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第 12 期 周梦飞，等: 双水相法回收可利霉素生产废水中的螺旋霉素 ·2131·

甲胺基，在水中存在二级电离，共有 SPM、SPMH + 吉布斯自由能变（ΔG，kJ/mol）通过 K 由公式
2+
和 SPMH 2 3 种存在状态。按下式可计算得到螺旋 （13）计算，焓变（ΔH，kJ/mol）和熵变〔ΔS，
霉素各化学状态的质量分数： J/(mol·K)〕根据范特霍夫方程由公式（14）计算。ΔG、
+
2+
+
+
SPMH 2  SPMH + H  SPM + 2H ΔH 和 ΔS 的值列于表 2，其中，R 为理想气体常数，
c (SPMH )  + c (SPM) 10 pK 2 pH （10） 8.314 J/(mol·K)。

c (SPMH )  2+ c (SPM) 10 pK 1 pK 2 2pH （11）  G  RT  － ln K （13）
2
其中，pK 1 =7.1，pK 2 =8.4。计算结果如图 7 所示。 ln K   H －  S （14）
RT R

表 2 双水相萃取螺旋霉素的热力学数据
Table 2 Thermodynamics properties of spiramycin by
aqueous two-phase extraction
T/K K ΔG/(kJ/mol) ΔH/(kJ/mol) ΔS/(J/mol·K)
278.15 18.42 6.74
288.15 19.78 7.15
298.15 23.20 7.79
6.45 47.49
308.15 25.42 8.29
318.15 26.71 8.69
328.15 27.25 9.02

图 7 不同 pH 下螺旋霉素各状态质量分数
Fig. 7 Effects of pH on the percent of spiramycin under 由表 2 中数据可知，ΔG<0，说明乙醇-K 2 HPO 4
different conditions 双水相萃取 SPM 的过程是自发进行的，螺旋霉素会
优先分配在醇相。ΔH>0，ΔS>0，说明萃取为吸热熵
+ 2+
SPM 易溶于醇等有机溶剂，SPMH 和 SPMH 2
增的过程，升高温度有利于萃取进行。SPM 在较高
易溶于水。由图 7 可知，当 pH>8.0 后，SPM 含量
温度时结构不稳定易降解，因此，萃取宜在常温或
随 pH 增大而急剧增大，pH=10.0 时，螺旋霉素几乎
低温进行。
全部以分子状态存在。因此，图 6 中，体系 pH 由
8.8 增大到 9.5 时，K 和 Y 逐渐增大。SPM 在碱性条 3 结论
件易降解，故继续增大 pH 会使 K 和 Y 降低。因此，
确定体系最适合的 pH=9.2~9.5，在此范围内，K 高 （1）25 ℃时，K 2 HPO 4 质量分数为 0.66%~
于 32.66，Y 高于 97.11%。 42.84%的范围内，乙醇-K 2 HPO 4 双水相体系均能形
2.7 萃取热力学研究 成稳定的双水相。经验方程 w  1 exp(a bw 0.5  cw  2
2
从水中萃取螺旋霉素为物理过程，伴随着热效 dw 2 2 ) 对乙醇-K 2 HPO 4 双节线数据拟合效果最佳，
2
应，因此研究了萃取 SPM 过程的热力学性质。以 lnK R =0.9999，SD=0.0016。
对 1/T 作图，进行线性拟合，结果见图 8。 （2）考察了乙醇-K 2 HPO 4 双水相萃取螺旋霉素

的分配规律。结果表明，当双水相体系中 K 2 HPO 4
质量分数为 20%、乙醇质量分数为 16%、萃取温度
为 25 ℃、体系 pH=9.2~9.5 时，分配系数达 32.66
以上，萃取率达 97.11%以上。其中，当体系 pH=9.5
时，萃取效果最佳，分配系数达到 47.52，萃取率达
到 97.97%。萃取过程 ΔG<0，ΔH>0，ΔS>0，乙醇
-K 2 HPO 4 双水相萃取螺旋霉素是吸热熵增的自发过
程，螺旋霉素将优先分配于富醇相。
乙醇-K 2 HPO 4 双水相体系萃取螺旋霉素的分配
系数及萃取率高，通过调节 pH 可使螺旋霉素从萃

图 8 lnK 与 1/T 的关系 取体系结晶分离，而且所用成相物质乙醇和 K 2 HPO 4
Fig. 8 Relationship between lnK and 1/T 可以回收重复使用，避免二次污染，为处理含螺旋
霉素的可利霉素生产废水提供了新的方法。
拟合得到的线性方程为：

2
lnK=775.871/T+5.71（R =0.9765） （12） （下转第 2160 页）