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探究树脂与冬凌草甲素

 论文栏目:化学化工学论文     更新时间:2013-11-19 14:55:47   

1静态吸附解吸附试验

分别精确称取0.5g4种干树脂置于150mL具塞锥形瓶中,再分别加入50mL冬凌草甲素样品溶液。25℃、110r/min恒温振荡至吸附平衡(约12h),利用HPLC法测定并计算各样品溶液中冬凌草甲素的平衡浓度;离心除去冬凌草甲素溶液后,加入50mL80%的乙醇溶液,25℃、110r/min恒温振荡12h,测定洗脱液中冬凌草甲素的浓度,按下列公式计算各项指标:式中,Qe为树脂的平衡吸附量,mg/g;V1为冬凌草甲素样品溶液体积,mL;C0为冬凌草甲素样品溶液起始浓度,0.486mg/mL;Ce为样品溶液中冬凌草甲素的平衡浓度,mg/mL;m为干树脂的质量,g;E为树脂的吸附率,%;D为树脂的解吸率,%;V2为解吸时加入的乙醇溶液体积,mL;C1为洗脱液中冬凌草甲素的浓度,mg/mL;R为冬凌草甲素的回收率,11%。1.6动态吸附和洗脱试验室温下,冬凌草甲素样品溶液以一定的流速通过装有预处理后的树脂的层析柱,测定流出液中冬凌草甲素的浓度,考察吸附液流速和进料浓度对树脂吸附性能的影响,绘制泄漏曲线,确定树脂的最佳吸附工艺条件。对已吸附冬凌草甲素的树脂用乙醇溶液进行解吸附试验,考察洗脱剂流速对树脂解吸附性能的影响,并绘制解吸曲线,确定最佳洗脱液流速。

2分析

2.1静态吸附解吸附特性

2.1.1大孔吸附树脂的选择

冬凌草甲素属于弱极性化合物,根据类似物吸附类似物的原则,树脂的极性是影响其吸附性能的重要因素。为了筛选出适合用于冬凌草甲素吸附分离的树脂,对D-101、DM-130、AB-8和NKA-94种不同极性树脂的静态吸附解吸附性能进行了研究,结果见表1。从表1可以看出,随着树脂极性的增强,4种树脂的吸附率逐渐升高,而解吸率则逐渐下降,说明树脂极性越强对冬凌草甲素的吸附作用力越强,而解吸附时则越困难。综合评价各种树脂的吸附和解吸附性能,并结合回收率,AB-8树脂对冬凌草甲素的分离纯化效果最好,故选用AB-8树脂对冬凌草甲素的分离纯化工艺作进一步研究。

2.1.2树脂的吸附等温曲线

称取AB-8树脂0.5g,置于150mL具塞锥形瓶中,加入50mL不同初始浓度的冬凌草甲素溶液,测定AB-8树脂分别在25、35和55℃下的平衡吸附浓度Ce,以Ce和Qe分别为横、纵坐标绘制曲线,结果如图1所示。由图1可知,在25~55℃范围内平衡浓度相同时,AB-8树脂的吸附量随温度下降而升高,可判断冬凌草甲素在AB-8树脂上的吸附为放热过程,降低温度可以促进AB-8树脂对冬凌草甲素的吸附。因此,本试验选取吸附温度为25℃。

2.1.3树脂的静态吸附动力学曲线

精确称取1.0gAB-8干树脂置于150mL具塞锥形瓶中,加入100mL冬凌草甲素乙醇初始溶液,在25℃、110r/min恒温振荡。间隔一定时间取3mL(V0)上清液测定冬凌草甲素浓度(Ci),并计算吸附量(Q),经i次取样后,冬凌草甲素浓度(Ci)与吸附量(Q)的计算公式如下[11]:以吸附量Q为纵坐标、时间t为横坐标绘制AB-8树脂对冬凌草甲素的静态吸附动力学曲线如图2所示。由图2可以看出,在开始吸附的1.5h内,吸附量升高很快,2h后开始趋于平缓,3h以后基本不再变化。说明AB-8树脂对冬凌草甲素的吸附在3h内达到动态平衡,属于快速吸附平衡。

2.2动态吸附-解吸附特性

2.2.1流速对泄漏曲线的影响

进料冬凌草甲素样品溶液浓度为0.486mg/mL,分别以1、2、3、4BV/h的流速进样,定时收集流出液,测定流出液中冬凌草甲素的浓度,并绘制泄漏曲线,结果如图4所示。由图4可知,流速较快时,流出液中冬凌草甲素浓度偏高,泄漏率也偏高。随着流速的减缓,AB-8树脂对冬凌草甲素的吸附率逐渐升高,这是因为流速低,树脂与样品的接触时间长,传质充分,吸附完全。但流速过小会导致生产效率降低,结合实际生产的需要,本试验选定流速为2BV/h。另外,从图4还可以看出,在流速2BV/h、进料体积约4.5BV时,流出液浓度接近进料浓度的一半,出现严重的泄漏,因此进料体积以4BV为宜。

2.2.2进料浓度对泄漏曲线的影响

图5为2BV/h流速时不同进料浓度的冬凌草甲素样品溶液的泄漏曲线。从图5中可以看出,进料浓度高时,吸附传质速度很高,吸附很快达到平衡。根据李坤平[12]的研究,吸附速度存在一个平衡值,吸附速度过快会造成AB-8树脂对冬凌草甲素的吸附率不高,而进料浓度过低时吸附达到平衡的时间则很长。综合吸附率和吸附时间两方面的因素,本试验选择进料浓度为0.486mg/mL。

2.2.3洗脱液流速对解吸附曲线的影响

用80%的乙醇溶液分别以1.0、1.5、2.0和2.5BV/h的流速连续洗脱已经吸附相同量冬凌草甲素的AB-8树脂,解吸附曲线如图6所示。从图6可以看出,不同的洗脱速度对冬凌草甲素的洗脱效果有一定的影响,随着洗脱剂流速的减缓,洗脱剂洗脱强度逐渐增加,洗脱曲线也逐渐变窄,在实际分离过程中可以提高冬凌草甲素的分离效率。另外,在流速为1.0和1.5BV/h时,洗脱峰的峰形和峰高没有太大的区别,而且流速为1.5BV/h时只需3BV的洗脱剂就可以将冬凌草甲素全部洗脱下来。考虑到缩短生产时间的需要,本试验选用1.5BV/h的流速为洗脱速度。

2.2.4验证试验结果

按照上述优化出的最佳动态吸附-解吸附工艺条件进行验证试验,重复3次,所得冬凌草甲素的平均回收率为78.4%。洗脱液经减压浓缩后加入适量甲醇热溶解,冷却后析出冬凌草甲素结晶,纯度为96.0%,重结晶后纯度可达到99.5%,此时回收率为54.3%。

3小结与讨论

1)通过比较4种大孔吸附树脂对冬凌草甲素的静态吸附和解吸附性能,确定AB-8可以有效地分离纯化冬凌草甲素。动态吸附和解吸附试验表明,AB-8对冬凌草甲素的回收率为78.4%;用甲醇重结晶后冬凌草甲素纯度达到99.5%,回收率为54.3%。2)AB-8树脂纯化冬凌草甲素的最佳工艺参数为吸附时进料浓度0.486mg/mL、流速2BV/h、进样量4BV;解吸附时80%的乙醇溶液作洗脱剂、流速1.5BV/h、洗脱剂用量3BV。

作者:叶红勇 左广玲 李入林 单位:南阳理工学院生物化学工程学院

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