專利名稱：磁性離子液體萃取青霉素的方法和反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁性離子液體萃取青霉素的方法和反應器，具體地說是呈酸性且具有磁性功能的疏水性離子液體萃取青霉素的方法，以及磁性攪拌分散體系的反應器。
背景技術：
青霉素是最常見的抗生素之一，其生產流程是將青霉素發(fā)酵液固液分離后，利用有機萃取溶劑從青霉素濾液中提取青霉素，經過反萃、結晶與干燥等步驟得到青霉素產品。青霉素提取的環(huán)節(jié)是以乙酸丁酯為萃取劑，加酸調節(jié)pH值。該萃取工藝存在三大缺點必須加酸調節(jié)pH值使蛋白質變性引起體系乳化；有機溶劑的揮發(fā)造成環(huán)境污染，且存在潛在的爆炸危險；由于兩相互相夾帶造成有機溶劑流失、收率低。
離子液體(ionic liquids)又稱為室溫離子液體，是在室溫及相鄰溫度下呈液態(tài)的物質，由不對稱的有機陽離子和有機或無機陰離子組成。常見的離子液體有疏水性離子液體[bmim][PF6]，親水性離子液體[bmim][BF4]，[bmim][Cl]等。離子液體具有污染少，毒害小，溶解能力強，揮發(fā)性低，熱穩(wěn)定性強，結構可調，回收容易等優(yōu)點，是新型的綠色溶劑，在溶劑萃取與有機催化方面有廣泛的應用。
磁性離子液體是一種特殊的物質，近年來，Hayashi等發(fā)現將親水性離子液體[bmim]Cl與FeCl3·6H2O或FeCl3在N2環(huán)境下混合即可得疏水的[bmim]FeCl4，這種離子液體能夠強烈的感應磁場，具有順磁性(Chem.Lett.，Vol.33，1590～1591，2004))。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是提供一種以磁性離子液體萃取青霉素的方法，利用[bmim]FeCl4的疏水性與青霉素水溶液形成兩相，應用于青霉素的萃??；磁性離子液體可以萃取溶液中的青霉素，無須調節(jié)pH值和添加有機溶劑。
本發(fā)明的目的之二是提供一種采用隔離罐控制磁場的升降，采用旋轉馬達控制磁場的旋轉，以磁性離子液體萃取青霉素的方法，利用[bmim]FeCl4的疏水性與青霉素水溶液形成兩相，應用于青霉素的萃??；磁性離子液體可以萃取溶液中的青霉素，無須調節(jié)pH值和添加有機溶劑。
本發(fā)明的目的之三是提供一種能夠實現目的之二的帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器。根據[bmim]FeCl4很強的順磁性這一特點，設計而成了旋轉磁場攪拌式分散反應器；該反應器所用磁性離子液體為[bmim]FeCl4，也適用于其它具有磁性，疏水性離子液體。
本發(fā)明的磁性離子液體萃取青霉素的方法包括以下步驟(1).在帶有磁力攪拌裝置的反應器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性離子液體，使混合液中青霉素的質量分數為0.5～8％，具有磁性的疏水性離子液體的質量分數為20～60％；(2).將步驟(1)得到的混合液磁力攪拌后靜置，萃取體系分為上層水相和下層離子液體相兩層；分別取上層水相、下層離子液體相，水相溶液采用旋光儀分析青霉素含量，離子液體相采用高效液相色譜分析青霉素含量。
所述的磁力攪拌裝置的攪拌槳為三葉螺旋槳。
本發(fā)明的磁性離子液體萃取青霉素的另一種方法是采用隔離罐控制磁場的升降，采用旋轉馬達控制磁場的旋轉；該方法包括以下步驟(1).在帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性離子液體，使混合液中青霉素的質量分數為0.5～8％，具有磁性的疏水性離子液體的質量分數為20～60％；并使旋轉、升降磁力攪拌隔離罐處于混合液的上方；(2).開啟隔離罐中的磁鐵攪拌漿，并使隔離罐下移，伸入到步驟(1)的離子液體中，然后上移隔離罐，離子液體被吸附在隔離罐底部呈長柱狀，繼續(xù)上移，到達一定高度時，旋轉馬達控制銣鐵硼永磁鐵的旋轉，轉速為50～300轉/分鐘，磁場強度是1000～3000奧斯特，脫離磁場的離子液體被轉動的磁場分散呈珠狀下落進入青霉素上層，最后進入離子液體層；如此往復，攪拌后靜置，萃取體系分為上層水相和下層離子液體相兩層；分別取上層水相、下層離子液體相，水相溶液采用旋光儀分析青霉素含量，離子液體相采用高效液相色譜分析青霉素含量。
本方法的全部過程工作狀態(tài)如圖2所示。
狀態(tài)1磁性離子液體與溶液混合后呈分層狀態(tài)，離子液體處于下層，青霉素溶液處于上層。上方為旋轉、升降磁力攪拌隔離罐。
狀態(tài)2將旋轉、升降磁力攪拌隔離罐放入離子液體中。
狀態(tài)3將隔離罐上移，離子液體被吸附在隔離罐底部呈長柱狀。
狀態(tài)4隔離罐繼續(xù)上移，到達一定高度時，旋轉馬達控制磁鐵轉動，脫離磁場的離子液體被轉動的磁場分散呈珠狀下落，先進入青霉素上層，最后進入離子液體層。
如此往復，一定時間后靜置，取上層水相采用旋光儀測旋光度得到水相中青霉素含量，下層離子液體層采用高效液相色譜分析青霉素含量。
本發(fā)明的帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器結構如圖1所示。在反應器中安裝有一隔離罐，在隔離罐內以軸連接一旋轉馬達，旋轉馬達一端的軸承與銣鐵硼永磁鐵連接，隔離罐的上部外殼體連接一滑動軸。反應器外部的控制系統(tǒng)對隔離罐進行程序控制，使隔離罐在滑動軸上進行上下移動，并且可以控制隔離罐的移動距離。
本發(fā)明的反應器采用旋轉、升降磁場對萃取體系進行攪拌，通過外場強化萃取體系的充分分散、混合、分離，實現磁性離子液體與青霉素水溶液的充分混合與快速分離，加強了傳質，避免乙酸丁酯萃取過程中由于乳化而引起的兩相夾帶問題。
所述的具有磁性的疏水性離子液體是磁性離子液體[bmim]FeCl4。
所述的磁性離子液體[bmim]FeCl4呈酸性，無需調節(jié)萃取體系pH值即可實現青霉素溶液兩相萃取。
磁性離子液體[bmim]FeCl4的合成方法為等摩爾FeCl3·6H2O或FeCl3與離子液體[bmim]Cl在氮氣環(huán)境下混合，產生磁性離子液體[bmim]FeCl4(Chem.Lett.，Vol.33，1590～1591，2004))。
本發(fā)明所述離子液體具有順磁性；磁性離子液體為疏水性離子液體，能夠實現與青霉素溶液的兩相萃取、分離；雖然方法一萃取率稍低于傳統(tǒng)的[bmim]PF6對青霉素的萃取率，但磁性離子液體呈酸性，萃取過程無需調節(jié)pH值即可實現75％以上的萃取率；萃取后無乳化現象，避免了[bmim]PF6萃取后的離心分離步驟，大大減少了萃取過程的能耗。適用于本發(fā)明方法的帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器能夠實現旋轉和升降的分步控制，通過外場強化作用實現磁性離子液體與青霉素水溶液的充分混合與快速分離。旋轉、升降磁場攪拌反應器剪切力低，能夠防止萃取過程的乳化現象，萃取后無需離心操作即可實現兩相分離，減少兩相夾帶現象。帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器的功率遠遠低于常規(guī)攪拌反應器，大大減少了萃取過程的能耗，具有良好的供一個應用前景。
下面通過附圖及實施例進一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于下述實施例。


圖1.本發(fā)明的帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器的示意圖。
圖2.本發(fā)明的帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器的工作狀態(tài)示意圖；a磁性離子液體與溶液混合后呈分層狀態(tài)，離子液體處于下層，青霉素溶液處于上層；上方為旋轉、升降磁力攪拌隔離罐；b旋轉、升降磁力攪拌隔離罐放入離子液體中；c隔離罐上移，離子液體被吸附在隔離罐底部呈長柱狀；d隔離罐繼續(xù)上移，脫離磁場的離子液體被轉動的磁場分散呈珠狀下落。
附圖標記1.磁性離子液體2.青霉素溶液3.銣鐵硼永久磁鐵4.旋轉馬達5.連接軸6.隔離罐具體實施方式
對比實施例無磁性的離子液體[bmim]PF6萃取青霉素青霉素含量為1g/100ml的青霉素溶液15ml與10ml離子液體[bmim]PF6混合，加磷酸調節(jié)pH值至2。采用螺旋槳攪拌，轉速為300轉/分鐘。10分鐘后有輕微乳化現象，離心5分鐘，萃取體系分層，分別取上層水相、下層離子液體相，水相溶液采用旋光儀分析青霉素含量，離子液體相采用高效液相色譜分析青霉素含量，得到離子液體萃取青霉素的萃取率為78.25％。
實施例1磁性離子液體[bmim]FeCl4萃取青霉素實施結果(采用三葉螺旋槳攪拌)青霉素含量為1g/100ml的青霉素溶液15ml與10ml磁性離子液體[bmim]FeCl4混合。采用螺旋槳攪拌，轉速為300轉/分鐘。10分鐘后輕微乳化現象，離心5分鐘，萃取體系分層，分別取上層水相、下層離子液體相，水相溶液采用旋光儀分析青霉素含量，離子液體相采用高效液相色譜分析青霉素含量，得到離子液體萃取青霉素的萃取率為76.65％。
實施例2磁性離子液體[bmim]FeCl4萃取青霉素實施結果(采用帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器)請參見如圖1。在反應器中安裝有一隔離罐6，在隔離罐6內以軸5連接一旋轉馬達4，旋轉馬達4一端的軸承與銣鐵硼永磁鐵3連接，隔離罐6的上部外殼體連接一滑動軸。
青霉素含量為1g/100ml的青霉素溶液15ml與10ml磁性離子液體[bmim]FeCl4混合。如圖2a所示，在反應器中磁性離子液體與青霉素溶液混合后呈分層狀態(tài)，離子液體處于下層1，青霉素溶液處于上層2；上方為旋轉、升降磁力攪拌隔離罐；如圖2b所示，開啟隔離罐中的磁鐵攪拌漿，轉速為30次/分鐘，并使隔離罐下移，伸入到離子液體中；如圖2c所示，上移隔離罐，離子液體被吸附在隔離罐底部呈長柱狀；如圖2d所示，繼續(xù)上移，到達一定高度時，旋轉馬達控制銣鐵硼永磁鐵的旋轉，轉速為90轉/分鐘，磁場強度是2000奧斯特，脫離磁場的離子液體被轉動的磁場分散呈珠狀下落進入青霉素上層，最后進入離子液體層；如此往復10分鐘后無乳化現象，攪拌后靜置，無需離心，萃取體系分層，分別取上層水相、下層離子液體相，水相溶液采用旋光儀分析青霉素含量，離子液體相采用高效液相色譜分析青霉素含量，得到離子液體萃取青霉素的萃取率為80.89％。
權利要求
1.一種磁性離子液體萃取青霉素的方法，其特征是，該方法無需調節(jié)萃取體系pH值，包括以下步驟(1).在帶有磁力攪拌裝置的反應器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性離子液體，使混合液中青霉素的質量分數為0.5～8％，具有磁性的疏水性離子液體的質量分數為20～60％；(2).將步驟(1)得到的混合液磁力攪拌后靜置，萃取體系分為上層水相和下層離子液體相兩層；分別取上層水相、下層離子液體相，水相溶液采用旋光儀分析青霉素含量，離子液體相采用高效液相色譜分析青霉素含量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的磁力攪拌裝置的攪拌槳為三葉螺旋槳。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的具有磁性的疏水性離子液體是磁性離子液體[bmim]FeCl4。
4.一種磁性離子液體萃取青霉素方法，采用隔離罐控制磁場的升降，以旋轉馬達控制磁場的旋轉；其特征是，該方法無需調節(jié)萃取體系pH值，包括以下步驟(1).在帶有旋轉、升降磁力攪拌隔離罐的反應器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性離子液體，使混合液中青霉素的質量分數為0.5～8％，具有磁性的疏水性離子液體的質量分數為20～60％；并使旋轉、升降磁力攪拌隔離罐處于混合液的上方；(2).開啟隔離罐中的磁鐵攪拌漿，并使隔離罐下移，伸入到步驟(1)的離子液體中，然后上移隔離罐，離子液體被吸附在隔離罐底部呈長柱狀，繼續(xù)上移，脫離磁場的離子液體被轉動的磁場分散呈珠狀下落進入青霉素上層，最后進入離子液體層；如此往復，攪拌后靜置，萃取體系分為上層水相和下層離子液體相兩層；分別取上層水相、下層離子液體相，水相溶液采用旋光儀分析青霉素含量，離子液體相采用高效液相色譜分析青霉素含量。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征是所述的旋轉馬達控制銣鐵硼永磁鐵的旋轉，轉速為50～300轉/分鐘，磁場強度是1000～3000奧斯特。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征是所述的具有磁性的疏水性離子液體是磁性離子液體[bmim]FeCl4。
7.一種根據權利要求4～6任一項所述的方法的專用反應器，其特征是在反應器中安裝有一隔離罐，在隔離罐內以軸連接一旋轉馬達，旋轉馬達一端的軸承與銣鐵硼永磁鐵連接，隔離罐的上部外殼體連接一滑動軸。
8.根據權利要求7所述的反應器，其特征是所述的隔離罐由反應器外部的控制系統(tǒng)控制在滑動軸上進行上下移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及呈酸性且具有磁性功能的疏水性離子液體萃取青霉素的方法，以及磁性攪拌分散體系的反應器?；旌弦褐星嗝顾氐馁|量分數為0.5～8％，具有磁性的疏水性離子液體呈酸性，質量分數為20～60％。采用[bmim]FeCl
文檔編號C07D499/18GK101070325SQ200610011870
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月10日 優(yōu)先權日2006年5月10日
發(fā)明者江洋洋, 郭晨, 余江, 劉會洲, 安震濤 申請人:中國科學院過程工程研究所