SUPERVISOR
Kayghobad Shams
کیقباد شمس اسحاقی (استاد راهنما)
STUDENT
Seyed Mohsen Seyed Fattahi
سیدمحسن سیدفتاحی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Extraction of amino acid Glycine from aqueous solution using micro and nano-emulsion liquid membrane
Liquid membrane separation techniques perform the separation of the solute from the solvent in a single stage by combining the extraction and stripping of the solute. Low energy requirements, feasibility of handling very low concentrations of the solute, and high flux of mass transfer have made liquid membrane separation processes more attractive and economical over other separation processes. Among various types of liquid membranes, emulsion liquid membrane (ELM) has the advantages of having high surface areas, high rate of extraction/stripping process and high efficiency. ELM technique is established as an effective separation method for separation and enrichment when the species to be extracted is present in very low concentration. ELM technique have been successfully applied for separation and enrichment of traces of heavy metals, precious metals, proteins, and enzymes. Selection of a suitable carrier, emulsifier, emulsion size, and dilute phase among other operational conditions are the key factors that control the ion extraction efficiency. Glycine is a sweet-tasting, white crystalline solid. Among the 20 natural amino acids that are the building blocks of proteins, Glycine is the simplest natural amino acid, is not optically active, and has a unique non-chiral structure. In living systems, Glycine is used to help create muscle tissue and convert glucose into energy. This amino acid is necessary to maintain the central nervous and digestive systems healthy. Glycine has been shown to promote the gastric absorption of certain drugs, including aspirin.. Glycine can be synthesized by biosynthesis or from protein hydrolysis, however, its separation and purification from fermentation broth or from protein hydrolysates is a rather difficult task. The purpose of this research was to study the separation of Glycine from synthetic aqueous solution using ELM technioque. Batch extraction of Glycine using emulsion liquid membrane process was carried out. Effects of operating parameters such as surfactant concentration, carrir concentration, volume ratio of emulsions to aqueous external phase, stirring speed and emulsification speed on rate of extraction were examined. Central composite response surface methodology (CCRSM) was applied to optimize the extraction of Glycine from an aqueous solution. The membrane phase consists of D2EHPA (di-2-ethylhexyl phosphoric acid), Span 80, and liquid paraffin. The size distribution of droplets in the emulsion was characterized by Dynamic light scattering (DLS). Results showed that the mean droplet size distribution of water in oil emulsion droplets was about 84 nm. A small aggregation of droplets with an average size of more than 800 (?m) was found. This is because of the instability of the emulsion and coalescence of the droplets during the process. Under optimum conditions, results showed that about 90.5% extraction could be achieved. The optimal values for surfactant concentration, carrier concentration, treat ratio, stirring speed and emulsification speed were 4.94%v/v, 0.54 (wt/v), 0.38 (v/v), 621(rpm), and 18500 (rpm), respectively. The membrane swelling is an undesirable phenomenon that may occur in all ELM operations. Swelling during Glycine extraction was caused by water traort and membrane rupture. Results showed that membrane swelling was increased as surfactant concentration, carrier concentration, and agitation speed increased. Keywords Emulsion liquid membrane, Glycine, Extraction, swelling.
تکنیک های جداسازی با غشاهای مایع از طریق جداسازی حل شونده از حلال در یک مرحله با ترکیبی از استخراج و عاری سازی جزء حل شونده انجام می شود. نیاز کم به انرژی، امکان جابجابی غلظت های خیلی پایین حل شونده و فلاکس بالای انتقال جرم فرآیندهای جداسازی غشای مایع را جذاب تر و اقتصادی تر از سایر روش های جداسازی نموده است. از میان انواع مختلف غشاهای مایع ، غشای مایع امولسیونی (ELM) مزایای سطح تماس بالا، نرخ بالای فرآیند استخراج/عاری سازی و بازده ی بالا را دارد. تکنیک ELM به عنوان یک تکنیک کارآمد جداسازی برای جداسازی و غنی سازی زمانی که اجزایی که باید جدا شوند در غلظت های بسیار پایین باشند. تکنیک ELM به صورت موفقیت آمیز برای جداسازی و غنی سازی فلزات سنگین، فلزات گران بها، پروتئین ها و آنزیم ها به کار رفته است. انتخاب حامل، امولسیون کننده، اندازه امولسیون و فاز رقیق کننده مناسب از میان سایر شرایط عملیاتی، فاکتورهای کلیدی هستند که بازده ی استخراج یون را کنترل می کنند. گلیسین یک جامد کریستالی سفید رنگ و دارای مزه ی شیرین است. از میان 20 اسید آمینه طبیعی که بلوک های سازنده ی پروتئین ها هستند، گلیسین ساده ترین اسید آمینه است، که فعال نوری نیست و ساختار منحصر به فرد غیر کایرال دارد. این اسید آمینه برای سالم نگه داشتن سامانه های عصب مرکزی و گوارش ضروری است. گلیسین به تولید منظم اسید معده کمک می کند و در بسیاری از مواد تجاری ضد اسید موجود است. نشان داده شده است که گلیسین جذب معدوی داروهای مشخصی از جمله آسپرین را افزایش می دهد. گلیسین را می توان از طریق سنتز بیولوژیک یا هیدرولیز پروئین تولید نمود. با این وجود، جداسازی و خالص سازی آن از مخلوط تخمیری یا پروتئین هیدرولیز شده عملیات نسبتا دشواری است. هدف این تحقیق مطالعه جداسازی گلیسین محلول مصنوعی آبی با استفاده از تکنیک ELM است. استخراج ناپیوسته ی گلیسین با استفاده از فرآیند غشای مایع امولسیونی صورت پذیرفت. اثر پارامتر های عملیاتی از قبیل غلظت ماده ی فعال سطحی، غلظت حامل، نسبت حجمی فاز امولسیون به فاز خارجی آبی، سرعت همزدن و سرعت امولسیون سازی بر سرعت استخراج بررسی شد. روش ترکیب مرکزی رویه پاسخ (CCRSM) برای بهینه نمودن استخراج گلیسین از محلول آبی به کار رفت. فاز غشایی حاوی D2EHPA ( دی-2 اتیل هگزیل فسفریک اسید) ، اسپن 80 و پارافین مایع بود. توزیع اندازه قطرات در امولسیون توسط روش پراکندگی نور دینامیک (DLS) مشخصه یابی شد. نتایج نشان می دهد که میانگین توزیع اندازه قطرات آب در روغن در حدود 84 نانومتر بود. تجمع کوچک قطرات با میانگین اندازه بیش از 800 میکرومتر نیز مشاهده شد. این تجمع قطرات به دلیل ناپایداری امولسیون و انعقاد قطرات در حین فرآیند است. تحت شرایط بهینه، نتایج نشان دادند که استخراج حدود 5/90 % قابل حصول است. میزان بهینه مقادیر غلظت ماده ی فعال سطحی، غلظت حامل، نسبت عاری سازی، سرعت همزدن و سرعت امولسیون سازی به ترتیب 94/4 % ( حجمی/حجمی)، 54/0 (وزنی/حجمی)، 38/0 ( حجمی/حجمی)، 621 ( درو بر دقیقه) و 18500 (دور بر دقیقه) بود. تورم غشا یک پدیده نامطلوب است که ممکن است در حین همه ی فرآیندهای ELM رخ دهد. تورم در حین استخراج گلیسین به دلیل انتقال آب و پارگی غشا بود. نتایج نشان می دهد که تورم غشا، با افزایش غلظت ماده ی فعال سطحی، غلظت حامل و سرعت همزدن افزایش پیدا کرد. کلمات کلیدی: غشای مایع امولسیونی، گلیسین، استخراج ، تورم.