In order to develop a novel separation process and determine the feasibility of such a method for gentamicin, the foam separation technique was tested using a batch system. The model of separation mechanism for gentamicin was proposed, and based on this model, a theoretical rate equation was derived and compared with the experimental data.
The effect of process variables ; surface active agent, pH, collector-colligend ratio, and gas flow rate on the separation efficiency were examined.
First, four anion sufactants were tested as a collector, and among these sodium dodecyl sulfate showed the highest recovery yield.
Below pH 9, the recovery of gentamicin was nearly constant, and above pH 9, gentamicin was not separated. This implies that below pH 9, gentamicin is fully ionized and it may be selectively adsorbed at the interface of gas bubbles in liquid by the ionic attraction.
It was observed that the optimal collector to colligend ratio was three when the concentration of gentamicin was 100 g/ml.
As gas flow rate increases the rate of separation is increased, while the enrichment ratio is decreased because of large entrained liquid solution in the foam phase.
From the experimental results, the set of optimum conditions was selected as follows ; sodium dodecyl sulfate as a collector, at a pH lower than 9, collector to colligend ratio of 3, and 120 ml/min as gas flow rate. Under these optimal operating conditions, the recovery of gentamicin was 73% as an average value.
The ion flotation mechanism of gentamicin was proposed and a model was set up based on the foam properties and the reaction mechanism. Using this model the separation rate equation was derived, which is similar to that of reversible first order reaction. This theoretical equation was well fitted to the experimental data.
And finally, the effects of process variables on the separation rate were examined and discussed as a theoretical approach.
The recovery effeciency of 73% by foam separation technique is comparable to that of ion-exchange resin process. But the enrichment ratio is lower than that of ion-exchange resin process.
However, foam separation technique has the following advantages;
1) the cost of surfactant is low
2) small quantity of surfactant is required
3) continuous operation is possible
4) the process is very simple and easy to seperate, and
5) more efficient at low concentration.
Thus, it is concluded that foam separation method for gentamicin is comparable to other separation method currently in use. And further development and research may very well result in a very economical industrial application.
Gentamicin 의 분리공정을 개발하기 위하여, 포말 분리법을 사용 Gentamicin 의 분리가능성을 시험하였다.
여러가지 변수들이 분리공정에 미치는 영향을 조사하여 보았으며, 실험에서 얻은 결과를 토대로 Gentamicin 이 포말 분리법에 의해 분리 되는 반응 기작을 설정하고 이러한 모델로 부터 분리 속도식을 유도하여 실험결과와 비교 검토하였다.
공정변수로는 계면 활성제의 선택, 수소이온 농도, Gentamicin과 계면활성제의 비, 기체유량등을 택하였으며 이들이 분리에 미치는 영향및 최적조건을 조사하였다.
계면 활성제로는 4가지 음이온계 계면활성제를 사용하였으며, sodium dodecyl sulfate가 가장 분리효능이 큰것으로 나타났다. 또한 수소이온 농도에 의한 영향은 pH 9 이하에서는 분리효율이 일정하였으나 pH 9 이상에서는 거의 분리가 되지 않음을 알수 있었다. 이는 pH 9 이하에서 Gentamicin 이 이온화되어 이온간의 인력에 의해 포말에 선택적으로 부착되어 분리되는 때문으로 해석되었다.
초기 Gentamicin 의 농도를 100 μ g/ml 로 일정하게 한후 계면활성제의 농도를 변화시켜 본 결과 Gentamicin 과 sodium dodecyl sulfate 의 mol 농도비가 약 3일 경우가 최적 조건임을 알수있었다.
기체유량이 미치는 영향은 기체유량이 클수록 분리속도가 빠르나 이때 포말에 딸려나오는 액체의 양이 커지므로 농축율이 감소함을 알수 있었으며 기체 유량이 작을 경우에는 반대의 결과가 나타났다. 실험결과에 의해, 초기 Gentamicin 의 농도가 100 μ g/ml 일때 계면활성제로는 sodium dodecyl sulfate, pH 9 이하, Gentamicin 과 SDS의 몰 비율이 3, 기체유량이 120ml/ min 일때가 최적으로 나타났으며 이때의 분리회수율은 평균 73% 이었다.
이러한 실험을 토대로 Gentamicin 이 포말분리법에 의해 분리되는 메카니즘을 규명하였으며 이러한 모델로 부터 분리반응 속도식 을 유도한 결과 가역 1차 반응과 유사한 식을 산출해 낼수있었다. 이식을 실험결과와 비교하여 본 결과 실제와 잘 부합됨을 알수 있었으며 위에서 조사한 공정변수가 분리속도에 미치는 영향을 이론적인 측면에서 검토하여 보았다. 분리반응 속도식으로 부터 시간의 변화에 따른 회수율을 예측 할수 있으며 연속공정에도 적용 할수있으므로 실제적 응용에 큰 도움을 줄것으로 생각 되어진다. 평균 73%의 회수율은 현재 사용되고 있는 이온교환 수지에 의한 분리방법의 결과와 대등한것으로 나타났으나 이온 교환수지 방법보다는 농축율이 낮은 것으로 나타났다. 그러나 이온교환 수지에 의한 분리및 정제 공정은 이온 교환수지 자체가 고가일 뿐아니라 사용하는데 많은 불편이 따르고, 대부분 회분 공정에 의하고 있으며 연속공정이 연구 개발되고 있으나 실제 사용이 어려우며 많은 장치비를 요하므로 생산비가 많이 드는 등의 결점이 있다. 반면에, 포말 분리법을 사용할 경우에는 소량의 저렴한 계면 활성제를 사용하고 사용된 계면활성제를 회수 하여 재 사용이 가능하므로 경제적일 뿐 아니라, 연속공정에 의해 분리및 정제를 시킬수 있으므로 생산비를 크게 절감 시킬수있다. 또한 이온 교환 수지법보다 조업과정이 매우 간단하고 용이하며 농도가 낮을 경우에는 특히 더 유리하다.
앞에서 열거한 장점들을 고려해 볼때 이러한 방법의 계속적인 연구 개발은 항생제 분리 공정에 큰 기여를 할수있으리라 예측되어진다.
