提纯分离的主要方法之一。但离子交换法也有生产周期长，PH变化范围大，甚至影响成品质量等缺点。此外，离子交换树脂法还广泛用于脱色、硬水软化及制备无盐水等。

图1 离子交换车间 一、离子交换树脂及其分离原理

离子交换树脂是一种具有网状立体结构、且不溶于酸、碱和有机溶剂的固体高分子化合物．离子交换树脂的单元结构由两部分组成。一部分是不可移动且具有立体结构的网络骨架，另一部分是可移动的活性离子。活性离子可在网络骨架和溶液间自由迁移，当树脂处在溶液中时，其上的活性离子可与溶液中的同性离子产生交换过程。这种交换是等当量进行的。如果树脂释放的是活性阳离子，它就能和溶液中的阳离子发生交换，称阳离子交换树脂；如果释放的是活性阴离子，它就能交换溶液中的阴离子，称阴离子交换树脂。

(一)离子交换树脂的分类

离子交换树脂通常有4种分类方法，一是按树脂骨架的主要成分将树脂分为聚苯乙烯型树脂，聚丙烯酸型树脂、酚-醛型树脂等；二是按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；三是按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(亦称微孔树脂)、大网络树脂(亦称大孔树脂)及均孔树脂。由于活性基团的电离程度决定了树脂酸性或碱性的强弱，所以又将树脂分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。活性基团决定着树脂的主要交换性能。

强酸性阳离子交换树脂

这类树脂的活性基团有磺酸基团(-SO3H)和次甲基磺酸基团(-CH2SO3H)。它们都是强酸性基团，电离程度大且不受溶液pH变化的影响，在pH1～14范围内均能进行离子交换反应，以磺酸型树脂与NaCl作用为例，交换反应为：