暨南大学徐明芳-第七章_吸附与离子交换_2010-05-4离子交换

生物分离工程

第七章 吸附与离子交换

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本章作业 常用的离子交换树脂类型有哪些？ 影响离子交换速度的因素有哪些？ 影响离子交换选择性的因素 用于蛋白质提取分离的离子交换剂有哪些特殊要求， 主要有哪几类？

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1.离子交换(ion exchange) 概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶 液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠 库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱 剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的 目的。

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2.离子交换树脂的结构 具有三维空间立体结构的网络骨架 联接在骨架上的活性基团

活性基团所带的相反电荷的活性离子(可 交换离子)

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树脂的网络骨架

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离交树脂三维空间立体结构

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离子交换树脂离子交换树脂的构造模型如图5-9所示。

图5-9 离子交换树脂的构造模型a.阳离子交换树脂 b.阴离子交换树脂

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3.离子交换的分类 按活性基团分类，可分为 阳离子交换树脂(cation exchange)(含酸性基团) 阴离子交换树脂(anion exchange)(含碱性基团)。 具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴

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离子交换剂1)、离子交换剂A cation exhanger- Na+:包含强酸性和弱酸性阳离子 交换剂

B anion exchanger+ F-:包含强碱性和弱碱性阴离子 交换剂。

C 交换剂的种类小分子类交换剂：苯乙烯-二乙 烯苯型、丙烯酸-二乙烯苯型、 酚醛型

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强酸性阳离子交换树脂这类树脂一般以磺酸基—SO3H作为活性基团。 如聚苯乙烯磺酸型离子交换树脂，它是以苯 乙烯为母体，二乙烯苯为交联剂共聚后再经 磺化引入磺酸基制成的，化学结构如图5-11。

图5-11 聚苯乙烯磺酸型离子交换树脂化学结构示意图

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强酸性阳离子交换树脂强酸性树脂活性基团的电离程度大，不受溶液pH的影响，在pH1~14 范围内均可进行离子交换反应。其交换反应有： 中和反应： 复分解反应： R-SO3H + NaOH ——→ R-SO3Na + H2O R-SO3Na + KCl R-SO3K + NaCl 中性盐分解反应： R-SO3H + NaCl R-SO3Na + HCl

以磷酸基(—PO(OH)2)和次磷酸基(—PHO(OH))作为活性基团的树脂具有中等强度的酸性。

树脂在使用一段时间后要进行再生处理，即用化学药品使树脂的官能团恢复原来状态。强酸型树脂是用强酸进行再生处理，由于强酸型树脂与 H+结合力弱，因此再生成氢型比较困难，故耗酸量较大，一般为该树脂交 换容量的3~5倍。这类树脂主要用于软水和无盐水的制备，在链霉素、卡 那霉素、庆大霉素、赖氨酸等的提取精制中应用也较多。

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(1)常用的离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H (磺酸基)和-CH2SO3H(次甲基磺酸基); 弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH,

-OCH

2COOH, C6H5OH等弱酸性基团； 强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团， 如三甲胺基或二甲基-ß -羟基乙基胺基； 弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲 胺，碱性较弱；

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离子交换剂高分子类交换剂：Sephadex, Sepharose, BioGel, Cellulose等

0.001mmol/l

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弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂是指含有羧基(—COOH)、酚羟基 (—C6H4OH)等弱酸性基团的离子交换树脂，其中以含羧 基的离子交换树脂用途最广。 弱酸性基团的电离程度受溶液pH的影响很大,在酸性溶液中 几乎不发生交换反应,只有在pH≥7的溶液中才有较好的交换 能力。以101×4树脂为例，其交换容量与溶液pH的关系如 表5-2所示：

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弱酸性阳离子交换树脂由表中数据可看出，pH升高，交换容量增大。其交换反应有：

中和反应：

R-COOH + NaOH

R-COONa + H2O

因R-COONa在水中不稳定，易水解成R-COOH,故羧酸钠型树脂不易洗 涤到中性，一般洗到出口pH 9~9.5即可，并且洗水量不宜过多。 复分解反应： R-COONa + KCl R-COOK + NaCl 110-Na型树脂应用复分解反应原理进行链霉素的提取，其反应式为： 3R-COONa + Str3+ (R- COO)3Str + 3Na+ 与强酸树脂不同，弱酸树脂和H+结合力很强，所以容易再生成氢型且

耗酸量少。在制药生产上常用有弱酸型如101×4分离提取链霉素、正定霉素、溶菌 酶及尿激酶；

用122进行链霉素的脱色及从庆大霉素废液中提取维生素B12等。

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强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂是以季胺基为交换基团的离子交换树脂，活性基团

有 三 甲 胺 基 ( - N+(CH3)3 ) ( Ⅰ 型 ) , 二 甲 基 -β - 羟 基 乙 胺 基 ( –N+(CH3)2(C2H4OH))(Ⅱ型),因Ⅰ型比Ⅱ型碱性更强，其用途更广泛。 强碱性活性基团的电离程度大，它在酸性、中性甚至碱性介质中都可以显 示离子交换功能。其交换反应有： 中和反应： 复分解反应： R-N(CH3)3OH + HCl R-N(CH3)3Cl + H2O 中性盐分解反应：R-N(CH3)3OH + NaCl R-N(CH3)3Cl + NaOH R-N(CH3)3Cl + NaBr R-N(CH3)3Br + NaCl

这类树脂的氯型较羟型更稳定，耐热性更好，故商品大多数是氯型。强碱性树脂与OH-结合力较弱，再生时耗碱量较大。

这类树脂常用的有201×4用于卡那霉 …… 此处隐藏：415字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……