微波消解土霉素药渣中试机的研制.doc

1 引言 1.1 滥用抗生素造成的危害 抗生素是青霉素、链霉素、四环素、红霉素等一类化学物质的总称，它的发现与应用不但使严重危害人类健康和生命的疾病得到了控制，还能有效地控制动植物疾病的产生，因此抗生素被广泛应用于医学界、农业和畜牧业等方面。但是，抗生素的使用也是一把双刃剑，由于抗生素的发现与使用，使得细菌产生了抗药性，而抗生素的滥用更使具有了抗药性的细菌发展成为无药可制的超级细菌。我国是抗生素原料药生产的大国，中国抗生素产量和出口量已位居世界第一。以土霉素碱原料药为例，每生产1吨土霉素碱原料药可产生约4吨的药渣。而生产这大量的抗生素必然会产生大量的废弃污染物，这些污染物无论是排入河流，还是堆放在土地里，都必然会对生态环境造成污染。 1.2 土霉素的生产过程 图1-1 土霉素的工业生产过程 1.3 土霉素药渣再利用的价值 土霉素生产企业想尽办法也没有从药渣中回收到微量的土霉素，虽然药渣中的微量的土霉素无法回收，但在保留药渣中的粗蛋白质、氨基酸、无机盐等成分的前提下，将药渣中的土霉素去除掉，就可以达到变废为宝的目的，既解决了生态环境污染的问题，又可以得到廉价易得的饲料添加剂。 根据土霉素理化的性质和微波辐射的机理，对土霉素药渣进行处理。通过小白鼠的毒性实验来证明此方法的安全性，并设计了工业化生产流程，解决了环境污染问题，可实现对土霉素药渣的再利用。若4万吨药渣可以用作饲料添的加剂，将药渣中粗蛋白质含量折算成大豆饼估计可节约1.4亿元，折算成玉米大约可节约2.1亿元。因此可见抗生素药渣的再利用，具有明显的经济效益和社会效益。 2 微波消除土霉素药渣残留效价的机理 2.1 土霉素的化学结构 土霉素：酸碱两性化合物，属于四环素类抗生素，它能和各种酸、碱形成盐，其中盐酸盐性质最为稳定。化学名：6-甲基-4-二甲氨基-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11-二氧代-1,4,4a,5,5a,6,11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。分子式C22H24N2O9，分子量460.45。性状：淡黄色的结晶性或无定形粉末；无臭味苦；在日光下颜色加深；熔点为181℃~182℃。在乙醇中微溶，在水中极微溶解，在氢氧化钠试液和稀盐酸中溶解。 图2-1 土霉素分子结构 图2-2 土霉素分子空间结构 2.2 微波消除机理的探究 2.2.1 微波简介 微波是一种沿直线传播的非电离的电磁波，它的波长介于1mm至1m之间、频率介于300MHz至300GHz之间，它有反射、折射、衍射等光学特性，依据物质与微波作用的特性可把其分为吸收、反射和透过微波三种物质。 2.2.2 微波加热原理 微波加热方式是一个与物质内部极化有密切关系的内部加热过程，它是材料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热，这种体加热同时直接作用于内部和外部的介质分子，在不同的深度同时加热，受热体系温度均匀，无温度梯度，无滞后效应等，被称为内加热。 2.2.3 微波消解原理 微波消解是指在微波能的作用下，破坏样品中目标组分的初始形态，而使其以无机离子最高或较高价态的形式存在。微波消解过程中，其作用化学反应产生的热效应是在微波场中样品的微观粒子可产生电子、原子、取向和表面的极化。微波作用过程中是将微波能转化为机械能并进一步转化为热能，对反应的进行起到很好的催化作用。 微波的非热效应是微波能使反应的动力学性质改变、活化能降低，反应物分子吸收了微波能量而使运动速度提高了，获得更高的能量的反应物分子引起了化学反应。为了验证微波的非热效应，采用重氮化和偶合一锅法来进行重氮偶合微波化学反应，微波辐射30s到2min固态混合物，得到80%100%产率十几种偶氮化合物。用芳香苄胺代替芳香胺得到一种特殊的新化合物，开拓一种新的反应类型。 总之，在探讨微波化学反应机理过程中，发现其关键是要研究微波频率对化学反应的影响，并根据不同频率微波下化学的反应结果，得到微波频率和化合物之间某种关系，从而发现微波反应中的某些非热效应。 2.3 土霉素消除原理 根据公式μ=r×q（μ：分子的偶极矩、r：分子正、负电荷中心间的距离、q：电荷中心所带电量）得到土霉素分子的偶极矩μ≠0，并且是一个较大的值，所以土霉素是一种具有较强极性的极性分子。土霉素分子、盐酸和水分子的强极性将决定其具有很强的微波吸收的能力。 盐酸是一种强酸性物质，若与蛋白质接触将会迅速使其被迅速破坏，为保证药渣中的营养物质（蛋白质成分）不被破坏，本文先将土霉素药渣和水溶剂混合，并同时使用微波对其作用。待混合物升温到65℃时，药渣中的蛋白质物质变为凝固态物质，从而保护了药渣中的营养成分不被盐酸破坏。向混合物中加入盐酸并一直保持微波对其作用，在盐酸的浸泡之下，药渣中的残留效价从菌丝体中溶解出来，在酸性