发酵产物分离原理与技术课件.pptx

1、第一节第一节 沉淀法沉淀法第二节第二节 吸附法吸附法第三节第三节 离子交换法离子交换法第四节第四节 萃取法萃取法第五节第五节 膜分离技术膜分离技术第十一章第十一章 发酵产物分离原理与技术发酵产物分离原理与技术 第一节第一节 沉淀法沉淀法 沉淀是物理环境的变化引起溶质的溶解度沉淀是物理环境的变化引起溶质的溶解度降低、生成固体凝聚物的现象。降低、生成固体凝聚物的现象。 沉淀措施因产品性质不同而不同。沉淀措施因产品性质不同而不同。 加酸、碱、盐、有机溶剂、其它物质。加酸、碱、盐、有机溶剂、其它物质。 根据所加入沉淀剂的不同，沉淀法可分为：根据所加入沉淀剂的不同，沉淀法可分为：盐析盐析等电点等电点有机

2、溶剂有机溶剂考一、等电点沉淀法一、等电点沉淀法 利用两性电解质在利用两性电解质在等电点的溶解度最低等电点的溶解度最低和和不同不同电解质有不同等电点电解质有不同等电点的特性，将两性电解质分的特性，将两性电解质分离的方法。离的方法。 通过加酸或碱通过加酸或碱调调pHpI，蛋白质分子的净电荷蛋白质分子的净电荷为零为零，分子聚集在一起。，分子聚集在一起。 注意：注意：pH过低，容易引起目标蛋白质变性。过低，容易引起目标蛋白质变性。二、二、 盐析沉淀法盐析沉淀法1.盐与蛋白质溶解度的关系盐与蛋白质溶解度的关系： (1)盐溶盐溶：盐盐低时，低时，S随随盐盐增加而增加；增加而增加； (2)盐析盐析：盐盐高时

3、，高时，S随随盐盐增加而降低；增加而降低；溶解度与盐浓度的关系可用下式表示：溶解度与盐浓度的关系可用下式表示： logS=KSI S：蛋白质的溶解度；：蛋白质的溶解度； I：离子强度；：离子强度； ：常数，与蛋白质种类有关，与盐的种类无关；：常数，与蛋白质种类有关，与盐的种类无关； KS ：盐析常数，与盐种类有关，与温度和：盐析常数，与盐种类有关，与温度和pH无关；无关；2.2.机理机理 蛋白胶体稳定的原因是蛋白质颗粒周围水化膜和蛋白胶体稳定的原因是蛋白质颗粒周围水化膜和电荷的存在。电荷的存在。加入盐，中和表面电荷、破坏水化加入盐，中和表面电荷、破坏水化膜。膜。3.3.影响盐析的因素影响盐析的

4、因素 (1)(1)盐种类：影响盐种类：影响K KS S，K KS S越大，效果越好越大，效果越好 (2)(2)盐析剂用量盐析剂用量 (3) (3) 温度和温度和pHpH：影响：影响值而影响值而影响S S。尤其是影响相。尤其是影响相对溶解度对溶解度 (4) (4) 杂质杂质4. 注意事项注意事项 盐盐 因被提取物种类不同而不同；因被提取物种类不同而不同； 杂质杂质对盐析对盐析有影响有影响； 盐析时的盐析时的pH pI（？）；（？）； 盐析盐析产品还需进一步纯化产品还需进一步纯化（？）；（？）；三、有机溶剂沉淀法三、有机溶剂沉淀法 利用某些物质在有机溶剂中的溶解度不同而使其分利用某些物质在有机溶剂

5、中的溶解度不同而使其分离的方法。离的方法。 1.原理原理： 有机溶剂能有机溶剂能降低溶液的介电常数降低溶液的介电常数，使溶质，使溶质分子分子间间因因引力而凝集引力而凝集；或；或破坏水膜破坏水膜(降低水活度降低水活度)而溶解度降而溶解度降低；或低；或破坏蛋白质的某种键破坏蛋白质的某种键，改变其空间结构而使，改变其空间结构而使疏水基团暴露而析出。疏水基团暴露而析出。 优点：溶剂易除；优点：溶剂易除； 缺点：易使蛋白质变性；缺点：易使蛋白质变性； 2.影响有机溶剂沉淀的因素影响有机溶剂沉淀的因素: 溶剂的种类和数量：溶剂的种类和数量：丙酮丙酮乙醇乙醇甲醇甲醇 沉淀的温度：沉淀的温度：温度越低沉淀越完

6、全温度越低沉淀越完全。第二节第二节 吸附法吸附法 在发酵工业的下游加工过程中，吸附法在发酵工业的下游加工过程中，吸附法应用于发酵产品的除杂、脱色、有毒物应用于发酵产品的除杂、脱色、有毒物质和抗生素的提纯精制。质和抗生素的提纯精制。一、吸附法的原理一、吸附法的原理 吸附法是利用吸附剂与杂质、色素物质、吸附法是利用吸附剂与杂质、色素物质、有毒物质、产品之间分子引力的差异，有毒物质、产品之间分子引力的差异，从而起到分离的作用。从而起到分离的作用。二、吸附的目的二、吸附的目的 将产品吸附浓缩于吸附剂上；将产品吸附浓缩于吸附剂上； 将杂质、色素等需要从发酵液中去除的将杂质、色素等需要从发酵液中去除的物质

7、吸附于吸附剂上。物质吸附于吸附剂上。三、吸附法的优缺点三、吸附法的优缺点 优点：优点： 可不用或少用有机溶剂；可不用或少用有机溶剂； 操作简便、安全、设备简单；操作简便、安全、设备简单； 生产过程中生产过程中pH变化小，适用于稳定性较差变化小，适用于稳定性较差的生化物质。的生化物质。 缺点：缺点： 吸附法选择性差、收率不高。吸附法选择性差、收率不高。 无机吸附剂性能不稳定，不能连续操作，劳无机吸附剂性能不稳定，不能连续操作，劳动强度大。动强度大。 炭粉等吸附剂影响环境卫生。炭粉等吸附剂影响环境卫生。 凝胶类吸附剂、大网格聚合物吸附剂凝胶类吸附剂、大网格聚合物吸附剂四、吸附的类型四、吸附的类型

8、物理吸附物理吸附：吸附剂和吸附物通过分子力：吸附剂和吸附物通过分子力(范德范德华力华力)产生的吸附。产生的吸附。 化学吸附化学吸附： 化学吸附是由于吸附剂在吸附物之化学吸附是由于吸附剂在吸附物之间的电子转移，通过化学键作用而产生的，属间的电子转移，通过化学键作用而产生的，属于库仑力于库仑力 范围。范围。 离子交换吸附离子交换吸附： 吸附剂表面如为极性分子或离吸附剂表面如为极性分子或离子所组成则它会吸引溶液中带相反电荷的离子子所组成则它会吸引溶液中带相反电荷的离子而形成双电层。这种吸附又称为极性吸附。而形成双电层。这种吸附又称为极性吸附。五、吸附剂的基本要求五、吸附剂的基本要求 吸附剂要求颗粒密

9、度小，表面积大，但吸附剂要求颗粒密度小，表面积大，但孔隙也不能太多，否则被吸附物质不易孔隙也不能太多，否则被吸附物质不易被洗脱。被洗脱。 吸附剂的颗粒大小要均匀。吸附剂的颗粒大小要均匀。 吸附剂的吸附能力要大，但不能影响洗吸附剂的吸附能力要大，但不能影响洗脱。脱。 六、吸附剂的类型六、吸附剂的类型 工业用吸附剂主要有三类型工业用吸附剂主要有三类型: 1、疏水或非极性吸附剂、疏水或非极性吸附剂 适合于适合于从极性溶媒从极性溶媒(水水)中吸附溶质中吸附溶质。 代表是代表是活性碳活性碳，有疏水性。在极性液中，有疏水性。在极性液中，吸附力：溶质吸附力：溶质溶媒，有环溶媒，有环无环无环。2 2、亲水或极

10、性吸附剂、亲水或极性吸附剂 适用于适用于从非极性或小极性溶媒中吸附溶质从非极性或小极性溶媒中吸附溶质。 代表：硅胶，氧化铝，活性土（铝硅酸），代表：硅胶，氧化铝，活性土（铝硅酸），有酸性、碱性、中性之分。有酸性、碱性、中性之分。 碱性物质碱性物质酸性吸附剂，反之亦然。酸性吸附剂，反之亦然。3 3、离子交换树脂吸附剂、离子交换树脂吸附剂 属极性吸附剂属极性吸附剂，与极性吸附剂不同的是，还，与极性吸附剂不同的是，还具有离子交换的性能具有离子交换的性能。注意：注意：根据提炼的性质选择恰当的类型。根据提炼的性质选择恰当的类型。活性炭的选择性差。活性炭的选择性差。七、七、 影响吸附过程的因素影响吸附过程

11、的因素1、吸附剂的性质、吸附剂的性质 吸附剂的理化性质对吸附的影响很大。吸附剂吸附剂的理化性质对吸附的影响很大。吸附剂的性质与其原料、合成方法和再生条件有关。的性质与其原料、合成方法和再生条件有关。一般要求一般要求吸附容量大、吸附速度快和机械强度吸附容量大、吸附速度快和机械强度好好。 吸附剂的吸附容量除其它外界条件外，主要与比表吸附剂的吸附容量除其它外界条件外，主要与比表面积有关。比表面大，空隙度高，吸附容量就越大。面积有关。比表面大，空隙度高，吸附容量就越大。 吸附速度主要与颗粒度和孔径分布有关，颗粒度越吸附速度主要与颗粒度和孔径分布有关，颗粒度越小，吸附速度就越快，但压力损失要增大。孔径适

12、小，吸附速度就越快，但压力损失要增大。孔径适当，有利于吸附物向空隙中扩散。当，有利于吸附物向空隙中扩散。 吸附剂的机械强度则影响其使用寿命。吸附剂的机械强度则影响其使用寿命。2、吸附物的性质、吸附物的性质 有下列一些规则可用来预测吸附的相对量。有下列一些规则可用来预测吸附的相对量。 能使表面张力降低的物质，易为表面吸附；能使表面张力降低的物质，易为表面吸附； 溶质从较易溶解的溶剂中吸附时，吸附量较少。溶质从较易溶解的溶剂中吸附时，吸附量较少。 极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸附非极性物质。附非极性物质。 对于同系列物质，吸附量的变化是有规则的

13、。如对于同系列物质，吸附量的变化是有规则的。如按极性减小的次序排列，次序越在后面的物质，按极性减小的次序排列，次序越在后面的物质，极性越低，因而越易为非极性吸附剂所吸附而越极性越低，因而越易为非极性吸附剂所吸附而越难为极性吸附剂所吸附。难为极性吸附剂所吸附。3、 溶液溶液pH值的影响值的影响 pH值影响某些化合物的离解度。值影响某些化合物的离解度。4、温度的影响、温度的影响 吸附热越大，则温度对吸附的影响越大。吸附热越大，则温度对吸附的影响越大。5、其它组分的影响、其它组分的影响 当从含有两种以上组分的溶液中吸附时，当从含有两种以上组分的溶液中吸附时，根据溶质的性质可以互相促进，干扰或根据溶质

14、的性质可以互相促进，干扰或互不干扰。一般说来，对混合物的吸附互不干扰。一般说来，对混合物的吸附较纯物质的吸附为差。较纯物质的吸附为差。第三节第三节 离子交换法离子交换法 离子交换作用：是指一离子交换作用：是指一个溶液中的某一种离子个溶液中的某一种离子与一个固体中的另一种与一个固体中的另一种具有相同电荷的离子互具有相同电荷的离子互相调换位置，即溶液中相调换位置，即溶液中的离子跑到固体上去，的离子跑到固体上去，把固体上的离子替换下把固体上的离子替换下来。这里溶液称流动相，来。这里溶液称流动相，而固体称固定相。而固体称固定相。 用于蛋白质、氨基酸、用于蛋白质、氨基酸、核酸、酶、抗生素的分核酸、酶、抗

15、生素的分离。离。一、基本原理一、基本原理 离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，它的分子中含有离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，它的分子中含有可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子或阴离子起交换作用。或阴离子起交换作用。 交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，所以可以把离子交换新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，所以可以把离子交换剂上的原子离子全部洗脱下来，同时溶液中的离子全部被交换剂上的原子离子全部洗脱下来，同

16、时溶液中的离子全部被交换并吸附在树脂上。并吸附在树脂上。 如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂上，用洗脱液如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂上，用洗脱液洗脱时，其被洗脱的能力则决定于各自洗脱反应的平衡常数。洗脱时，其被洗脱的能力则决定于各自洗脱反应的平衡常数。 离子交换过程有两个阶段离子交换过程有两个阶段吸附和解吸附吸附和解吸附。吸附在离子交换剂。吸附在离子交换剂上的物质可以通过改变上的物质可以通过改变pH使吸附的物质失去电荷而达到解离但使吸附的物质失去电荷而达到解离但更多的是通过增加离子强度，使加入的离子与被吸附物质竞争更多的是通过增加离子强度，使加入的离子与被吸附物质竞争离子

17、交换剂上的电荷位置，使被吸附物质与离子交换剂解开。离子交换剂上的电荷位置，使被吸附物质与离子交换剂解开。不同物质与离子交换剂之间形成电键数目不同，即亲和力大小不同物质与离子交换剂之间形成电键数目不同，即亲和力大小有差异有差异 ，因此只要选择适当的洗脱条件便可将混合物中的组分，因此只要选择适当的洗脱条件便可将混合物中的组分逐个洗脱下来，达到分离纯化的目的。逐个洗脱下来，达到分离纯化的目的。二、离子交换的类型二、离子交换的类型 按组分：按组分：(有机、无机有机、无机)离子交换剂。离子交换剂。 按性能：按性能：(阳、阴、两性、吸附型、选择型、阳、阴、两性、吸附型、选择型、氧化还原型氧化还原型)离子交

18、换剂。离子交换剂。（1）阳离子交换剂阳离子交换剂 强酸型强酸型: (-R-SO3H) 中性中性: 弱酸性弱酸性:（2）阴离子交换剂阴离子交换剂 都含有氨基都含有氨基 强：季胺盐强：季胺盐-N+(CH3)3; 弱：叔弱：叔-N(CH3)2,、仲、仲(-NHCH3)、伯、伯(-NH2)。（3）两性离子交换剂两性离子交换剂 交换剂本体上同时带有酸性和碱性基团。交换剂本体上同时带有酸性和碱性基团。三、离子交换树脂的理化性能三、离子交换树脂的理化性能1、 对离子交换树脂的对离子交换树脂的一般要求一般要求： （1）容量大容量大。（活性基团。（活性基团/重量）。重量）。 多含活性基团；基团能完全电离。多含活

19、性基团；基团能完全电离。 （2）良好的可逆性良好的可逆性。 （3）适宜的机械强度适宜的机械强度。 （4）化学稳定性化学稳定性。2、离子交换树脂的、离子交换树脂的处理、再生、转型、保存处理、再生、转型、保存 （1）处理处理： 树脂浸泡树脂浸泡酸处理酸处理碱处理液碱处理液水洗水洗 （2）再生再生： 使用过的树脂恢复到原状况的方法（往往只使用过的树脂恢复到原状况的方法（往往只作简单转型处理）。作简单转型处理）。 （3）转型转型： 使树脂上带上使用时希望的离子。使树脂上带上使用时希望的离子。 如：如： Na型：用氢氧化钠；型：用氢氧化钠； H型：用盐酸处理；型：用盐酸处理； NH4+型：用氨水处理；型

20、：用氨水处理；（4）保存保存：中性盐保存中性盐保存 阴离子交换树脂，阴离子交换树脂，Cl型较型较OH稳定。稳定。 阳离子交换树脂。阳离子交换树脂。Na型稳定。型稳定。 3、交换树脂的、交换树脂的理化特性理化特性（1）颗粒度颗粒度： 颗粒小，交换速度快，压力损失较大。颗粒小，交换速度快，压力损失较大。（2）含水量含水量： 一般一般40-60%。（3）比重比重： 干真密度干真密度：干燥状态下树脂材料本身的比重。：干燥状态下树脂材料本身的比重。干真密度树脂的干燥质量干真密度树脂的干燥质量/减去树脂内空隙的真体积减去树脂内空隙的真体积 湿真密度湿真密度：充分膨胀后树脂颗粒本身的比重。：充分膨胀后树脂颗

21、粒本身的比重。湿真密度树脂湿重湿真密度树脂湿重/树脂颗粒所占体积树脂颗粒所占体积 视密度视密度：指树脂充分吸水膨胀后的堆积密度。：指树脂充分吸水膨胀后的堆积密度。视密度树脂湿重视密度树脂湿重/树脂层的体积树脂层的体积（4）膨胀性膨胀性：因可交换离子不同而不同。：因可交换离子不同而不同。（5）耐磨损强度耐磨损强度：树脂在使用过程中会产生：树脂在使用过程中会产生磨损。磨损。（6）耐热性耐热性：有一定的耐热性能，温度过高：有一定的耐热性能，温度过高或过低，对强度和容量都会有影响。或过低，对强度和容量都会有影响。 一般：阳离子比阴离子树脂的耐热性高，其一般：阳离子比阴离子树脂的耐热性高，其中盐型比游离

22、型的耐热性高。中盐型比游离型的耐热性高。（7）交换容量交换容量：指树脂交换能力的大小，是衡量树：指树脂交换能力的大小，是衡量树脂性能的重要指标。脂性能的重要指标。 两种表示方法：两种表示方法： 理论理论(全全)交换量交换量：树脂的特性决定。：树脂的特性决定。 工作工作(操作操作)交换量交换量：受操作条件、柱长度、粒度、离子：受操作条件、柱长度、粒度、离子性质、浓度、流速、交换基团等因素的影响。性质、浓度、流速、交换基团等因素的影响。 一般一般:弱酸（碱）弱酸（碱） 强酸（碱）树脂强酸（碱）树脂 交联度越小，交换容量越大交联度越小，交换容量越大四、影响离子交换速度的主要因素四、影响离子交换速度的

23、主要因素（1）树脂颗粒的大小树脂颗粒的大小 颗粒越小，单位体积树脂的表面积愈大，颗粒越小，单位体积树脂的表面积愈大，有利于离子间的接触，交换速度愈快。有利于离子间的接触，交换速度愈快。（2）树脂的交联度树脂的交联度 在一定条件下，降低树脂交联度，能提高在一定条件下，降低树脂交联度，能提高交换速度。交换速度。（3）溶液中离子的浓度溶液中离子的浓度 当溶液中离子的浓度在一定范围内增加时，能加快当溶液中离子的浓度在一定范围内增加时，能加快交换速度，相反亦然。交换速度，相反亦然。（4）温度温度 提高温度能使固相或液相的扩散系数增大，交换速提高温度能使固相或液相的扩散系数增大，交换速度增加。度增加。（5

24、）离子大小离子大小 交换小离子的速度较快，交换大离子的速度较慢。交换小离子的速度较快，交换大离子的速度较慢。（6）离子价离子价 吸附速度：离子价小的离子吸附速度：离子价小的离子 离子价大的离子离子价大的离子（7）酸碱的强弱酸碱的强弱 交换速度：强酸交换速度：强酸(碱碱)性树脂性树脂 弱酸弱酸(碱碱)性树脂性树脂 与活性基团的解离程度有关。与活性基团的解离程度有关。（8）树脂层装填的松紧度树脂层装填的松紧度 装填疏松有利扩散，交换速度相应也有所提高。装填疏松有利扩散，交换速度相应也有所提高。五、离子交换操作方式五、离子交换操作方式1、分批法分批法： 交换在一容器中进行。交换在一容器中进行。2、固

25、定床法固定床法：也称柱过滤法：也称柱过滤法 交换在动态下进行。交换在动态下进行。为什么为什么分批法不如固定床法好分批法不如固定床法好呢？呢？ 用分批法，因为交换受到平衡的限制，树脂用分批法，因为交换受到平衡的限制，树脂的饱和度不高。而固定床法，树脂的饱和度的饱和度不高。而固定床法，树脂的饱和度高（当然同样存在平衡限制的情况），因为高（当然同样存在平衡限制的情况），因为液体在流动的过程中，平衡状态因新的溶液液体在流动的过程中，平衡状态因新的溶液的流入而逐渐被打破，使离子交换速度加快。的流入而逐渐被打破，使离子交换速度加快。第四节第四节 萃取法萃取法 溶剂萃取法是溶剂萃取法是20世纪世纪40年代兴

26、起的一项年代兴起的一项化工分离技术，它是化工分离技术，它是用一种溶剂将产物用一种溶剂将产物自另一种溶剂自另一种溶剂(如水如水)中提取出来，达到浓中提取出来，达到浓缩和提纯的目的缩和提纯的目的。 溶剂萃取法比化学沉淀法分离程度高，溶剂萃取法比化学沉淀法分离程度高，比离子交换法选择性好，传质快，比蒸比离子交换法选择性好，传质快，比蒸馏法能耗低且生产能力大，周期短，便馏法能耗低且生产能力大，周期短，便于连续操作、容易实现自动化等。于连续操作、容易实现自动化等。 新型的萃取技术新型的萃取技术超临界萃取超临界萃取反胶团萃取反胶团萃取双水相萃取双水相萃取液膜萃取液膜萃取一、萃取的原理一、萃取的原理 利用物

27、质在两种成相的溶剂中溶解度的利用物质在两种成相的溶剂中溶解度的不同，使所需的目的物质从一种溶剂中不同，使所需的目的物质从一种溶剂中转移到另一种溶剂中，从而达到分离纯转移到另一种溶剂中，从而达到分离纯化的目的。化的目的。 溶剂萃取法是以溶剂萃取法是以分配定律分配定律为基础的。为基础的。 在萃取中，被提取的溶液称为料液，其在萃取中，被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物质称为溶质中欲提取的物质称为溶质。 分配定律：在恒温恒压的条件下，一种分配定律：在恒温恒压的条件下，一种物质在两种成相的溶剂（物质在两种成相的溶剂（A与与B，或上相，或上相与下相）的分配浓度之比是一常数，该与下相）的分配浓度之比是一常

28、数，该常数称为分配系数常数称为分配系数K。KBACCBA）中溶质的浓度下相（）中溶质的浓度上相（一）超临界流体萃取（一）超临界流体萃取1、原、原 理理 临界温度临界温度(Tc) ：当气体的温：当气体的温度高于某一数值时，任何压度高于某一数值时，任何压缩都不能使它变为液体。缩都不能使它变为液体。 临界压力临界压力（Pc）：在临界温）：在临界温度下，气体能被液化的最低度下，气体能被液化的最低压力。压力。 超临界状态超临界状态：当物质所处的：当物质所处的温度高于临界温度、压力大温度高于临界温度、压力大于临界压力时于临界压力时 超临界流体：在临界点超临界流体：在临界点(指在临界温度指在临界温度Tc和临

29、和临界压力界压力Pc状态状态)附近，可以观察到一些有意义附近，可以观察到一些有意义的现象：压力和温度的微小变化都会引起气体的现象：压力和温度的微小变化都会引起气体密度的很大变化。随着向超临界气体加压，气密度的很大变化。随着向超临界气体加压，气体密度增大达到液态性质，这种状态的流体称体密度增大达到液态性质，这种状态的流体称为超临界流体。其性质介于气体和液体之间。为超临界流体。其性质介于气体和液体之间。物理性质物理性质气体（常温、气体（常温、常压）常压）超临界流体超临界流体液体液体(常温、常压常温、常压)Tc，PcTc，4Pc密度（密度（g/cm3）粘度（粘度（10 -5Pa.s）扩散系数（扩散系

30、数（10 -4 m-2 /s）0.006-0.0021-30.1-0.40.2-0.51-30.7 10-30.4-0.93-90.2 10-30.6-1.620-300(0.2-2) 10-5气体、液体与超临界流体特性比较气体、液体与超临界流体特性比较 超临界萃取超临界萃取：使用超临界流体作为溶剂的萃取方使用超临界流体作为溶剂的萃取方法，就称为超临界萃取法，就称为超临界萃取。超临界流体的密度为气。超临界流体的密度为气体的数百倍，而其流动性和粘度仍接近于气体，体的数百倍，而其流动性和粘度仍接近于气体，扩散系数大约为气体的扩散系数大约为气体的1，而较液体的扩散系数，而较液体的扩散系数大数百倍。因

31、此，物质移动成分配时，均比其在大数百倍。因此，物质移动成分配时，均比其在液体溶剂中要快。将温度或压力适宜变化时，可液体溶剂中要快。将温度或压力适宜变化时，可使其溶解度在使其溶解度在I001000倍的范围内变化。倍的范围内变化。 一股来讲，超临界流体的密度越大，其溶解度就一股来讲，超临界流体的密度越大，其溶解度就越大，反之亦然。越大，反之亦然。也就是说，超临界流体中物质也就是说，超临界流体中物质的溶解度在恒温下随压力的溶解度在恒温下随压力P(PPc时时)升高而增大，升高而增大，而在恒压下，其溶解度随温度（而在恒压下，其溶解度随温度（TTc时）增高而时）增高而下降，这一特性有利于从物质中萃取某些易

32、溶解下降，这一特性有利于从物质中萃取某些易溶解的成分，而超临界流体的高流动性和扩散能力，的成分，而超临界流体的高流动性和扩散能力，则有助于所溶解的各成分之间的分离，并能加速则有助于所溶解的各成分之间的分离，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。溶解平衡，提高萃取效率。 二氧化碳的特点二氧化碳的特点 二氧化碳在常温二氧化碳在常温(31.1)时可以达到超临界状态，时可以达到超临界状态，可以可以实现低温生产工艺实现低温生产工艺； 临界压力为临界压力为7386.6kPa(72.9atm)，易于达到，易于达到； 因为没有加入空气中的氧，因为没有加入空气中的氧，不会因氧化而使制品不会因氧化而使制品变质变质； 二

33、氧化碳是二氧化碳是惰性气体惰性气体，没有引燃性、爆炸性和比，没有引燃性、爆炸性和比学反应性；学反应性； 二氧化碳二氧化碳无毒，无色、无味，不会污染制品无毒，无色、无味，不会污染制品，也，也没有任何排放的问题。没有任何排放的问题。 超临界二氧化碳的高扩散性、低粘性，使其具有超临界二氧化碳的高扩散性、低粘性，使其具有传质快和萃取速度高的优点传质快和萃取速度高的优点； 能选择性地萃取特定成分能选择性地萃取特定成分； 资源充足，价格低廉，能从萃取物中挥发掉资源充足，价格低廉，能从萃取物中挥发掉。 2，超临界流体萃取的特点，超临界流体萃取的特点 二、反胶团萃取二、反胶团萃取 反相胶团是表面活性剂反相胶团

34、是表面活性剂分子溶于非极性溶剂中分子溶于非极性溶剂中自发形成的聚集体自发形成的聚集体 ,其其中表面活性剂的极性头中表面活性剂的极性头朝内而非极性头朝外与朝内而非极性头朝外与有机溶剂接触。胶团内有机溶剂接触。胶团内可溶解少量水而形成微可溶解少量水而形成微型水池。反胶团溶液是型水池。反胶团溶液是宏观上透明均一的热力宏观上透明均一的热力学稳定体系。学稳定体系。 1、反胶团的萃取原理、反胶团的萃取原理 蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有机溶剂相和水相两宏观相界面间的在有机溶剂相和水相两宏观相界面间的表面活性剂层同邻近的蛋白质分子发生表面活性剂层同邻近的蛋白质分子发

35、生静电吸引而变形，接着两界面形成含有静电吸引而变形，接着两界面形成含有蛋白质的反胶团，然后扩散到有机相中蛋白质的反胶团，然后扩散到有机相中 ,从而实现了蛋白质的萃取。改变水相条从而实现了蛋白质的萃取。改变水相条件件 (如如pH值、离子种类或离子强度值、离子种类或离子强度 )，又，又可使蛋白质从有机相中返回到水相中，可使蛋白质从有机相中返回到水相中，实现反萃取过程。实现反萃取过程。 2、反相胶团萃取的优点、反相胶团萃取的优点 成本低成本低 选择性高选择性高 操作方便操作方便 放大容易放大容易 萃取剂萃取剂 (反胶团相反胶团相 )可循环利用可循环利用 蛋白质不易变性等优点。蛋白质不易变性等优点。

36、三、双水相萃取三、双水相萃取 双水相系统是指某些高聚物之间或高聚双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的两水相或多水相系解会形成互不相溶的两水相或多水相系统。通过溶质在相间的分配系数的差异统。通过溶质在相间的分配系数的差异而进行萃取的方法即为双水相萃取。而进行萃取的方法即为双水相萃取。 双水相技术最早出现于双水相技术最早出现于1955年。年。 近几年来近几年来 ,双水相技术在动力学研究、双双水相技术在动力学研究、双水相亲和分离、多级逆流层析、反应分水相亲和分离、多级逆流层析、反应分离耦合等方面都取得了显著的成绩。离

37、耦合等方面都取得了显著的成绩。 到目前为止，到目前为止，双水相技术几乎在所有的双水相技术几乎在所有的生物物质的分离纯化中得到应用生物物质的分离纯化中得到应用 :如氨基如氨基酸、多肽、核酸、细胞器、细胞膜、各酸、多肽、核酸、细胞器、细胞膜、各类细胞、病毒等，特别是成功地应用在类细胞、病毒等，特别是成功地应用在蛋白质的大规模分离中。蛋白质的大规模分离中。典型的双水相系统典型的双水相系统双水相萃取的优点双水相萃取的优点 易于放大易于放大 双水相系统之间的传质过程和平衡过程快双水相系统之间的传质过程和平衡过程快速速 ,因此能耗较小因此能耗较小 , 可以实现快速分离。可以实现快速分离。 易于进行连续化操

38、作。易于进行连续化操作。 相分离过程温和相分离过程温和 ，生化分子如酶不易受到，生化分子如酶不易受到破坏。破坏。 选择性高、收率高。选择性高、收率高。 操作条件温和。操作条件温和。第五节第五节 膜分离过程膜分离过程 1748年法国学者年法国学者Abbe Nollet首次提出了膜分离首次提出了膜分离现象，经过近二个世纪的摸索、研究，现象，经过近二个世纪的摸索、研究，20世纪世纪50年代膜分离技术才逐渐发展成为一门新兴高年代膜分离技术才逐渐发展成为一门新兴高技术边缘学科。技术边缘学科。 1963年第一个膜渗析器的诞生开创了膜分离技年第一个膜渗析器的诞生开创了膜分离技术的新纪元，二、三十年来得到了迅

39、猛的发展，术的新纪元，二、三十年来得到了迅猛的发展，在各个工业领域及科研中得到大规模应用，出在各个工业领域及科研中得到大规模应用，出现了各种有价值的微滤、超滤、纳米滤和反渗现了各种有价值的微滤、超滤、纳米滤和反渗透等分离膜透等分离膜 。膜分离技术的优点膜分离技术的优点 适用范围广；适用范围广； 膜分离过程为物理过程，不需加入化学膜分离过程为物理过程，不需加入化学药剂；药剂； 膜分离技术分离装置简单，占地面积小，膜分离技术分离装置简单，占地面积小，系统集成容易系统集成容易 ； 膜分离过程系统简单、操作容易，且易膜分离过程系统简单、操作容易，且易控制，便于维修，有利于生产自动化的控制，便于维修，有

40、利于生产自动化的推广与普及。推广与普及。一、膜分离方法的分类一、膜分离方法的分类 透析透析 超滤超滤 反渗透反渗透 微滤微滤 电渗析电渗析 液膜技术液膜技术 气体渗透气体渗透 渗透蒸发渗透蒸发二、膜分离法的原理二、膜分离法的原理 透析透析 盐浓度差异盐浓度差异 生物大分子溶液的脱盐生物大分子溶液的脱盐 超滤、微滤超滤、微滤 孔径：超滤孔径：超滤 微滤微滤 对象：超滤对象：超滤for分子，微滤分子，微滤for菌体菌体 反渗透反渗透 外加压力大于浓度产生的压力差，用于小分子的外加压力大于浓度产生的压力差，用于小分子的浓缩浓缩渗 透 压压 力 渗 透 压半 透 膜c2p2c1p1c2p2c1p1c2

41、p2c1p1c2p2c1p1半 透 膜半 透 膜半 透 膜(a)平 衡1212, 1212,c c p p(b)渗 透1212,c c p p1212, （ c） 渗 透 平 衡1212,c c p p1212, p （ d） 反 渗 透1212,c c p p12 p 电渗析电渗析脱盐，分离小分子电解质脱盐，分离小分子电解质 液膜技术液膜技术 液液萃取液液萃取 + + 膜技术膜技术 液体固定成膜液体固定成膜 根据：物质在液膜内溶解度不同根据：物质在液膜内溶解度不同 气体渗透气体渗透 气体渗透速率差异气体渗透速率差异 利用气体膜分离不同气利用气体膜分离不同气体体二、表征膜性能的参数二、表征膜性

42、能的参数 孔的性质孔的性质(包括孔径、孔分布和孔隙度包括孔径、孔分布和孔隙度) 水通量水通量 截留率和截断分子量截留率和截断分子量 抗压能力抗压能力 pH适用范围适用范围 对热和溶剂的稳定性。对热和溶剂的稳定性。三、膜的污染三、膜的污染 污染：膜在使用中，尽管操作条件保持污染：膜在使用中，尽管操作条件保持不变，但通量仍逐渐降低的现象不变，但通量仍逐渐降低的现象 原因：膜与料液中某一溶质的相互作用，原因：膜与料液中某一溶质的相互作用，或吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互或吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互作用而引起的。作用而引起的。 减轻膜污染的方法减轻膜污染的方法 预处理预处理 改变膜的表面性质改

43、变膜的表面性质 膜的清洗方法膜的清洗方法 机械方法机械方法：加海绵球，增大流速，逆洗：加海绵球，增大流速，逆洗(对对中空纤维超滤器中空纤维超滤器)，脉冲流动，超声波等。，脉冲流动，超声波等。 化学方法化学方法 起溶解作用的物质起溶解作用的物质 酸、碱、酶酸、碱、酶(蛋白酶蛋白酶)，螯合，螯合剂，表面活性剂剂，表面活性剂 起切断离子结合作用的方法起切断离子结合作用的方法 改变离子强度、改变离子强度、pH、电位电位 起氧化作用的物质起氧化作用的物质 过氧化氢、次氯酸盐过氧化氢、次氯酸盐 起渗透作用的物质起渗透作用的物质 磷酸盐、聚磷酸盐磷酸盐、聚磷酸盐四、膜分离设备四、膜分离设备平板式膜器平板式膜器管式膜器管式膜器螺旋卷式膜器螺旋卷式膜器中空纤维膜器中空纤维膜器