CN102019213A

CN102019213A - 一种壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法

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Publication number: CN102019213A
Application number: CN2010105677867A
Authority: CN
Inventors: 应国清; 孙洋; 易喻; 王鸿; 梅建凤; 陈建澍
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: CN102019213B

Abstract

一种壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，包括如下步骤：(1)在搅拌下，将壳聚糖的乙酸溶液分散于液体石蜡中，在乳化剂span 80存在下，形成壳聚糖微粒；然后在交联剂戊二醛的作用下，壳聚糖微粒进一步交联形成壳聚糖珠体骨架；(2)壳聚糖珠体骨架上的羟基与环氧氯丙烷反应，在壳聚糖珠体骨架上引入环氧基，得到活化后的壳聚糖珠体骨架；(3)活化后的壳聚糖珠体骨架中加入亚硫酸氢钠和水溶剂，于30～80℃反应1h～72h，结束反应后洗涤干净，加入盐酸进行转型，即得到目标产物。本发明制得的强酸性离子交换介质具有较好的生物相容性、机械性能优良，耐酸碱性好和较高的离子交换容量。

Description

一种壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种具有凝胶孔的壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法。

(二)背景技术

离子交换层析在下游分离技术中占有非常重要的地位，在各种离子交换介质中，由于多糖的高亲水性、与生物大分子的良好相容性及网状结构使得多糖为骨架的离子交换分离介质在生物大分子(如蛋白质、多肽、核酸、多聚核苷酸等)的分离中应用非常广泛。目前使用的多糖骨架一般包括纤维素类、葡聚糖类、琼脂糖类，其中离子交换纤维素是最早用于生物大分子分离的介质，但是其产品容量低、流速慢限制了其应用。随着技术的进步，珠状交联葡聚糖、琼脂糖等离子交换介质被开发出来并得到了应用，这两种介质品种多，应用范围广，是目前生化专用分离介质中应用最常用的离子交换介质品种。虽然多糖系列离子交换介质是比较早的分离介质，但是新型多糖骨架的发现，合成工艺的改进仍然对生化分离过程有着重要的意义。

壳聚糖是自然界中唯一的碱性直链多糖，由D-葡萄糖胺和N-乙酰-D-葡萄糖胺组成。学名为(1，4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。壳聚糖的结构与琼脂糖、葡聚糖相似，具有生物相容性好，表面基团丰富，pH值适用范围宽以及良好的吸附性能等优点。壳聚糖可以直接用来作吸附剂使用，但是直接用于传质分离过程时，由于天然壳聚糖多为粉状，会造成吸附平衡时间长、传质速率缓慢等问题。并且壳聚糖在酸性溶液中会溶解，稳定性差，作为吸附剂应用受到一定的限制。因此将壳聚糖制成小珠体后再进行改性接枝，制备得到强酸性壳聚糖离子交换介质，拓宽了生化分离介质的制备来源，提高了壳聚糖的应用价值。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备得到壳聚糖强酸性离子交换介质的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，包括如下步骤：

(1)在搅拌下，将壳聚糖的乙酸溶液分散于含有乳化剂span 80的液体石蜡中，形成壳聚糖微球；然后在交联剂戊二醛的作用下，壳聚糖微球进一步交联形成壳聚糖珠体骨架；

(2)壳聚糖珠体骨架先进行溶胀处理；然后在DMSO/NaOH混合液中，壳聚糖珠体骨架上的羟基与环氧氯丙烷反应，在壳聚糖珠体骨架上引入环氧基，得到已活化的壳聚糖珠体骨架；

(3)将已活化的壳聚糖珠体骨架分散在水溶剂中，然后加入亚硫酸氢钠，控制温度为30～80℃反应1～72h，结束反应后用去离子水洗涤干净，加入盐酸进行转型，即得到所述的壳聚糖强酸性离子交换介质。该步骤中通过亚硫酸氢钠和已活化骨架上的环氧基进行开环反应引入磺酸基。

进一步，上述步骤(3)中：所述亚硫酸氢钠与壳聚糖珠体骨架中含有的环氧基的投料摩尔比优选为0.25～5∶1；所述水的加入量以活化后的壳聚糖珠体骨架的质量计为10～100mL/g。

本发明步骤(1)利用反相悬浮聚合法制备具有凝胶孔、珠状结构的壳聚糖骨架，本发明具体推荐所述的壳聚糖珠体骨架通过如下方法制备：将壳聚糖溶于0.01～0.05g/mL的乙酸溶液中配成浓度为0.01～0.04g/mL的壳聚糖溶液；控制温度在25～85℃，分别加入液体石蜡和乳化剂span 80，搅拌10min～1h后再加入浓度为0.01～0.04g/mL的壳聚糖溶液继续搅拌1～4h；然后加入戊二醛，调节pH至8～11，反应1～4h后结束反应，过滤、洗涤、干燥后即得所述的壳聚糖珠体骨架；所述浓度为0.01～0.04g/mL的壳聚糖溶液与液体石蜡的投料体积比为1∶0.25～2，所述交联剂戊二醛与壳聚糖氨基的摩尔比为1∶0.1～6，所述乳化剂span 80与液体石蜡投料体积比为0.1～1∶100。

本发明步骤(2)对步骤(1)制得的壳聚糖珠状骨架进行活化，在壳聚糖骨架上引入环氧基，本发明具体推荐所述的活化后的壳聚糖珠体骨架通过如下方法制备：取壳聚糖珠状骨架在10％～90％梯度浓度的二甲基亚砜溶液中浸泡处理，然后往浸泡处理后的壳聚糖珠状骨架中依次加入DMSO/NaOH混合液和环氧氯丙烷，50～300rpm震荡速度下活化1～4h，活化完成后过滤，去离子水洗涤至无环氧基检出，即得活化后的壳聚糖珠体骨架；所述DMSO/NaOH混合液由DMSO与0.1mol/L～2mol/L的NaOH水溶液按照体积比1∶0.25～1∶5配制得到；所述环氧氯丙烷与DMSO/NaOH混合液的投料体积比为1～50∶100。在上述方法中，在上述方法中，壳聚糖珠体骨架上环氧基密度可以通过硫代硫酸钠法进行测定。

本发明的有益效果在于：通过亚硫酸氢钠与活化壳聚糖珠体骨架进行接枝反应成功引入磺酸基团，使得在保持壳聚糖珠体形态的条件下具有了酸性离子交换功能，制备得到的强酸性离子交换介质具有较好的生物相容性、机械性能优良，耐酸碱性好，特别是制得的壳聚糖强酸性离子交换介质具有较高的离子交换容量，保证了介质的交换能力，对一些小分子物质如核苷酸具有较好的吸附作用，另外也发现对蛋白具有一定的吸附能力，可以用于对一些杂蛋白的去除。本发明制得的壳聚糖强酸性离子交换介质可应用于食品加工、水处理和其它一些小分子除杂等领域。

(四)具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

将1.5g壳聚糖(分子量为30万，脱乙酰度为90％)溶于3％(W/V)的乙酸溶液中配成浓度为1.5％(W/V)的壳聚糖溶液，静置过夜脱泡备用。

控制温度在25℃，分别加入60mL液体石蜡，0.5mL乳化剂span 80，搅拌20min后再加入备用的1.5％的壳聚糖溶液继续搅拌1h，然后加入戊二醛2mL，调节pH至9，反应1h后结束反应，真空过滤，经石油醚、乙醇充分洗涤，干燥后即得壳聚糖珠体骨架。

取1g制备得到的壳聚糖珠状骨架分别经10％、30％、50％梯度浓度的二甲基亚砜(DMSO)溶液中浸泡处理，然后依次加入50mL的DMSO/NaOH混合液(两者体积比为1∶0.5，其中NaOH初始浓度为0.2mol/L)、1mL的环氧氯丙烷，250rpm震荡速度下活化2h。活化完成后过滤，经去离子水洗涤至无环氧基检出，即得活化后的壳聚糖珠体骨架。

将活化后的壳聚糖珠体骨架分散在50mL去离子水中，加入与骨架环氧基摩尔比为0.25∶1的亚硫酸氢钠，35℃下反应10h，结束反应后洗涤干净，转入至2mol/L的盐酸中进行转型，转型完毕洗涤至中性即可得到壳聚糖强酸性离子交换介质，于20％乙醇溶液中保存。

所制得的壳聚糖强酸性离子交换介质平均粒度为200μm，含水量为44.64％，孔隙率为53.89％，该离子交换介质全交换容量为0.8725mmol/g。

实施例2

将3g壳聚糖(分子量为30万，脱乙酰度为90％)溶于2％(W/V)的乙酸溶液中配成浓度为3％(W/V)的壳聚糖溶液，静置过夜脱泡备用。

控制温度在75℃，分别加入150mL液体石蜡，1mL乳化剂span 80，搅拌30min后再加入壳聚糖溶液继续搅拌1h，然后加入戊二醛12mL，调节pH至10，反应3h后结束反应，真空过滤，经石油醚、乙醇充分洗涤，干燥后即得壳聚糖珠体骨架。

取0.5g制备得到的壳聚糖珠状骨架分别经20％、50％、80％梯度浓度的二甲基亚砜(DMSO)溶液中浸泡处理，然后依次加入30mL的DMSO/NaOH混合液(两者体积比为1∶1，NaOH初始浓度为0.8mol/L)、3mL的环氧氯丙烷，150rpm震荡速度下活化3小时。活化完成后过滤，经去离子水洗涤至无环氧基检出，即得活化后的壳聚糖珠状骨架。

在壳聚糖珠状骨架中加入与骨架环氧基摩尔比为2∶1的亚硫酸氢钠，20mL的去离子水，70℃下反应24h，结束反应后洗涤干净，转入至2mol/L的盐酸中进行转型，转型完毕洗涤至中性即可得到壳聚糖强酸性离子交换介质，于20％乙醇溶液中保存。

所制得的壳聚糖强酸性离子交换介质平均粒度为200μm，含水量为48.12％，孔隙率为57.88％，该离子交换介质全交换容量为2.4750mmol/g。

Claims

1.一种壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，包括如下步骤：

(1)在搅拌下，将壳聚糖的乙酸溶液分散于液体石蜡中，在乳化剂span 80存在下，形成壳聚糖微粒；然后在交联剂戊二醛的作用下，壳聚糖微粒进一步交联形成壳聚糖珠体骨架；

(2)壳聚糖珠体骨架先进行溶胀处理；然后在DMSO/NaOH混合液中，壳聚糖珠体骨架上的羟基与环氧氯丙烷反应，在壳聚糖珠体骨架上引入环氧基，得到活化后的壳聚糖珠体骨架；

(3)活化后的壳聚糖珠体骨架中加入亚硫酸氢钠和水溶剂，于30～80℃反应1h～72h，结束反应后洗涤干净，加入盐酸进行转型，即得到所述的壳聚糖强酸性离子交换介质。

2.如权利要求1所述的壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，其特征在于所述亚硫酸氢钠与壳聚糖珠体骨架中含有的环氧基的投料摩尔比为0.25～5∶1。

3.如权利要求1所述的壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述水的加入量以活化后的壳聚糖珠体骨架的质量计为10～100mL/g。

4.如权利要求1～3之一所述的壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的壳聚糖珠体骨架具体通过如下方法制备：将壳聚糖溶于0.01～0.05g/mL的乙酸溶液中配成浓度为0.01～0.04g/mL的壳聚糖溶液；控制温度在25～85℃，分别加入液体石蜡和乳化剂span 80，搅拌10min～1h后再加入浓度为0.01～0.04g/mL的壳聚糖溶液继续搅拌1～4h；然后加入戊二醛，调节pH至8～11，反应1～4h后结束反应，过滤、洗涤、干燥后即得所述的壳聚糖珠体骨架；所述交联剂戊二醛与壳聚糖氨基摩尔比为1∶0.1～6。

5.如权利要求4所述的壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，其特征在于所述浓度为0.01～0.04g/mL的壳聚糖溶液与液体石蜡的投料体积比为1∶0.25～2，所述乳化剂span80与液体石蜡的投料体积比为0.1～1∶100。

6.如权利要求1～3之一所述的壳聚糖强酸性离子交换介质的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的活化后的壳聚糖珠体骨架具体通过如下方法制备：取壳聚糖珠状骨架在10％～90％梯度浓度的二甲基亚砜溶液中浸泡处理，然后往浸泡处理后的壳聚糖珠状骨架中依次加入DMSO/NaOH混合液和环氧氯丙烷，50～300rpm震荡速度下活化1～4h，活化完成后过滤，去离子水洗涤至无环氧基检出，即得活化后的壳聚糖珠体骨架；所述DMSO/NaOH混合液由DMSO与0.1mol/L～2mol/L的NaOH水溶液按照体积比1∶0.25～1∶5配制得到；所述环氧氯丙烷与DMSO/NaOH混合液的投料体积比为1～50∶100。