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生化分离工程2-3-1吸附

汇报人：AA

2024-01-25

吸附分离技术概述

吸附分离操作方式及设备

吸附分离在生化工程中的应用

吸附分离实验设计与优化

吸附分离技术发展趋势与挑战

总结与展望

目录

吸附分离技术概述

利用吸附剂与溶液中的溶质之间的物理或化学作用力，将溶质从溶液中富集到吸附剂表面的过程。

吸附原理

具有选择性、高效性、操作简便、可重复使用等优点。

吸附特点

根据吸附作用力不同，可分为物理吸附剂和化学吸附剂。常见的物理吸附剂有活性炭、硅胶等；化学吸附剂有离子交换树脂、金属氧化物等。

根据待分离物质的性质、溶液条件及分离要求等因素，选择合适的吸附剂。

吸附剂选择

吸附剂类型

吸附平衡

在一定温度和压力下，溶质在溶液和吸附剂之间的分配达到平衡。可用吸附等温线描述平衡时溶质在两相中的浓度关系。

吸附动力学

描述溶质在溶液和吸附剂之间传递速率的科学。影响因素包括溶液浓度、温度、压力、吸附剂性质等。可用动力学模型预测吸附过程的速率和达到平衡的时间。

吸附分离操作方式及设备

将吸附剂和待分离溶液混合后，静置一段时间，使吸附达到平衡。

静态吸附

在静态吸附的基础上，通过搅拌或振荡等方式，增加吸附剂和待分离溶液的接触面积和接触时间，提高吸附效率。

动态吸附

优点是操作简单、投资少；缺点是处理量小、吸附剂利用率低、再生困难。

批式操作的优缺点

固定床吸附器

流化床吸附器

搅拌槽式吸附器

旋转式吸附器

01

02

03

04

结构简单、操作方便、适用于处理量较大的场合。

传质效率高、处理能力大、适用于处理高浓度或高粘度溶液。

适用于处理量较小、需要较高传质效率的场合。

适用于处理量大、需要连续操作的场合，具有较高的传质效率和较低的压降。

吸附分离在生化工程中的应用

离子交换层析

通过改变溶液的pH值或离子强度，使目标蛋白质与离子交换剂发生可逆性结合，实现蛋白质的分离纯化。

亲和层析

利用生物分子间的特异性相互作用，如抗原-抗体、酶-底物等，将目标蛋白质从混合物中分离出来。

凝胶过滤层析

根据蛋白质分子大小不同，在凝胶过滤介质中的保留时间不同，从而实现蛋白质的分离。

利用吸附剂对酶分子的选择性吸附作用，将酶从发酵液或细胞破碎液中提取出来。

吸附法提取

离子交换法精制

凝胶层析法分离

通过离子交换树脂对酶分子的电荷作用，去除杂质离子和低分子量物质，提高酶的纯度和活性。

利用凝胶层析介质对酶分子的分子筛效应，将不同分子量的酶分离开来。

03

02

01

采用物理或化学方法破碎细胞壁和细胞膜，释放出细胞内的目标产物。

细胞破碎

利用吸附剂对目标产物的选择性吸附作用，将产物从细胞破碎液中分离出来。

产物吸附

通过洗涤去除吸附剂表面的杂质和非特异性吸附的物质，再用适当的解吸剂将目标产物从吸附剂上解吸下来，实现产物的回收。

洗涤与解吸

吸附分离实验设计与优化

选择具有代表性的样品进行实验，确保实验结果具有普遍性和可重复性。

代表性原则

设置对照组和实验组，以消除实验误差并验证实验结果的可靠性。

对照原则

对同一实验条件进行多次重复实验，以提高实验结果的准确性和可信度。

重复性原则

包括完全随机设计、随机区组设计、析因设计、正交设计等，根据实验目的和条件选择合适的设计方法。

实验设计方法

数据处理

对实验数据进行整理、分类、归纳和统计分析，提取有用信息。

模型建立

根据实验数据和分析结果，建立数学模型或经验公式，描述吸附分离过程的本质和规律。

模型验证

通过对比模型预测结果与实际实验结果，验证模型的准确性和可靠性。

A

B

C

D

单因素实验

通过改变单一工艺参数，研究其对吸附分离效果的影响，确定最佳工艺参数范围。

响应面法

利用响应面法建立工艺参数与吸附分离效果之间的数学模型，通过求解模型得到最优工艺参数组合。

智能优化算法

应用智能优化算法（如遗传算法、神经网络等）对工艺参数进行优化，提高吸附分离效率。

多因素实验

采用多因素实验设计方法，研究多个工艺参数之间的交互作用对吸附分离效果的影响，优化工艺参数组合。

吸附分离技术发展趋势与挑战

高性能吸附剂

01

开发具有高吸附容量、高选择性和快速吸附动力学的新型吸附剂，如金属有机骨架（MOFs）、共价有机骨架（COFs）等。

功能性吸附剂

02

设计具有特定功能的吸附剂，如温度响应性、pH响应性或光响应性吸附剂，以满足特定分离需求。

环保型吸附剂

03

发展可生物降解、低毒或无毒的环保型吸附剂，降低对环境的影响。

03

吸附与其他分离技术耦合

将吸附与其他分离技术（如膜分离、色谱分离等）相结合，发挥各自优势，提高分离效果。

01

吸附过程优化

通过改进吸附条件、优化操作参数等方式，提高吸附过程的效率和选择性。

02

多级吸附技术

采用多级吸附技术，实现目标物质的高效分离和纯化。

开发具有自适应、