용제 함침 수지

용제 함침수지(SIR)는 용제/추출제가 함침된 시판(매크로) 다공성수지이다.이 방법에서는 액체 추출제가 (흡착) 입자의 모공 내에 포함되어 있다.보통 추출제는 유기 액체입니다.그 목적은 주변 수성 환경에서 하나 이상의 용해된 구성 요소를 추출하는 것입니다.기본 원리는 흡착, 크로마토그래피, 액체 추출을 결합한다.

역사

용매 함침 레진의 원리는 1971년 아브라함 워쇼스키에 ^[1]의해 처음 나타났다.이 첫 번째 모험은 금속을 추출하는 것을 목적으로 했다.그 이후로 SIR은 중금속이든 방사성 금속이든 주로 금속 추출에 사용되어 왔다.SIR에 대한 많은 연구가 J.L Cortina와 N. Kabay,^[2] K. Jerabek 또는 J. Serarols에 의해 수행되었습니다.그러나 최근에는 SIR를 사용하여 천연화합물의 분리, 나아가 생명공학제품의 분리도 검토되고 있다.

기본원칙

오른쪽 그림 1은 다공질 입자의 기공 내에 유기 추출제 E가 함유되어 있는 기본 원리에 대해 설명하고 있다.SIR 입자를 둘러싼 수상에 초기에 용해되는 용질 S는 추출 과정에서 유기 추출물 단계에서 물리적으로 용해된다.또, 용질 S는 추출제와 반응해 착체 ES를 형성할 수 있다.추출물과 용질의 이러한 복잡성은 전체 추출 평형을 유기 단계로 더 이동시킨다.이렇게 하면 용질 추출이 ^[3]향상됩니다.

기존의 액체 추출 중에는 용매와 추출제를 분산시켜야 하지만 SIR 설정에서는 이미 함침 입자에 의해 분산이 이루어집니다.또한 액상 추출 시 유화 후에 필요한 추가적인 상분리 단계를 방지할 수 있습니다.유화 효과를 설명하기 위해 그림 2(왼쪽)는 액체-액체 평형 상태의 추출제의 두 시스템을 물과 평형 상태의 물, 왼쪽 및 SIR 입자와 비교한다.이 그림에서는 SIR 시스템에서 유화가 발생하지 않는 반면, 액체 시스템은 유화를 암시하는 혼탁도를 보인다.또 함침공정에서는 액상추출에 비해 ^[4]수용상에서의 용제손실을 저감한다.이러한 추출물 손실의 감소는 입자 표면에서 추출물의 물리적 흡착에 기여하며, 이는 모공 내의 추출물이 완전히 벌크 액체로 작용하지 않음을 의미합니다.사용된 입자의 세공 크기에 따라 모세혈관의 힘이 추출물을 유지하는 역할을 할 수도 있다.그렇지 않으면, 반더발스 힘, pi-pi-상호작용 또는 소수성 상호작용은 입자 모공 내에서 추출물을 안정화시킬 수 있다.그러나 추출물 손실의 가능한 감소는 주로 추출물의 모공 크기와 수용성에 따라 달라집니다.그럼에도 불구하고 SIR은 화학적으로 결합된 리간드를 가진 맞춤형 이온 교환 수지에 비해 상당한 이점을 가지고 있다.SIR은 하나의 복합제를 헹구고 다른 적합한 추출제로 다시 주입하는 것만으로 다른 분리 작업에 재사용할 수 있습니다.이렇게 하면 잠재적으로 비용이 많이 드는 설계 및 어피니티 수지의 생산 단계를 피할 수 있다.마지막으로 추출제(착화제)로 입자공의 전량을 충전함으로써 표면적만 이용 가능한 일반 흡착 또는 이온교환수지보다 높은 용질용량을 얻을 수 있다.

그러나 SIR 기술에는 추출제의 침출이나 입자 마모에 의한 고정 바닥의 막힘과 같은 단점이 있을 수 있습니다.이러한 문제는 적절한 파티클 추출 시스템을 선택하여 해결할 수 있습니다.이는 모공 내에 충분히 유지되는 수용성이 낮은 적절한 추출물을 선택하고, 추출물에 대한 고체 지지대로 기계적으로 안정적인 입자를 선택하는 것을 의미한다.또한 D와 같이 SIR을 코팅함으로써 SIR를 안정화 할 수 있다.무라비예프 ^[5]외도료로는 A. W. Trochimczuk 외.사용한 폴리비닐 알코올.^[6]

추출된 용질을 제거하거나 회수하기 위해 저압 스팀 ^[7]스트리핑을 사용하여 SIR 입자를 재생시킬 수 있으며, 이는 휘발성 탄화수소의 회수 시 특히 효과적입니다.단, 추출된 용질의 증기압이 너무 낮거나 용질과 추출제 간의 착화성이 너무 강한 경우에는 pH 스윙과 같은 다른 기술을 적용해야 한다.

준비 방법

주요 함침 기술은 습식 함침과 건식 함침이다.습식 함침 중에는 다공질 입자가 추출제 내에 용해되어 각각의 ^[8]유체에 흡수된다.이 방법에서는 미리 계산된 양의 추출물과 접촉하여 다공질 매트릭스에 완전히 스며들거나 과도한 추출물과 접촉합니다.담그고 나면 모공 안에 없는 나머지 추출물이 증발한다.

습식법을 사용할 경우 추출제는 함침 전에 추가 용매에 용해된다.다공질 입자는 추출제-용제 용액에 ^[8]분산됩니다.입자를 담근 후 여분의 용매를 걸러내거나 증발시킬 수 있습니다.첫 번째 경우에는 추출제-용제 혼합물이 모공 내에 유지된다.이는 순수할 때 설계 조건에서 고체 상태가 되는 추출물에 관심이 있을 것이다.두 번째 경우에는 추출제만 모공 안에 남습니다.그림 3은 습식 함침 후 수용액에 분산된 다공질 입자를 나타낸다.그림 3의 컷아웃은 이러한 함침입자 표면의 확대 부분을 보여준다.자주 사용되는 것은 아니지만 부가적인 기술은 수식자 부가법이다.이 기술은 추출제/솔벤트/수정제 시스템의 사용에 의존합니다.추가 수식제는 추출물이 입자 ^[8]기공에 침투하는 것을 강화하도록 되어 있습니다.이후 용제가 증발하여 입자 모공에 추출제와 수식제를 남깁니다.

또한 동적 컬럼법을 사용할 수 있다.입자는 완전히 젖을 때까지 용매와 접촉한다.이 작업은 컬럼에 패킹하기 전 또는 후에 수행할 수 있습니다.그런 다음 주입구 및 배출구 농도가 ^[8]같아질 때까지 액체 추출제로 포장된 침대를 헹굽니다.이 접근법은 입자가 이미 기둥에 채워져 SIR 적용에 재사용될 때 특히 흥미롭다.

적용들

금속 추출 SIR

SIR는 대부분 중금속 ^[9][10][11]회수에 조사되어 사용되고 있다.용도에는 카드뮴, 바나듐, 구리, 크롬, 이리듐 등의 제거가 포함됩니다.

유기물의 추출

최근에야 다른 추출 응용 프로그램도 조사되었다. 예를 들어, 이른바 매크로 폴러스 폴리머 추출(MPPE)^[12] 기술을 사용하여 연안 석유 플랫폼에서 무극성 유기물을 대규모로 회수하는 것이 그것이다.SIR 입자가 포장된 층에 포함된 경우 최대 흐름 제한 없이 0³.5mh⁻¹ 이상의 유속은 명백히 공기 제거/활성탄, 증기 제거 및 바이오 처리 시스템에 비해 비용 경쟁력이 있는 것으로 처리될 수 있다.추가 조사에는 주로 학술적인 환경에서 이루어지며, 벤치스케일 또는 파일럿스케일의 아미노산,^[13] 유기산,^[14][15] 아미노산,^[16] 플라보노이드 ^[17]및 알데하이드와 같은 극성 유기물이 포함됩니다.또, 예를 들면 에테르나 ^[18]페놀등의 극성 용질의 분리를 위한 SIR의 적용은, A.B. de Haan 그룹내에서 조사되고 있다.

생명공학에서의 응용

생명공학의 응용 분야는 최근에야 개발되었습니다.이것은 유기 추출물에 대한 단백질과 같은 생체 생산물의 민감성 때문이다.

C. van den Berg 등의 접근법 중 하나는 이온성 ^[19]액체를 사용한 Pseudomonas putida 발효에서 페놀의 현장 회수를 위한 함침 입자의 사용에 초점을 맞추고 있다.추가적인 개발은 고용량 폴리술폰 ^[20]캡슐의 사용으로 이어졌다.이 캡슐은 기본적으로 막으로 둘러싸인 중공 입자입니다.내부는 추출제로 완전히 채워져 있어 기존 SIR에 비해 함침 능력이 향상됩니다.

단백질과 같은 생명공학 제품의 분리 또는 정화에 SIR를 사용하는 완전히 새로운 접근법은 B에 의해 개발된 다공질 입자에 다공질 입자를 함침시키는 개념에 기초하고 있다.버그호프.이른바 튜너블 수성 고분자상 함침수지(TAPIR)^[21]는 SIR 기술을 적용하여 수성 2상 추출(ATPE)을 강화합니다.고전적인 2상 추출 중에 제2의 수용상을 이용하여 수용액에서 단백질 등의 바이오테크놀로지 성분을 추출한다.이 두 번째 수상은 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 포함합니다.한편, 2개의 수상간의 저밀도차와 저계면장력은 상간의 비교적 빠른 질량전달을 용이하게 한다.한편, PEG는 단백질 분자를 안정시키는 것으로 보이며, 이는 추출 중에 비교적 낮은 단백질 변성을 초래한다.그러나 ATPE의 중요한 단점은 지속적 유화이며 이는 위상 분리를 어렵게 한다.TAPPIR의 발상은 SIR가 제공하는 이점, 즉 모공의 고정화로 인한 추출물 손실이 적고 액상 추출물보다 유화량이 적다는 것입니다.이렇게 하면 ATPE의 단점을 수정할 수 있습니다.설치는 추가적인 상분리 단계가 있는 액체 추출 장비가 아닌 충전된 기둥 또는 유동 침대로 구성됩니다.그럼에도 불구하고, 아직까지는 첫 번째 타당성 조사만이 개념을 입증하기 위해 진행 중이다.이 메서드의 애드로백은 비콘피규레이션워크 모드입니다충전된 컬럼은 크로마토그래피 컬럼과 유사하게 실행됩니다.

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