专利名称：磁性离子液体萃取青霉素的方法和反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁性离子液体萃取青霉素的方法和反应器，具体地说是呈酸性且具有磁性功能的疏水性离子液体萃取青霉素的方法，以及磁性搅拌分散体系的反应器。
背景技术：
青霉素是最常见的抗生素之一，其生产流程是将青霉素发酵液固液分离后，利用有机萃取溶剂从青霉素滤液中提取青霉素，经过反萃、结晶与干燥等步骤得到青霉素产品。青霉素提取的环节是以乙酸丁酯为萃取剂，加酸调节pH值。该萃取工艺存在三大缺点必须加酸调节pH值使蛋白质变性引起体系乳化；有机溶剂的挥发造成环境污染，且存在潜在的爆炸危险；由于两相互相夹带造成有机溶剂流失、收率低。
离子液体(ionic liquids)又称为室温离子液体，是在室温及相邻温度下呈液态的物质，由不对称的有机阳离子和有机或无机阴离子组成。常见的离子液体有疏水性离子液体[bmim][PF6]，亲水性离子液体[bmim][BF4]，[bmim][Cl]等。离子液体具有污染少，毒害小，溶解能力强，挥发性低，热稳定性强，结构可调，回收容易等优点，是新型的绿色溶剂，在溶剂萃取与有机催化方面有广泛的应用。
磁性离子液体是一种特殊的物质，近年来，Hayashi等发现将亲水性离子液体[bmim]Cl与FeCl3·6H2O或FeCl3在N2环境下混合即可得疏水的[bmim]FeCl4，这种离子液体能够强烈的感应磁场，具有顺磁性(Chem.Lett.，Vol.33，1590～1591，2004))。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种以磁性离子液体萃取青霉素的方法，利用[bmim]FeCl4的疏水性与青霉素水溶液形成两相，应用于青霉素的萃取；磁性离子液体可以萃取溶液中的青霉素，无须调节pH值和添加有机溶剂。
本发明的目的之二是提供一种采用隔离罐控制磁场的升降，采用旋转马达控制磁场的旋转，以磁性离子液体萃取青霉素的方法，利用[bmim]FeCl4的疏水性与青霉素水溶液形成两相，应用于青霉素的萃取；磁性离子液体可以萃取溶液中的青霉素，无须调节pH值和添加有机溶剂。
本发明的目的之三是提供一种能够实现目的之二的带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器。根据[bmim]FeCl4很强的顺磁性这一特点，设计而成了旋转磁场搅拌式分散反应器；该反应器所用磁性离子液体为[bmim]FeCl4，也适用于其它具有磁性，疏水性离子液体。
本发明的磁性离子液体萃取青霉素的方法包括以下步骤(1).在带有磁力搅拌装置的反应器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性离子液体，使混合液中青霉素的质量分数为0.5～8％，具有磁性的疏水性离子液体的质量分数为20～60％；(2).将步骤(1)得到的混合液磁力搅拌后静置，萃取体系分为上层水相和下层离子液体相两层；分别取上层水相、下层离子液体相，水相溶液采用旋光仪分析青霉素含量，离子液体相采用高效液相色谱分析青霉素含量。
所述的磁力搅拌装置的搅拌桨为三叶螺旋桨。
本发明的磁性离子液体萃取青霉素的另一种方法是采用隔离罐控制磁场的升降，采用旋转马达控制磁场的旋转；该方法包括以下步骤(1).在带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性离子液体，使混合液中青霉素的质量分数为0.5～8％，具有磁性的疏水性离子液体的质量分数为20～60％；并使旋转、升降磁力搅拌隔离罐处于混合液的上方；(2).开启隔离罐中的磁铁搅拌浆，并使隔离罐下移，伸入到步骤(1)的离子液体中，然后上移隔离罐，离子液体被吸附在隔离罐底部呈长柱状，继续上移，到达一定高度时，旋转马达控制铷铁硼永磁铁的旋转，转速为50～300转/分钟，磁场强度是1000～3000奥斯特，脱离磁场的离子液体被转动的磁场分散呈珠状下落进入青霉素上层，最后进入离子液体层；如此往复，搅拌后静置，萃取体系分为上层水相和下层离子液体相两层；分别取上层水相、下层离子液体相，水相溶液采用旋光仪分析青霉素含量，离子液体相采用高效液相色谱分析青霉素含量。
本方法的全部过程工作状态如图2所示。
状态1磁性离子液体与溶液混合后呈分层状态，离子液体处于下层，青霉素溶液处于上层。上方为旋转、升降磁力搅拌隔离罐。
状态2将旋转、升降磁力搅拌隔离罐放入离子液体中。
状态3将隔离罐上移，离子液体被吸附在隔离罐底部呈长柱状。
状态4隔离罐继续上移，到达一定高度时，旋转马达控制磁铁转动，脱离磁场的离子液体被转动的磁场分散呈珠状下落，先进入青霉素上层，最后进入离子液体层。
如此往复，一定时间后静置，取上层水相采用旋光仪测旋光度得到水相中青霉素含量，下层离子液体层采用高效液相色谱分析青霉素含量。
本发明的带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器结构如图1所示。在反应器中安装有一隔离罐，在隔离罐内以轴连接一旋转马达，旋转马达一端的轴承与铷铁硼永磁铁连接，隔离罐的上部外壳体连接一滑动轴。反应器外部的控制系统对隔离罐进行程序控制，使隔离罐在滑动轴上进行上下移动，并且可以控制隔离罐的移动距离。
本发明的反应器采用旋转、升降磁场对萃取体系进行搅拌，通过外场强化萃取体系的充分分散、混合、分离，实现磁性离子液体与青霉素水溶液的充分混合与快速分离，加强了传质，避免乙酸丁酯萃取过程中由于乳化而引起的两相夹带问题。
所述的具有磁性的疏水性离子液体是磁性离子液体[bmim]FeCl4。
所述的磁性离子液体[bmim]FeCl4呈酸性，无需调节萃取体系pH值即可实现青霉素溶液两相萃取。
磁性离子液体[bmim]FeCl4的合成方法为等摩尔FeCl3·6H2O或FeCl3与离子液体[bmim]Cl在氮气环境下混合，产生磁性离子液体[bmim]FeCl4(Chem.Lett.，Vol.33，1590～1591，2004))。
本发明所述离子液体具有顺磁性；磁性离子液体为疏水性离子液体，能够实现与青霉素溶液的两相萃取、分离；虽然方法一萃取率稍低于传统的[bmim]PF6对青霉素的萃取率，但磁性离子液体呈酸性，萃取过程无需调节pH值即可实现75％以上的萃取率；萃取后无乳化现象，避免了[bmim]PF6萃取后的离心分离步骤，大大减少了萃取过程的能耗。适用于本发明方法的带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器能够实现旋转和升降的分步控制，通过外场强化作用实现磁性离子液体与青霉素水溶液的充分混合与快速分离。旋转、升降磁场搅拌反应器剪切力低，能够防止萃取过程的乳化现象，萃取后无需离心操作即可实现两相分离，减少两相夹带现象。带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器的功率远远低于常规搅拌反应器，大大减少了萃取过程的能耗，具有良好的供一个应用前景。
下面通过附图及实施例进一步描述本发明，但本发明并不限于下述实施例。
图1.本发明的带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器的示意图。
图2.本发明的带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器的工作状态示意图；a磁性离子液体与溶液混合后呈分层状态，离子液体处于下层，青霉素溶液处于上层；上方为旋转、升降磁力搅拌隔离罐；b旋转、升降磁力搅拌隔离罐放入离子液体中；c隔离罐上移，离子液体被吸附在隔离罐底部呈长柱状；d隔离罐继续上移，脱离磁场的离子液体被转动的磁场分散呈珠状下落。
附图标记1.磁性离子液体2.青霉素溶液3.铷铁硼永久磁铁4.旋转马达5.连接轴6.隔离罐具体实施方式
对比实施例无磁性的离子液体[bmim]PF6萃取青霉素青霉素含量为1g/100ml的青霉素溶液15ml与10ml离子液体[bmim]PF6混合，加磷酸调节pH值至2。采用螺旋桨搅拌，转速为300转/分钟。10分钟后有轻微乳化现象，离心5分钟，萃取体系分层，分别取上层水相、下层离子液体相，水相溶液采用旋光仪分析青霉素含量，离子液体相采用高效液相色谱分析青霉素含量，得到离子液体萃取青霉素的萃取率为78.25％。
实施例1磁性离子液体[bmim]FeCl4萃取青霉素实施结果(采用三叶螺旋桨搅拌)青霉素含量为1g/100ml的青霉素溶液15ml与10ml磁性离子液体[bmim]FeCl4混合。采用螺旋桨搅拌，转速为300转/分钟。10分钟后轻微乳化现象，离心5分钟，萃取体系分层，分别取上层水相、下层离子液体相，水相溶液采用旋光仪分析青霉素含量，离子液体相采用高效液相色谱分析青霉素含量，得到离子液体萃取青霉素的萃取率为76.65％。
实施例2磁性离子液体[bmim]FeCl4萃取青霉素实施结果(采用带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器)请参见如图1。在反应器中安装有一隔离罐6，在隔离罐6内以轴5连接一旋转马达4，旋转马达4一端的轴承与铷铁硼永磁铁3连接，隔离罐6的上部外壳体连接一滑动轴。
青霉素含量为1g/100ml的青霉素溶液15ml与10ml磁性离子液体[bmim]FeCl4混合。如图2a所示，在反应器中磁性离子液体与青霉素溶液混合后呈分层状态，离子液体处于下层1，青霉素溶液处于上层2；上方为旋转、升降磁力搅拌隔离罐；如图2b所示，开启隔离罐中的磁铁搅拌浆，转速为30次/分钟，并使隔离罐下移，伸入到离子液体中；如图2c所示，上移隔离罐，离子液体被吸附在隔离罐底部呈长柱状；如图2d所示，继续上移，到达一定高度时，旋转马达控制铷铁硼永磁铁的旋转，转速为90转/分钟，磁场强度是2000奥斯特，脱离磁场的离子液体被转动的磁场分散呈珠状下落进入青霉素上层，最后进入离子液体层；如此往复10分钟后无乳化现象，搅拌后静置，无需离心，萃取体系分层，分别取上层水相、下层离子液体相，水相溶液采用旋光仪分析青霉素含量，离子液体相采用高效液相色谱分析青霉素含量，得到离子液体萃取青霉素的萃取率为80.89％。
权利要求
1.一种磁性离子液体萃取青霉素的方法，其特征是，该方法无需调节萃取体系pH值，包括以下步骤(1).在带有磁力搅拌装置的反应器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性离子液体，使混合液中青霉素的质量分数为0.5～8％，具有磁性的疏水性离子液体的质量分数为20～60％；(2).将步骤(1)得到的混合液磁力搅拌后静置，萃取体系分为上层水相和下层离子液体相两层；分别取上层水相、下层离子液体相，水相溶液采用旋光仪分析青霉素含量，离子液体相采用高效液相色谱分析青霉素含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的磁力搅拌装置的搅拌桨为三叶螺旋桨。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的具有磁性的疏水性离子液体是磁性离子液体[bmim]FeCl4。
4.一种磁性离子液体萃取青霉素方法，采用隔离罐控制磁场的升降，以旋转马达控制磁场的旋转；其特征是，该方法无需调节萃取体系pH值，包括以下步骤(1).在带有旋转、升降磁力搅拌隔离罐的反应器中加入青霉素溶液和具有磁性的疏水性离子液体，使混合液中青霉素的质量分数为0.5～8％，具有磁性的疏水性离子液体的质量分数为20～60％；并使旋转、升降磁力搅拌隔离罐处于混合液的上方；(2).开启隔离罐中的磁铁搅拌浆，并使隔离罐下移，伸入到步骤(1)的离子液体中，然后上移隔离罐，离子液体被吸附在隔离罐底部呈长柱状，继续上移，脱离磁场的离子液体被转动的磁场分散呈珠状下落进入青霉素上层，最后进入离子液体层；如此往复，搅拌后静置，萃取体系分为上层水相和下层离子液体相两层；分别取上层水相、下层离子液体相，水相溶液采用旋光仪分析青霉素含量，离子液体相采用高效液相色谱分析青霉素含量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述的旋转马达控制铷铁硼永磁铁的旋转，转速为50～300转/分钟，磁场强度是1000～3000奥斯特。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述的具有磁性的疏水性离子液体是磁性离子液体[bmim]FeCl4。
7.一种根据权利要求4～6任一项所述的方法的专用反应器，其特征是在反应器中安装有一隔离罐，在隔离罐内以轴连接一旋转马达，旋转马达一端的轴承与铷铁硼永磁铁连接，隔离罐的上部外壳体连接一滑动轴。
8.根据权利要求7所述的反应器，其特征是所述的隔离罐由反应器外部的控制系统控制在滑动轴上进行上下移动。
全文摘要
本发明涉及呈酸性且具有磁性功能的疏水性离子液体萃取青霉素的方法，以及磁性搅拌分散体系的反应器。混合液中青霉素的质量分数为0.5～8％，具有磁性的疏水性离子液体呈酸性，质量分数为20～60％。采用[bmim]FeCl
文档编号C07D499/18GK101070325SQ200610011870
公开日2007年11月14日 申请日期2006年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者江洋洋, 郭晨, 余江, 刘会洲, 安震涛 申请人:中国科学院过程工程研究所