薄層抽出
薄層抽出法は、相分離を維持しながら優れた物質移動を提供する時間周期的な反応性液体抽出プロセスです。[ 1 ]各化学反応の時間を制御する周期的なバッチ生産プロセスによって実行されます。
アプローチ
少量の液体有機抽出物を、表面に外部から自由にアクセスできる薄い微多孔性材料でできたマトリックス上に薄い層として広げます。抽出物は毛細管力などの力によって保持されます。この層は、ドナー水溶液とストリップ水溶液の薄い層と交互に繰り返し短時間接触します。抽出ステップでは、ドナー水溶液中に存在する選択された化学種がドナー水溶液から有機相へと輸送され、そこで反応が起こります。ストリップステップでは、反応が逆転し、抽出された化学種がストリップ水溶液へとストリップされます。こうして、ラフィネートとストリップ生成物という2つの生成物バッチが交互に生成されます。分離されるそれぞれの化学種はホストと異なる方法で結合するため、ラフィネートとストリップ生成物の組成は異なります。
ユニークな特徴
典型的な液体の物質拡散係数は10 −9 m 2 /s程度であり[ 2 ] 、厚さ20ミクロンの液体層を通る拡散特性時間は0.4秒である。したがって、両相（有機相と水性相）の薄さにより、ゲスト種は一方の相から他方の相へ比較的「即時に」物質移動し、このプロセスは物質移動抵抗が低いことを意味する。低い物質移動抵抗は、物質移動に起因する効果と反応速度に起因する効果を切り離すことを可能にする。また、比較的頻繁なサイクルを可能にすることで、各サイクルで処理される水性原料のバッチ数が少ないことに起因する容量制限を緩和するのに役立つ。
動的反応性薄層抽出への応用
薄層抽出の第二の特徴は、バッチ周期的操作モードから生じます。このモードでは、プロセス過程において、処理対象の微小要素を時間と空間の両面から精密に制御することが可能であり、これは他の液液抽出法では不可能な高度な制御です。この制御は、異なる化学種の反応速度の違い（熱力学的反応制御と速度論的反応制御を参照）を利用し、反応経路の早い段階で、相対的な濃度差が最も大きい時点で分離された化学種を「収穫」することを可能にします。これが、速度論的、反応性、薄層抽出の基礎となります。[ 3 ]
プロセス条件
抽出剤（ホストを含む）は、処理後の水溶液に実質的に不溶性でなければ、洗い流されてしまう可能性があります。しかし、従来の液液抽出において重要な役割を果たす非混和相間の密度差は、薄層抽出においては無関係です。
潜在的な用途
液液抽出によって 2 つの密接に関連した化合物を分離する必要がある場合、従来の考え方では、それぞれを異なる平衡組成に関連付けることで 2 つを識別する選択的抽出剤を見つける必要があるとされています。
薄層抽出は、中程度の量で生産される高価値製品の分離（例えば、キラル分子の分離[ 4 ] [ 5 ]）に推奨されます。
装置
薄層抽出は、以下の要素で構成されるロボットとして操作される特殊な装置で使用されます。
- カートリッジは、透過性があり開放型のマクロポーラスマトリックスで構成されています。このマトリックスは、抽出剤相と適合性があり、外部とのアクセスが可能です。交換可能なマイクロポーラスマトリックスは、抽出剤で湿潤され、マクロポーラスを塞ぐことなく、表面に薄い液体層が露出します。
- ドナー溶液とストリップ溶液を少量ずつ交互に塗布し、特定のマトリックスセクションに含まれる薄い抽出剤層を制御された時間にわたって薄層状に覆い、その後、生成物溶液を回収する手段。一つの方法は、ドナー溶液とストリップ溶液に交互にさらされるよう、マトリックスセクションの位置を定期的に入れ替えながら、各セクションに溶液を噴霧する方法である。
- 次に、水層をマトリックスから振り落とし、2つの異なる生成物として回収します。2つ目の方法は、制御された速度で空気圧ポンプを用いて、ドナー溶液とストリッピング溶液を少量ずつ交互にマイクロポーラスキャピラリーに通し、向流方向に送り込む方法です。この方法では、段階数をプログラムできますが、有機溶媒と水溶媒の比率（O/W）を変更することはできません。
- プログラム可能な制御システム。
薄層抽出セルは、マトリックスの一部から構成され、ドナー溶液とストリップ溶液に交互に曝露されます。各セルは、交互に2つの水性供給バッチを受け入れ、対応する2つの生成物バッチを生成します。
多段操作では、一連のセルが同期して操作され、1 つのセルからの製品が次の上流または下流のセルにフィードとして送られます。
多段薄層抽出装置は直線的に拡張可能であり、卓上実験装置で得られた結果を本格的な生産プラントに直接拡張できます。
参考文献
- ^ Lavie R.、「薄層抽出 - 斬新な液液抽出法」、AIChEジャーナル、54、第4号、957-964ページ、2008年。doi： 10.1002 /aic.11445。
- ^ Ven_Lucassen, I.、「液体システムの拡散係数」、論文 – アイントホーフェン工科大学、1999 年、 ISBN 90-3862551-0。
- ^ Ram Lavie、「Kinetic Reactive Thin Layer Extraction」、Industrial & Engineering Chemistry Research、第53巻、第47号、18283～18290ページ、 doi： 10.1021/ie5026387。
- ^ Lavie R.とWajc S.、「薄層抽出によるキラル分離」、化学工学トランザクション、第24巻、739-744ページ、2011年、 doi： 10.3303 / CET1124124。
- ^ Lavie R.、「薄層抽出によるイオン性化合物のキラル分離」、Ind. & Eng. Chemistry Research、2011年、第50巻、第22号、12311-12844ページ、 doi： 10.1021/ie201596n。
