1、化工分離工程課程論文論文名稱： 大孔吸附樹脂分離技術(shù)摘要大孔吸附樹脂是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的繼離子交換樹脂后的分離新技術(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。通過參考國內(nèi)外的一些關(guān)于大孔吸附樹脂的文獻(xiàn)和書籍，對大孔吸附樹脂的分離原理，最新研究進(jìn)展和應(yīng)用情況以及影響因素進(jìn)行了總結(jié)。并且列舉了一些在中藥分離純化中的應(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：大孔吸附樹脂；柱層析；分離原理；工業(yè)應(yīng)用大孔吸附樹脂分離技術(shù)1. 大孔吸附樹脂分離技術(shù)簡介1.1 大孔吸附樹脂的簡介和基本產(chǎn)品大孔吸附樹脂是一類不含交換基團(tuán)且有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附樹脂，是一種不溶于酸、堿及各種有機(jī)溶劑的

2、有機(jī)高分子聚合物，具有良好的大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，可以通過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年代發(fā)展起來的繼離子交換樹脂后的分離新技術(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 種類型1美國的 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,此后大孔吸附樹脂材料成為一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域,受到歐美及日本等國的高度重視,研制開發(fā)了一批類型不同的、性能良好的吸附樹脂,并形成了商品供應(yīng)。目前,美、英、法、德及日本等國均有專業(yè)公司研究生產(chǎn)【1】。我國在這方面也在逐步發(fā)展，也有很多性能優(yōu)良

3、的產(chǎn)品問世。表1-1 常用國產(chǎn)大孔樹脂的型號和主要特性【2】樹脂極性結(jié)構(gòu)粒徑范圍(mm)比表面積(m2/g)平均孔徑(nm)用途S-8極性交聯(lián)聚苯乙烯型0.31.251001202830有機(jī)物提取分離AB-8弱極性0.31.254805201314有機(jī)物提取，甜菊糖、銀杏葉黃銅提取X-5非極性0.31.255006002930抗生素、中草藥提取NKA-2極性0.31.25160200145155酚類、有機(jī)物去除NKA-9極性0.31.252502901516.5膽紅素去除，生物堿分離、黃酮類提取H103非極性0.30.6100011008595抗生素提取分離，去除酚類，氯化物D-101非極性苯

4、乙烯型0.31.254805201314中草藥中皂甙、黃酮、內(nèi)酯、萜類及天然色素的提取HPD100非極性苯乙烯型0.31.265090天然物提取分離，如人參皂苷、三七皂苷HPD400中極性苯乙烯型0.31.255083中藥復(fù)方提取、氨基酸、蛋白質(zhì)提純HPD600極性苯乙烯型0.31.255085銀杏黃酮、甜菊苷、茶多酚、黃芪苷ADS-5非極性5006002025分離天然產(chǎn)物中的苷類、生物堿、黃酮等ADS-7強(qiáng)極性含氨基200提取分離糖苷，對甜菊苷、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45055025.0分離生物堿，如喜樹堿、苦參堿ADS-17中極性124高選擇分離銀杏黃酮

5、苷和銀杏內(nèi)酯表1-2 國外HP、SP系類大孔樹脂的型號和主要特性【2】樹脂極性結(jié)構(gòu)粒徑范圍(mm)比表面積(m2/g)平均孔徑(nm)用途HP-20非極性聚苯乙烯0.20.660046皂苷、黃酮、萜類、天然色素、蛋白質(zhì) （相對分子質(zhì)量1000）HP-207非極性聚苯乙烯0.20.663010.5HP2MG中極性甲基丙烯酸酯0.20.647017SP825非極性聚苯乙烯0.20.610005.7生物堿、黃酮、內(nèi)酯、酚性苷（相對分子質(zhì)量1000）SP850非極性聚苯乙烯0.20.610003.8SP70非極性聚苯乙烯0.20.68007.0SP700非極性聚苯乙烯0.20.612009.3XAD-

6、1非極性苯乙烯10020分離甘草類黃酮、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4986.3分離麻黃堿XAD-9極性亞砜2508揮發(fā)性香料成分分離XAD-11強(qiáng)極性氧化氮類17021提取分離合歡皂苷XAD-16000.408000.15提取小分子抗生素和植物有效成分XAD-11800.537000.40提取大分子抗生素、維生素、多肽XAD-7HP0.565000.45提取多肽和植物色素、多酚類物質(zhì)1.1 大孔吸附樹脂的分類1.1.1 按極性大小分類1. 非極性大孔吸附樹脂 如苯乙烯、二

7、乙烯苯聚合物，也稱為芳香族吸附劑。2. 中等極性大孔吸附樹脂 此類樹脂中存在酯基一類的基團(tuán)，整個(gè)分子具有一定的極性。3. 極性大孔吸附樹脂 在此類樹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)。 按其骨架類型分類1. 聚苯乙烯型大孔吸附樹脂 大部分樹脂為此骨架，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脂 分為聚甲基丙烯酸甲酯型樹脂、聚丙烯酸甲酯型交聯(lián)樹脂和局丙烯酸丁酯交聯(lián)樹脂等。因?yàn)楹絮セ瑢僦械葮O性吸附劑。3. 其他類型 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

8、物等也可以作為大孔吸附樹脂的骨架。1.3 大孔吸附樹脂分離柱層析技術(shù)樹脂分離在工業(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。圖1-1 親和柱層析機(jī)理圖在運(yùn)用打孔吸附樹脂柱色譜進(jìn)行分離精制時(shí)，其操作步驟為樹脂的預(yù)處理樹脂裝柱藥液上柱吸附樹脂的解析樹脂的清洗、再生。其大致過程如 圖1-2。1. 樹脂的預(yù)處理 由于樹脂出廠前沒有經(jīng)過徹底清洗，經(jīng)常殘留一些致孔劑、小分子聚合物、原料單體、分散劑以及防腐劑等有機(jī)殘留物。另外樹脂也常因失水而縮孔。因此用前必須進(jìn)行預(yù)處理。可將新購的樹脂用乙醇浸泡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. 樹脂裝柱 通常以水為溶劑濕法裝柱

9、。先在樹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，影響分離效果。3. 藥液的上柱吸附 藥液上柱前應(yīng)為澄清溶液，否則會影響樹脂吸附，一般要從上部加入，流速也要控制好，太快會不利于吸附，太慢效率太低。 4. 樹脂的解析 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，相同純度者合并，流速要適當(dāng)，一般1-2 BV/h。 5. 樹脂的再生 樹脂經(jīng)多次使用后吸附能力會有所減弱，在表面和內(nèi)部殘留一些雜質(zhì)，需再生后才能繼續(xù)使用。圖1-2 柱層析

10、原理圖2. 大孔吸附樹脂分離技術(shù)原理及影響因素2.1大孔吸附樹脂吸附原理大孔吸附樹脂為吸附性和篩選性原理相結(jié)合的分離材料。 大孔吸附樹脂的吸附實(shí)質(zhì)為一種物體高度分散或表面分子受作用力不均等而產(chǎn)生的表面吸附現(xiàn)象， 這種吸附性能是由于范德華引力或生成氫鍵的結(jié)果。同時(shí)由于大孔吸附樹脂的多孔結(jié)構(gòu)使其對分子大小不同的物質(zhì)具有篩選作用。通過上述這種吸附和篩選原理，有機(jī)化合物根據(jù)吸附力的不同及分子量的大小，在大孔吸附樹脂上經(jīng)一定溶劑洗脫而達(dá)到分離、純化、除雜、濃縮等不同目的。 吸附樹脂的表面發(fā)生吸附作用后，會使樹脂表面上溶質(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。一般說來，

11、吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類。圖 2-1 親和層析法的原理圖2.2 影響吸附率的因素吸附樹脂對有機(jī)物的去除效果與樹脂本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、吸附質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及吸附處理過程中的操作條件有著密切的關(guān)系。 1大孔吸附樹脂極性的影響遵從類似物吸附類似物的原則，根據(jù)吸附物質(zhì)的極性大小選擇不同類型的大孔吸附樹脂。極性較大的化合物一般適用于在中極性的樹脂上分離；極性小的化合物適用于在非極性的樹脂上分離。極性大小是一個(gè)相對概念，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)量與大小來確定；對于未知化合物，可通過一定的預(yù)試驗(yàn)及TLC而大致確定。 2大孔吸附樹脂孔徑的影響大孔吸附樹脂是多

12、孔性物質(zhì)，其孔徑特性可用比表面積 (S) 、孔體積(V) 和計(jì)算所得的平均半徑 (r) 來表征。假定孔道為圓柱形，則三者關(guān)系 r=2V/S，V可由壓汞儀測得，S 可由比表面積測定儀測得。被分離成分通過樹脂的孔道而擴(kuò)散到樹脂的內(nèi)表面而被吸附。大孔吸附樹脂孔徑的大小，直接影響不同大小的分子自由進(jìn)入，從而使樹脂具有選擇性。因此，只有當(dāng)孔徑對于被分離成分足夠大時(shí)，比表面積才能充分發(fā)揮作用，即大孔吸附樹脂比表面積越高，而平均孔徑小。其吸附速度越慢，解吸越不夠集中，雜質(zhì)的分離效果也就越差。3大孔吸附樹脂強(qiáng)度的影響大孔吸附樹脂強(qiáng)度與孔隙率有直接關(guān)系，也和制備工藝有關(guān)。這類樹脂在酸堿中體積變化不大，在溶媒中則

13、有一定程度的溶脹。一般大孔吸附樹脂孔隙率越高，孔體積越大，則強(qiáng)度越差。大孔吸附樹脂的強(qiáng)度直接影響樹脂的使用壽命，從而影響著大孔吸附樹脂法工藝的成本。 4吸附流速的影響對于同一濃度的上樣溶液，吸附流速過大，樹脂的吸附量就會降低。但吸附流速過小，吸附時(shí)間就會增加，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮來確定最佳吸附流速，既要使大孔吸附樹脂的吸附效果好，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)吸附都是放熱過程，所以只要吸附已經(jīng)達(dá)到平衡，增加溫度無論是物理吸附量還是化學(xué)吸附量都會降低。但是由于化學(xué)吸附在低溫時(shí)往往末達(dá)到平衡，而升高溫度會使吸附速度增快，所以對于化學(xué)吸附來說，在低溫時(shí)常會出現(xiàn)吸附量隨溫度升

14、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)溶液中存在二種以上溶質(zhì)時(shí)，往往會引起一種溶質(zhì)易吸附而使另一種溶質(zhì)的吸附量降低，一般來講，對混合溶質(zhì)的吸附較純?nèi)苜|(zhì)的吸附效果差。3. 大孔吸附樹脂的應(yīng)用3.1 對中草藥有效成分的提取 3.1.1 黃酮 ( 甙 ) 類 最有代表性的是銀杏葉提取物(GBE) 。 國外用溶劑萃取法提取3，工藝步驟較長，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。陳沖等5應(yīng)用大孔樹脂提取GBE, 既達(dá)到其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又降低了成本。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

15、水沉降液上大孔樹脂柱，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6又研制出 ADS-17、ADS-21、ADS-F8 等大孔樹脂，使 GBE 的生產(chǎn)具有更大的靈活性，其中 ADS-17 對黃酮類化合物具有很好的選擇性，可得到黃酮甙含量較高的 GBE。3.1.2 皂甙類和其它甙類 此類物質(zhì)應(yīng)用大孔樹脂提取分離 的文獻(xiàn)報(bào)道比較多。劉中秋等7研究了用大孔樹脂富集純化毛冬青總皂甙的工藝條件及參數(shù)，他們?nèi)∶鄻悠芬?7ml(6.43

16、g/ml)上大孔樹脂柱，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% 乙醇洗脫液干燥后總固物中毛冬青總皂甙純度可達(dá) 57.5%。3.1.3 生物堿類 生物堿的提取可用陽離 子交換樹脂，但酸、堿或鹽類洗脫劑會給后面的分離造成麻煩，用大孔樹脂可避免引入外來雜質(zhì)的問題8。如用 AB-8 大孔樹脂提取喜樹堿，可直接得到含量約 50% 左右的產(chǎn)品，重結(jié)晶后喜樹堿的含量可達(dá)90% 8。 生物堿的提取還可以采用醇沉法、澄清法和超濾法，張保獻(xiàn)等9采用這三種方法與大孔樹脂法對苦參水提取液進(jìn)行了精制，其中大孔樹脂法為

17、：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部分，離心，合并兩次離心液，加入適量蒸餾水，混勻后上大孔樹脂柱。待藥液流完后，加入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， 濃縮并真空干燥成干浸膏。他們以苦參總生物堿的含量為指標(biāo)，對 4 種精制方法進(jìn)行了比較研究，結(jié)果 4 種方法精制后，苦參總生物堿的含量的高低順序?yàn)椋?醇沉法 (10.61mg/g) > 澄清法 (4.4

18、0mg/g) > 超濾法 (3.05mg/g) > 大孔樹脂法 (2.11mg/g)，因此，苦參總生物堿的精制方法宜采用醇沉法。 3.1.4 其它有效成分的提取 膽紅素：劉榮華等研究了 CDA-40 大孔樹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)，對提取工藝進(jìn)行了篩選，得出最佳工藝流程為10：3.2 其他方面的應(yīng)用 對于甜菊糖的分離純化，國外有很多利用XAD-7樹脂去除色素的報(bào)道11。 此外，大孔吸附樹脂在血液灌流、酶的固定化、氨基酸蛋白質(zhì)的分離12 、抗生素的分離提純、廢水處理、升化物質(zhì)的分離、葡萄糖的分離13、醫(yī)療衛(wèi)生、食品應(yīng)用等也有很多應(yīng)用。4. 大

19、孔吸附樹脂分離技術(shù)的展望大孔樹脂吸附分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、黑制劑升級換代為現(xiàn)代制劑。 就大孔樹脂吸附技術(shù)自身而言，它工藝操作簡便，不十分繁瑣，難度不大，并且樹脂可多次使用，也可再生反復(fù)使用，成本不是很高，設(shè)備較簡單，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，大孔樹脂吸附技術(shù)廣泛地應(yīng)用于西藥的生產(chǎn)中，在我國，中藥研究和生產(chǎn)中探索應(yīng)用大孔樹脂吸附技術(shù)企業(yè)也越來越多，像四川泰華堂制藥有限公司，成都地奧制藥股份有限公司就已應(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。北京市生產(chǎn)西藥的

20、廠家應(yīng)用較為普遍，同仁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. 大孔吸附樹脂研究進(jìn)展J.中國中藥雜志, 2006，31（12）：961-9652 周晶, 馮淑華. 中藥提取分離新技術(shù)M. 北京:科學(xué)出版社,20103 Schwabe W,Kloss P.Vasoactive drugs from Ginkgo bilobaleaves P .DE：1767098，1971-10-124 Teris A, Van Beek.Analysisand quality controlof Gink-go bilobaleaves and standarised extra

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