Перстракция - Perstraction

Перстракция представляет собой процесс мембранной экстракции, при котором две твердые фазы контактируют через мембрану. Желаемые частицы в сырье избирательно проникают через мембрану в экстрагирующий раствор. Первоначально перстракция была разработана для преодоления недостатков жидкость-жидкостная экстракция, например токсичность экстрагента и образование эмульсии. Перстракция, или мембранная экстракция, применялась во многих областях, включая ферментацию,[1] очистки сточных вод[2] и производство безалкогольных напитков.

Вступление

Перстракция - это метод разделения, разработанный на основе жидкостно-жидкостной экстракции. Из-за наличия мембраны можно использовать более широкий выбор экстрагентов, это может включать использование смешивающихся растворов, например извлечение аммиака из сточных вод с помощью серной кислоты.[3]

Этот процесс в некотором роде аналогичен первапорации. Но пермеат находится в жидкой фазе. Техника перстракции полностью устраняет проблему дисперсии и разделения фаз.[4]

Базовая перстракция называется одиночной перстракцией или мембранной перстракцией. Преимуществом является минимизация токсического повреждения микроорганизмы или же ферменты. Тем не менее, перстрагирование включает в себя такие проблемы, как дорогие мембраны, засорение и загрязнение мембран.[5]

Приложения

Перстракция при ферментации бутанола

Перстракция была объединена с ABE (ацетон, бутанол, этанол) ферментация для производства бутанола.[1] Бутанол токсичен для ферментации, поэтому можно применять перстрагирование для удаления бутанола из окружающей среды бактерий, как только он образуется. Жидкостно-жидкостная экстракция (LLE) была объединена с ферментацией ABE для на месте восстановление продукта, но экстрагенты с наибольшим сродством к бутанолу, как правило, токсичны для бактерий. Применение LLE также потребует стерилизации экстрагента перед контактом с ферментационным бульоном. Перстракция может преодолеть эти проблемы благодаря мембране, отделяющей ферментационный бульон от экстрагента. Как на месте Технология восстановления продукта для перстракции ферментации ABE все еще находится на стадии разработки.

Разделение аминокислот через заряженную мембрану

Мембрана приносит много новых элементов для разделения. Аминокислоты был отделен перстрагированием.[6][7] Мембраны не только разделяли экстрагенты и первичный раствор, но также были селективными в отношении аминокислот. Использовали заряженные мембраны. Итак, они выбрали аминокислоты по pKa. Кроме того, на селективность мембраны влияют ее толщина, диаметр пор и потенциал заряда. Чем больше пора, тем лучше аминокислоты проникают через мембрану. Чем выше потенциал заряда, тем больше эффект отторжения электростатического заряда. Чем тоньше мембрана, тем она менее избирательна.

Чистые грунтовые воды

Загрязняющие вещества могут быть удалены из грунтовых вод путем очистки.[8] Запатентованы разные техники.[9] Самый старый из них был опубликован в 1990 году, а самый молодой - в 1998 году. В 2000-х было подано несколько патентных заявок, но не было выдано патентов.[10]

Органические соединения через мембрану были сконцентрированы из грунтовых вод.[8] Коэффициент концентрации составляет от 1 000 до 10 000, в результате чего концентрации от 0,1 частей на миллиард до 0,1-1,0 частей на миллион. Кроме того, в режиме реального времени анализировалась концентрация загрязняющих веществ. Мембрана полимерная, как полисульфан. Диаметр отверстия 300 мкм, толщина 30 мкм.

Удаление фармацевтических препаратов из воды

Фармацевтические препараты проходят очистные сооружения. Они, как конъюгаты эстрогена, могут вызвать проблемы. Наркотики исследования были обычным явлением, присутствовали в водной среде и не могли быть должным образом удалены очистные сооружения.[11] В исследовании участвовало семь различных препаратов. Дибутилсебацинат и олеиновая кислота формируют жидкие ядра в капсулах, поскольку они не диффундируют из капсул и обладают сродством к лекарствам. Внешний диаметр капсулы составлял 740 мкм и 680 мкм, а внутренний диаметр составлял 570 мкм и 500 мкм. Перемешивание 300 об / мин. Время установления равновесия составляло 30, 50 и 90 минут.

Поскольку дибутилсебацинат и олеиновая кислота имели разное сродство к лекарствам, их использовали одновременно.[11] Четыре препарата были эффективно извлечены в течение 40–50 минут (удалено не менее 50%). Скорость экстракции существенно не изменилась выше 150 об / мин. Толщина мембраны существенно не повлияла. Напротив, размер капсулы отличался массообменом.

Гидрофобный гельганамицин, выделенный из водной среды

An антибиотик называется гельданамицин был отделен от среды капсульной перстракцией.[12] Гелданамицин гидрофобен. Наружный диаметр частиц варьировался от менее 500 до 750 мкм. Оболочка капсулы формировалась из альгината, толщина которого варьировалась от 30 до 90 мкм. Дибутилсебацинат или олеиновая кислота в виде жидкого ядра хорошо экстрагировали гелданамицин. Чем больше было перемешивание и чем тоньше мембрана капсулы, тем выше скорость переноса.

Гелданамицин снова экстрагировали из капсул.[12] Капсулы с дибутилсебацинатом были одноразовыми, поскольку жидкая сердцевина выходила из капсул при обратной экстракции. Напротив, олеиновая кислота оставалась в капсулах во время обратной экстракции, когда экстрагент был насыщен олеиновой кислотой. Тем не менее, присутствие олеиновой кислоты в растворе для обратной экстракции требовало дополнительных стадий очистки (осаждение, центрифугирование и фильтрация). Олеиновая кислота была удалена, потому что она предотвращает кристаллизация гельданамицина. Таким образом, гелданамицин кристаллизовался, и конечный продукт был высокоочищенным.

Ферменты могут быть иммобилизованы на мембране капсулы.[6] В этом случае внешний диаметр капсулы составлял 500 мкм, а внутренний диаметр - 300 мкм. Продукт катализируемой ферментами реакции может быть сконцентрирован в капсулы, и ингибирование конечного продукта будет низким.[13] Рециркуляцию ферментов можно осуществить путем обратной экстракции продукта. Метод был применен для гидролиза пенициллин G.

Рекомендации

  1. ^ а б Куреши, Н .; Мэддокс, И. (2005). «Снижение ингибирования бутанола перстрагированием». Обработка пищевых продуктов и биопродуктов. 83 (1): 43–52. Дои:10.1205 / fbp.04163.
  2. ^ дю Пре, Ян; Норддал, Биргир; Кристенсен, Кнуд (2005). «Концепция BIOREK®: концепция гибридного мембранного биореактора для очень сильных сточных вод». Опреснение. 183 (1–3): 407–415. Дои:10.1016 / j.desal.2005.03.042.
  3. ^ «Контроль коррозии и газообмен - Liqui-Cel - Membrana Press». www.liquicel.com. Получено 15 августа 2017.
  4. ^ Endo, I .; Nagamune, T .; Katoh, S .; Йонемото, Т. (17 марта 2000 г.). Биосепарационная инженерия. Эльзевир. п. 64. ISBN  9780080528151.
  5. ^ LUQUE, R., CAMPELO, J. и CLARK, J., eds, 2011. Справочник по производству биотоплива - процессы и технологии. Издательство Вудхед.
  6. ^ а б WYSS, A., VON STOCKAR, U. и MARISON, I.W., 2006. Новая реактивная перстракционная система, основанная на микрокапсулах с жидким ядром, применяемая для катализируемых липазой биотрансформаций. Биотехнология и биоинженерия, 93 (1), стр. 28–39.
  7. ^ ISONO, Y., FUKUSHIMA, K., KAWAKATSU, T. и NAKAJIMA, M., 1995. Новая селективная перстракционная система с заряженной мембраной. Журнал мембрановедения, 105 (3), стр. 293–297.
  8. ^ а б ANONYMOUS, 1997. Монитор подземных вод использует перстракцию. Мембранные технологии, 1997 (90), стр. 3–4.
  9. ^ ANONYMOUS A, 2012 г., патент США. Имеется в наличии: http://patft.uspto.gov/ [1/6/2012]
  10. ^ АНОНИМНЫЙ Б, 2012, Патентная линза домой. Имеется в наличии: http://www.patentlens.net/daisy/patentlens/patentlens.html В архиве 1 января 2008 г. Wayback Machine [10/6/2012]
  11. ^ а б WHELEHAN, M., VON STOCKAR, U. и MARISON, I.W., 2010. Удаление фармацевтических препаратов из воды: использование микрокапсул с жидким ядром в качестве нового подхода. Исследования воды, 44 (7), стр. 2314–2324.
  12. ^ а б WHELEHAN, M. и MARISON, I.W., 2011. Капсульная перстракция как новая методология выделения и очистки гелданамицина. Прогресс биотехнологии, 27 (4), стр. 1068–1077.
  13. ^ WYSS, A., SEITERT, H., VON STOCKAR, U. и MARISON, I.W., 2005. Новая реактивная перстракционная система, применяемая для гидролиза пенициллина G. Биотехнология и биоинженерия, 91 (2), стр. 227–236.