Resina solvente impregnada

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Resinas solventes impregnadas (Señores) está disponible comercialmente (macro) resinas porosas impregnadas con un solvente de extracción solvente/an. En este enfoque, un solvente de extracción líquido está dentro de los poros de las partículas (adsorción). Por lo general, el solvente de extracción es un líquido orgánico. Su propósito es extraer uno o más componentes disueltos de un ambiente acuoso circundante. Combina el principio básico adsorción, cromatografía de y extracción líquido-líquido.

Contenido

  • 1 Historia
  • 2 Principio básico
  • 3 Técnicas de preparación
  • 4 Aplicaciones
    • 4.1 Señores en la extracción de Metal
    • 4.2 Extracción de la materia orgánica
    • 4.3 Aplicaciones en biotecnología
  • 5 Referencias

Historia

El principio de resinas impregnado de disolvente fue estrenado en 1971 por Abraham Warshawsky.[1] Este primer emprendimiento tuvo como objetivo la extracción de metales. Desde entonces, los señores se han utilizado principalmente para extracción de metales, ya sea metales pesados o específicamente metales radiactivos. Mucha investigación en señores ha sido realizado por Cortina de J.L y por ejemplo N. Kabay, K. Jerabek o J. Serarols.[2] Sin embargo, últimamente las investigaciones también ir hacia el uso de señores para la separación de compuestos naturales e incluso para la separación de productos biotecnológicos.

Principio básico

Schematic depiction of the extraction principle using a solvent impregnated resin
Figura 1: Principio básico de la extracción con SIR.

Figura 1 a la derecha explica el principio básico, que contiene el solvente de extracción orgánica E interior de los poros de una partícula porosa. El soluto S, que inicialmente se disuelve en la fase acuosa que rodea la partícula SIR, físicamente se disuelve en la fase del solvente de extracción orgánica durante el proceso de extracción. Además, el soluto S reacciona con el solvente de extracción para formar un complejo ES. Cambios de esta complejación del soluto con el solvente de extracción general equilibrio de extracción más hacia la fase orgánica. Esta manera, la extracción del soluto es mayor.[3]

Comparison of emulsification using LLE and SIRs
Figura 2: Comparación de emulsificación durante la extracción líquido-líquido y partículas de SIR.

Mientras que durante la extracción líquido-líquido convencional el solvente y el extrayente dispersos, en una configuración de SIR el dispersión es alcanzado por las partículas impregnadas. Esto también evita que un paso de separación de fase adicional, que sería necesario después de la emulsificación que ocurre en la extracción líquido-líquido. Para aclarar el efecto de la emulsificación, figura 2 (a la izquierda) compara los dos sistemas de un solvente de extracción de equilibrio líquido-líquido con agua, izquierda y SIR partículas en equilibrio con agua derecha. La figura muestra que no emulsificación ocurre en el sistema de SIR, mientras que el sistema de líquidos muestra turbidez implicando emulsificación. También, el paso de impregnación disminuye la pérdida de solvente en la fase acuosa en comparación con la extracción líquido-líquido.[4] Esta disminución de la pérdida de solvente de extracción se contribuyó a la adsorción física del solvente de extracción en la superficie de la partícula, que significa que el solvente de extracción dentro de los poros no totalmente se comporta como un líquido a granel. Dependiendo del tamaño de los poros de las partículas utilizadas, fuerzas capilares puede también desempeñar un papel en la retención del solvente de extracción. De lo contrario, fuerzas de van-der-Waals, PI-pi-interacciones o interacciones hidrofóbicas podría estabilizar el extrayente dentro de los poros de la partícula. Sin embargo, la posible disminución de la pérdida de solvente de extracción depende en gran medida el tamaño del poro y la solubilidad en agua del solvente de extracción. Sin embargo, señores tienen una considerable ventaja sobre p. ej. resinas de intercambio iónico hecho personalizado con ligandos químicamente consolidados. Señores pueden ser reutilizados para las tareas de separación diferentes por sólo enjuagar a un agente secuestrante y volver a los impregnación con otro solvente de extracción más conveniente. Esta manera, potencialmente costosos pasos de diseño y producción de p. ej. resinas de afinidad se puede evitar. Finalmente, rellenando todo el volumen de los poros de la partícula con un solvente de extracción (agente secuestrante), se puede alcanzar una mayor capacidad para solutos que con ordinarias resinas de adsorción o intercambio iónico, donde está disponible sólo en la superficie.

Sin embargo, hay posibles inconvenientes de la tecnología de SIR, como lixiviación de solvente de la extracción o la obstrucción de un lecho fijo por desgaste de las partículas. Estos podrían remediarse por elegir el correcto sistema de partícula solvente de extracción. Esto implica seleccionar un solvente de extracción adecuado con bajo solubilidad en agua, que se mantiene lo suficientemente dentro de los poros y seleccionar las partículas mecánicamente estables como un soporte sólido para el solvente de extracción. Además, señores pueden ser estabilizados por capa, como se muestra por D. Muraviev et al.[5] Como material de revestimiento, A. W. Trochimczuk et al utiliza alcohol de polivinilo.[6]

Con el fin de eliminar o recuperar el soluto extraído, SIR partículas pueden ser regeneradas con baja presión extracción de vapor,[7] que es particularmente eficaz para la recuperación de hidrocarburos volátiles. Sin embargo, si el presión de vapor del soluto extraído es muy baja, o si el complejación entre soluto y solvente de extracción es demasiado fuerte, otras técnicas deban aplicarse, por ejemplo pH swing.

Técnicas de preparación

Las técnicas de impregnación principales son impregnación húmeda y impregnación seca. Durante la impregnación húmeda, las partículas porosas son disueltos en el solvente de extracción y permitió empape con el líquido correspondiente.[8] En este enfoque, las partículas están que ya sea en contacto con una cantidad de solvente de extracción, que empapa completamente en la matriz porosa, precalculada o las partículas están en contacto con un exceso de solvente de extracción. Después del remojo, se evapora el solvente de extracción restante, que no está dentro de los poros.

Photo of SIR particles in water and enlarged SEM picture of impregnated particle surface
Figura 3: SIR partículas preparadas con el método de impregnación húmeda, dispersos en agua. Corte sección muestra ampliada segmento de superficie de la partícula de SIR.

Si se utiliza el método húmedo, el solvente de extracción se disuelve en un solvente adicional antes de la impregnación. Luego se dispersan las partículas porosas en la solución disolvente extrayente.[8] Después de empapar las partículas, el disolvente sobrante puede filtrar apagado o evaporado. En el primer caso, una mezcla de disolvente extrayente mantenerse dentro de los poros. Esto sería de interés para los solventes de extracción que serían sólido en condiciones de diseño puro. En el segundo caso, sólo el solvente de extracción se mantendría dentro de los poros. La figura 3 muestra porosas partículas dispersadas en una solución acuosa después de la impregnación húmeda. El recorte en la figura 3 muestra un segmento grande de la superficie de una partícula tan impregnada. Adicionales, aunque no con tanta frecuencia utilizan la técnica es el método de adición de modificadores. Esta técnica se basa en el uso de un sistema modificador de solvente de extracción de solvente. El modificador adicional se supone para mejorar la penetración del solvente de la extracción en los poros de la partícula.[8] Posteriormente se evapora el solvente, dejando extrayente y modificador de los poros de la partícula.

Además, puede utilizarse el método dinámico de la columna. Las partículas se con con un disolvente hasta que queden totalmente empapados. Esto puede hacerse antes o después de embalar en la columna. El de lecho empacado luego se enjuaga con el solvente de extracción líquido hasta que las concentraciones de entrada y salida son iguales.[8] Este enfoque es particularmente interesante cuando las partículas ya se embalan en una columna y deberán utilizarse para una aplicación de SIR.

Aplicaciones

Señores en la extracción de Metal

Sobre todo, señores han sido investigados y utilizados para la recuperación de metales pesados.[9][10][11] Las aplicaciones incluyen la remoción de cadmio, vanadio, cobre, cromo, iridio, etc..

Extracción de la materia orgánica

Sólo recientemente también otra extracción de aplicaciones han sido investigados, por ejemplo, la recuperación a gran escala de productos orgánicos apolar en plataformas petroleras costa afuera uso de la denominada tecnología de extracción de polímero poroso Macro (MPPE).[12] En una aplicación, donde se encuentran las partículas de SIR en un lecho empacado, caudales de 0,5 m3 h−1 hacia arriba sin restricciones de flujo máximo pueden ser tratadas al parecer costo competitivas a extracción de aire/carbón activado, extracción de vapor y sistemas de tratamiento bio, según el desarrollador de la tecnología. Investigaciones adicionales, sobre todo en un ambiente académico, incluyen sustancias orgánicas polares como amino alcoholes,[13] ácidos orgánicos,[14][15] aminoácidos,[16] flavonoides,[17] y Aldehinos en una escala de banco o piloto. Además, la aplicación de señores para la separación de los solutos polares más, tal como por ejemplo éteres de y fenoles, se ha investigado en el grupo de A.B. de Haan.[18]

Aplicaciones en biotecnología

Aplicaciones en Biotecnología se elaboraron sólo más recientemente. Esto es debido a la sensibilidad de bioproductos como proteínas hacia extrayentes orgánicos.

Un enfoque de C. van den Berg et se centra en el uso de las partículas impregnadas para la recuperación in situ de fenol de Pseudomonas putida fermentaciones utilizando líquidos iónicos.[19] Desarrollo posterior condujo al uso de cápsulas de polisulfona de alta capacidad.[20] Estas cápsulas son partículas básicamente huecas rodeadas por una membrana. El interior está completamente lleno de solvente de extracción y así aumenta la capacidad de impregnación en comparación con el clásicos señores.

Un enfoque completamente nuevo de con señores de la separación o purificación de productos biotecnológicos como proteínas se basa en el concepto de partículas porosas de impregnación con soluciones acuosas de polímeros desarrolladas por B. Burghoff. Estos supuesto sintonizable acuosa fase polímero impregnado de resinas (TAPPIR)[21] mejorar extracción de dos fases acuosa (ATPE) mediante la aplicación de la tecnología de SIR. Durante la extracción de dos fases acuosa clásica, componentes biotecnológicos como las proteínas son extraídos de soluciones acuosas mediante el uso de una segunda fase acuosa. Esta segunda fase acuosa contiene p. ej. glicol de polietileno (PEG). Por un lado, una diferencia de baja densidad y baja tensión interfacial entre las dos fases acuosas facilitan a transferencia de masa relativamente rápido entre las fases. Por otro lado, PEG parece estabilizar las moléculas de proteína, que se traduce en una desnaturalización de la proteína relativamente bajos durante la extracción. Sin embargo, una desventaja significativa de ATPE es la emulsificación persistente, que hace de separación de la fase un desafío. La idea detrás de TAPPIR es aprovechar las ventajas que plantea señores, es decir, baja pérdida de solvente de extracción debido a la inmovilización en los poros y menos emulsificación que en extracción líquido-líquido. Esta manera, los inconvenientes de ATPE podrían remediarse. La instalación consistiría en una columna embalada o un lecho fluidizado en lugar de equipo de extracción líquido-líquido con pasos de separación de fase adicional. Sin embargo, todavía sólo los primeros estudios de viabilidad están en el camino para demostrar el concepto.

Referencias

  1. ^ Warshawsky, A. (1971). Solicitud de patente del africano del sur 71/5637.
  2. ^ Kabay, N.; Cortina, J.L.; Trochimczuk, A.; Streat, M. (2010). "Impregnado de disolventes resinas (señores) – métodos de preparación y sus aplicaciones." Reaccionan. FUNCT. Polímeros. 70: 484-496.
  3. ^ Babić, K.; van der Ham, A. G. J.; de Haan, A. B. (2008). "Cinética de sorción para el retiro de aldehídos de corrientes acuosas con solvente de extracción impregnado de resinas". Adsorción 14:357-366.
  4. ^ Babic, K.; van der Ham, L.; de Haan, A. (2006). "Recuperación del benzaldehído de corrientes acuosas mediante extrayente impregnado de resinas". Reaccionan. FUNCT. Polímeros. 66 (12): 1494-1505.
  5. ^ Muraviev, D.; Ghantous, L.; Valiente, M. (1998). "La estabilización de capacidades impregnado de disolvente de la resina mediante diferentes técnicas." Polímeros reactivos y funcionales, 38: 259-268.
  6. ^ Trochimczuk, A. W.; Kabay, N.; Arda, M.; Streat, M. (2004). Estabilización de resinas impregnadas solventes (señores) por recubrimiento con polímeros solubles agua y reticulación química, reacciona. FUNCT. Polímeros., 59 (1) 1-7.
  7. ^ MPPSystems, sistema de extracción de polímero poroso Macro - purificación del agua, Akzo Nobel, Arnhem, p. 1-7.
  8. ^ a b c d Van Hecke, K.; Goethals, P. (2006). Abrir informe del centro de Investigación Nuclear belga: investigación sobre reprocesamiento acuoso avanzados de combustible Nuclear gastado: estudio de la literatura, ISSN 1379-2407
  9. ^ Warshawsky, A.; Cortina, j. L.; Aguilar, M.; Jerabek, K. (1999). "Nuevos desarrollos en disolvente impregnan de resinas. Un resumen". Conferencia Internacional de extracción por solvente 1999, Barcelona, España
  10. ^ SERAROLS, J.; Poch, J.; Villaescusa, I. (2001). "Expansión de isotermas de adsorción en la superficie de equilibrio caso 1: disolvente impregnado de resinas (Señor)." Reaccionan. FUNCT. Polímeros. 48 37-51.
  11. ^ Wang, Y.; Wang, C.; Warshawsky, A.; Berkowitz, B. (2003). «8-hidroxiquinolina-5-sulfónico ácido (HQS) impregnadas en Lewatit MP 600 para cadmio complejación: implicación de resinas disolvente impregnado de agua reparación.» SEPAR. SCI. Abril 38 (1): 149-163.
  12. ^ Veolia Water Solutions y tecnologías, sistemas de MPPE, [1], Fecha de último acceso: 18 de febrero de 2012
  13. ^ Babic, K.; Driessen, G. H. M.; van der Ham, A. G. J.; de Haan, A. B. (2007). "Quirales separación de aminoácidos-alcoholes usando resinas impregnadas de solvente de extracción." J. Chromatogr. UN 1142: 84-92.
  14. ^ Juang, R. S.; Chang, H.-L. (1995). "Equilibrio de distribución del ácido cítrico entre soluciones acuosas y macroporoso Tri-n-octylamine-impregnado de resinas". Ing. ind Chem Res 34:1294-1301.
  15. ^ Traving, M.; Bart, H.-J. (2002). "Recuperación de ácidos orgánicos mediante resinas impregnadas de intercambiador de iones". Chem Ing. Abril 25 (10): 997-1003.
  16. ^ Kostova, A.; Bart, H.-J. (2004). "Reaktivsorption von L-Phenylalanin durch kationentauscherimpraegnierte Polymere (Gleichgewichte)." Chem-Ing-Tech 76 (11): 1743-1748.
  17. ^ Kitazaki, H.; Ishimaru, M.; Inoue, K.; Yoshida, K.; Nakamura, S. (1996). — Separación y recuperación de flavonoides por medio de extracción por solvente y adsorción de resina Solvent-Impregnated. Conferencia Internacional de extracción por solvente 1996, Australia.
  18. ^ Burghoff, B. (2009). "Disolvente impregnado de resinas (señores) para la recuperación de la baja concentración éteres y fenoles del agua". Tesis doctoral, Technische Universiteit Eindhoven, 153 páginas, ISBN 978-90-386-1552-3.
  19. ^ van den Berg, C.; Wierckx, N.; Vente, J; Bussman, P.; de Bont, J.; van der Wielen, L. (2008). "Resinas impregnado en solvente como una herramienta de recuperación de producto in situ para la recuperación de fenol de fermentaciones de Pseudomonas putida S12TPL." Biotechnol. Bioeng. 2008; 100: 466-472.
  20. ^ van den Berg, C; Roelands, C.P.M..; Bussman, P.; Goetheer, E.L.V.; Verdoes, D.; van der Wielen, L. (2009). "Preparación y análisis de las cápsulas de polisulfona de alta capacidad. Reaccionan. FUNCT. Polímeros. 69: 766-770.
  21. ^ Burghoff, B; van Winssen, F.A.; Schembecker, G (2011) "Verfahren zur Trennung/limpeza von Biomolekülen", alemán 10 2011 001 solicitud de patente 743.7.

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