濁點(diǎn)萃取cpe技術(shù)在水處理和生物產(chǎn)品中的應(yīng)用

濁點(diǎn)萃取cpe技術(shù)在水處理和生物產(chǎn)品中的應(yīng)用

濁點(diǎn)萃取技術(shù)是利用表面活性劑溶液的增溶和離相分析，實(shí)現(xiàn)溶解和分離的技術(shù)。與傳統(tǒng)的溶劑萃取過程相比,濁點(diǎn)萃取無需使用大量的有機(jī)溶劑,易于操作,對(duì)環(huán)境的影響較小,能夠保護(hù)被萃取物質(zhì)的原有特性(比如生物大分子的活性),同時(shí)能夠提供很高的富集倍數(shù)和提取率,是一種新型、環(huán)境友好、高效率的分離技術(shù)。作為一種樣品前處理方法,目前濁點(diǎn)萃取廣泛應(yīng)用于分析領(lǐng)域,而同時(shí)作為一種易于放大、環(huán)境友好的分離方法,濁點(diǎn)萃取在水處理和生物物質(zhì)提取等大規(guī)模分離過程中具有潛力。1濁點(diǎn)萃取技術(shù)1.1濁點(diǎn)萃取中凝聚相、凝相的增溶規(guī)律表面活性劑溶液對(duì)于疏水性物質(zhì)具有增溶作用。微溶的和不溶的有機(jī)物能夠可逆地與膠束相互作用并與膠束結(jié)合;溶液中的可溶性物質(zhì),也能夠和膠束的親水部分發(fā)生可逆作用而與膠束結(jié)合,這是一個(gè)主體水相(bulkphase)中的水和膠束親水層對(duì)于可溶性物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)過程。濁點(diǎn)萃取中凝聚相(L2)的增溶規(guī)律與膠束溶液(L1)中增溶規(guī)律一致且凝聚相中的增溶量遠(yuǎn)高于稀膠束溶液,凝聚相的增溶規(guī)律與凝聚相的結(jié)構(gòu)相關(guān)。近來線性溶劑化自由能關(guān)系(LSER)被用來對(duì)中性溶質(zhì)的增溶分配系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。1.2聚合物的加入:非離子表面活性劑液非離子表面活性劑是濁點(diǎn)萃取技術(shù)使用最早、應(yīng)用最廣泛的表面活性劑。非離子表面活性劑溶液在高于濁點(diǎn)溫度時(shí)出現(xiàn)分相,即表面活性劑富集的凝聚相和表面活性劑含量很低的水相。Gu等對(duì)于直脂肪鏈聚氧乙烯烷基醚進(jìn)行研究,給出了濁點(diǎn)溫度與表面活性劑結(jié)構(gòu)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。Huibers等研究了支鏈、環(huán)鏈以及含有苯環(huán)的聚氧乙烯烷基醚類表面活性劑濁點(diǎn)溫度和表面活性劑結(jié)構(gòu)的關(guān)系。向非離子表面活性劑溶液中加入鹽析型電解質(zhì)(比如氯化物或硫酸鹽),可以使膠團(tuán)中氫鍵斷裂脫水,從而降低濁點(diǎn)溫度;向非離子表面活性劑溶液中加入鹽溶型電解質(zhì),如硫氰化物或硝酸鹽,可以使?jié)狳c(diǎn)溫度升高。親水性的有機(jī)物如脂肪醇、脂肪酸、苯酚和尿素等均能降低非離子表面活性劑溶液的濁點(diǎn)溫度。向非離子表面活性劑溶液中加入多元醇,如葡萄糖、蔗糖、甘油等,或加入水溶性聚合物,如聚乙二醇、葡聚糖、聚乙烯吡咯烷酮等,可以明顯降低體系的濁點(diǎn)溫度。水溶性聚合物的加入對(duì)濁點(diǎn)溫度的影響不僅取決于聚合物的濃度,而且取決于聚合物的分子量。Blankschtein等認(rèn)為表面活性劑溶液體系中膠團(tuán)在溶液中均勻分布的熵效應(yīng)(entropiceffect)和溶液中膠團(tuán)的相互作用(internalenergyeffect)之間的競(jìng)爭(zhēng)造成了非離子表面活性劑溶液的濁點(diǎn)分相現(xiàn)象。近年來出現(xiàn)了采用嵌段共聚物、烷基苷類表面活性劑/水溶性聚合物作為表面活性劑的濁點(diǎn)萃取體系。陽離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的混合溶液在表面活性劑濃度遠(yuǎn)高于CMC(臨界膠束濃度)時(shí),能夠自動(dòng)形成兩相,利用該類型的表面活性劑混合溶液對(duì)牛血清蛋白(BSA)進(jìn)行萃取,得到了比較好的萃取效果。1.3非離子表面活性劑分子中聚合反應(yīng)的體積比影響濁點(diǎn)萃取平衡的主要因素有表面活性劑中官能團(tuán)的種類與數(shù)量、表面活性劑的濃度、電解質(zhì)、溫度和溶液pH值等。平衡后水相與凝聚相的體積比隨非離子表面活性劑分子中脂肪鏈的鏈長(zhǎng)減小而增大,隨氧乙烯鏈單元數(shù)目增加而增大,隨溶液中表面活性劑濃度減小而增大。向非離子表面活性劑溶液中加入電解質(zhì)可以改變濁點(diǎn)溫度,減小凝聚相體積并改變主體水相的密度而影響分相速度。溫度的升高通常有利于提高萃取率和富集倍數(shù),對(duì)熱敏性溶質(zhì)必須注意溫度升高帶來的負(fù)面影響。對(duì)于極性溶質(zhì),pH值能夠影響過程的萃取率。2在分離過程中收集噪聲2.1ftory-huagun模型的優(yōu)化由于規(guī)模濁點(diǎn)萃取中必須使用混合表面活性劑和工業(yè)級(jí)表面活性劑(乳化劑或清潔劑)。Blankschtein等研究了混合表面活性劑的和工業(yè)表面活性劑膠束行為,采用分子熱力學(xué)方法預(yù)測(cè)了工業(yè)表面活性劑的濁點(diǎn)和CMC等性質(zhì)。Kula等研究了混合聚氧乙烯烷基醚類表面活性劑的濁點(diǎn),采用Flory-Huggins模型對(duì)混合表面活性劑的濁點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸。對(duì)乳化劑AgrimulNRE1205的性能和相圖的研究表明了其相圖不同于試劑級(jí)表面活性劑,鹽類和短鏈醇均可以導(dǎo)致體系濁點(diǎn)的降低。在AgrimulNRE1205濃度較低時(shí),Kula等給出了凝聚相體積和初始體積的關(guān)系。增加初始表面活性劑濃度能夠增加凝聚相的黏度,不利于體系的操作。體系的分相過程中,凝聚相的聚并對(duì)快速分相起著決定性的作用。由于濁點(diǎn)萃取體系中兩相密度差和界面張力往往較小,采用疊盤式離心進(jìn)行濁點(diǎn)萃取操作很可能導(dǎo)致兩相分離速度緩慢,操作效率下降。離心分離時(shí)間對(duì)回收率的影響不大,重力沉降分離中沉降時(shí)間的延長(zhǎng)可能減小凝聚相的體積,提高富集率。重力沉降過程中,夾帶效應(yīng)對(duì)萃取效率影響顯著。2.2cmc分離和復(fù)配的方法與通常的液液萃取過程相同,萃取劑再生是決定濁點(diǎn)萃取方法能否應(yīng)用于工業(yè)過程的關(guān)鍵因素。對(duì)于常溫下CMC較高的表面活性劑,可以采用透析方法進(jìn)行分離。對(duì)于CMC很低的非離子表面活性劑,目前有報(bào)道采用吸附、溶劑萃取和微波及超聲波方法對(duì)溶液中的溶質(zhì)和表面活性劑進(jìn)行分離。Johansson等對(duì)高聚物和表面活性劑的混合體系采用體系的兩次分相實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的分離和表面活性劑的回收。對(duì)于極性溶質(zhì),改變pH值可以實(shí)現(xiàn)反萃,對(duì)于揮發(fā)性溶質(zhì),可采用真空抽提和浮選的方法實(shí)現(xiàn)表面活性劑再生。2.3生物活性物質(zhì)的提取利用濁點(diǎn)萃取和濃縮技術(shù)可以萃取各種金屬螯合物,如有效地萃取Mn、Zn、Cu、Ni的螯合物和I2、AsCl2、SnI4、各種硫氰酸絡(luò)合物。Akita等采用PONPE-7.5,在不加入絡(luò)合劑的條件下,對(duì)含有Au、Cu、Ni和Zn離子的印刷基片清洗液進(jìn)行濁點(diǎn)萃取,并采用氯仿進(jìn)行反萃。結(jié)果顯示濁點(diǎn)萃取的Au回收效率遠(yuǎn)大于普通萃取以及沉淀方法,約為98.8%,同時(shí)對(duì)其他金屬離子如銅、鎳和鋅也具有一定的提取能力。Wongwailikhit等改進(jìn)了這一方法,采用PONPE-9作為表面活性劑,并提出pH擺動(dòng)回收金離子的工藝,避免了在過程中引入有機(jī)溶劑?；厥蘸蠼鸺兌瓤蛇_(dá)98.01%,但萃取效率為63.3%。在生物物質(zhì)提取過程中,近期Kula等開發(fā)了濁點(diǎn)萃取和陰離子交換色譜相耦合的分離過程。利用這一過程可以使膽固醇氧化酶純化近160倍,提取收率達(dá)到80%。Carcia-Carmona等采用TritonX-114作為表面活性劑的濁點(diǎn)萃取方法從天然菌類的浸出液中提取出酚類物質(zhì),并分離出酪氨酸鹽。Minuth等采用濁點(diǎn)萃取的方法,對(duì)疏水蛋白質(zhì)進(jìn)行了中試級(jí)分離。值得注意的是,在生物活性物質(zhì)的提取中,提高待分離溶質(zhì)與表面活性劑之間的特殊的相互作用,可以提高濁點(diǎn)萃取分離的選擇性。采用親和配基試劑或?qū)Ρ砻婊钚詣┻M(jìn)行親和基改性,可以明顯提高濁點(diǎn)萃取的選擇性。Blankschtein等用CTAB和C10E4(n-decyltetra(ethyleneoxide))混合膠束對(duì)含glucose-6-phosphatedehydrogenase的發(fā)酵液進(jìn)行萃取,利用CTAB的所帶正電荷和酶所帶負(fù)電荷之間的相互作用實(shí)現(xiàn)選擇性的富集。Johansson等采用HM-EO(cationichydrophobicallymodifiedethyleneoxidepolymer)和SDS的混合體系,對(duì)牛血清蛋白和溶解酶進(jìn)行了萃取。由于溶解酶和BSA具有不同的電性,因此在離子強(qiáng)度較低,SDS濃度也較低時(shí),帶負(fù)電荷的溶解酶被帶正電荷的HM-EO吸引進(jìn)入凝聚相;而隨著SDS濃度的增加,帶正電荷的BSA則進(jìn)入凝聚相而非溶解酶。同時(shí)研究了不同的鹽對(duì)平衡的影響。這一方法在其他物質(zhì)(如極性有機(jī)物、金屬離子和非極性的環(huán)境有害物質(zhì))的濁點(diǎn)萃取中也十分具有潛力。濁點(diǎn)萃取同時(shí)也被應(yīng)用于對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)的規(guī)模富集和分離。Scamehorn等以IgepalC620作為表面活性劑,采用濁點(diǎn)萃取方法進(jìn)行含有揮發(fā)性芳烴廢水處理,用真空抽提方法提取凝聚相中的溶質(zhì),并對(duì)濁點(diǎn)萃取提取揮發(fā)性芳烴衍生物工藝進(jìn)行了放大研究,考察了操作參數(shù)(轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)速率和廢水/表面活性劑比率)以及平衡參數(shù)(溫度和鹽度)對(duì)連續(xù)濁點(diǎn)萃取操作的影響。3未來研究方向在表面活性劑和全面萃取中的應(yīng)用,有待進(jìn)一步的深入。在早雖然目前濁點(diǎn)萃取技術(shù)被廣泛應(yīng)用于樣品分析的前處理過程,同時(shí)