CN107413316A - 一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法 - Google Patents

一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法。所述制备方法为：将细菌纤维素膜机械解离成细菌纤维素纳米纤维；在细菌纤维素纳米纤维表面修饰吸附官能团；将修饰后的细菌纤维素纳米纤维分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；采用同步超声过滤方法将细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合纤维膜；脱除湿态复合纤维膜中的残留溶剂，获得可用于高效蛋白吸附分离的细菌纤维素纳米纤维复合膜。所述复合膜的表面为细菌纤维素纳米纤维所形成的完全覆盖的连续二维网状结构，同时兼具表面大量的吸附活性位点和高的孔隙率，可实现蛋白质的快速有效吸附且吸附量大。

Description

一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法，具体涉及一种可实现蛋白质快速吸附分离的细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法，属于纳米纤维复合膜材料技术领域。
背景技术
实现蛋白质的高效分离纯化在生物制药、分析化学以及生命科学等领域具有重要的意义。当前主要的蛋白分离纯化技术包括离心、沉淀、层析、电泳等，其中层析技术由于选择性好、分离效率高、适用性强等优点，在蛋白质的分离纯化中应用最为广泛。目前层析技术中常用的蛋白质吸附分离介质主要为多孔凝胶微球，其大量活性吸附位点多位于微球内部的纳米级(10-100nm)孔道内，流动相需扩散传质到孔道内部才能使蛋白质被高效吸附，故而难以实现高传质速率下蛋白质的有效吸附，无法满足当前生物制药领域对蛋白快速有效分离的迫切需求。为此，科研人员开发了一系列新型蛋白吸附分离材料。专利《石墨烯基蛋白吸附海绵》(CN106622120A)公开了一种石墨烯基蛋白吸附海绵的制备方法，其对氧化石墨烯进行官能团修饰后经溶剂置换、冷冻干燥和高温煅烧获得可用于蛋白吸附的石墨烯海绵，但该方法成本高且耗时长(周期＞5天)，难以实现实际应用。文献[Scalablefabrication of electrospun nanofibrous membranes functionalized with citricacid for high-performance protein adsorption[J].ACS Applied Materials&Interfaces，2016，8，11819-11829]和[Highly carbonylated cellulose nanofibrousmembranes utilizing maleic anhydride grafting for efficient lysozymeadsorption[J].ACS Applied Materials&Interfaces，2015，7，15658-66]报道了一种在静电纺纤维膜表面修饰吸附官能团来制备蛋白吸附分离膜的方法，利用静电纺纤维膜的高孔隙率特性可实现蛋白质的快速传质，但由于静电纺纤维(直径＞200nm)比表面积有限，因此难以实现蛋白质吸附量的大幅提升。因此亟需开发一种低成本、高效率的蛋白质吸附分离材料。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤1)：将细菌纤维素膜机械解离成细菌纤维素纳米纤维；
步骤2)：在步骤1)制得的细菌纤维素纳米纤维表面修饰吸附官能团；
步骤3)：将步骤2)制得的修饰后的细菌纤维素纳米纤维分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；
步骤4)：采用同步超声过滤方法将步骤3)制得的细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合纤维膜；
步骤5)：脱除步骤4)制得的湿态复合纤维膜中的残留溶剂，获得可用于高效蛋白吸附分离的细菌纤维素纳米纤维复合膜。
优选地，所述步骤1)中机械解离为高速搅拌解离、超声解离、高压均质解离、高速研磨解离和冷冻研磨解离中的任意一种或几种的组合。
优选地，所述步骤2)中吸附官能团为羧酸基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硫酸基(-OSO3H)、亚磷酸基(-OPO2H2)、伯胺基(-NRH2)、仲胺基(-NR2H)和叔胺基(-NR3)中的任意一种。
优选地，所述步骤3)中不溶性溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮和丁酮中的任意一种或几种。
优选地，所述步骤3)中分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚氧乙烯胺、聚氧乙烯酰胺、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、聚硅酸钠、焦磷酸钾、无水碳酸钠、硫代碳酸钠和硼酸钠中的任意一种或几种。
优选地，所述步骤3)中细菌纤维素纳米纤维悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的平均长度为1～300μm，平均直径为10～100nm，纤维质量浓度为0.0005～1wt％。
优选地，所述步骤4)中的同步超声过滤方法为：在过滤的同时采用超声波处理细菌纤维素纳米纤维悬浮液，超声波输出功率为100～1500W，过滤时施加的压力为正压力或负压力，施加的压力范围为0.5～50kPa。
优选地，所述步骤4)中的多孔纤维基材为静电纺纤维膜、非织造布、纤维素滤纸、机织物和针织物中的任意一种或几种的组合。
优选地，所述多孔纤维基材的孔径为1～300μm。
优选地，所述步骤5)中脱除的具体方法为真空干燥、鼓风干燥、超临界干燥、冷冻干燥、微波干燥和红外干燥中的任意一种。
本发明还提供了一种采用上述高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法制备的复合膜，其特征在于，所述复合膜的表面为细菌纤维素纳米纤维所形成的完全覆盖的连续二维网状结构，网孔平均孔径为0.1～2μm，复合孔隙率为70～98％；该复合膜对蛋白质的吸附量≥800mg/g，传质通量≥500L/m2·h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明所使用的细菌纤维素纳米纤维具有比表面积大，表面可修饰羟基含量多的特点，在其表面修饰吸附官能团后可实现蛋白质吸附量的大幅提升。
本发明所制备的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜表面为可吸附蛋白的功能化细菌纤维素纳米纤维所形成的完全覆盖的连续二维网状结构层。该复合膜同时兼具表面大量的吸附活性位点和高的孔隙率，可实现蛋白质的快速有效吸附且吸附量大。
本发明工艺简单、成本低廉且耗时短，在生物制药等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为同步超声过滤装置的示意图；
图2为实施例5制得的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的电镜照片；图中：a为细菌纤维素纳米纤维；b为多孔纤维接收基材。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1-15中所采用的同步超生过滤装置如图1所示，在过滤装置4上放置多孔纤维接收基材3，多孔纤维接收基材3上面为细菌纤维素纳米纤维悬浮液1，细菌纤维素纳米纤维悬浮液1周围为超声系统2。
实施例1
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为300μm，平均直径为100nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰羧酸基(-COOH)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水中，通过加入分散剂烷基酚聚氧乙烯醚形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.05wt％；
步骤4：采用同步超声过滤(如图1所示)方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在孔径为300μm的纤维素滤纸表面形成湿态复合纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为1000W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为40kPa；
步骤5：采用80℃真空干燥30min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为2μm，孔隙率为80％，对蛋白质的吸附量为800mg/g，传质通量为2000L/m2·h。
实施例2
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用超声解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为180μm，平均直径为80nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰磺酸基(-SO3H)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在甲醇中，通过加入分散剂脂肪醇聚氧乙烯醚形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.002wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在孔径为150μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯纺粘非织造布表面形成湿态复合纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为800W，过滤时施加的压力为负压力，压力大小为5kPa；
步骤5：采用50℃鼓风干燥20min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留甲醇，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为1.5μm，孔隙率为70％，对蛋白质的吸附量为900mg/g，传质通量为1800L/m2·h。
实施例3
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高压均质解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为100μm，平均直径为50nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰硫酸基(-OSO3H)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在乙醇中，通过加入分散剂硬脂酸钠形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.001wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在孔径为80μm的聚丙烯熔喷非织造布表面形成湿态复合纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为500W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为30kPa；
步骤5：将上述湿态复合纤维膜在-196℃液氮中进行冷冻处理1min后冷冻干燥脱除残留乙醇，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为1μm，孔隙率为85％，对蛋白质的吸附量为1000mg/g，传质通量为1600L/m2·h。
实施例4
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速研磨解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为80μm，平均直径为80nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰亚磷酸基(-OPO2H2)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水和丙醇的混合溶剂中，通过加入分散剂十二烷基苯磺酸钠形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.005wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在孔径为50μm的乙烯/乙烯醇共聚物静电纺纤维膜表面形成湿态复合纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为300W，过滤时施加的压力为负压力，压力大小为10kPa；
步骤5：采用超临界干燥方法脱除上述湿态复合纤维膜中残留的水和丙醇，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.8μm，孔隙率为90％，对蛋白质的吸附量为1200mg/g，传质通量为1500L/m2·h。
实施例5
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离和冷冻研磨解离相结合的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为20μm，平均直径为30nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰伯胺基(-NRH2)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水和异丙醇的混合溶剂中，通过加入分散剂六偏磷酸钠形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量分数为1wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在孔径为8μm的二氧化硅静电纺纤维膜表面形成湿态复合纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为1500W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为50kPa；
步骤5：采用微波干燥方法脱除上述湿态复合纤维膜中残留的水和异丙醇，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜(如图2所示)，所述复合膜的网孔平均孔径为0.5μm，孔隙率为80％，对蛋白质的吸附量为1500mg/g，传质通量为900L/m2·h。
实施例6
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离、超声解离和高压均质解离相结合的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为1μm，平均直径为10nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰仲胺基(-NR2H)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水和叔丁醇的混合溶剂中，通过加入分散剂脂肪酸聚氧乙烯酯形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.0005wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在由聚丙烯腈和聚酰胺6经多射流混纺所形成的孔径为1μm的静电纺纤维膜表面形成湿态复合纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为100W，过滤时施加的压力为负压力，压力大小为0.5kPa；
步骤5：采用红外干燥的方法脱除上述湿态复合纤维膜中残留的水和叔丁醇，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.1μm，孔隙率为98％，对蛋白质的吸附量为2000mg/g，传质通量为600L/m2·h。
实施例7
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用超声解离和高压均质解离相结合的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为30μm，平均直径为20nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰叔胺基(-NR3)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水和乙醇的混合溶剂中，通过加入分散剂聚硅酸钠和硼酸钠形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.003wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在双层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述双层纤维膜的上层为孔径20μm的聚丙烯腈静电纺纤维膜，下层为孔径80μm的聚丙烯熔喷非织造布；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为180W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为5kPa；
步骤5：采用60℃真空干燥15min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水和乙醇，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.2μm，孔隙率为95％，对蛋白质的吸附量为1800mg/g，传质通量为800L/m2·h。
实施例8
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为20μm，平均直径为30nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰羧酸基(-COOH)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水和甲醇的混合溶剂中，通过加入分散剂焦磷酸钾形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.05wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在双层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述双层纤维膜的上层为孔径10μm的聚酰胺6静电纺纤维膜，下层为孔径300μm的麻纤维机织物；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为800W，过滤时施加的压力为负压力，压力大小为20kPa；
步骤5：将上述湿态复合纤维膜在-196℃液氮中进行冷冻处理2min后冷冻干燥脱除残留水和甲醇，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.5μm，孔隙率为85％，对蛋白质的吸附量为1500mg/g，传质通量为950L/m2·h。
实施例9
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用冷冻研磨解离和超声解离相结合的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为60μm，平均直径为50nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰磺酸基(-SO3H)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水和丙酮的混合溶剂中，通过加入分散剂聚氧乙烯胺形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.2wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在双层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述双层纤维膜的上层为聚乳酸和聚己内酯共混纺丝形成的孔径50μm的静电纺纳米纤维，下层为孔径300μm的毛纤维针织物；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为1000W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为30kPa；
步骤5：采用40℃真空干燥60min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水和丙酮，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.2μm，孔隙率为90％，对蛋白质的吸附量为1800mg/g，传质通量为700L/m2·h。
实施例10
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为80μm，平均直径为80nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰硫酸基(-OSO3H)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水中，通过加入分散剂脂肪酸甲酯乙氧基化物形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.5wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在双层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述双层纤维膜的上层为孔径50μm的醋酸纤维素静电纺纤维膜，下层为孔径100μm的纤维素滤纸；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为1000W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为30kPa；
步骤5：采用80℃鼓风干燥20min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.5μm，孔隙率为90％，对蛋白质的吸附量为1500mg/g，传质通量为1000L/m2·h。
实施例11
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离和冷冻研磨解离相结合的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为10μm，平均直径为50nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰亚磷酸基(-OPO2H2)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水中，通过加入分散剂无水碳酸钠形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.002wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在双层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述双层纤维膜的上层为孔径8μm的聚酰胺56静电纺纤维膜，下层为孔径20μm的聚丙烯腈静电纺纤维膜；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为100W，过滤时施加的压力为负压力，压力大小为10kPa；
步骤5：采用100℃真空干燥10min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.1μm，孔隙率为90％，对蛋白质的吸附量为2000mg/g，传质通量为500L/m2·h。
实施例12
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离和超声解离相结合的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为5μm，平均直径为20nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰伯胺基(-NRH2)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水中，通过加入分散剂六偏磷酸钠和聚硅酸钠形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.005wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在三层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述三层纤维膜的上层为孔径3μm的乙烯/乙烯醇共聚物静电纺纤维膜，中间层为孔径10μm的聚丙烯腈静电纺纤维，下层为孔径50μm的聚丙烯熔喷非织造布；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为500W，过滤时施加的压力为负压力，压力大小为40kPa；
步骤5：采用60℃鼓风干燥40min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.2μm，孔隙率为85％，对蛋白质的吸附量为1800mg/g，传质通量为650L/m2·h。
实施例13
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高压均质解离和超声解离相结合的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为10μm，平均直径为20nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰仲胺基(-NR2H)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水和丁酮的混合溶剂中，通过加入分散剂聚氧乙烯酰胺形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.05wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在三层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述三层纤维膜的上层为孔径5μm的聚氨酯静电纺纤维膜，中间层为孔径80μm的聚丙烯非织造布，下层为孔径300μm的棉纤维针织物；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为1000W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为30kPa；
步骤3：采用60℃鼓风干燥60min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水和丁酮，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.3μm，孔隙率为85％，对蛋白质的吸附量为1600mg/g，传质通量为800L/m2·h。
实施例14
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用超声解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为50μm，平均直径为30nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰叔胺基(-NR3)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维分散在水中，通过加入分散剂六偏磷酸钠形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.001wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在三层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述三层纤维膜的上层为孔径30μm的聚偏氟乙烯电纺纤维膜，中间层为孔径80μm的聚丙烯熔喷非织造布，下层为孔径200μm的聚丙烯腈机织物；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为500W，过滤时施加的压力为负压力，压力大小为20kPa；
步骤5：采用微波干燥方法脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.5μm，孔隙率为95％，对蛋白质的吸附量为1500mg/g，传质通量为1100L/m2·h。
实施例15
一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法：
步骤1：采用高速搅拌解离的方法将细菌纤维素膜机械解离成平均长度为80μm，平均直径为80nm的细菌纤维素纳米纤维；
步骤2：在上述细菌纤维素纳米纤维表面修饰羧酸基(-COOH)；
步骤3：将上述细菌纤维素纳米纤维并分散在水中，通过加入分散剂焦磷酸钾形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；所述悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的质量百分比为0.1wt％；
步骤4：采用同步超声过滤方法将上述细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在三层纤维膜表面形成湿态复合纤维膜，所述三层纤维膜的上层为孔径50μm的聚丙烯熔喷非织造布，中间层为孔径100μm的毛针织物，下层为孔径300μm的棉机织物；所述同步超声过滤过程中所使用的超声输出功率为1000W，过滤时施加的压力为正压力，压力大小为30kPa；
步骤5：采用50℃真空干燥60min脱除所述湿态复合纤维膜中的残留水，获得高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜，所述复合膜的网孔平均孔径为0.2μm，孔隙率为80％，对蛋白质的吸附量为1800mg/g，传质通量为600L/m2·h。

Claims (11)

1.一种高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤1)：将细菌纤维素膜机械解离成细菌纤维素纳米纤维；
步骤2)：在步骤1)制得的细菌纤维素纳米纤维表面修饰吸附官能团；
步骤3)：将步骤2)制得的修饰后的细菌纤维素纳米纤维分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；
步骤4)：采用同步超声过滤方法将步骤3)制得的细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合纤维膜；
步骤5)：脱除步骤4)制得的湿态复合纤维膜中的残留溶剂，获得可用于高效蛋白吸附分离的细菌纤维素纳米纤维复合膜。
2.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中机械解离为高速搅拌解离、超声解离、高压均质解离、高速研磨解离和冷冻研磨解离中的任意一种或几种的组合。
3.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中吸附官能团为羧酸基、磺酸基、硫酸基、亚磷酸基、伯胺基、仲胺基和叔胺基中的任意一种。
4.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中不溶性溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮和丁酮中的任意一种或几种。
5.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚氧乙烯胺、聚氧乙烯酰胺、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、聚硅酸钠、焦磷酸钾、无水碳酸钠、硫代碳酸钠和硼酸钠中的任意一种或几种。
6.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中细菌纤维素纳米纤维悬浮液中细菌纤维素纳米纤维的平均长度为1～300μm，平均直径为10～100nm，纤维质量浓度为0.0005～1wt％。
7.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的同步超声过滤方法为：在过滤的同时采用超声波处理细菌纤维素纳米纤维悬浮液，超声波输出功率为100～1500W，过滤时施加的压力为正压力或负压力，施加的压力范围为0.5～50kPa。
8.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的多孔纤维基材为静电纺纤维膜、非织造布、纤维素滤纸、机织物和针织物中的任意一种或几种的组合。
9.如权利要求1或8所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述多孔纤维基材的孔径为1～300μm。
10.如权利要求1所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中脱除的具体方法为真空干燥、鼓风干燥、超临界干燥、冷冻干燥、微波干燥和红外干燥中的任意一种。
11.一种采用权利要求1-10任意一项所述的高效蛋白吸附分离用细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法制备的复合膜，其特征在于，所述复合膜的表面为细菌纤维素纳米纤维所形成的完全覆盖的连续二维网状结构，网孔平均孔径为0.1～2μm，复合孔隙率为70～98％；该复合膜对蛋白质的吸附量≥800mg/g，传质通量≥500L/m2·h。
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