文档介绍：第十章离子交换法提取抗生素
关海燕
nghaiyan1@
生命科学技术学院发酵工程教研室
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第一节概述
第二节离子交换剂
第三节离子交换分离法的基本原理
第四节离子交换分离法的基本操作
技术
第五节应用案例
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第一节概述
一、离子交换分离法:
利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法。
二、特点
优点:分离效率高,设备简单,操作不复杂,树脂又具有再生能力,可反复使用,应用广泛。
缺点:分离周期长,耗时过多。
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1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象;
1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系;
1935年人工合成了离子交换树脂;
1940年应用于工业生产;
1951年我国开始合成树脂。
三、发展史
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离子交换剂:具有离子交换能力的所有物质,通常指固体离子交换剂,固体离子交换剂又称为吸着离子交换剂。
无机离子交换剂: 由天然的(粘土、沸石类矿物)和合成的(合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、多价金属酸性盐类、杂多酸盐等)化合物构成。
有机离子交换剂:人工合成的带有离子交换功能团的高分子聚合物。其中应用最为广泛的是离子交换树脂。
第二节离子交换剂
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一、离子交换树脂的结构性能和作用
固体球形颗粒,多孔网状结构;不溶于水;具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。
(一) 组成
离子交
换树脂
母体(骨架)
活性基团
固定离子
可交换离子
苯乙烯(单体)
+
二乙烯苯(交联剂)
母体
共聚
H2SO4
功
能
基
反
应
R —SO3 H
固定离子
可交换离子
母体
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图中以波形线条代表树脂的骨架,活性基团是磺酸基
(-SO3H)。
聚苯乙烯型磺酸基阳离子交换树脂
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(二) 树脂分类
按选择性
按结构
离子交
换树脂
凝胶型
等孔型
孔大、均匀,抗有机污染能力强。
孔径为20-100nm,溶胀度小,交换速度高,抗污染能力强。
孔径5nm,溶胀度较大,水溶胀后呈凝胶状。
大孔型
离子交
换树脂
阳离子交换树脂
阴离子交换树脂
弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
强碱性阴离子交换树脂 R NOH
弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H
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—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—
∣
∣
SO3- H+
∣
SO3- H+
SO3- H+
—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—
SO3- H+
··· —CH2—CH—CH2—···
SO3- H+
苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂的结构
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HC=CH2 HC=CH2
m
+ n
HC=CH2
据交换基团酸性的强弱,分为强酸性,弱酸性。
OH
强酸性
中等酸性
弱酸性
交换能力受酸度的影响较大
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。
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