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直接溶解法制备大孔型纤维素复合扩张床基质的方法技术

技术编号:1609792 阅读:147 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种直接溶解法制备大孔型纤维素复合扩张床基质的方法。步骤如下:1)制备纤维素/NMMO/H↓[2]O溶液。在低速搅拌、加热蒸发、加抗氧化剂和氮气保护条件下,将纤维素溶解于NMMO的水溶液中。2)配制复合水相。3)程序降温反相悬浮成球。加入油相和表面活性剂,通过反相悬浮程序降温,固化成球。4)洗涤。5)去除淀粉。用沸水洗涤分离后微球,冷却后加入α-淀粉酶溶液,摇床反应,水洗涤,得到大孔型纤维素复合微球。6)筛分和扩张床浮选,得到大孔扩张床基质。本发明专利技术所开发的制备过程环境污染小、安全无毒,制备的纤维素复合微球具有大孔结构和合适的粒径分布,亲水性好,球形度高,耐酸碱,密度可以调节,可以用作扩张床吸附的基质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
扩张床吸附(Expanded Bed Adsorption, EBA)技术是上世纪九十年代发展 起来的一种新型蛋白质分离纯化技术,能直接从发酵液或细胞匀浆中捕获目标 产物,集固液分离、浓縮和初步纯化于一个操作单元之中,减少了操作单元数, 縮短了操作时间,节约了生产成本,被誉为近些年来出现的第一个新的单元操 作。扩张床是流化床的一个特例,基于扩张床中吸附剂的稳定分级行为,其理 论塔板数远远大于普通的流化床,接近于固定床。扩张床吸附的关键在于吸附 剂必须特殊设计,要求基质有较大的密度和一定的粒径分布。纤维素是自然界蕴含丰富的天然高分子。球形的纤维素微球具有高度的亲 水性、极低的非特异性和较高的机械强度,作为层析基质被广泛运用于生物工 程产品的下游分离过程。纤维素微球的制备主要有两种方法喷射法和反相悬 浮法。前者对设备的要求高,得到的微球粒径比较均一。后者工艺比较复杂, 得到的粒径分布较宽(高分子通报,(2):100—104, 1996)。扩张床吸附剂基质 需要一定的粒径分布,因此适合于采用反相悬浮法制备,并且需要添加一定量 的惰性增重剂,如钛白粉、不锈钢粉、碳化钨粉等,以提高基质的湿密度。反相悬浮法制备纤维素微球的关键在于纤维素黏胶的制备。 一般以纤维素 黄原酸酯黏胶液为原料,采用"反相悬浮热再生法",可以制备出球形度好、具有 一定内部孔道、容易衍生的纤维素微球,并可以在黏胶中添加一些惰性颗粒(如 钛白粉或不锈钢粉等)形成具有特殊功能的扩张床吸附介质,相关专利技术已经授 权专利(ZL02111928.7和ZL03142163.6)。但是,纤维素黄原酸酯黏胶的制备过 程复杂,会产生一定量的废碱液和具有神经毒性的气体CS2,并且黏胶性质不易控制,受环境因素影响大, 一定程度上制约了球形纤维素吸附剂的发展与应用。如果可以用溶剂直接溶解纤维素,并制备纤维素黏胶,就可以简化工艺。 目前用于溶解纤维素的溶剂主要有N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、铜氨络合 溶剂、镉乙二胺络合溶剂、多聚甲醛/二甲基亚砜、四氧化二氮/二甲基甲酰胺、 氨/硫氰酸铵、氢氧化钠/尿素/水等溶剂(生物质化学工程,40 (3) , 54 58, 2006)。除了NMMO外,其它溶剂均处于实验阶段,应用还不多。NMMO直 接溶解纤维素,己经成功用于纺织工业。应用NMMO溶解法制备纤维素微球鲜有报道。刘明华等人(纤维素科学与技术,14 (3): 13 18, 2006)以NMMO 和马尾松漂白硫酸盐浆为原料,制备纤维素/NMMO/H20溶液,采用程序降温制 备球形纤维素珠体。但是,内部孔道偏小,且基质密度和粒径分布没有优化, 难以用于扩张床吸附过程。本专利技术针对扩张床吸附剂的特殊要求,以NMMO直接溶解纤维素制备纤维 素黏胶,添加惰性增重剂提高基质的密度,采用反相悬浮法,通过程序降温法 制备纤维素复合微球。同时,在纤维素黏胶中添加糊化淀粉,固化成球后再用 淀粉酶水解去除淀粉,得到具有大孔结构的纤维素微球,可以强化微球内部的 孔内传质,提高分离过程的效率。NMMO直接溶解法制备纤维素黏胶,黏胶性 质稳定且易于控制,纤维素微球制备工艺简单,生产过程无毒,溶剂无毒,可 以回收重复利用,是一种环境友好的工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足,提供一种直接溶解法制备大孔型纤 维素复合扩张床基质的方法。 它包括如下步骤1) 将质量百分比为99.5% 95%的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液、质量百分比 为0.5% 5%的焦性没食子酸抗氧化剂加入反应器中,再加入纤维素,搅拌,充 入氮气,反应器温度为80 120°C,搅拌转速为30 200rpm,得到纤维素粘胶;2) 在80 10(TC下,在纤维素粘胶中加入惰性增重剂和质量百分比浓度为 3 8%的糊化淀粉溶液均匀混合,100 500rpm转速下搅拌30 45分钟,惰性增 重剂的质量为纤维素粘胶质量的0.04 1.2倍,糊化淀粉的质量为纤维素粘胶质 量的0.04 0.4倍,得到复合水相;3) 在78 10(TC下,在复合水相中加入油类分散相和表面活性剂进行反相 悬浮,油类分散相与复合水相的体积比为1: 1 20: 1,油类分散相与表面活性 剂的质量比为200:1 1000:1,在500 1500rpm转速下搅拌15 20分钟,形成 反相悬浮体系,以每10分钟降5摄氏度的速率降温至10 30°C,以每10分钟 降50 100 rpm的速率将搅拌速度降至500 600rpm,固化成微球;4) 将微球用1~2倍体积的有机溶液洗涤3~5次,过滤,得到复合微球;5) 将复合微球用1 2倍体积的沸水洗涤3~6次,冷却后加入1 2倍微球体 积的质量浓度为2~3%的00-淀粉酶溶液,摇床反应1~2小时,用1 2倍体积的去 离子水洗涤3 5次,得到扩孔后的复合微球;6) 先将扩孔后的复合微球湿态粗筛分至50 25(^m,然后置于扩张床中扩张,控制扩张高度为起始沉降高度的2.5 3.5倍,稳定30 40min,除去最上部 0.5 1.0cm高度的微球,收集床内复合微球,复合微球中纤维素的质量百分含 量为2% 8%,湿真密度为Ll 2.4g/cm3,粒径尺寸范围为50 250pm,即为 所需的扩张床基质。所述的纤维素为纸浆、脱脂棉、精制棉、棉短绒或微晶纤维素。纤维素粘 胶中水的质量百分含量为7% 17%。惰性增重剂为不锈钢粉、钛白粉、碳化鸨 粉、镍粉以及它们的混合物,惰性增重剂的粒径为0.1 20拜。淀粉为玉米淀粉、 小麦淀粉、烹调淀粉、木薯淀粉或糯米淀粉,糊化淀粉的质量百分浓度为3 8 %。油类分散相为泵油与氯苯的混合物、变压器油或花生油,其中泵油与氯苯 的质量比为3:1 6:1。表面活性剂为Tween20、 Tween 40、 Tween 60、 Tween 80、 Span 20 、 Span 40、 Span 60 、 Span 80、油酸钾或其混合物。有机溶剂为异丙 醇的水溶液或异丙醇与叔丁醇的混合溶液。本专利技术所制备的纤维素复合微球,具有合适的密度和粒径分布,以及明显 的大孔结构,可以用作扩张床吸附剂的基质材料,进一步化学衍生可制得具有 多种功能基团的扩张床吸附剂。本专利技术的优点在于1)利用NMMO溶液作为 溶剂直接溶解纤维素,通过反相悬浮和程序降温制备纤维素微球。NMMO是一 种叔胺类物质,当NMM0溶液中的水含量低于17。/。,便具有高温下直接溶解纤 维素的能力。NMMO是一类"绿色溶剂",低毒,对环境污染小,且可以重新回 收利用。相比较常用的纤维素黄原酸酯黏胶法,制备过成更加环保经济。2) NMMO直接溶解纤维素黏胶中添加惰性增重剂,制备复合纤维素微球,惰性组 分内嵌入纤维素网状结构,结合紧密,未见泄漏。添加惰性增重剂后,纤维素 微球的密度显著提高,机械强度有所增强,适合于扩张床吸附的高流速和大处 理量要求。3) NMMO直接溶解纤维素黏胶中添加糊化淀粉,作为扩孔剂,固 化成球后用淀粉酶水解去除淀粉,得到具有大孔结构的纤维素微球,加快微球 内部的孔内传质,适合于扩张床吸附分离过程的要求。4) NMMO凝固后质地 较脆。在反相悬浮过程中,在凝固温度下,采用降低转速的搅拌方式使本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种直接溶解法制备大孔型纤维素复合扩张床基质的方法,其特征在于包括如下步骤:1)将质量百分比为99.5%~95%的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液、质量百分比为0.5%~5%的焦性没食子酸抗氧化剂加入反应器中,再加入纤维素,搅拌,充入氮气,反应器温度为80~120℃,搅拌转速为30~200rpm,得到纤维素粘胶;2)在80~100℃下,在纤维素粘胶中加入惰性增重剂和质量百分比浓度为3~8%的糊化淀粉溶液均匀混合,100~500rpm转速下搅拌30~45分钟,惰性增重剂的质量为纤维素粘胶质量的0.04~1.2倍,糊化淀粉的质量为纤维素粘胶质量的0.04~0.4倍,得到复合水相;3)在78~100℃下,在复合水相中加入油类分散相和表面活性剂进行反相悬浮,油类分散相与复合水相的体积比为1∶1~20∶1,油类分散相与表面活性剂的质量比为200∶1~1000∶1,在500~1500rpm转速下搅拌15~20分钟,形成反相悬浮体系,以每10分钟降5摄氏度的速率降温至10~30℃,以每10分钟降50~100rpm的速率将搅拌速度降至500~600rpm,固化成微球;4)将微球用1~2倍体积的有机溶液洗涤3~5次,过滤,得到复合微球;5)将复合微球用1~2倍体积的沸水洗涤3~6次,冷却后加入1~2倍微球体积的质量浓度为2~3%的α-淀粉酶溶液,摇床反应1~2小时,用1~2倍体积的去离子水洗涤3~5次,得到扩孔后的复合微球;6)先将扩孔后的复合微球湿态粗筛分至50~250μm,然后置于扩张床中扩张,控制扩张高度为起始沉降高度的2.5~3.5倍,稳定30~40min,除去最上部0.5~1.0cm高度的微球,收集床内复合微球,复合微球中纤维素的质量百分含量为2%~8%,湿真密度为1.1~2.4g/cm↑[3],粒径尺寸范围为50~250μm,即为所需的扩张床基质。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:林东强王志远姚善泾夏海锋杜悦娴
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:86[中国|杭州]

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