溶劑浮選技術(shù)的新應(yīng)用及理論模型研究.pdf

1、溶劑浮選是一種特殊的氣浮分離技術(shù):水溶液中具有表面活性(或疏水性)的待分離組分由于其較小的界面張力(或較強的疏水性),很容易吸附在微小氣泡的表面,隨著氣泡的上升而被帶到浮選柱的頂部,氣泡破裂后,待分離目標(biāo)物與浮選柱頂部的有機相發(fā)生某種作用(直接溶解或與有機相中絡(luò)合劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)后溶解)而被賦存。溶劑浮選技術(shù)具有操作簡單、高分離效率、高富集系數(shù)、傳質(zhì)溫和、低有機溶劑消耗等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于儀器分析的樣品前處理、水體中有機污染物分離、天然產(chǎn)物

2、中活性物質(zhì)分離等領(lǐng)域。本文以溶劑浮選為研究中心,拓展了環(huán)境分析、天然產(chǎn)物中活性物質(zhì)分離富集和生物發(fā)酵液中有效組分提取方面的應(yīng)用；發(fā)展了“雙水相浮選”和“氣浮絡(luò)合萃取”兩種新的分離模式；提出了“臨界氣泡半徑”和“液滴傳質(zhì)平衡”的概念,對經(jīng)典的溶劑浮選數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了改進(jìn),并提出了新的理論模型。取得了以下主要進(jìn)展:
　　 1、針對蔬菜中擬除蟲菊酯類農(nóng)藥,建立“溶劑浮選-高效液相色譜”的測定方法。通過對溶劑浮選分離條件的優(yōu)化,成功實現(xiàn)了

3、蔬菜提取液中溴氰菊酯、甲氰菊酯和聯(lián)苯菊酯的分離富集；高效液相色譜測定結(jié)果顯示,整個分析方法的檢出限為1.4～4.2μg／kg,回收率為85.7～110.4％,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.70～6.19％。
　　 2、利用溶劑浮選技術(shù),實現(xiàn)溫和條件下青霉素發(fā)酵液中青霉素G的分離富集。利用溶劑浮選技術(shù)高富集系數(shù)和傳質(zhì)溫和的優(yōu)點,在優(yōu)化分離條件的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了pH=3.5和室溫條件下青霉素G的分離富集,分配系數(shù)達(dá)到9.89,并將乙酸丁酯在水相中

4、的殘留率降低到0.018 wt％；此外,整個分離過程還去除了大量強極性雜質(zhì),實現(xiàn)了產(chǎn)物的初步凈化。
　　 3、將雙水相體系和溶劑浮選技術(shù)相結(jié)合,提出“雙水相浮選”的分離模式。利用聚乙二醇(PEG)對青霉素G良好的相容性,實現(xiàn)了雙水相體系條件下發(fā)酵液中青霉素G的分離富集,分離效率達(dá)97％以上,富集因子提高到19；同時,雙水相體系的使用大大降低了環(huán)境污染,分離條件也明顯優(yōu)于其他分離技術(shù)(pH=6.8,室溫操作)。此外,動力學(xué)研究表明

5、,雙水相浮選的分離過程存在沉淀浮選和分子吸附浮選兩個階段,沉淀浮選過程的存在是雙水相浮選分離速率明顯高于傳統(tǒng)溶劑浮選的重要因為；浮選產(chǎn)物賦存形態(tài)研究表明,PEG相對離子態(tài)青霉素G良好的相容性是實現(xiàn)整個溫和分離過程的關(guān)鍵,也是分離效率大幅提高的一個重要因為。
　　 4、利用雙水相浮選技術(shù),實現(xiàn)天然產(chǎn)物提取液中活性物質(zhì)的分離富集。在優(yōu)化的分離條件下,對葛根提取液中的葛根素和大豆苷進(jìn)行分離富集,分離效率分別達(dá)到了87％和91％,富集因

6、子分別達(dá)到29.04和30.33:在此基礎(chǔ)上,采用高速逆流色譜對浮選產(chǎn)物進(jìn)一步純化,得到了純度超過95％的葛根素樣品,為制備高純度葛根素提供了一種新的方法:“雙水相浮選一高速逆流色譜”法(ATPF-HSCCC)。與此同時,應(yīng)用雙水相浮選技術(shù)對黃芩提取液中的黃芩苷進(jìn)行分離富集,在最佳分離條件下,分離效率達(dá)到90％以上。
　　 5、將絡(luò)合萃取技術(shù)與溶劑浮選技術(shù)相結(jié)合,提出“氣浮絡(luò)合萃取”的分離模式。以二-(2-乙基己基)磷酸酯(P2

7、04)為絡(luò)合劑,采用氣浮絡(luò)合萃取對發(fā)酵液中L-苯丙氨酸進(jìn)行分離富集,在最佳分離條件下兩相分配系數(shù)可達(dá)24～25；浮選產(chǎn)物經(jīng)過反萃取和重結(jié)晶純化后,可以得到純度超過98％的L-苯丙氨酸白色晶體。對氣浮絡(luò)合萃取的分離機制進(jìn)行初步研究,結(jié)果表明,整個分離過程主要受絡(luò)合反應(yīng)控制,氣泡傳質(zhì)模式的引入大大增加了傳質(zhì)界面上反應(yīng)物的濃度,推動了絡(luò)合反應(yīng)朝有利于分離目標(biāo)物的方向進(jìn)行。
　　 6、探討了一些溶劑浮選的理論問題。在經(jīng)典溶劑浮選理論模型

8、的基礎(chǔ)上,提出“臨界氣泡半徑”和“液滴傳質(zhì)平衡”的概念,實現(xiàn)了對一些特殊實驗現(xiàn)象的合理解釋；通過對小氣泡合并行為和小液滴傳質(zhì)行為的研究,改進(jìn)了經(jīng)典的溶劑浮選數(shù)學(xué)模型；結(jié)果表明,改進(jìn)后的數(shù)學(xué)模型能夠更好地對溶劑浮選的動力學(xué)過程和熱力學(xué)平衡進(jìn)行描述。根據(jù)前面幾部分對溶劑浮選、雙水相浮選和氣浮絡(luò)合萃取分離過程的研究,本文認(rèn)為溶劑浮選的實質(zhì)是“液-液萃取”,氣泡傳質(zhì)過程的引入只是增強了傳質(zhì)動力,但并不會改變其通過液-液界面進(jìn)行傳質(zhì)的基本形式；在