大孔吸附樹(shù)脂分離技術(shù)

1、化工別離工程課程論文論文名稱(chēng)：大孔吸附樹(shù)脂別離技術(shù)摘要大孔吸附樹(shù)脂 是20世紀(jì)60年代開(kāi)展起來(lái)的繼離子交換樹(shù)脂后的別離新技術(shù)之 一，已在環(huán)保、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外的一些關(guān) 于大孔吸附樹(shù)脂的文獻(xiàn)和書(shū)籍，對(duì)大孔吸附樹(shù)脂的別離原理，最新研究進(jìn)展和應(yīng) 用情況以與影響因素進(jìn)展了總結(jié)。 并且列舉了一些在中藥別離純化中的應(yīng)用， 表 現(xiàn)出了其優(yōu)越性，有著廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：大孔吸附樹(shù)脂；柱層析；別離原理；工業(yè)應(yīng)用大孔吸附樹(shù)脂別離技術(shù)1. 大孔吸附樹(shù)脂別離技術(shù)簡(jiǎn)介大孔吸附樹(shù)脂的簡(jiǎn)介和根本產(chǎn)品大孔吸附樹(shù)脂是一類(lèi)不含交換基團(tuán)且有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附樹(shù)脂，是一種不溶于酸、堿與各種有機(jī)溶

2、劑的有機(jī)高分子聚合物，具有良好的大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和 較大的比外表積，可以通過(guò)物理吸附從水溶液中有選擇地吸附有機(jī)物。是20世紀(jì) 60年代開(kāi)展起來(lái)的繼離子交換樹(shù)脂后的別離新技術(shù)之一，已在環(huán)保、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)其骨架材料的不同可分為極性、中性和非極性 3 種類(lèi)型美國(guó)的Kunin教授發(fā)明了大孔網(wǎng)狀聚合物吸附，并于1966年研制成功了第 一個(gè)大網(wǎng)格吸附劑，此后大孔吸附樹(shù)脂材料成為一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，受到歐美與 日本等國(guó)的高度重視，研制開(kāi)發(fā)了一批類(lèi)型不同的、性能良好的吸附樹(shù)脂 ，并形成 了商品供給。目前，美、英、法、德與日本等國(guó)均有專(zhuān)業(yè)公司研究生產(chǎn)【我國(guó)在這方面也在逐步開(kāi)展，也有很多性能

3、優(yōu)良的產(chǎn)品問(wèn)世。表1-1常用國(guó)產(chǎn)大孔樹(shù)脂的型號(hào)和主要特性樹(shù)脂極性結(jié)構(gòu)粒徑X圍(mm)比外表積(m2/g)平均孔徑(nm)用途S-8極性交聯(lián)聚苯10012028 30有機(jī)物提取別離AB-8弱極性乙烯型48052013 14有機(jī)物提取，甜菊糖、銀杏葉黃銅提取X-5非極性500 60029 30抗生素、中草藥提取NKA-2極性160200145155酚類(lèi)、有機(jī)物去除NKA-9極性25029015膽紅素去除，生物堿別離、黃酮類(lèi)提取H103非極性1000 85 95抗生素提取別離，去除酚類(lèi)，1100氯化物D-101非極性苯乙烯型48052013 14中草藥中皂甙、黃酮、內(nèi)酯、萜類(lèi)與天然色素的提取HPD1

4、00非極性苯乙烯型65090天然物提取別離，如人參皂苷、三七皂苷HPD400中極性苯乙烯型55083中藥復(fù)方提取、氨基酸、蛋白質(zhì)提純HPD600極性苯乙烯型55085銀杏黃酮、甜菊苷、茶多酚、黃芪苷ADS-5非極性500 6002025別離天然產(chǎn)物中的苷類(lèi)、生物堿、黃酮等ADS-7強(qiáng)極性含氨基200提取別離糖苷，對(duì)甜菊苷、人參皂苷、絞股藍(lán)皂苷等具高選擇性，去除色素ADS-8中極性450 550別離生物堿，如喜樹(shù)堿、苦參堿ADS-17中極性124高選擇別離銀杏黃酮苷和銀杏內(nèi)酯表1-2國(guó)外HP SP系類(lèi)大孔樹(shù)脂的型號(hào)和主要特性【2】樹(shù)脂極性結(jié)構(gòu)粒徑X圍比外表積平均孔徑用途(mm)(m2/g)(nm

5、)HP-20非極性聚苯乙烯60046皂苷、黃酮、萜類(lèi)、天然色素、HP-207非極性聚苯乙烯630蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量HP2M中極性甲基丙烯470171000G酸酯SP825非極性聚苯乙烯1000生物堿、黃酮、內(nèi)酯、酚性苷SP850非極性聚苯乙烯1000相對(duì)分子質(zhì)量1000SP70非極性聚苯乙烯800SP700非極性聚苯乙烯1200XAD-1非極性苯乙烯10020別離甘草類(lèi)黃酮、甘草酸、葉綠素XAD-2非極性苯乙烯3309人參皂苷提取，去除色素XAD-4非極性苯乙烯7505麻黃堿提取，除去小分子非極性物XAD-6中極性丙烯酸酯498別離麻黃堿XAD-9極性亞砜2508揮發(fā)性香料成分別離XAD-1強(qiáng)

6、極性氧化氮類(lèi)17021提取別離合歡皂苷1XAD-1800提取小分子抗生素和植物有600效成分XAD-1700提取大分子抗生素、維生素、180多肽XAD-7500提取多肽和植物色素、多酚類(lèi)HP物質(zhì)1.1大孔吸附樹(shù)脂的分類(lèi)按極性大小分類(lèi)1. 非極性大孔吸附樹(shù)脂如苯乙烯、二乙烯苯聚合物，也稱(chēng)為芳香族吸附劑。2. 中等極性大孔吸附樹(shù)脂此類(lèi)樹(shù)脂中存在酯基一類(lèi)的基團(tuán)，整個(gè)分子具有一定的極性。3. 極性大孔吸附樹(shù)脂在此類(lèi)樹(shù)脂中含有一些極性較大的基團(tuán)，如酰胺基、亞砜、氰基等基團(tuán)，極性大于酯基。4. 強(qiáng)極性大孔吸附樹(shù)脂含有強(qiáng)極性基團(tuán)，如吡啶基、氨基、氮氧基團(tuán)。按其骨架類(lèi)型分類(lèi)1. 聚苯乙烯型大孔吸附樹(shù)脂大局部樹(shù)

7、脂為此骨架，它可以引入各種極性不同的基團(tuán)。2. 聚丙烯酸型大孔吸附樹(shù)脂分為聚甲基丙烯酸甲酯型樹(shù)脂、聚丙烯酸甲酯型交聯(lián)樹(shù)脂和局丙烯酸丁酯交聯(lián)樹(shù)脂等。因?yàn)楹絮セ?，屬中等極性吸附劑。3. 其他類(lèi)型 聚乙烯醇、聚丙烯晴、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、 纖維素衍生物等也可以作為大孔吸附樹(shù)脂的骨架。1.3大孔吸附樹(shù)脂別離柱層析技術(shù)樹(shù)脂別離在工業(yè)上應(yīng)用最多的還是柱層析技術(shù)。其機(jī)理如圖1-1所示。(1) (2)(3)圖1-1親和柱層析機(jī)理圖 在運(yùn)用打孔吸附樹(shù)脂柱色譜進(jìn)展別離精制時(shí)，其操作步驟為樹(shù)脂的預(yù)處理- 樹(shù)脂裝柱一藥液上柱吸附一樹(shù)脂的解析一樹(shù)脂的清洗、再生。其大致過(guò)程如圖1-2。1. 樹(shù)脂的預(yù)處理 由

8、于樹(shù)脂出廠前沒(méi)有經(jīng)過(guò)徹底清洗，經(jīng)常殘留一些致孔 劑、小分子聚合物、原料單體、分散劑以與防腐劑等有機(jī)殘留物。另外樹(shù)脂也常 因失水而縮孔。因此用前必須進(jìn)展預(yù)處理?？蓪⑿沦?gòu)的樹(shù)脂用乙醇浸泡24h,充分溶脹，裝柱，用適量乙醇沖洗，而后 改用大量清水沖洗備用。2. 樹(shù)脂裝柱 通常以水為溶劑濕法裝柱。先在樹(shù)脂柱的底部放一些脫脂棉 或玻璃絲，厚度1-2cm即可，用玻璃棒壓平。在樹(shù)脂中加少量水，攪拌后倒入保 持垂直的色譜柱中，使其自然沉降，讓水流出，注意不要干柱，以免氣泡進(jìn)入， 影響別離效果。3. 藥液的上柱吸附 藥液上柱前應(yīng)為澄清溶液，否如此會(huì)影響樹(shù)脂吸附， 一般要從上部參加，流速也要控制好，太快會(huì)不利于吸

9、附，太慢效率太低。4. 樹(shù)脂的解析 樣品滴加完畢后就可以洗脫，通常用水洗脫，繼而用醇 水洗脫，逐步加大醇的濃度，同時(shí)配合檢測(cè)，一樣純度者合并，流速要適當(dāng)，一 般 1-2 BV/h。5. 樹(shù)脂的再生 樹(shù)脂經(jīng)屢次使用后吸附能力會(huì)有所減弱，在外表和內(nèi)部殘 留一些雜質(zhì)，需再生后才能繼續(xù)使用。樣本 預(yù)淋洗上樣 洗滌洗脫圖1-2柱層析原理圖2. 大孔吸附樹(shù)脂別離技術(shù)原理與影響因素大孔吸附樹(shù)脂吸附原理大孔吸附樹(shù)脂為吸附性和篩選性原理相結(jié)合的別離材料。大孔吸附樹(shù)脂的吸附實(shí)質(zhì)為一種物體高度分散或外表分子受作用力不均等而產(chǎn)生的外表吸附現(xiàn)象，這種吸附性能是由于 X德華引力或生成氫鍵的結(jié)果。同時(shí)由于大孔吸附樹(shù)脂的多孔

10、結(jié)構(gòu)使其對(duì)分子大小不同的物質(zhì) 具有篩選作用。通過(guò)上述這種吸附和篩選原理，有機(jī)化合物根據(jù)吸附力的 不同與分子量的大小，在大孔吸附樹(shù)脂上經(jīng)一定溶劑洗脫而達(dá)到別離、純 化、除雜、濃縮等不同目的。吸附樹(shù)脂的外表發(fā)生吸附作用后，會(huì)使樹(shù)脂外表上溶質(zhì)的濃度高于溶劑內(nèi)溶質(zhì)的濃度，其結(jié)果引起體系內(nèi)放熱和自由能的下降。一般說(shuō)來(lái)，吸 附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類(lèi)。配體kigan<i (A)耦合反應(yīng)Coupling Reaction0雜質(zhì)fK已巨1Specific BindingSubstance (B)圖2-1親和層析法的原理圖影響吸附率的因素吸附樹(shù)脂對(duì)有機(jī)物的去除效果與樹(shù)脂本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、吸附質(zhì)的結(jié)構(gòu)以與

11、吸 附處理過(guò)程中的操作條件有著密切的關(guān)系。1 大孔吸附樹(shù)脂極性的影響遵從類(lèi)似物吸附類(lèi)似物的原如此，根據(jù)吸附物質(zhì)的極性大小選擇不同類(lèi)型的 大孔吸附樹(shù)脂。極性較大的化合物一般適用于在中極性的樹(shù)脂上別離； 極性小的 化合物適用于在非極性的樹(shù)脂上別離。 極性大小是一個(gè)相對(duì)概念，要根據(jù)分子中 基團(tuán)（如羥基）與非極性基團(tuán)（如烷基、苯環(huán)、環(huán)烷母核等）的數(shù)量與大小來(lái)確 定；對(duì)于未知化合物，可通過(guò)一定的預(yù)試驗(yàn)與 TLC而大致確定。2 大孔吸附樹(shù)脂孔徑的影響大孔吸附樹(shù)脂是多孔性物質(zhì)，其孔徑特性可用比外表積（S）、孔體積（V）和 計(jì)算所得的平均半徑（r）來(lái)表征。假定孔道為圓柱形，如此三者關(guān)系 r=2V/S , V可

12、由壓汞儀測(cè)得，S可由比外表積測(cè)定儀測(cè)得。被別離成分通過(guò)樹(shù)脂的孔道而 擴(kuò)散到樹(shù)脂的內(nèi)外表而被吸附。大孔吸附樹(shù)脂孔徑的大小，直接影響不同大小的 分子自由進(jìn)入，從而使樹(shù)脂具有選擇性。因此，只有當(dāng)孔徑對(duì)于被別離成分足夠 大時(shí)，比外表積才能充分發(fā)揮作用，即大孔吸附樹(shù)脂比外表積越高，而平均孔徑 小。其吸附速度越慢，解吸越不夠集中，雜質(zhì)的別離效果也就越差。3 大孔吸附樹(shù)脂強(qiáng)度的影響大孔吸附樹(shù)脂強(qiáng)度與孔隙率有直接關(guān)系，也和制備工藝有關(guān)。這類(lèi)樹(shù)脂在酸 堿中體積變化不大，在溶媒中如此有一定程度的溶脹。一般大孔吸附樹(shù)脂孔隙率 越高，孔體積越大，如此強(qiáng)度越差。大孔吸附樹(shù)脂的強(qiáng)度直接影響樹(shù)脂的使用壽 命，從而影響著大孔

13、吸附樹(shù)脂法工藝的本錢(qián)。4 吸附流速的影響對(duì)于同一濃度的上樣溶液，吸附流速過(guò)大，樹(shù)脂的吸附量就會(huì)降低。但吸附 流速過(guò)小，吸附時(shí)間就會(huì)增加，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮來(lái)確定最優(yōu)吸附流速， 既要使大孔吸附樹(shù)脂的吸附效果好，又要保證較高的工作效率。5. 溫度的影響物理吸附和化學(xué)吸附都是放熱過(guò)程， 所以只要吸附已經(jīng)達(dá)到平衡，增加溫度 無(wú)論是物理吸附量還是化學(xué)吸附量都會(huì)降低。但是由于化學(xué)吸附在低溫時(shí)往往末 達(dá)到平衡，而升高溫度會(huì)使吸附速度增快，所以對(duì)于化學(xué)吸附來(lái)說(shuō)，在低溫時(shí)常 會(huì)出現(xiàn)吸附量隨溫度升高而增加的情況， 直到真正達(dá)到平衡以后，吸附量才又隨 溫度升高而下降。6. 其它組分存在時(shí)的影響當(dāng)溶液中存在二種

14、以上溶質(zhì)時(shí)，往往會(huì)引起一種溶質(zhì)易吸附而使另一種溶質(zhì)的吸附量降低，一般來(lái)講，對(duì)混合溶質(zhì)的吸附較純?nèi)苜|(zhì)的吸附效果差3. 大孔吸附樹(shù)脂的應(yīng)用對(duì)中草藥有效成分的提取黃酮(甙)類(lèi) 最有代表性的是銀杏葉提取物(GBE)。國(guó)外用溶劑萃 取法提取3，工藝步驟較長(zhǎng)，溶劑消耗量大，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是黃酮甙含量 24%萜 內(nèi)酯含量 6%4 o陳沖等5應(yīng)用大孔樹(shù)脂提取GBE,既達(dá)到其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又降低 了本錢(qián)。他們將銀杏葉用65%乙醇回流提取，減壓濃縮，加 ZTC澄清劑水沉降 后，再將水沉降液上大孔樹(shù)脂柱，用pH=3水洗滌13倍量，pH= 3的25%乙醇洗滌7.5倍量，然后用70%乙醇洗脫，減壓濃縮，噴霧干得到淡黃色的銀杏

15、葉提取物，其黃酮含量穩(wěn)定在26%以上，內(nèi)酯含量穩(wěn)定在 6%以上。史作清等又研制出ADS-17、ADS-21、ADS-F8等大孔樹(shù)脂，使 GBE的生產(chǎn)具有更 大的靈活性，其中 ADS-17對(duì)黃酮類(lèi)化合物具有很好的選擇性，可得到黃酮甙 含量較高的GBEo皂甙類(lèi)和其它甙類(lèi)此類(lèi)物質(zhì)應(yīng)用大孔樹(shù)脂提取別離的文獻(xiàn)報(bào)道比擬多。X中秋等研究了用大孔樹(shù)脂富集純化毛冬青總皂甙的工藝條件與參數(shù)，他 們?nèi)∶鄻悠芬?7ml(6.43g/ml)上大孔樹(shù)脂柱，用 蒸餾水100ml，50%乙醇 100ml依次洗脫，毛冬青總皂甙富集于 50%乙醇洗脫液中，且除雜質(zhì)能力強(qiáng)， 洗脫率達(dá) 95%, 50%乙醇洗脫液枯燥后總固物中毛

16、冬青總皂甙純度可達(dá)57.5%o生物堿類(lèi)生物堿的提取可用陽(yáng)離 子交換樹(shù)脂，但酸、堿或鹽類(lèi)洗脫劑會(huì)給后面的別離造成麻煩，用大孔樹(shù)脂可防止引入外來(lái)雜質(zhì)的問(wèn)題 。如用AB-8 大孔樹(shù)脂提取喜樹(shù)堿，可直接得到含量約50%左右的產(chǎn)品，重結(jié)晶后喜樹(shù)堿的含量可達(dá)90%。生物堿的提取還可以采用醇沉法、 澄清法和超濾法，X保獻(xiàn)等9采用這三種方法與大孔樹(shù)脂法對(duì)苦參水提取液進(jìn)展了精制，其中大孔樹(shù)脂法 為：取苦參水提液上清液 900ml，均分為9份，每份100ml，相當(dāng)于100g生藥， 分別離心(2500r/min)后傾出上清液，加適量蒸餾水返溶沉淀局部，離心，合并 兩次離心液，參加適量蒸餾水，混勻后上大孔樹(shù)脂柱。待藥

17、液流完后，參加一倍生藥量蒸餾水沖柱，待蒸餾水流完后，用4倍生藥量的不同濃度乙醇洗脫，乙醇濃度分別為50%、60%、70%，每一濃度平行各做 3份。洗脫液回收乙醇， 濃縮并真空枯燥成干浸膏。他們以苦參總生物堿的含量為指標(biāo)，對(duì)4種精制方法進(jìn)展了比擬研究，結(jié)果4種方法精制后，苦參總生物堿的含量的上下順序?yàn)椋?醇沉法（10.61mg/g） 澄清法（4.40mg/g） 超濾法（3.05mg/g） 大孔樹(shù)脂法 （2.11mg/g）,因此，苦參總生物堿的精制方法宜采用醇沉法。其它有效成分的提取 膽紅素：X榮華等研究了 CDA-40大孔樹(shù)脂提 取膽紅素的工藝。他們采用正交試驗(yàn)法，以膽紅素的提取率為考查指標(biāo)，對(duì)

18、提取 工藝進(jìn)展了篩選，得出最優(yōu)工藝流程為10:“時(shí) 加亞硫酸氫鈉"再加硫酸錢(qián)至7%注豬膽' !麗石I力很打戒水解加心膠冷唾一f水解枚用鹽酸調(diào)pH 5-6,加入處理好的大孔樹(shù)脂訶杯和"4100訕膽汁攪拌吸附4h吸附膽紅素先用95% 6醇洗滌，再用蒸佛水洗至無(wú)氟離了流出、然肓用兩倍樹(shù)脂體積的二氯甲烷洗滌加適呈亞硫酸0鈉400C減壓回巫三氮卬烷加適境95%乙醇55*濾液減斥十燥_膽紅素（桔紅色）其他方面的應(yīng)用對(duì)于甜菊糖的別離純化，國(guó)外有很多利用 XAD-7樹(shù)脂去除色素的報(bào)道11。此外，大孔吸附樹(shù)脂在血液灌流、酶的固定化、氨基酸蛋白質(zhì)的別離 12、 抗生素的別離提純、廢水處

19、理、升化物質(zhì)的別離、葡萄糖的別離 13、醫(yī)療衛(wèi)生、 食品應(yīng)用等也有很多應(yīng)用。4. 大孔吸附樹(shù)脂別離技術(shù)的展望大孔樹(shù)脂吸附別離工藝所得提取物體積小、不吸潮，容易制成外型美觀的各 種劑型，尤其適用于顆粒劑、膠囊劑和片劑，使中藥的粗、大、黑制劑升級(jí)換代 為現(xiàn)代制劑。就大孔樹(shù)脂吸附技術(shù)自身而言，它工藝操作簡(jiǎn)便，不十分繁瑣，難度不大， 并且樹(shù)脂可屢次使用，也可再生反復(fù)使用，本錢(qián)不是很高，設(shè)備較簡(jiǎn)單，而且這 種工藝可以節(jié)約大量的能耗、輔料、包裝材料、貯藏、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用。目前，大孔樹(shù)脂吸附技術(shù)廣泛地應(yīng)用于西藥的生產(chǎn)中，在我國(guó)，中藥研究和生產(chǎn)中探索應(yīng)用大孔樹(shù)脂吸附技術(shù)企業(yè)也越來(lái)越多，像某某泰華堂制藥某某，某 某

20、地奧制藥股份某某就已應(yīng)用。揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)也運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)銀杏制劑。市 生產(chǎn)西藥的廠家應(yīng)用較為普遍，某某堂制藥廠也正在試用。應(yīng)該有很廣闊的推廣 前景。參考文獻(xiàn)1 王躍生 王 洋大孔吸附樹(shù)脂研究進(jìn)展J.中國(guó)中藥雜志,2006, 31 12： 961-9652 周晶，馮淑華.中藥提取別離新技術(shù)M.:科學(xué),20103 Schwabe W,Kloss P.Vasoactive drugs from Gi nkgo bilobaleaves P .DE 1767098, 1971-10-124 Teris A, Van Beek.A nalysisa nd quality con trolof Gi nk

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