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第5章 吸附与离子交换

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制药工程原理与设备习题集.

制药工程原理与设备习题集.

第1章1.稳态流动、非稳态流动、理想流体、表压强、真空度、直管阻力、局部阻力2．依据雷诺准数从高到低，管内流动流体的流动状态可划分为层流区、过渡区、湍流区。

3.大气压强为9.81×104Pa时，真空度1×104Pa对应的绝对压强是 8.81*10^4 Pa。

4. 一定流量的水在圆形直管内呈层流流动，若将管内径增加一倍，流速将为原来的（ A）倍。

A 0.25B 0.5C 2D 45.某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则层流时，流动阻力变为原来的(C )。

A．4 倍 B．8 倍 C．16 倍 D．32 倍6.大气压强为9.81×104Pa时，表压1.2×103Pa对应的绝对压强是（A ）Pa.A 9.93×104 B9.69×104 C 9.81×104 D 9.69×1037. 水以2m·s-1的流速在Ø35mm×2.5mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000kg·m-3,其流动类型为（ B ）。

A. 层流B. 湍流C. 过渡流D.无法确定8. 装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa,出口压力表的读数为100kPa, 此设备进出口之间的绝对压强差为( A )kPa。

A. 150B. 50C. 759. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差计中的汞面将（ B ）。

A. 左低右高B. 等高C. 左高右低D. 无法确定10.现要输送45m3.h-1的水，若管内水的流速约取2.5m.s-1，则可选（B ）钢管。

A. φ76×3mmB. φ88.5×4mmC. φ108×4mm11.请用所学知识，解释空气能够托起沉重的飞机飞行的原因。

12.请用所学知识，解释“船吸现象”。

第5章 吸附与离子交换

第5章 吸附与离子交换

即在单位时间内吸附数量等于解吸的数量，则吸附 质在溶液中的浓度C与在吸附剂表面上的浓度都 不再变时，即达到吸附平衡，此时吸附质在溶液 的浓度C叫平衡浓度。
常见的吸附类型及其主要特点
物理吸附： 吸附作用力为分子间引力、无选 择性、无需高活化能、吸附层可Байду номын сангаас是单层，也 可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。
化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高 活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸 附和解吸附速度较慢。
物理吸附
选择性吸附：固体表面的原子或基团与外来分子 间的引力 分子筛效应：尺寸小于微孔孔径的分子可以进入 微孔而被吸附，比孔径大的分子则被排斥在外 通过微孔的扩散：气体在多孔固体中的扩散 微孔中的凝聚：毛细管效应导致多孔固体周围的 可凝缩气体会在与器孔径对应的压力下在微孔中 凝聚
吸附特性： ① 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。 ② 高极性吸附剂，在非极性介质中，对极性物质
具有较强的吸附。 ③ 中等极性吸附剂，则对上述两种情况都具有吸
附能力。
常用的解吸方法
低级醇、酮或水溶液解吸 原理：使大孔树脂溶胀，减弱溶质与吸附剂间 的相互作用力。
碱解吸附 原理：成盐，主要针对弱酸性溶质。
酸解吸附——原理同上 水解吸附
原理：降低体系中的离子强度，降低溶质的吸 附量。
吸附剂的物理性质
1）比表面积：单位质量吸附剂所具有的表面积Sp
Xm
( Sp ) AmN
M
2）孔容：单位质量吸附剂中微孔的容积
Vp(VHg VH)e/mp
3）孔径分布： 大于10nm孔：汞孔率计
dp
41 cos
p
1.4891010
吸附与离子交换

吸附与离子交换

24
吸附等温线
在一定T下,q随平衡浓度C变化的曲线 q=f C 叫吸附等温线，用数学公式描述则叫吸附等 温方程，
气相吸附平衡—吸附等温方程 三种
朗谬尔公式 Langmuir
费兰德利希公式 Freundlich
BET公式
25
1 Langmuir方程
假定：1 均匀表面， 2 单分子层吸附， 3 吸附分子间无作用力， 4 吸附机理相同，
聚合化学反应 共聚型树脂
缩聚型树脂
骨架的物理结构 凝胶型树脂
大网格树脂
均孔树脂
活性基团
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
螯合树脂
氧化还原树脂
两性树脂
45
a. 强酸性阳离子交换树脂
✓ 功能基团：—SO3H；—CH2SO3H ✓ 交换容量与介质的pH值无关 ✓ 转为H+型困难 ✓ 转为Na+型,水洗可至pH中性
有机物
多糖类
亲水性骨架
有机聚合物
树脂类 苯乙烯类、酚醛类等
多糖类 葡聚糖、琼脂糖、纤维素等
有机聚合物 聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等
43
2 骨架结构
微孔型 普通型、凝胶型 大孔型 均孔型
3 功能基团
酸性基团 —阳离子 强、弱 碱性基团—阴离子 强、弱 两性
44
2.离子交换树脂
树脂骨架
聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂
程的动力学和热力学关系, ④溶质和吸附剂之间的相互关系有时非常复杂， 2
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
生物分离工程第5章-初级分离

生物分离工程第5章-初级分离

缺点：所得沉淀物可能聚集有多种物质， 或含有大量的盐类，或包裹着溶剂，产品纯 度常比结晶法低，过滤也较困难。
eg. 从血浆中通过5步沉淀生产纯度高达99%的免 疫球蛋白和96%~99%的白蛋白。
重新溶解的沉淀
血浆
乙醇法沉淀
沉淀物Ⅰ＋Ⅱ＋
Ⅲ
上清液
乙醇法沉淀 沉淀物Ⅰ＋Ⅲ
乙醇法沉淀沉 淀物Ⅱ
废弃沉淀
层厚度（ζ 电位）降低蛋白质溶液的稳定性，实 现蛋白质的沉淀。
蛋白质可以看作是一个表面分布有正、负 电荷的球体，这种正、负电荷是由氨基和 羧基的离子化形成的，换句话说，该球体 是带有均衡电荷分布的胶体颗粒。因此， 蛋白质的沉淀，实际上与胶体颗粒的凝聚 和絮凝现象相似。
蛋白质粒子在水溶液中是带电的，带电的 原因主要是吸附溶液中的离子或自身基团 的电离。因溶液是电中性的，水中应有等 当量的反离子存在。蛋白质表面的电荷与 溶液中反离子的电荷构成双电层。
蛋白质沉淀方法
中性盐盐析法
等电点沉淀法
有机溶剂盐析法
非离子型聚合物沉淀法 聚电解质沉淀法 金属沉淀法
其他沉淀法
一、中性盐盐析法
当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两 种情况：
（1）“盐溶”现象(salting-in) ——低盐浓度下，蛋白质溶解度增大。
（2）“盐析”现象(salting-out) ——高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降。
Ks—盐析常数，与蛋白质和无机盐的种类有 关，与温度、pH值无关。
常数Ks代表图中直线的斜率；β 代表截距， 即当离子强度为零，也就是纯水中的假想
溶解度的对数。从一些实验结果表明，Ks与温度 和pH无关，但和蛋白质与盐的种类有关。
但这种变化不是很大，例如以硫酸铵作为沉淀剂 时，Ks值对不同的蛋白质来说，其变化不会超过 1倍。组成相近的蛋白质，分子量越大，沉淀所需 盐的量越少；蛋白质分子不对称性越大，也越易 沉淀。
化工基础 第五章 传质过程及塔设备(吸收)

化工基础 第五章 传质过程及塔设备(吸收)


① 气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一层塔板；
② 气相运动是喷射状，将液体分散并可携带一部分液沫流动。 说明：开始发生液泛时的气速称之为液泛气速 。
② 降液管液泛
当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增
大时，均会引起降液管液层升高，当降液管内液层高度难以维 持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到上一 层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液管内 液泛。
Ⅰ
促进两相传质。
Ⅱ
α= 50
Ⅲ Ⅰ三面切口舌片; Ⅱ拱形舌片; Ⅲ50×50mm定向舌片的尺寸和倾角
d．筛孔塔板 结构简单、造 价低廉、气体
压降小、生产
能力较大；缺 舌形塔板
点是操作弹性
范围较窄，小 孔筛板易堵塞。 e．导向筛板 如图
（导向筛板）
应用：用于减压塔的低阻力、高效率塔板。 斜台：抵消液面落差的影响。 导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差。
沸点低的组分气化，达到分离的目的。 增湿是将干燥的空气与液相接触，水分蒸发进入气相。
②液相一液相 在均相液体混合物中加入具有选择性
的溶剂，系统形成两个液相。
（2）流一固相间的传质过程
①气相一固相 含有水分或其它溶剂的固体，与比较干燥的热 气体相接触，被加热的湿分气化而离开固体进入气 相，从而将湿分除去，这就是固体的干燥。 气体吸附的相间传递方向恰与固体干燥相反，它 是气相某个或某些组分从气相向固相的传递过程。
填料分类
球形 丝网波纹
波纹型
规整填料 孔板波纹
隔栅型 格利希隔栅
拉西环
勒辛环
鲍尔环
阶梯环
弧鞍环
金属环矩鞍
规整填料
混堆填料
第5章--吸附与离子交换

第5章--吸附与离子交换


理化指标 吸附作用力
选择性 所需活化能
吸附层 可逆性 发生吸附温度
达到平衡所需时间
物理吸附 分子间引力
较差 低
单层或多层 可逆
低于吸附质 临界温度 快
化学吸附 化学键合力
较高 高
单层 不可逆 远高于吸附质
沸点 慢
吸附分离过程分类：
➢变温吸附分离 ➢变压吸附分离 ➢变浓度吸附分离 ➢色谱吸附分离 ➢循环吸附分离技术
表面上的路易斯中心极性很强； 沸石中的笼或通道的尺寸很小，其中引 力很强。 Na2Al2O4·xSiO2H2O = 2 Na+ + Al2O42-.xSiO2H2O
2.5 吸附树脂
组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构 特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻
力较小；价格高。 类型：
非极性吸附剂——芳香族（苯乙烯等） 中等极性吸附剂——脂肪族（甲基丙烯酸酯等） 极性吸附剂——含硫氧、酰氨、氮氧等基团
化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高 活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸 附和解吸附速度较慢。
物理吸附
选择性吸附：固体表面的原子或基团与外来分子 间的引力 分子筛效应：尺寸小于微孔孔径的分子可以进入 微孔而被吸附，比孔径大的分子则被排斥在外 通过微孔的扩散：气体在多孔固体中的扩散 微孔中的凝聚：毛细管效应导致多孔固体周围的 可凝缩气体会在与器孔径对应的压力下在微孔中 凝聚
2.常用吸附剂
吸附剂的要求
• 交换容量——结构（多孔、立体网状） • 选择性——组成 • 稳定性——结构、组成
吸附剂的种类
1）无机：硅胶、氧化铝、磷酸钙凝胶、沸石等 2）有机：活性炭、（大孔）吸附树脂、纤维素等
2.1活性炭（Active carbon）
湿法冶金第五章

湿法冶金第五章


五、主要溶剂萃取体系及萃取机理 萃取体系至少包括三个组分，即水、有机溶剂和一种
溶质，关于萃取体系的分类很不统一，根剧萃取剂的特 性和萃取机理，可把萃取体系分成：中性络合萃取体系； 酸性络合萃取体系；碱性萃取剂的萃取体系；协同萃取 体系。
1、中性络合萃取体系 特点：萃取剂是中性有机化合物（如：TBP、P350、
KD
Ci (or ) Ci ( aq )
KD－分配系数，Ci(or)是溶质i 在有机相中浓度；Ci（aq）是
溶质i在水相中浓度。KD >1，萃取能进行；KD <1萃
取不利于进行。
浓度较大时，分配系数应以溶质i在两相中的活度比Ka表示：
Ka
ai(or ) ai ( aq )
C i(or ) i(or ) KD
在萃取中，要求有机相具有最小的水溶性，工业萃取剂使 用的有机酸，含碳在C7－C16范围内。
四、萃取剂、稀释剂 1．萃取剂的选择 溶剂萃取中，萃取剂的选择十分重要。选择萃取剂
的要求主要有： ① 至少有一个萃取官能团，通过官能团可与金属离子 形成萃合物，常见的萃取官能团有含O、S、C、P的基 团，如：－OH、－SO3H、－SH、 、＝NOH等； ② 油溶性大、水溶性小、须具备相当长的碳氢链或苯 环，但碳原子数过多或分子量大于500也不宜； ③ 具有较高的选择性，分离系数大；
(3)螯合萃取剂 有两种官能团，即酸性官能团和配位官能团。和金属离子形成
螯合物进入有机相，金属离子与酸性官能团作用，置换出 氢离子，形成一个离子键，配位官能团又与金属离子形成 一个配位键。常用的螯合萃取剂有：LiX63、LiX64、LiX64N ① 螯合剂必须含有二个或二个以上的官能团 ② 被萃金属置换－OH或－SH上的氢并与碱性官能团配位 而形成稳定的五原子环或六原子环状化合物。参加反应的 二个官能团之间要间隔2-3个碳原子，否则不能生成五环或 六环络合物。 ③ 入支链，使空间位阻增大，可以增加选择性，但引入支 链过多或位置不当也不行。 ④ －OH或－SH基的酸性越强，则形成螯合物的趋势越大， 即能在很低的PH下萃取。
化工基础_第五章_5.1 -5.2

化工基础_第五章_5.1 -5.2


b、液体分布器
作用：使液体能够均匀地分布在填料层上。 类型：多孔型、溢流型。
(a)莲蓬头式
(b)多孔环管式
(c)溢流管式
化学与材料工程学院
（d）排管式
化学与材料工程学院
C、液体收集及再分布装置 作用：将上段填料层流下的液体收集充分混合后，重新分 布在下段填料层上。 形式：
(a)截锥型
(b) “罗赛脱”型
b．漏液
气体通过筛孔的速度较小时，气体通过筛孔的动
压不足以阻止板上液体的流下，液体会直接从孔口落下，这种 现象称为漏液。正常操作时，一般控制漏液量不大于液体流量 的10％。相应的孔流气速为漏液点气速 。
稀溶液，气液两相的平衡关系遵循亨利(Henry)定律； 理想溶液的气液相间符合拉乌尔(Raoult)定律。
相间传质过程的方向和极限的判断：
①若物质在一相中(A相)实际浓度大于其在另一相 (B相)实际浓度所要求的平衡浓度，则物质将由A相向 B相传递；
P A ＞ P A*
②物质在A相实际浓度小于其在B相实际浓度所要求
②板式塔上流体力学状况 塔板形式多样，下面介绍塔板上气液接触状态、漏液、 雾沫夹带、液泛等流体力学规律。
a.气液接触状态 孔速较低时,气体以鼓泡形式通过液层， 板上气液两相呈鼓泡接触，图(a). 随孔速的增大气泡的 数量而增加,气泡表面连成一片发生合并与破裂,板上液体 以泡沫形式存在于气泡之中,但液体为连续相,气体为分散 相,图5(b).孔速继续增大,气体从孔口喷出,液体由连续相 变为分散相,气体则由分散相变为连续相,图©.
3. 塔设备简介
传质过程有共同的规律，也有通用的传质设备。 气体吸收和液体精馏两种气液传质过程通常在塔设 备内进行。提供气、液两相充分接触的机会。 根据塔内气液接触部件的结构型式，分为填料塔与
5 离子交换色谱法

5 离子交换色谱法

加样 上柱前，先将样品溶解在溶剂里或对洗脱液透析，样品溶 液的浓度应该尽可能高些，以减少样品溶液体积，使区带狭窄。将 样品仔细加到层析床的表面，打开旋塞至液面与床面齐，然后连接 溶剂池，保持一定高度的液面。
三、提高离子交换分离效果的途径
1）树脂的选择与填充技术 参照文献方法，结合被分离对象（阴离子？阳离子？）选择合适类型
交联度为8%的强酸性聚苯乙烯型树脂，约50um， 柱温50℃。
以150×0.9cm的交换柱，0.2M柠檬酸钠，pH 3.244.25为淋洗剂可以先分离出酸性氨基酸如谷氨酸，后分离 出中性氨基酸，如苯丙氨酸
以15 ×0.9cm的短交换柱，0.4M 0.2M柠檬酸钠， pH5.26为淋洗剂可以分离出碱性氨基酸，如精氨酸等。
带”——即色谱 Chromatography
该方法现在仍然广泛使用，如有机合成中的“过柱子”。常见的 是以硅胶或氧化铝作固定相的吸附柱。又称为柱层析/柱色谱，或经 典液相色谱法（相对于HPLC）。
一、离子交换色谱法的分类
1）淋洗色谱：通常先将少量样品通过交换柱，达到吸附 平衡，然后用亲和力比组分A、B、C都弱的离子作淋洗剂， 得到相互分离开的淋洗曲线。主要用于分析分离。
后进行测定。
置换色谱：
锂和钠的硫酸盐混合溶液通过一根氢型DOWE×50，300目树脂的交 换柱，用1.0mol/L(NH4)2SO4淋洗得到的淋洗曲线。
有时，在淋洗液中加入一定的络合剂，降低金属离子与树脂的亲和力， 从而使得NH4 +, Na+能对二、三价的金属离子起到置换作用。 Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜Tl+
在用溶剂平衡时，先使材料沉淀， 用倾泻法除去悬浮的细颗粒，否则由 于细颗粒的堵塞，溶剂的流速将显著 降低。
中药化学 第五章 色谱分离技术-吸附色谱、聚酰胺

中药化学 第五章 色谱分离技术-吸附色谱、聚酰胺

同时为其他的分析手段提供一定的分离依 据。
（二）吸附柱色谱操作技术
操作步骤
色谱柱的选择 内径与柱长比：1：10～1：20
装柱 上样 洗脱检查
1、装柱
干法装柱：直接用小漏斗将吸附剂均匀装入柱内的方法。 湿法装柱：将吸附剂装入盛有洗脱液的柱内，或将吸附剂 与洗脱液混合成混悬液再装入柱中，吸附剂慢慢沉降。
二、吸附色谱基本构成要素
吸附剂（固定相） 展开剂（流动相、移动相） 被分离的成分
（一）吸附剂
1、基本要求 一般来说，吸附剂要有较大的表面积和适宜
的活性，与移动相溶剂及被分离各成分不起化学 反应、颗粒均匀，并且在所用各种溶剂中不溶解。
2、种类 极性吸附剂：氧化铝、硅胶、聚酰胺、氧化镁、 硅酸镁、碳酸钙和硅藻土等。 非极性吸附剂：活性炭
2、种类 亲脂性有机溶剂：石油醚、环己烷、四氯化碳、苯、 甲苯、乙醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇等。 亲水性有机溶剂：丙酮、乙醇、甲醇等。 极性吸附能力的大小与选择展开剂的极性 和被分离成分的极性大小有关。
一般来说，当选用常用的硅胶或氧化铝这类极性 吸附剂时，展开剂的极性越大，解吸附能力越强， 否则越弱。
色谱分离技术按色谱原理分吸附色谱分配色谱离子交换色谱凝胶色谱色谱分离技术按操作形式分平面色谱tlcpc柱色谱毛细管电泳色谱色谱分离技术按流动相分液相色谱hplc气相色谱gc超临界流体色谱sfc二分类由于色谱法具有强大的分离能力众多的分离模式和灵活的检测手段因而被广泛用于化工医药生化和环境保护等领域尤其对中药化学成分的分离精制定性和定量检测等方面行之有效
影响聚酰胺吸附能力的主要因素如下：
1. 形成氢键的能力与溶剂有关。一般聚酰胺在水中 与化合物形成氢键的能力最强，在有机溶剂中较弱， 在碱性溶剂中最弱。因此溶剂对聚酰胺的洗脱能力 的次序为： 水〈甲醇或乙醇〈丙酮〈稀氢氧化钠溶液或稀氨水 〈甲酰胺或二甲基甲酰胺。
第五章 固体废物的物化处理

第五章 固体废物的物化处理


4.1.1 浮选原理
• 天然可浮性对分选的影响
• 天然可浮性差异较小，利用天然可浮性分选物质， 效料中加入浮选药剂， 扩大不同组分的可浮性差异，再通入空气形成无 数细小气泡，使目的颗粒黏附在气泡上，并随气 泡上浮于浆料表面称为泡沫层后刮出，实现目的 物料与其他物料的分离
12NaNbO5+55H2O→7Na2O·6Nb2O3·32H2O+46NaOH NaCN溶液浸出含金废渣 2Au+4NaCN+H2O+1/2O2→2NaAu(CN)2+NaOH
酸性溶剂浸出
• 简单酸浸：适用于某些易被酸分解的金属 氧化物、金属含氧盐及少数的金属硫化物 • 氧化酸浸：氧气或浓硫酸作为氧化剂，使 低价金属离子转化为可溶性离子 • 还原酸浸：浸出变价金属的高价金属氧化 物，采用铁、亚铁、SO2等作为还原剂，使 高价不可溶金属变为低价可溶盐溶出
• • • • • • 物料性质 颗粒的润湿性、大小等 药剂条件 药剂种类、用量、组合等 操作条件 充气量大小、液面高低等
4.1.4 浮选设备
• 浮选机及其基本要求 • 良好的充气作用；搅拌作用；能形成比较 平稳的泡沫区；连续工作便于调节 • 浮选机分类 • 按充气或搅拌分为机械搅拌式浮选机、充 气搅拌浮选机、充气式浮选机和气体析出 式浮选机
固体废物的物化处理
浮选 Flotation 溶剂浸出 Solvent Extraction 固化/稳定化 Solidification & Stabilization
4.1 浮选
• 浮选：是根据不同物质被水润湿程度的差 异而对其进行分离的过程（水处理中称为 气浮，air flotation） • 润湿性：物质被水润湿的程度 • 亲水性物质：易被谁润湿的物质 • 疏水性物质：不易被谁润湿的物质

5_1 水环境中的界面过程(吸附)

第5章 水环境中的界面过程
• 水中大多数重要的化学反应、物理化学过 程和生物化学现象都涉及水中的某些成分与另 一相的相互作用。
矿物溶解
挥发过程
在颗粒物和沉积物上的吸附交换过程
•……
CaCO 3 (s) H2O CO 2 Ca (HCO 3 )2
3KAlSi
3O8
(s)
2H 2 CO
3
12 H 2O
胶体的稳定性
（1）DLVO理论
胶体质点之间存在着互相吸引力，即 范德华力 ， 也存在着互相排斥力，即 静电斥力 。
当吸引力占主导，胶体 聚沉
；
当排斥力占优势，胶体 稳定
。
电位越大，说明胶粒的电荷越多，胶粒之间的电性
斥力也越大，胶体越稳定；
电位越小，说明胶粒的电荷越小，胶体越不稳定。
1941年，苏联学者德亚盖因（Derjguin）和兰多（Landau）； 1948年，荷兰学者弗韦（Verwey）与奥弗比克（Overbeek）。
（2） 电位
+++++++++
液体内部呈电中性，设其电位 为0，将其作为衡量其它液面电
电 势
位的基准。
+ +
动电位（电位）: 紧密层的外界 面与本体溶液之间的电势差。
电位决定着胶体粒子在电场中的 运动速度。
0 ：固体表面和液体内部的总
的电位差。
0 + +
紧密层
扩散层
图中曲线表示相对界面不同
距离的液面电位
胶体的稳定性 （2）水化作用
水化作用是胶体稳定性的另一原因。 通过水化作用，在胶粒的外面，组成一个水
化薄膜层，阻止胶粒的互相碰撞，使胶体具 有一定的稳定性。

现代分离方法与技术第三版答案第五章答案

现代分离方法与技术第三版答案第五章答案第五章分离方法与技术
1.现代分离技术包括哪些？
A.离心分离、膜分离、层析分离、溶剂萃取、电泳分离、细胞分离、
凝胶电泳、组蛋白分离，表面增强拉曼散射等。

2.什么是吸附分离？
A.吸附分离是一种利用介质对待分离物质表面的吸附作用实现分离的
方法，主要有离子交换、活性炭吸附、动态混凝土吸附、多孔介质吸附、
吸附液晶体等。

3.层析分离的基本原理是什么？
A.层析分离是一种基于物质的性质（如电荷、大小、密度、极性等）
在特殊介质中的分离机理，通常是利用物质在介质中的不同移动速度实现
分离的。

4.溶剂萃取的优势是什么？
A.溶剂萃取是一种利用溶剂间的不相溶和亲和力，将待分离物质从一
个介质中迁移到另一个介质中实现分离的方法。

溶剂萃取的优势在于多数
化合物的组分都能在指定的溶剂中受到萃取，萃取过程快速，分离效率高，可操作性强，可实现完全分离等。

5.电泳分离的原理是什么？
A.电泳分离是利用电场引起电荷对等物质在液相介质中的有规律迁移
实现分离的方法，也可称之为电动力层析。

它是利用物质在电场作用下的
有规律的移动，对具有不同电荷或分子量的物质经电泳的不同移动速度实现分离的。

吸附与离子交换

解吸过程(desorption)：另一方面一部分巳被吸附的吸附质由于热运动的结 果，能够脱离吸附剂的表面，又回到液相中去
吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸附的数量等于解 吸数量时，则吸附质在液相中和吸附剂表面上的浓度都不再改变，此时称为达到 吸附平衡。
吸附容量(adsorptivecapacity)：单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量， 一般用 q 表示，单位 mg/g 或 g/g。
过程：待分离的料液进入吸附剂；②吸附质被吸附在吸附剂表面；料液流出； 吸附质吸附剂再生
②的过程：吸附质从流体主题通过分子对流扩散穿过薄膜或边界层传递到吸 附剂的外表面，称之为外扩过程；吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微 孔结构的内表面，称之为内扩散过程；吸附质沿孔的表面进行扩散，被吸附在孔 的表面上。
6) 吸附牢固，解吸困难 1.2.2.3 离子交换吸附的特点
1) 指吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置 换出原先固定在这些带电点上的其他离子。
2) 吸附力为静电引力 3) 有一定的选择性 4) 吸附热与物理吸附相近
1.2.3 吸附法的优缺点
优点： 1) 有机溶剂掺入少 2) 操作简便，安全，设备简单 3) pH 变化小，适于稳定性差的物质
1.3.2 吸附的工艺和设备
1.3.2.1 间歇吸附 1) 将料液和吸附剂放在容器内搅拌，平衡后排出吸余液 2) 槽式吸附操作适用于外扩散控制的吸附传质过程。 3) 使用搅拌使溶液呈湍流状态，颗粒外表面的膜阻力较少。
1.3.2.2 连续式 固定床 吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中 形式：是最普通和最重要的形式，用于大型生产过程。 设备、操作：固定床就是一根简单的、充满吸附剂颗粒的竖立管子，含目标

生物分离工程复习

生物分离工程复习题第一章导论一解释名词生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程二简答题1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？（生物下游加工过程特点是什么？生物分离工程的特点是什么？）2 生物分离工程在生物技术中的地位？3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元）5 在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？7 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？第二章发酵液预处理一解释名词凝聚，絮凝，凝聚剂，过滤，离心，细胞破碎，包含体二简答题1 为什么要进行发酵液的预处理？常用处理方法有哪几种？2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？3 发酵液预处理中凝聚剂主要起什么作用？絮凝机理是什么？4 细胞破碎的方法包括哪几类？工业上常用的方法有哪些？为什么？5 沉降与离心的异同？6 离心设备可分为哪两大类？按分离因子Fr不同，离心机一般分为哪几类？7 常用的离心沉降设备有哪些？常用的过滤设备有哪些？8 固-液分离主要包括哪些方法和设备？9 试比较固液分离中过滤和离心分离技术的特点。

10 高压匀浆与高速珠磨破碎法各有哪些优缺点？11 比较工业常用的过滤设备优缺点。

离心与过滤各有什么优缺点？第三章沉淀与结晶一解释名词沉淀，结晶，盐析，盐溶，盐析结晶，盐析沉淀，硫酸铵饱和度，晶种，晶核，晶型, 饱和溶液，过饱和溶液，饱和度二简答题1 根据加入沉淀剂的不同沉淀分离主要包括哪几类？）2 常用的蛋白质沉淀方法有哪些？有机溶剂沉淀蛋白质的机理什么？用乙醇沉淀蛋白质时应注意哪些事项？3 影响盐析的主要因素有哪些？在工艺设计中如何应用？4 如何确定盐析过程中需要加入硫酸铵的量？5 简述有机溶剂沉淀的原理。

第5章 水环境中的界面过程(吸附)2PPT课件


固液界面吸附的应用
液相物质的分离提纯 液相色谱 洗涤作用 矿物浮选 制备LB膜 ……
固-液吸附在环境领域中的应用
(1):活性碳用于水和废水的处理
活性碳的吸附机理 活性碳吸附对废水处理的方式
(2): 粘土矿物吸附的应用
主要内容
1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表 面吸附、离子交换吸附、专属吸附） 2.吸附等温线类型 3.吸附作用的影响因素
实验结果表明MnO2胶体吸附金属离子符合 Langmuir公式，对于二价金属离子，饱和吸附 量相当接近，为0.100mol/mol(Mg2+)至 0.180mol/mol(Ba2+)。但对于Mn2+，饱和吸附 量为0.284mol/mol。
长江中下游浅水湖沉积物对磷的吸附特征--吸附等温线和吸附/解吸平衡质量浓度
（3）专属吸附
指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强 的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不但可 以使表面电荷改变符号，还可以使离子化合物吸 附在同号电荷的表面上。
这种吸附作用发生在胶体双电层的stern层中，被 吸附的金属离子进入Stern层后，不能被通常提取 交换性阳离子的提取剂提取，只能被亲和力更强 的金属离子取代，或是在强酸性条件下解吸。
它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号 的表面也能进行吸附作用。
氧化物表面吸附的配合模式
重金属离子在水合金属氧化物颗粒表面发生配位 化合过程，可用下式表示：
n≡AOH + Men+=== (≡AO)n → Me + n H+
式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面 的铁、铝、硅或锰，Men+为重金属离子， 箭头代表配位键。
例：高岭石对重金属的吸附作用的研究
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在分析上，活性炭可用来吸附、气体有机物， 也可以在多元素富集中作为痕量载体应用。 活性炭的吸附速度一般较快，通常只要把活 性炭与试液共振荡3-5分钟，接着用滤纸过滤， 即可定量吸附待测成分。
9
高温炭化
活化,800~900℃
木材、煤、果壳
炭渣
活性炭
隔绝空气，600℃
活化剂：ZnCl2
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 吸附量 洗脱
2.3 活性氧化铝
组成结构： Al2O3. nH2O ，多孔网状结构 种类：碱性氧化铝、中性氧化铝、酸性氧化铝
低温氧化铝、高温氧化铝 吸附性质：极性吸附剂；
吸附活性与含水量有关； 在非极性介质中，对极性物质具有 较强的吸附。
17
2.4 沸石
组成结构：Na2Al2O4·xSiO2H2O，多孔网状结构 种类：人工、天然沸石 吸附特性：阳离子交换吸附剂；
BCq0
C)1 (B 1)C
/ CS
式中：q0—单分子吸附层的饱和吸附量,g/g Cs—吸附质的饱和浓度,g/L B—常数；C—平衡浓度，g/L
28
吸附等温线
n2s S型
L型
H型
C型
液相吸附平衡
溶剂有强烈竞争吸附， 且溶质为垂直定向吸附 c 溶剂吸附少，且溶质为线 形分子，躺式吸附
溶质与固体吸附力强， 化学吸附
第5章 吸附与离子交换 Absorption and ion exchange
5.1 吸附 5.2 离子交换
1
5.1 吸附
吸附：指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 表面并附着在这些表面的过程。
特点： ①常用于稀溶液的分离， ②操作条件温和，适合于热敏性物质的分离， ③可直接从其他分离过程或反应过程耦合，改善过
5
理化指标 吸附作用力
选择性 所需活化能
吸附层 可逆性 发生吸附温度
达到平衡所需时间
物理吸附 分子间引力
较差 低
单层或多层 可逆
低于吸附质 临界温度 快
化学吸附 化学键合力
较高 高
单层 不可逆 远高于吸附质
沸点 慢
6
吸附分离过程分类：
➢变温吸附分离 ➢变压吸附分离 ➢变浓度吸附分离 ➢色谱吸附分离 ➢循环吸附分离技术
按水流方向又可分：升流式与降流式。
（3）移动床：接近饱和的吸附剂从塔底间歇排 出，每次卸出总填充量的（5~20）%，同时从 塔顶投加等量再生炭或新炭。
（4）流化床：吸附剂在塔内处于膨胀状态。
33
固定床吸附操作特点
吸附塔内填充吸附剂
吸附操作采用一个床，在吸附剂再生操作 中需停止吸附操作，
同时使用多个吸附床，进行多床串 连操作，使其中一床得到再生。
中和反应：
离子交换反应：
2R-SO3Na + Ca2+ == (R-SO3)2Ca + NaOH R2Ca + HCl == 2RH + CaCl2 RH + NaOH == RNa + H2O
离子转换或提取某种离子 脱盐 不同离子的分离
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离子交换剂的分类
1) 骨架组成
无机物——沸石、磷酸钙凝胶 疏水性骨架——树脂类
RSO3H + NaOH == RSO3Na + H2O RSO3H + NaCl == RSO3Na + HCl RSO3Na + KCl == RSO3K + NaCl
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强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
特点：
❖ 淡黄色球状颗粒； ❖ 化学稳定性好，耐磨性好； ❖ 在酸性、碱性和中性介质中都可使用； ❖ 交换反应速度快； ❖ 无机、有机阴离子均可交换。
• 单元结构：多孔网状立体结构的骨架 不可移动部分
功能基团 可移动部分
37
38
39
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1.离子交换的基本原理
• 离子交换： R—A+ + B+ = R—B+ + A+
• 洗脱：
R—B+ + C+ = R—C+ + B+
• 再生：
R—C+ + A+ = R—A+ + C+
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分解盐的反应： RC,SH + NaCl == RC,Sna + HCl RA,SOH + NaCl == RA,SCl + NaOH
常见的吸附类型及其主要特点
物理吸附： 吸附作用力为分子间引力、无选 择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也 可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。
化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高 活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸 附和解吸附速度较慢。
4
物理吸附
选择性吸附：固体表面的原子或基团与外来分子 间的引力 分子筛效应：尺寸小于微孔孔径的分子可以进入 微孔而被吸附，比孔径大的分子则被排斥在外 通过微孔的扩散：气体在多孔固体中的扩散 微孔中的凝聚：毛细管效应导致多孔固体周围的 可凝缩气体会在与器孔径对应的压力下在微孔中 凝聚
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吸附特性： ① 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。 ② 高极性吸附剂，在非极性介质中，对极性物质
具有较强的吸附。 ③ 中等极性吸附剂，则对上述两种情况都具有吸
附能力。
20
常用的解吸方法
低级醇、酮或水溶液解吸
原理：使大孔树脂溶胀，减弱溶质与吸附剂间
的相互作用力。
碱解吸附
有机物
多糖类
亲水性骨架
有机聚合物
树脂类（苯乙烯类、酚醛类等）
多糖类（葡聚糖、琼脂糖、纤维素等）
有机聚合物（聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等）
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2) 骨架结构
微孔型（普通型、凝胶型） 大孔型 均孔型
3) 功能基团
酸性基团 —阳离子（强、弱） 碱性基团—阴离子（强、弱） 两性
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2.离子交换树脂
树脂骨架
聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂
聚合化学反应 共聚型树脂
缩聚型树脂
骨架的物理结构 凝胶型树脂
大网格树脂
均孔树脂
活性基团
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
螯合树脂
氧化还原树脂
两性树脂
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a. 强酸性阳离子交换树脂
✓ 功能基团：—SO3H；—CH2SO3H ✓ 交换容量与介质的pH值无关 ✓ 转为H+型困难 ✓ 转为Na+型，水洗可至pH中性
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2.常用吸附剂
吸附剂的要求
• 交换容量——结构（多孔、立体网状） • 选择性——组成 • 稳定性——结构、组成
吸附剂的种类
1）无机：硅胶、氧化铝、磷酸钙凝胶、沸石等 2）有机：活性炭、（大孔）吸附树脂、纤维素等
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2.1活性炭（Active carbon）
活性炭是常用的吸附剂，表面积约100 1000 m2 /g ，粒度< 90 m 应占97%以上。 活性炭是一种非极性吸附剂，较易吸附极性 较小的分子。
气相吸附平衡—吸附等温方程（三种）
朗谬尔公式（Langmuir）
费兰德利希公式（Freundlich）
BET公式
25
1）Langmuir方程
假定：1）均匀表面。 2）单分子层吸附。 3）吸附分子间无作用力。 4）吸附机理相同。
单组分吸附：
q
qm
1
bp bp
K L p(1 K L p) q / qm
原理：成盐，主要针对弱酸性溶质。
酸解吸附——原理同上
水解吸附
原理：降低体系中的离子强度，降低溶质的吸
附量。
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吸附剂的物理性质
1）比表面积：单位质量吸附剂所具有的表面积Sp
Xm
( Sp )M Am N
2）孔容：单位质量吸附剂中微孔的容积
V p (VHg VHe ) / m p
3）孔径分布： 大于10nm孔：汞孔率计
dp
4 1
cos
p
dp
1.489 1010 p
1.5～2.5nm孔：氮气解吸法
pp0
p0
exp(
4vL cos
RTdp
)
小于1.5nm孔：分子筛筛分法
d p 17.9 / ln( p0 / pp0 )
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4）颗粒尺寸和分布：固定床、流化床、槽式
颗粒尺寸均一
5）密度
VpΒιβλιοθήκη 1b1p
6）强度：抗压、耐磨
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4.吸附分离设备与操作方式
吸附操作方式 静态吸附
使废水与吸附剂搅拌混合，而废水没有 自上而下流过吸附剂的流动，这种吸附 操作叫静态吸附。 动态吸附 废水通过吸附剂自上向下流动而进行吸 附。
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吸附设备
（1）吸附搅拌槽： （2）固定床：吸附剂在床中是固定的，废水自
上而下流过吸附剂。
单床式、多床串联式、多床并联式。
多组分吸附：
qi
qmibi pi 1 bj pj
j 1
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2）Freundlick方程
q KC 1/ n 适于中等浓度吸附 式中：K、n——常数；
C——吸附质平衡浓度（g/L） q——吸附量 偏离理想吸附。实际吸附原因：表面不均 匀、吸附分子间的相互作用。
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3）BET公式（多层吸附）
q
(Cs
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 碱性物质——中性吸附 酸性洗脱
酸性物质——中性吸附 碱性洗脱
⑤ 温度未平衡前随温度升高而增加
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