大孔樹脂回收申嗪霉素廢液中的申嗪霉素

姚陳偉

(上海農樂生物制品股份有限公司，上海 201419)

大孔樹脂回收申嗪霉素廢液中的申嗪霉素

姚陳偉

(上海農樂生物制品股份有限公司，上海 201419)

大孔樹脂是一類有較好吸附性能的有機高聚物吸附劑。通過靜態吸附和洗脫試驗發現D-1400樹脂對申嗪霉素廢液中的申嗪霉素吸附和解吸性能較優。最佳回收工藝條件為：廢液中無機鹽濃度為0.6 mol/L，廢液吸附流速2 mL/min，吸附完畢后使用90%乙醇洗脫，得到的申嗪霉素洗脫液經濃縮干燥后，回收率達90%以上，申嗪霉素純度達80%以上。

申嗪霉素；大孔樹脂；吸附；洗脫；無機鹽

大孔樹脂(macroporous resin)又稱全多孔樹脂，由聚合單體和交聯劑、致孔劑、分散劑等添加劑經聚合反應而形成的一種有機高聚物吸附劑，具有多孔立體結構，在干燥狀態下其內部具有較高的孔隙率，比表面積大，吸附容量大，易再生處理，成本較低，選擇性好，因而發展速度很快，應用面很廣。隨著吸附分離技術的快速發展和環境材料研究的逐步深入，吸附樹脂用于工業廢水的治理愈來愈受到重視。

申嗪霉素是我國自主開發的原創性農藥，是由熒光假單胞菌株M18分泌的一種微生物源抗生素，其中主要有效成分為吩嗪-1-羧酸。申嗪霉素發酵母液經提取工藝提取目標產物申嗪霉素后，所剩殘留液即為申嗪霉素廢液。廢液中仍然含有部分申嗪霉素和大量的無機鹽，可生化性較差，屬于有機工業廢水。目前對于難降解的有機工業廢水常采用反復萃取分離的方法進行處理，操作步驟繁瑣，工藝復雜。本文研究了大孔樹脂回收申嗪霉素廢液中的申嗪霉素的工藝，同時研究了廢液中無機鹽NaCl的含量對吸附的影響，以期取代常規廢液處理工藝，提高活性物質的回收率。

1 試驗部分

1.1 主要原料和試劑

申嗪霉素廢液，申嗪霉素標準品(上海農樂生物制品股份有限公司提供)，甲醇(AR)、無水乙醇(AR，國藥集團化學試劑有限公司)、乙腈(AR)、雙蒸水(本實驗室自制)、硫酸(50%)、氫氧化鈉，樹脂：D-1400、BS-65、BS-45、ADS-17、ADS-21、S-8(上海開平樹脂有限公司)。

1.2 儀器和設備

島津高效液相色譜儀(LC-10AT)，旋轉蒸發儀(RE-201，上海普渡生化科技有限公司)，電熱型恒溫干燥箱(DHG-9023A，上海合恒儀器設備有限公司)，電子天平(FA1004，上海精科天平廠)，超聲波清洗器(KQ-100E，昆山市超聲儀器有限公司)，隔膜真空泵(GM-0.15Ⅱ，天津市騰達過濾器件廠)，恒溫振蕩器(THZ-98A，上海一恒科學儀器有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 申嗪霉素的檢測

本文采用高效液相色譜法測定申嗪霉素的量。

色譜條件：ODS-C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)，檢測波長248 nm，流動相(乙腈：水：冰醋酸=40︰60︰0.2，體積比)，流速：1 mL/min，柱溫30 ℃，進樣量：20 μL。

取發酵液0.2 mL于離心管中，加入9.8 mL無水乙醇充分搖勻，15 000 rpm轉速下離心5 min，取上清液進樣檢測申嗪霉素的量。

1.3.2 樹脂的預處理

室溫下用95%乙醇浸泡樹脂24 h，充分溶脹后用蒸餾水洗至流出液不渾濁，再用5%鹽酸溶液浸泡12 h，用蒸餾水洗至中性，然后用5%氫氧化鈉溶液浸泡12 h，再用蒸餾水洗至中性，最后在60 ℃左右烘干，保持干燥備用。

1.3.3 樹脂靜態吸附性能比較

選6種樹脂D-1400、BS-65、BS-45、ADS-17、ADS-21、S-8分別測定它們的靜態吸附量、吸附率，并進行篩選。對以上6種樹脂進行預處理，然后分別稱取5 g裝入250 mL的三角瓶中，準確加入一定量的申嗪霉素廢液，用保鮮膜封口，在(30±0.5) ℃的恒溫振蕩器上振蕩24 h。充分吸附后過濾，測定過濾液中申嗪霉素的濃度。

吸附量Q(mg/g)=(C0-Ce)×V/W ⑴

吸附率E(%)=(C0-Ce)/C0×100% ⑵其中：C0—廢液中申嗪霉素濃度，mg/mL；Ce—過濾液中申嗪霉素濃度，mg/mL；V—吸附液體積，mL；W—樹脂重量，g。

1.4 不同無機鹽濃度對吸附效果的影響

保持申嗪霉素廢液中的申嗪霉素含量不變，調節NaCl濃度各不相同的系列溶液，準確稱取0.1g經預處理的樹脂于250 mL錐形瓶中，并加入100 mL上述申嗪霉素溶液，蓋緊瓶塞。以150 rpm的轉速在恒溫搖床中振搖24 h，溫度設定為30 ℃，使吸附達到平衡。測定吸附平衡時吸附質的平衡濃度Ce(mg/mL)，并根據式⑵求出吸附質在吸附劑中的吸附率E，根據試驗結果進行分析探討。

1.5 不同流速對吸附效果的影響

將處理好的樹脂裝入Φ2.0 cm×40.0 cm的玻璃層析柱中，樹脂裝柱高度約25 cm，取申嗪霉素廢液500 mL上柱吸附，控制一定流速，收集流出液。分別取流速1、2、3、4、5 mL/min進行5組比較試驗。分別考察5組試驗中樹脂對申嗪霉素的吸附量。

1.6 不同濃度洗脫劑對洗脫效果的影響

根據被吸附物質的性質及吸附環境選擇適宜的洗脫液進行洗脫和解吸。樹脂洗脫劑通常采用甲醇、乙醇、丙酮、水等，在工業化生產過程中，甲醇、丙酮的毒性較大，易揮發，污染環境，所以多選用乙醇作為洗脫劑。

取一定量樹脂裝柱，加入稱量好的吸附原液進行吸附，吸附完全后，選用20%、40%、70%、95%的乙醇溶液和99.5%的無水乙醇各250 mL進行5組洗脫試驗。收集洗脫液，測定洗脫液中申嗪霉素濃度，按下列等式計算申嗪霉素的回收率：

2 結果與討論

2.1 6種樹脂靜態吸附性能

表1為不同極性樹脂的靜態吸附性能。比較表1樹脂的靜態吸附試驗結果可知，6種樹脂對申嗪霉素的吸附量各有差異，申嗪霉素在非極性樹脂上的吸附量優于中極性和極性樹脂；吸附率在非極性樹脂上接近90%左右，明顯好于中極性樹脂的70%和極性樹脂的60%左右；非極性樹脂的收率比中極性樹脂高出10%，與極性樹脂相比更是高出20%左右；非極性樹脂吸附申嗪霉素純度比中極性高出5%，比極性樹脂高出10%左右。而在非極性樹脂中又以D1400吸附量、吸附率和收率最高，D1400平均孔徑和比表面積大于BS-65，所以本文選用D-1400樹脂進行吸附。

2.2 不同無機鹽濃度對吸附效果的影響

在“樹脂-申嗪霉素-NaCl-水”的吸附體系中，吸附量隨著NaCl含量的提高而增大，說明溶液中無機鹽的存在對樹脂吸附申嗪霉素具有正效應。當鹽濃度達到一定值時，吸附率也達到一定峰值，NaCl的濃度為0.6 mol/L時，申嗪霉素在D1400樹脂上吸附率最高。再隨著無機鹽濃度增加，樹脂的吸附率下降，這是由于Cl離子濃度影響pH，進而影響了樹脂的吸附率。

表1 6種大孔吸附樹脂的靜態吸附數據與產物收率

圖1 無機鹽濃度對吸附率的影響

2.3 不同流速對吸附效果的影響

溶液流速影響吸附質向樹脂表面的擴散，從而影響吸附效果，如果流速太快，申嗪霉素未擴散到樹脂內表面，就流過交換柱，造成樣品流失。如圖2所示，吸附流速分別為1、2、3、4、5 mL/min時，對應吸附量依次為10.12、9.23、7.31、6.45、5.02 mg/g。試驗結果表明，流速越快申嗪霉素的被吸附效果越差，但是過慢的速度則會增加吸附時間和人工成本，選擇2 mL/min流速較為穩妥。

圖2 不同流速對吸附量的影響

2.4 不同濃度洗脫劑對洗脫效果的影響

表2為不同濃度洗脫劑對回收率的影響，當乙醇濃度分別為20%、40%、70%、95%和99.5%時，樹脂解吸率逐漸升高，申嗪霉素的回收率分別為68.13%、73.26%、81.32%、83.69%、83.78%，試驗結果表明洗脫劑的濃度越高，回收率越高。70%乙醇、90%乙醇和99.5%乙醇解吸量比20%乙醇和40%乙醇高，90%乙醇和99.5%乙醇解吸率比40%乙醇和20%乙醇高出接近10%，申嗪霉素收率在90%乙醇和99.5%乙醇濃度下高出70%乙醇濃度10%左右，比40%乙醇濃度高出將近20%。洗脫劑濃度達到90%以上時，申嗪霉素基本上完全從樹脂上洗脫下來，再增大洗脫劑濃度對回收率影響不大，無水乙醇在生產操作時危險性較高。在考慮安全和生產成本情況下，選用90%的乙醇作為洗脫劑。

表2 不同濃度洗脫劑的洗脫效果

濃縮洗脫液后，再經烘干干燥粉碎后得到粉狀申嗪霉素，檢測其純度達80%以上。

3 結 論

本試驗表明使用大孔樹脂回收申嗪霉素廢液中的申嗪霉素，能夠減少常用工藝操作步驟，提高目標產物的回收率。用D-1400樹脂對申嗪霉素廢液進行吸附，吸附流速控制在2 mL/min，吸附完畢后使用90%乙醇進行洗脫，申嗪霉素回收率達90%以上，洗脫液經濃縮干燥后，申嗪霉素純度達80%以上。

[1] SHAO J, FAN L Y, ZHANG W, et al. Purification of low-concentration phenazine-1-carboxylic acid from fermentation broth of Pseudomonas sp.M18 via free flow electrophoresis with gratis gravity[J]. Electrophoresis, 2010, 31(20): 3499－3507.

[2] LI Q, ZHAO X Q, ALAN K, et al. Ethanol-induced yeast flocculation directed by the promoter of TPS1 encoding trehalose-6-phosphate synthase:1.for efficient ethanol production [J]. Metab.Eng., 2012, 14(1): 1－8.

[3] CHEN W, WESTERHOFF P, LEENHEER J A, et al. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter[J]. Environmental science＆technology, 2003,37(24): 5701－5710.

[4] ZHANG W, WEI C, CHAI X, et al. The behaviors and fate of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)in a coking wastewater treatment plant[J]. Chemosphere, 2012, 88(2): 174－182.

[5] 沈麗娟. 高效、廣譜、安全生物殺菌劑—申嗪霉素[J]. 世界農藥, 2011, 33(3): 58.

[6] 王琨, 金志華, 林建平, 等. 大孔吸附樹脂分離提取多殺霉素[J]. 離子交換與吸附, 2005, 21(5): 444－451.

[7] 徐小燕, 潘林梅. 影響大孔樹脂吸附分離的因素及其在中藥制備工藝中的應用[J]. 中國藥房, 2007, 18(9): 719－720.

[8] 浦宇, 王芝祥. 吸附樹脂及其在天然產物和抗生素中的應用[J]. 中國醫藥工業雜志, 2003, 34(12): 636－644.

[9] 朱桂琴, 孫喜龍, 安國民. 大孔吸附樹脂在有機廢水處理中的應用和研究進展[J]. 河北北方學院院報, 2006, 22(6): 19－23.

[10] 李伯庭, 王湘, 李小進. 大孔吸附樹脂在天然產物分離中的應用[J].中草藥, 1990, 21(8): 42.

[11] 宋應華, 朱家文, 陳葵, 等.大孔樹脂提純紅霉素的研究[J]. 中國抗生素雜志, 2007, 32(5): 284－286.

[12] 馬希漢, 王冬梅, 蘇印泉. 大孔吸附樹脂對杜仲葉中綠原酸、總黃酮的分離研究[J]. 林產化學與工業, 2004, 24(3): 47－51.

The Recovery of Shenqinmycin from the Shenqinmycin Wastewater with Macroporous Resin

YAO Chenwei
(Shanghai Nongle Biological Products Co., Ltd., Shanghai 201419, China)

Macroporous resin is a kind of organic polymer has good adsorption properties of adsorbent. Through static adsorption and elution experiments, the results showed that D-1400 resin of shenqinmycin in liquor shenqinmycin adsorption and desorption performance is better; the optimum conditions were: the concentration of inorganic salt solution 0.6 mol/L, adsorption velocity 2 mL/min, after adsorption the use of 90% ethanol elution, shenqinmycin recovery rate reaches above 90%, the eluent was concentrated and dried Shenqinmycin reached a purity of more than 80%.

phenazine-1-carboxylic acid; macroporous resin; adsorption; elution; inorganic salt

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.01.07

TQ450.9

A

1009-6485(2017)01-0034-03

姚陳偉(1982—)，男，漢族，工程師，主要從事細菌、放線菌的培養和工業化生產工作。Tel: 021-37571353，E-mail: gxjcxp@126.com。

2016-12-26。