CN107188806A - 一种凝油剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油工业技术和环境保护技术领域，具体涉及一种凝油剂及其制备方法，本发明利用可生物降解的物质赤藓糖醇和月桂酸乙烯酯为底物，通过生物催化，制备出可生物降解、无二次污染、凝油速度快、价格低的新型凝油剂，实现海洋溢油回收，缓解溢油污染带来的危害。

Description

一种凝油剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油工业技术和环境保护技术领域，具体涉及一种凝油剂及其制备方法。
背景技术
随着全球经济的发展，世界各国对石油的需求与日俱增，石油开采与运输过程中溢油污染事故频发，不仅造成海洋生态环境的严重破坏，而且油污中的致癌物可通过食物链在海洋生物体内蓄积浓缩，进而威胁人类健康。凝油剂能将原油、轻质油、植物油、烃类等凝胶为固态或半固态油块，漂浮于海面，便于打捞回收并清除海面溢油。迄今，已研制出山梨糖醇型、聚乙烯醇型、氨基酸型等多种凝油剂。但这些凝油剂存在凝油速度慢、易造成二次污染、生产工艺复杂和成本高等问题，难以满足实际应用的需求。因此，丞待研制凝油速度快、不易造成二次污染、合成方法简单、原料来源丰富、成本低和易于回收的新型高效凝油剂。
发明内容：
针对现有凝油剂仍存在凝油速度慢、易造成二次污染、生产工艺复杂和成本高等问题，本发明利用可生物降解的物质赤藓糖醇和月桂酸乙烯酯为底物，通过生物催化，制备出可生物降解、无二次污染、凝油速度快、价格低的新型凝油剂，实现海洋溢油回收，缓解溢油污染带来的危害。
本发明提供了一种凝油剂，其分子式为C28H54O6。
本发明凝油剂的制备，是通过可生物降解的物质赤藓糖醇和月桂酸乙烯酯为底物，利用脂肪酶催化制备得到
本发明还提供了一种凝油剂的制备方法，其包括以下步骤：
(1)介孔二氧化硅的制备：通过水热合成法制备得到介孔二氧化硅；
(2)介孔二氧化硅的改性：称取一定量的贻贝足底蛋白替代物多巴胺，将多巴胺加入到量取好的磷酸缓冲液中，待多巴胺充分溶解后，迅速加入步骤(1)中的介孔二氧化硅，搅拌，离心，加入等量的磷酸缓冲液洗涤，加热干燥，得改性后的介孔氧化硅；
(3)固定化脂肪酶的制备：将步骤(2)中改性后的介孔二氧化硅，完全溶于磷酸缓冲液中，加入脂肪酶，搅拌后得混合液，离心，倒掉上清液，再加入等量的磷酸缓冲液，充分震荡，再离心，倒掉上清液，重复2-3次，最后，取出沉淀物于蒸发皿内，置于常温下干燥，得到固定化脂肪酶。
(4)粗品的制备：将步骤(3)所得的固定化脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯、丙酮加入到反应容器中反应，待反应完全后，离心去除固定化脂肪酶，然后过滤，得到含有凝油剂的液体，蒸馏分离溶剂丙酮，得凝油剂粗品；
(5)凝油剂的分离纯化：利用硅胶闪式层析法分离纯化，得凝油剂。
作为优选，所述步骤(1)的介孔二氧化硅为有序的介孔二氧化硅或洋葱状介孔二氧化硅，有利于脂肪酶的固定。
作为优选，所述步骤(2)和步骤(3)中的磷酸缓冲溶液为100mM的磷酸缓冲溶液,PH7.0。
作为优选，所述步骤(2)中的多巴胺与磷酸缓冲溶液的重量体积比(g/ml)为1:2000～2:1000，更优选为1:1000。
作为优选，所述步骤(2)中的多巴胺与介孔二氧化硅的重量比为1:10～4:10，更优选为2:10。
作为优选，所述步骤(2)中的搅拌时间为2～4h，更优选为3h。
作为优选，所述步骤(2)中的干燥温度为35～45℃，更优选为40℃。
作为优选，所述步骤(3)中的改性后的介孔二氧化硅与磷酸缓冲溶液的重量体积比(g/ml)为4:500～6:500，更优选为1:100。
作为优选，所述步骤(3)中的改性后的介孔二氧化硅与脂肪酶的重量比为1:1。
作为优选，所述步骤(3)中的脂肪酶为真菌脂肪酶，更优选为柱状假丝酵母脂肪酶(Candida Cylindrace Lipase),假丝酵母脂肪酶(Candida Rugosa Lipase),白地霉脂肪酶(Geotrichum Candium Lipase),根瘤菌脂肪酶(Rhizomucor Miehei Lipase),更优选为假丝酵母脂肪酶(Candida Rugosa Lipase)。
作为优选，所述步骤(4)中固定化脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯的重量比为45:55:153。
作为优选，所述步骤(4)中的赤藓糖醇与丙酮的重量体积比(g/ml)为55：4000。
作为优选，所述步骤(4)中的反应时间为45～54h，更优选为48h。
作为优选，所述步骤(2)、(3)、(4)和(5)中的离心转速为7000rpm。
作为优选，所述步骤(4)中的蒸馏温度为58℃。
作为优选，所述步骤(5)中的硅胶粒的孔径为54-75μm。
作为优选，所述步骤(5)中的洗脱剂为三氯甲烷：甲醇＝26:1～三氯甲烷：甲醇＝29:1，更优选为三氯甲烷:甲醇＝27:1。
作为优选，所述步骤(5)中的展开剂为三氯甲烷:甲醇＝9:1。
作为一种优选的技术方案，一种新型凝油剂的制备方法，其包括以下步骤：
(1)介孔二氧化硅的制备：通过水热合成法制备得到洋葱状介孔二氧化硅；
(2)介孔二氧化硅的改性：称取一定量的贻贝足底蛋白替代物多巴胺，将多巴胺加入到量取好的磷酸缓冲液中，所述多巴胺与磷酸缓冲溶液的重量体积比(g/ml)为1:1000，待多巴胺充分溶解后，迅速加入步骤(1)中的洋葱状介孔二氧化硅，搅拌，离心，加入等量的磷酸缓冲液洗涤，加热干燥，得改性后的洋葱状介孔氧化硅；
(3)固定化脂肪酶的制备：将步骤(2)中改性后的洋葱状介孔二氧化硅，完全溶于磷酸缓冲液中，加入真菌脂肪酶，搅拌后得混合液，离心，倒掉上清液，再加入等量的磷酸缓冲液，充分震荡，再离心，倒掉上清液，重复2-3次，最后，取出沉淀物于蒸发皿内，置于常温下干燥，得到固定化脂肪酶。
(4)粗品制备：将步骤(3)所得的固定化脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯、丙酮加入到反应容器中反应，其中固定化脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯的重量比为45:55:153，赤藓糖醇与丙酮的重量体积比(g/ml)为55：4000，待反应完全后，离心去除固定化脂肪酶，然后过滤，得到含有凝油剂的液体，蒸馏分离溶剂丙酮，得粗品；
(5)凝油剂的分离纯化：利用54-75μm的硅胶闪式层析法分离纯化，得凝油剂。
作为进一步优选的技术方案，一种新型凝油剂的制备方法，其包括以下步骤：
(1)介孔二氧化硅的制备：通过水热合成法制备得到洋葱状介孔二氧化硅；
(2)介孔二氧化硅的改性：称取一定量的贻贝足底蛋白替代物多巴胺，将多巴胺加入到量取好的磷酸缓冲液中，所述多巴胺与磷酸缓冲溶液的重量体积比(g/ml)为1:1000，待多巴胺充分溶解后，迅速加入步骤(1)中的洋葱状介孔二氧化硅，搅拌，离心，加入等量的磷酸缓冲液洗涤，加热干燥，得改性后的洋葱状介孔氧化硅；
(3)固定化脂肪酶的制备：将步骤(2)中改性后的洋葱状介孔二氧化硅，完全溶于磷酸缓冲液中，加入假丝酵母脂肪酶(Candida Rugosa Lipase)，搅拌后得混合液，离心，倒掉上清液，再加入等量的磷酸缓冲液，充分震荡，再离心，倒掉上清液，重复2-3次，最后，取出沉淀物于蒸发皿内，置于常温下干燥，得到固定化假丝酵母脂肪酶。
(4)粗品制备：将步骤(3)所得的固定化假丝酵母脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯、丙酮加入到反应容器中反应，其中固定化假丝酵母脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯的重量比为45:55:153，赤藓糖醇与丙酮的重量体积比(g/ml)为55：4000，待反应完全后，离心去除固定化假丝酵母脂肪酶，然后过滤，得到含有凝油剂的液体，蒸馏分离溶剂丙酮，得粗品；
(5)凝油剂的分离纯化：利用54-75μm的硅胶闪式层析法分离纯化，得凝油剂。
与现有技术相比较，本发明提供的新型凝油剂的制备方法中，本发明采用真菌脂肪酶作为催化剂，具有温度和PH稳定性、底物特异性以及在有机溶剂中具有高效的活性；同时本发明运用生物仿生法改性催化剂载体表面，保证了脂肪酶能可靠地粘附在载体表面，避免酶活性降低，提高催化剂催化效率；根据传统制备凝油剂酶易流失，导致催化剂活性降低的现象，本发明通过使用多巴胺，作为载体表面改性的试剂，对载体表面进行改性，通过多巴胺的较强粘附性，将脂肪酶牢牢地粘附在载体表面，增强了载体的可靠性，避免了酶的流失，进一步提高了催化剂的催化效率，且该方法没有毒害物质的参与，具有优良的环保性；同时本发明使用可降解的月桂酸乙烯酯和赤藓糖醇作为合成凝油剂的底物，催化合成新型凝油剂，解决了传统凝油剂处理溢油环境不友好的问题。
具体实施方式
以下将对本发明提供的相变复合材料的制备方法作进一步说明。
本发明所使用的溶剂没有特别的限制，可采用商购的常规溶剂。
除非另有说明，本发明方法中所述的“搅拌”可以采用本领域的常规方法，例如搅拌方式包括磁力搅拌、机械搅拌，搅拌速度为50-300rpm/min，优选100-200rpm/min。
实施例中磷酸缓冲液的配置(100mM的磷酸缓冲溶液,PH7.0)：以配置1L磷酸缓冲液为例：将0.288gNaH2PO4和6.76gNaHPO4混合后加入蒸馏水至1L。
实施例中所用的硅胶购置于青岛基亿达硅胶试剂有限公司(200–300目)，54-75μm。
实施例中所用的脂肪酶购置于南京邦诺生物科技有限公司，P123购置于国药集团化学试剂有限公司。
实施例1
洋葱状介孔二氧化硅的制备
将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)作为模板剂，正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，利用水热法合成。具体步骤如下：将4.0g P123加入烧杯中，加入150mL 1.6M盐酸，将烧杯置于20℃水浴锅中，利用搅拌桨250rpm/min搅拌3h，加入2g均三甲苯TMB，室温250rpm/min搅拌5h。之后水浴锅温度升高至40℃，快速搅拌(350rpm/min)过程中加入8.5gTEOS，TEOS混合均匀后将转速降至250rpm/min，搅拌20h。反应完成后将乳状液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在电热恒温鼓风干燥箱中100℃下晶化24h。晶化结束后得到未去除模板剂的介孔二氧化硅悬浊液，将悬浊液通过离心机离心脱水，蒸馏水洗涤三次，并置于鼓风干燥箱中50℃干燥12h，之后转移至马弗炉中，以1℃/min的速率升温至500℃煅烧6h，得到去除模板剂的洋葱状介孔二氧化硅MOS约6.5g。
实施例2
(1)称取实施例1中的洋葱状介孔二氧化硅1g备用；
(2)介孔二氧化硅的改性：称取一定量的贻贝足底蛋白替代物多巴胺0.2g，将多巴胺加入到量取好的200ml磷酸缓冲溶液中(100mM，PH7.0)，待多巴胺充分溶解后，迅速加入步骤(1)中的介孔二氧化硅1g，搅拌3h，7000rpm离心，用500ml磷酸缓冲溶液洗涤后离心，加热40℃干燥，得改性后的介孔氧化硅0.96g；
(3)固定化脂肪酶的制备：将步骤(2)中改性后的介孔二氧化硅0.5g，完全溶于50ml磷酸缓冲液中，加入0.5g脂肪酶，搅拌后得混合液，7000rpm离心，倒掉上清液，再加入50ml的磷酸缓冲液，充分震荡，使得固体充分溶解，再7000rpm离心，倒掉上清液，重复3次，最后，取出沉淀物0.82g于蒸发皿内，置于常温下干燥，得到固定化脂肪酶0.63g。
(4)凝油粗品的制备：将步骤3)所得的固定化脂肪酶0.45g、赤藓糖醇0.5465g、月桂酸乙烯酯1.532g、丙酮40ml加入到反应容器中反应，待反应完成后，7000rpm离心去除固定化脂肪酶，然后过滤，得到含有凝油剂的液体，58℃蒸馏分离溶剂丙酮，得粗品1.8432g。
实施例3
(1)称取实施例1中的洋葱状介孔二氧化硅2g备用；
(2)介孔二氧化硅的改性：称取一定量的贻贝足底蛋白替代物多巴胺0.4g，将多巴胺加入到量取好的400ml磷酸缓冲溶液中(100mM，PH7.0)，待多巴胺充分溶解后，迅速加入步骤(1)中的介孔二氧化硅2g，搅拌4h，7000rpm离心，用500ml磷酸缓冲溶液洗涤后离心，加热40℃干燥，得改性后的介孔氧化硅1.98g；
(3)固定化脂肪酶的制备：将步骤(2)中改性后的介孔二氧化硅1g，完全溶于100ml磷酸缓冲液中，加入1g脂肪酶，搅拌后得混合液，7000rpm离心，倒掉上清液，再加入100ml的磷酸缓冲液，充分震荡，使得固体充分溶解，再7000rpm离心，倒掉上清液，重复3次，最后，取出沉淀物1.66g于蒸发皿内，置于常温下干燥，得到固定化脂肪酶1.29g。
(4)凝油剂粗品的制备：将步骤3)所得的固定化脂肪酶0.9g、赤藓糖醇1.09g、月桂酸乙烯酯3.06g、丙酮80ml加入到反应容器中反应，待反应完成后，7000rpm离心去除固定化脂肪酶，然后过滤，得到含有凝油剂的液体，58℃蒸馏分离溶剂丙酮，得凝油剂粗品3.71g。
实施例4
(1)称取实施例1中的洋葱状介孔二氧化硅2g备用；
(2)介孔二氧化硅的改性：称取一定量的贻贝足底蛋白替代物多巴胺0.4g，将多巴胺加入到量取好的400ml磷酸缓冲溶液中(100mM，PH7.0)，待多巴胺充分溶解后，迅速加入步骤(1)中的介孔二氧化硅2g，搅拌2h，7000rpm离心，用500ml磷酸缓冲溶液洗涤后离心，加热40℃干燥，得改性后的介孔氧化硅1.98g；
(3)固定化脂肪酶的制备：将步骤(2)中改性后的介孔二氧化硅1.5g，完全溶于150ml磷酸缓冲液中，加入1.5脂肪酶，搅拌后得混合液，7000rpm离心，倒掉上清液，再加入150ml的磷酸缓冲液，充分震荡，使得固体充分溶解，再7000rpm离心，倒掉上清液，重复3次，最后，取出沉淀物1.66g于蒸发皿内，置于常温下干燥，得到固定化脂肪酶1.91g。
(4)凝油剂粗品的制备：将步骤3)所得的固定化脂肪酶1.8g、赤藓糖醇2.2g、月桂酸乙烯酯6.12g、丙酮200ml加入到反应容器中反应，待反应完成后，离心去除固定化脂肪酶，然后过滤，得到含有凝油剂的液体，58℃蒸馏分离溶剂丙酮，得凝油剂粗品7.15g；
实施例5
凝油剂的分离纯化，利用54-75μm的硅胶闪式层析法分离纯化，洗脱剂为三氯甲烷:甲醇＝27:1，展开剂为三氯甲烷:甲醇＝9:1。
(1)准备工作：将45g硅胶在烧杯中加入适量的氯仿进行溶解，持续用玻璃棒同一方向搅拌，去除气泡并调成糊状，脱脂棉于小烧杯中用氯仿进行洗脱；
(2)装柱：关闭层析柱下端出口，在层析柱中装入3/4高度的氯仿；将洗脱后的棉花装入柱中底部，并且用玻璃棒挤压气泡。用漏斗由上端加入适量石英砂覆盖棉花，石英砂高度约1cm；将调成糊状的硅胶由上部经漏斗均匀加入，加入过程当中不断敲击使石英砂变得紧实，硅胶层高度约20cm，不断敲打层析柱和上端加压，直到硅胶层高度不再变化，在硅胶上端加入约1cm高的石英砂；
(3)加样：将实施例4中制备得到的凝油剂粗产品7.15g，样品溶于0.1L展开剂，倒入硅胶柱中，吹风机在样品所处位置玻璃外管用吹风机30℃恒温，打开下端，待液面与石英砂平齐，加入展开剂；
(4)取样：每流出20ml液体取一次样，并且标号；
(5)样品处理：将每取样的液体分别作薄层层析，收集目标组分，并且在58℃旋转蒸馏，烘干后得凝油剂1.15g，经质谱及核磁鉴定，其结构如下：
MS m/z(ESI)：486.9[M+1]。
实施例6
凝油剂的凝油效果对比实验研究
1号改性壳聚糖型凝油剂的制备：参考赵鑫等.改性壳聚糖水面溢油凝油剂的合成与性能.《化学世界》2005年10期；
2号改性大豆蛋白型凝油剂的制备：参考孙云明等.改性大豆蛋白海上溢油凝油剂的制备与性能.《海洋环境科学》2001年04期；
3号离子型凝油剂的制备：参考赵鑫等.离子型水面溢油凝油剂的制备与性能研究.《环境科学与技术》.2006年05期；
4号山梨醇型凝油剂的制备：参考姚重华等.山梨醇型凝油剂的制备与性能.《上海环境科学》.1993年11期。
本发明凝油剂在实验室条件下，通过对机油、柴油和植物油进行凝油实验，同时与4种传统凝油剂的凝油效果做了对比分析，4种传统凝油剂分别为1号改性壳聚糖型凝油剂、2号改性大豆蛋白型凝油剂、3号离子型凝油剂和4号山梨醇型凝油剂，实验设计如下：
(1)取适量水于烧杯中，取10g机油均匀分散于水面，分别用本发明的凝油剂及4种传统凝油剂进行凝油实验，确定最佳配比量及凝油时间；
(2)取适量水于烧杯中，取10g柴油均匀分散于水面分别用本发明的凝油剂及4种传统凝油剂进行凝油实验，确定最佳配比量及凝油时间；
(3)取适量水于烧杯中，取10g植物油均匀分散于水面分别用本发明的凝油剂及4种传统凝油剂进行凝油实验，确定最佳配比量及凝油时间；实验结果见表1。
表1本发明凝油剂的凝油效果与传统凝油剂的凝油效果对比表
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种凝油剂，其分子式C28H54O6。
2.根据权利要求1所述的凝油剂，其特征在于所述凝油剂是通过可生物降解的物质赤藓糖醇和月桂酸乙烯酯为底物，利用脂肪酶催化制备得到
3.如权利要求1或2所述的凝油剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)介孔二氧化硅的制备：通过水热合成法制备得到介孔二氧化硅；
(2)介孔二氧化硅的改性：称取一定量的贻贝足底蛋白替代物多巴胺，将多巴胺加入到量取好的磷酸缓冲液中，待多巴胺充分溶解后，迅速加入步骤(1)中的介孔二氧化硅，搅拌，离心，加入等量的磷酸缓冲液洗涤，加热干燥，得改性后的介孔氧化硅；
(3)固定化脂肪酶的制备：将步骤(2)中改性后的介孔二氧化硅，完全溶于磷酸缓冲液中，加入脂肪酶，搅拌后得混合液，离心，倒掉上清液，再加入等量的磷酸缓冲液，充分震荡，再离心，倒掉上清液，重复2-3次，最后，取出沉淀物于蒸发皿内，置于常温下干燥，得到固定化脂肪酶。
(4)凝油剂粗品的制备：将步骤(3)所得的固定化脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯、丙酮加入到反应容器中反应，待反应完全后，离心去除固定化脂肪酶，然后过滤，得到含有凝油剂的液体，蒸馏分离溶剂丙酮，得凝油剂粗品；
(5)凝油剂的分离纯化：利用硅胶闪式层析法分离纯化，得凝油剂。
4.根据权利要求3所述的凝油剂的制备方法，其特征在于所述步骤(1)的介孔二氧化硅为有序的介孔二氧化硅或洋葱状介孔二氧化硅。
5.根据权利要求3所述的凝油剂的制备方法，其特征在于所述步骤(2)和步骤(3)中的磷酸缓冲溶液为100mM的磷酸缓冲溶液,PH7.0。
6.根据权利要求3所述的凝油剂的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的多巴胺与磷酸缓冲溶液的重量体积比(g/ml)为1:2000～2:1000，更优选为1:1000；所述步骤(2)中的多巴胺与介孔二氧化硅的重量比为1:10～4:10，更优选为2:10；所述步骤(2)中的搅拌时间为2～4h，更优选为3h；所述步骤(2)中的干燥温度为35～45℃，更优选为40℃。
7.根据权利要求3所述的凝油剂的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的改性后的介孔二氧化硅与磷酸缓冲溶液的重量体积比(g/ml)为4:500～6:500，更优选为1:100；所述步骤(3)中的改性后的介孔二氧化硅与脂肪酶的重量比为1:1。
8.根据权利要求3所述的凝油剂的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的脂肪酶为真菌脂肪酶，更优选为柱状假丝酵母脂肪酶(Candida Cylindrace Lipase),假丝酵母脂肪酶(Candida Rugosa Lipase),白地霉脂肪酶(Geotrichum Candium Lipase),根瘤菌脂肪酶(Rhizomucor Miehei Lipase),更优选为假丝酵母脂肪酶(Candida Rugosa Lipase)。
9.根据权利要求3所述的凝油剂的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中固定化脂肪酶、赤藓糖醇、月桂酸乙烯酯的重量比为45:55:153；所述步骤(4)中的赤藓糖醇与丙酮的重量体积比(g/ml)为55：4000；所述步骤(4)中的反应时间为45～54h，更优选为48h；所述步骤(4)和(5)中的离心转速为7000rpm。
10.根据权利要求3所述的凝油剂的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中的蒸馏温度为58℃；所述步骤(5)中的硅胶粒的孔径为54-75μm；所述步骤(5)中的洗脱剂为三氯甲烷：甲醇＝26:1～三氯甲烷：甲醇＝29:1，更优选为三氯甲烷:甲醇＝27:1；所述步骤(5)中的展开剂为三氯甲烷:甲醇＝9:1。
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