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木虫 (正式写手)

[求助] 吸附分离技术中固定化床、流化床与扩张床对吸附基质要求的异同啊？（急求）

吸附分离技术中固定化床、流化床与扩张床对吸附基质要求的异同啊？
谢谢啊！
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求实，所以来小木虫！
1楼 2012-11-02 17:01:50
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zhaomaoer

新虫 (初入文坛)
1.1 吸附基质的总体要求
    在实际工业应用分离生物产品时，常常由于不同的生物产品及不同的纯化要求，而采用不同的吸附剂，但作为吸附剂一般都有如下的主要性能要求。
1.1.1 大的比表面积
在分离过程中，应用较多的吸附一般多为物理吸附，吸附通常只发生在固体表面几个分子直径的厚度区域，单位面积固体表面所吸附量非常小，因此作为工业用的吸附剂，必须有足够大的比表面积。
1.1.2 颗粒大小均匀
固体吸附剂的外形通常为球形和短柱形，也有其他如无定形颗粒的，其颗粒直径通常为0.6mm到1.5cm，工业固定床用吸附剂颗粒一般为直径1～ｌ０ｍｍ左右；吸附剂颗粒大小均匀，可使流体通过床层时分布均匀，避免产生流体的返混现象，提高分离效果。吸附剂的颗粒大小及形状将影响到固定床的压力降，因此应根据工艺的具体条件适当选择。
1.1.3 具有一定的吸附分离能力
使用吸附剂的目的在于实现工艺上对生物有效成分的分离浓缩，因此，吸附剂均应具有在某一特定条件下对某种产品的分离纯化能力。该能力一般需通过适当试验方法来测定。
1.1.4 具有一定的商业规模及合理的价格
工业用吸附剂由于使用量较大及连续性操作，因此要求具有商业化生产的规模及稳定的物理、化学性质。同时由于在工业上大量使用，其价格的合理性也是重要参数之一。
1.2 固定化床对吸附基质的要求[7]
固定化床的吸附剂是物质吸附分离过程得以实现的基础。目前在吸附分离过程中常用的吸附剂主要有活性炭、硅胶、活性氧化铝、合成沸石（分子筛）和大网格吸附剂等。在生物产品的分离过程中，针对不同的混合物系及不同的净化度要求需采用不同的吸附剂。固定化床对吸附剂没有严格的要求，这也与其吸附原理相呼应。
1.3 流化床对吸附基质的要求
（1）吸附剂的尺寸和密度应保证其终端流速与料液中需除去的固形颗粒间有明显的差异；
（2）吸附剂必须有一定的粒径和密度分布，在扩张床中会形成稳定的分级，从而减小固液相问的返混；
（3）吸附剂应具有良好的孔道结构，不易被料液中的脂类、核酸和杂蛋白等生物物质污染；
（4）吸附剂应具有特异性吸附的配基，使吸附剂对目标产物具有较高的吸附容量；
（5）吸附剂应具有较高的化学稳定性和良好的机械强度，其中较高的化学稳定性可以保证吸附剂可以承受较苛刻的洗脱条件，而良好的机械强度可延长吸附剂的使用寿命；
（6）吸附剂应具有良好的传质性能，在较高的流速下，可以保持较高的吸附量。
1.4 扩张床对吸附基质的要求[8]
吸附剂在一定的流速下能扩张到所要求的程度，一般扩张后的床层高为沉降床的2～3倍。在实际应用中为了得到高的产率，纯化时流速达到200~300 cm•h-1。
根据Stokes定理，颗粒的终点沉降速度与颗粒直径、颗粒与液体的密度差成正比。因此为了得到高的沉降速度，必须增加吸附介质的密度和粒径。通常用于扩张床的吸附剂粒径在50～400μm之间，粒径过小，为了避免扩张率过高，只能在低流速下操作；粒径过大，则需要很高的流速才能使其扩张到一定的程度。前一种情况会降低整个过程的效率，而后一种情况由于颗粒内的传质阻力的增大会降低目标蛋白的结合。因此在实际应用中一般采用增加密度的方法，以便达到高效率。形成稳定分级的床层是扩张床吸附过程操作的基础。基质的密度和粒径应该有一定的分布，这样大的、重的颗粒分布在床层下部，小的、轻的分布在上部，分级限制了基质的上下运动，轴向混合近似于同定床。一般认为，当基质颗粒的最大粒径和最小粒径之比2.2时，能形成稳定的床层。基质粒径和密度的分布不能太宽，否则大的颗粒还没有扩张，小的颗粒已经冲出柱外或者聚集在上部分布器的入口，将导致过程无法正常进行。此外，扩张床基质还应具备耐酸碱、高亲水性、球形、大比表面积、较高的机械强度等一般层析基质所具有的特性。常用的扩张床吸附基质有：
(1) 复合吸附剂：琼脂糖—石英砂、琼脂糖—不锈钢、葡聚糖—硅胶、纤维素—二氧化钛等 。
(2) 复合的吸附剂同时兼顾了粒径、密度、孔径和流速范围、吸附动力学，特别是传质限制，具有良好的应用前景
(3) 高密度的材料 ：多孔玻璃、多孔氟化二氧化锆、全氟聚合物等
(4) 高密度、小粒径、薄壳型的核壳型基质和高密度、大孔径、高比表面的混合型金属氧化物基质在应用上有很大的优势。
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2楼2012-11-02 17:02:56
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