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水中奇蹟分層：如何利用ABS技術分離稀有金屬？
隨著對環境友好的技術需求日益增長，水相雙相系統（ABS）正逐漸成為傳統有機-水溶劑萃取系統的潔淨替代方案。ABS是由兩種聚合物、聚合物與宇宙無價鹽或兩種鹽混合而成，這些混合物在適當的濃度或特定溫度下形成。這類系統的兩相主要由水和非揮發成分組成，從而有效消除了揮發性有機化合物的使用。
在生物技術應用中，ABS已被使用多年，作為一種非變性且良性的分離介質。
引言
1896年，比耶林克首次注意到水溶性聚合物琼脂與可溶性澱粉或明膠溶液之間的“相容性”問題。隨著這些物質的混合，它們便形成了兩個不相容的相。對許多其他水相雙相系統的研究後，聚乙烯醇（PEG）-右旋糖漿系統被廣泛研究。其他可以形成水相雙相的系統包括PEG-碳酸鈉、PEG和磷酸鹽、檸檬酸或硫酸等。
兩相之間的互動
眾所周知，當油和水被倒入同一容器時，因為它們不相容，會分離成兩個相或層。然而，在ABS中，兩個不相容成分都是以水為基礎的。兩相之間的分離受pH值、溫度和離子強度等因素的影響，而當聚合物的濃度超過某一限制濃度時，分離便會發生。
PEG-右旋糖漿系統
在這一系統中，“上相”由較疏水的聚乙烯醇（PEG）組成，其密度低於“下相”的密度，後者是由更多親水且密度更高的右旋糖漿溶液構成。雖然PEG的密度本身高於水，但它卻處於上層。這一現象被認為與PEG的溶劑“有序性”特性相關，能將過剩的水排除，創造出低密度的水環境。
優勢
ABS是一種優越的萃取方法，能夠從粗細胞提取物或其他混合物中有效提取蛋白質/酶及其他易變性生物分子。在工業或實驗室生產酶的過程中，這一技巧得到了廣泛應用。
這些系統在快速分離相和化合物的分配方面表現出色，能在內源性蛋白酶降解之前提取所需分子。
例如，ABS能夠以較低的界面壓力和環境條件下，保護不穩定的生物分子。此外，聚合物層的穩定性有助於提高所需蛋白質的濃度，進一步提高提取效率。這些系統還可因應需求進行擴大，從實驗室規模到工業生產的要求。
熱力學建模
除了實驗研究，擁有一個良好的熱力學模型來描述和預測液-液平衡條件對於工程和設計尤為重要。為了獲取全球和可靠的熱力學模型參數，通常需要相平衡數據來實現。
在ABS中，所有不同類型的相互作用—聚合物、電解質和水之間的交互—都需要被考慮到。
目前，已經有許多模型被用來進行熱力學模擬，包括NRTL、Chen-NRTL、Wilson等。這些模型在再現聚合物/鹽水相雙相系統的關鍵數據上均取得了成功。今年，隨著這一領域的持續發展，更多研究將有助於進一步理解和優化ABS技術的應用。
在「水中奇蹟分層：如何利用ABS技術分離稀有金屬？」的研究和應用中，我們能否找到更具創新性的方法來提升這一技術的效率和可持續性？
| 項目 | 內容 |
|---|---|
| ABS基礎原理 | 由兩種互不相容的水相組成，通常需要兩種聚合物或聚合物與鹽類的組合，避免揮發有機溶劑，具有環保優勢。 |
| 歷史背景 | 最早由Beijerinck於1896年發現，特點是水溶性聚合物（如琼脂、澱粉、明膠）形成兩個分相。 |
| 優勢 | 在蛋白質和酶的提取中表現出色，提供溫和條件，減少分子損害，提高提取效率，適應工業規模。 |
| 金屬分離應用 | 有效分離重金屬離子（如汞、鈷），在環境修復和冶金應用中顯示前景。 |
| 熱力學模型 | 建立熱力學模型（如NRTL、Wilson等）以預測液-液平衡，支持工程應用設計。 |
| 結論 | ABS作為環保高效的分離技術，在生物技術和金屬分離等領域具有廣泛應用潛力，未來有望發揮更大作用。 |
