الاضطهاد

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الاستخلاص الغشائي هو عملية استخلاص تتم فيها ملامسة طورين سائلين عبر غشاء. ينتقل المذاب (المادة المطلوبة في المادة المغذية) بشكل انتقائي عبر الغشاء إلى محلول الاستخلاص. طُوِّر الاستخلاص الغشائي في الأصل للتغلب على عيوب الاستخلاص السائل-السائل ، مثل سمية المستخلص وتكوّن المستحلبات. وقد طُبِّق الاستخلاص الغشائي في العديد من المجالات، بما في ذلك التخمير [ 1 ] ، ومعالجة مياه الصرف الصحي [ 2 ] ، وإنتاج المشروبات الخالية من الكحول.

مقدمة

الاستخلاص هو تقنية فصل متطورة من الاستخلاص السائل-السائل. وبفضل وجود الغشاء، يمكن استخدام مجموعة أوسع من المستخلصات، بما في ذلك استخدام المحاليل القابلة للامتزاج، على سبيل المثال استخلاص الأمونيا من مياه الصرف الصحي باستخدام حمض الكبريتيك. [ 3 ]

تُشابه هذه العملية عملية التبخير عبر الغشاء من بعض النواحي، إلا أن المُرشَّح يكون في الحالة السائلة. وتُزيل تقنية الاستخلاص مشكلة تشتت الطور وانفصاله تمامًا. [ 4 ]

يُطلق على عملية الاستخلاص الأساسية اسم الاستخلاص الأحادي أو الاستخلاص الغشائي. ومن مزاياها تقليل الضرر السام الذي يلحق بالكائنات الدقيقة أو الإنزيمات . ومع ذلك، ينطوي الاستخلاص على مشاكل مثل ارتفاع تكلفة الأغشية، وانسدادها، وتلوثها. [ 5 ]

التطبيقات

الاستخلاص في تخمير البيوتانول

تم دمج الاستخلاص بالطرد المركزي مع عملية التخمر ABE (الأسيتون، البيوتانول، الإيثانول) لإنتاج البيوتانول. [ 1 ] يُعد البيوتانول سامًا لعملية التخمر، لذا يُمكن استخدام الاستخلاص بالطرد المركزي لإزالته من محيط البكتيريا فور إنتاجه. وقد جُمع الاستخلاص السائل-السائل (LLE) مع عملية التخمر ABE لاستخلاص المنتج في الموقع ، إلا أن المستخلصات ذات الألفة العالية للبيوتانول تميل إلى أن تكون سامة للبكتيريا. كما يتطلب تطبيق الاستخلاص السائل-السائل تعقيم المستخلص قبل ملامسته لمرق التخمر. يُمكن للاستخلاص بالطرد المركزي التغلب على هذه المشاكل بفضل غشاء يفصل مرق التخمر عن المستخلص. لا يزال الاستخلاص بالطرد المركزي، كتقنية لاستخلاص المنتج في الموقع لعملية التخمر ABE، في مراحل التطوير.

فصل الأحماض الأمينية عبر الغشاء المشحون

تُضيف الأغشية العديد من العناصر الجديدة لفصل المواد. وقد تم فصل الأحماض الأمينية باستخدام الاستخلاص [ 6 ] [ 7 ] . لم تقتصر وظيفة الأغشية على فصل المستخلصات والمحلول الأساسي فحسب، بل تميزت أيضًا بانتقائيتها للأحماض الأمينية. وقد استُخدمت أغشية مشحونة، حيث تم اختيار الأحماض الأمينية بناءً على قيمة pKa. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر انتقائية الغشاء بسماكته وقطر مسامه وجهد شحنته. فكلما زاد قطر المسام، زادت قدرة الأحماض الأمينية على النفاذ عبر الغشاء. وكلما زاد جهد الشحنة، زادت تأثيرات الرفض الكهروستاتيكي. أما الأغشية الرقيقة، فتقل انتقائيتها.

المياه الجوفية النظيفة

يمكن إزالة الملوثات من المياه الجوفية عن طريق الاستخلاص. [ 8 ] وقد تم تسجيل براءات اختراع لتقنيات مختلفة. [ 9 ] نُشرت أقدمها عام 1990 وأحدثها عام 1998. وفي العقد الأول من الألفية الثانية، تم تقديم عدد قليل من طلبات براءات الاختراع، ولكن لم يتم منح أي منها. [ 10 ]

تم تركيز المركبات العضوية من المياه الجوفية باستخدام غشاء. [ 8 ] يتراوح عامل التركيز من 1000 إلى 10000، مما يجعل تركيزات 0.1 جزء في المليار تتراوح بين 0.1 و1.0 جزء في المليون. بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل تركيز الملوثات في الوقت الفعلي. الغشاء مصنوع من بوليمر مثل البولي سلفان، ويبلغ قطر الثقوب 300  ميكرومتر، وسماكته 30  ميكرومتر.

إزالة الأدوية من الماء

تمر المستحضرات الصيدلانية عبر محطات معالجة مياه الصرف الصحي. وقد تُسبب، مثل مُقترنات الإستروجين، مشاكل. كانت الأدوية المستخدمة في البحث شائعة، وموجودة في البيئة المائية، ولا يُمكن إزالتها بشكل كافٍ بواسطة محطات معالجة مياه الصرف الصحي . [ 11 ] شمل البحث سبعة أدوية مختلفة. شكّل ثنائي بيوتيل سيباسيت وحمض الأوليك نوى سائلة في الكبسولات لأنهما لا ينتشران بعيدًا عن الكبسولات ولهما ألفة للأدوية. كان القطر الخارجي للكبسولات 740  ميكرومتر و680  ميكرومتر، والقطر الداخلي 570  ميكرومتر و500  ميكرومتر. كانت سرعة التحريك 300 دورة في الدقيقة. وكانت أوقات التوازن 30 و50 و90 دقيقة.

نظرًا لاختلاف ألفة ثنائي بيوتيل سيباسيت وحمض الأوليك للأدوية، فقد استُخدما معًا. [ 11 ] تم استخلاص أربعة أدوية بكفاءة لمدة 40-50 دقيقة (بنسبة استخلاص لا تقل عن 50%). لم تتغير معدلات الاستخلاص بشكل ملحوظ عند تجاوز سرعة الدوران 150 دورة في الدقيقة. لم يؤثر سُمك الغشاء بشكل كبير على النتيجة. على النقيض من ذلك، كان لحجم الكبسولة تأثير ملحوظ على نقل الكتلة .

جيلجاناميسين كاره للماء مفصول عن الأوساط المائية

تم فصل مضاد حيوي يُسمى جيلداناميسين عن الوسط الزرعي بواسطة الاستخلاص الكبسولي. [ 12 ] يتميز الجيلداناميسين بخاصية كره الماء. يتراوح قطر الجسيمات الخارجية من أقل من 500 إلى 750  ميكرومتر. يتكون غلاف الكبسولة من الألجينات، ويتراوح سمكه من 30 إلى 90  ميكرومتر. استُخدم ثنائي بيوتيل سيباسيت أو حمض الأوليك كسائل أساسي لاستخلاص الجيلداناميسين بكفاءة. كلما زادت قوة التحريك وقل سمك غشاء الكبسولة، زادت سرعة النقل.

تم استخلاص الجيلداناميسين من الكبسولات. [ 12 ] كانت كبسولات ثنائي بيوتيل سيباسيت قابلة للاستخدام لمرة واحدة لأن اللب السائل كان يخرج منها أثناء عملية الاستخلاص العكسي. على النقيض من ذلك، بقي حمض الأوليك في الكبسولات أثناء الاستخلاص العكسي عندما كان المستخلص مشبعًا به. مع ذلك، تطلب وجود حمض الأوليك في محلول الاستخلاص العكسي خطوات تنقية إضافية (الترسيب، والطرد المركزي، والترشيح). أُزيل حمض الأوليك لأنه يمنع تبلور الجيلداناميسين. لذلك، تبلور الجيلداناميسين، وأصبح المنتج النهائي عالي النقاء.

يمكن تثبيت الإنزيمات على غشاء الكبسولة. [ 6 ] في هذه الحالة، كان القطر الخارجي للكبسولة 500  ميكرومتر والقطر الداخلي 300  ميكرومتر. يمكن تركيز ناتج التفاعل المحفز بالإنزيم داخل الكبسولات، ويكون تثبيط الناتج النهائي منخفضًا. [ 13 ] يمكن إعادة تدوير الإنزيم عن طريق استخلاص الناتج مرة أخرى. وقد طُبقت هذه التقنية على تحلل البنسلين ج .

انظر أيضاً

الخاصية الأسموزية - عملية تنتقل من خلالها جزيئات المذيب بين السوائل المفصولة بغشاء

مراجع

  1. 1 2 قريشي، ن.؛ مادوكس، آي إس (2005). "تقليل تثبيط البيوتانول عن طريق الاستخلاص". معالجة الأغذية والمنتجات الحيوية . 83 (1): 43-52 . doi : 10.1205/fbp.04163 .
  2. ↑ دو بريز، جان؛ نوردال، بيرجير؛ كريستنسن، كنود (2005). "مفهوم BIOREK®: مفهوم مفاعل حيوي غشائي هجين لمعالجة مياه الصرف الصحي شديدة التركيز". التحلية . 183 ( 1-3 ): 407-415 . Bibcode : 2005Desal.183..407D . doi : 10.1016/j.desal.2005.03.042 .
  3. ↑ "التحكم في التآكل ونقل الغاز - ليكوي سيل - ممبرانا برس" . liquicel.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  4. ^ إندو، آي. ناجاموني، T.؛ كاتوه، س. يونيموتو، ت. (17 مارس 2000). هندسة الفصل الحيوي . إلسفير. ص. 64. ردمك  9780080528151.
  5. ↑ LUQUE, R., CAMPELO, J. and CLARK, J., eds, 2011. Handbook of Biofuels Production – Processs and Technologies. Woodhead Publishing.
  6. 1 2 ويس، أ.، فون ستوكار، يو.، وماريسون، آي دبليو، 2006. نظام استخلاص تفاعلي جديد قائم على كبسولات دقيقة ذات لب سائل، يُطبق على التحولات الحيوية المحفزة بالليباز. التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية، 93(1)، ص 28-39.
  7. ↑ إيسونو، واي.، فوكوشيما، ك.، كاوكاتسو، تي. وناكاجيما، إم.، 1995. نظام استخلاص انتقائي جديد بغشاء مشحون. مجلة علوم الأغشية، 105(3)، ص 293-297.
  8. 1 2 مجهول، 1997. يستخدم جهاز مراقبة المياه الجوفية تقنية الاستخلاص. تكنولوجيا الأغشية، 1997(90)، ص 3-4.
  9. ↑ براءة اختراع أمريكية، مجهولة المصدر، 2012. متاحة على الرابط: http://patft.uspto.gov/ مؤرشفة بتاريخ 19 أكتوبر 2012 في أرشيف الإنترنت [1/6/2012]
  10. ↑ مجهول ب، 2012، صفحة عدسة براءة الاختراع الرئيسية. متاح على: http://www.patentlens.net/daisy/patentlens/patentlens.html مؤرشف في 1 يناير 2008 في Wayback Machine [10/6/2012]
  11. 1 2 WHELEHAN, M., VON STOCKAR, U. and MARISON, IW, 2010. إزالة المستحضرات الصيدلانية من الماء: استخدام الكبسولات الدقيقة ذات النواة السائلة كنهج جديد. أبحاث المياه، 44(7)، ص 2314-2324.
  12. 1 2 WHELEHAN, M. and MARISON, IW, 2011. الاستخلاص الكبسولي كمنهجية جديدة لاستعادة وتنقية الجيلداناميسين. التقدم في التكنولوجيا الحيوية، 27(4)، ص 1068-1077.
  13. ↑ WYSS, A., SEITERT, H., VON STOCKAR, U. and MARISON, IW, 2005. Novel reactive perstraction system applied to the hydrolysis of penicillin G. Biotechnology and bioengineering, 91(2), pp. 227–236.