CN108359128A - pH响应再生型两水相体系及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种pH响应再生型两水相体系,两水相体系包括pH响应再生型聚合物PADB4.0和pH响应再生型聚合物PADB4.6,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.0的粘均分子量为2.65×104g/mol,等电点为4.05,由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比58:21:1经无规则共聚而得,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.6的粘均分子量为2.22×105g/mol,等电点为4.62,由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比25:15:1经无规则共聚而得。本发明的两种pH响应再生型聚合物具有可逆溶解、高效回收、成相时间短等特点。
Description
技术领域
本发明涉及溶解聚合物技术领域,特别涉及再生型聚合物技术领域,具体是一种再生型两水相体系及其应用。
背景技术
两水相体系的形成主要是由于聚合物和聚合物之间的不相溶性,即分子的空间阻碍作用使两种物质之间无法相互渗透,不能形成均一相,从而具有分离倾向。将两种亲水性的聚合物水溶液混合时,当聚合物溶液浓度达到一定值,混合溶液会分成界面清晰的两相,这就是两水相体系。
由于两水相体系中水分占很大比例,与传统的有机溶剂萃取相比,萃取条件温和,避免了生物产品在分离过程中的失活变性。两水相体系以水作为溶剂,具有操作简单,环境污染少,易于放大的优点。两水相体系中相界面张力小,从而提供了更大的接触面积,提高了传质效率,且保护生物活性物质免于失活。
两水相体系萃取具有独特的优势和良好的产业化前景,但形成两水相体系的聚合物价格昂贵且回收困难,成相时间较慢不利于生物活性物质的萃取,而且一些新型聚合物的合成受工艺条件的影响较大,使其只停留在小试规模,这极大的限制了两水相体系的工业化应用。
因此,开发可以重复回收使用(回收率大于95%)且成相时间迅速的两水相成相聚合物,并进行放大工艺条件的优化成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提供一种通过改变溶液pH值高效回收、使用成本低、且成相时间短、易于该技术的工业化应用的pH响应再生型两水相体系。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供了一种再生型两水相体系,其主要特点是:
所述的两水相体系包括pH响应再生型聚合物PADB4.0和pH响应再生型聚合物PADB4.6,
所述的pH响应再生型聚合物PADB4.0的粘均分子量为2.65×104g/mol,等电点为4.05,由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比58:21:1经无规则共聚而得,
所述的pH响应再生型聚合物PADB4.6的粘均分子量为2.22×105g/mol,等电点为4.62,由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比25:15:1经无规则共聚而得。
较佳地,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.0的制备方法包括:由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比58:21:1经无规则共聚而得,亚硫酸氢钠和过硫酸铵作为引发剂且按2.18%(w/w)的比例添加,聚合反应在55℃、转速为200rpm的条件下振荡反应12小时。
较佳地,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.6的制备方法包括:由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比25:15:1经无规则共聚而得,亚硫酸氢钠和过硫酸铵作为引发剂且按1.75%(w/w)的比例添加,聚合反应在62℃、转速为200rpm的条件下振荡反应12小时。
较佳地,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.6通过放大工艺制备,所述的放大工艺包括步骤:
(1)在500L反应釜中加入180KG去离子水,氮气通气量为1m3/h,搅拌转速为100rpm,时间0.5小时;
(2)加入8.25L丙烯酸、12L甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.75L甲基丙烯酸丁酯,氮气通气量为1m3/h,搅拌转速为100rpm,时间0.5小时;
(3)加入1.75%引发剂,氮气通气量为0.2m3/h,搅拌转速为100rpm,反应釜夹套中通入蒸汽进行加热至62℃,进行反应。
较佳地,所述的步骤(3)中加热过程采用间歇式进行,先将反应釜温度升至40℃停止加热保温10分钟,随后温度每升高5℃停止加热并保温5分钟,直至温度升至62℃。
本发明的第二方面提供了上述pH响应再生型两水相体系在分配去甲基金霉素、谷氨酰胺转氨酶的应用。
本发明的应用有益效果在于:本发明设计并合成了两种可用于形成两水相体系的聚合物,此两水相体系为弱酸性,两种成相聚合物可以通过调节其溶液的pH值来达到聚合物的高效回收,回收率均高达95%以上;本发明提供了聚合物在500L体系上的放大工艺,聚合物溶液可以在2小时内形成两水相体系。因此通过改变溶液pH值高效回收聚合物,大大降低了使用成本,且成相时间短,操作简单,易于该技术的工业化应用。另外本发明设计的两水相体系成相范围为5.5~8.0,该体系成相范围较广,分离条件温和,与以往发明的聚合物相比,该聚合物成相时间极大的缩短,有利于减少分离过程中生物物质活性的降低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方法作进一步说明。
实施例1
pH响应再生型聚合物PADB4.0制备
在250ml具塞三角瓶里加入120ml去离子水,再加入5ml丙烯酸、4.5ml甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.2ml甲基丙烯酸丁酯(摩尔比为58:21:1),加入引发剂过硫酸铵、亚硫酸氢钠各 0.2100g,通入氮气10~15分钟,以保证三角瓶反应体系中充满氮气且溶液中溶解氧为零。用自封带密封三角瓶瓶口,放入55℃的恒温水浴摇床中,200rpm转速下振荡12小时。反应结束后,反应液中按照1:1的比例加入无水乙醇,聚合物固体会析出在底部,将固体取出并用无水乙醇清洗干净,放入真空干燥箱中干燥。干燥所得的固体即为本发明的聚合物PADB4.0。通过乌氏粘度计测定聚合物PADB4.0的粘均分子量为2.65×104g/mol,通过Zeta电位仪测得等电点为4.05。
实施例2
pH响应再生型聚合物PADB4.6制备
在250ml具塞三角瓶里加入120ml去离子水,再加入5.5ml丙烯酸、8ml甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.5ml甲基丙烯酸丁酯(摩尔比为25:15:1),加入引发剂过硫酸铵、亚硫酸氢钠各 0.2400g,通入氮气10~15分钟,以保证三角瓶反应体系中充满氮气且溶液中溶解氧为零。用自封带密封三角瓶瓶口,放入62℃的恒温水浴摇床中,200rpm转速下振荡12小时。反应结束后,反应液中按照1:1的比例加入无水乙醇,聚合物固体会析出在底部,将固体取出并用无水乙醇清洗干净,放入真空干燥箱中干燥。干燥所得的固体即为本发明的聚合物PADB4.6。通过乌氏粘度计测定聚合物PADB4.6的粘均分子量为2.22×105g/mol,通过Zeta电位仪测得等电点为4.62。
实施例3
pH响应再生型聚合物PADB4.6在500L反应釜中制备
在500L反应釜中加入180KG去离子水,通入氮气排除反应体系中的氧气,氮气流速为 1m3/h,搅拌转速为100rpm。半小时后加入8.25L丙烯酸、12L甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.75L 甲基丙烯酸丁酯并继续通入氮气。再过半小时加入引发剂过硫酸铵、亚硫酸氢钠各360g,将氮气流速降低至0.2m3/h,反应釜夹套中通入蒸汽进行加热至62℃。反应结束后,反应液中按照1:1的比例加入无水乙醇,聚合物固体会析出在底部,将固体取出并用无水乙醇清洗干净,放入真空干燥箱中干燥。
加热过程采用间歇式进行。先将反应釜温度升至40℃停止加热保温10分钟,随后温度每升高5℃停止加热并保温5分钟,直至温度升至62℃。
实施例4
聚合物PADB4.0和聚合物PADB4.6的回收实验
首先称量空的离心管重量,在离心管中加入4%(w/w)的聚合物溶液,滴加0.3mol/L的 HCl来调节溶液pH至聚合物等电点,聚合物固体会从溶液中析出,沉淀下来。将离心管放入高速离心机中离心20min,转速为8000rpm。离心后将上清液倒掉,放入真空干燥箱中干燥至恒重。干燥结束后再次称量离心管的重量,与之前的数据的差值为回收的聚合物的重量。经测定,聚合物PADB4.0的回收率达98.42%,而聚合物PADB4.6的回收率达96.26%。
实施例5
pH响应再生型两水相体系的配制
将1.2000g由实施例1制得的聚合物PADB4.0溶解在20ml 300mM的氢氧化钠溶液中,配制出 6%的PADB4.0溶液;将1.6000g由实施例2制得的聚合物PADB4.6溶解在20ml去离子水中,配制出 8%的PADB4.6溶液。各取1ml上述溶液混合于10ml的刻度离心管中,混合均匀后在室温下静置2 小时即可得到两水相体系。
实施例6
去甲基金霉素在pH响应再生型两水相体系中的分配实验
在实施例5得到的2ml的pH响应再生型两水相体系中加入10mg去甲基金霉素和一定浓度的盐离子,溶解混合均匀,静置成相。上下相各取100μl溶液。稀释后按照公知的方法测定去甲基金霉素的浓度。上下相去甲基金霉素的浓度之比即为去甲基金霉素在pH响应再生型两水相体系中的分配系数。已知在MgSO4浓度为20mM时,分配系数达到最小,为0.24。
实施例7
谷氨酰胺转氨酶在pH响应再生型两水相体系中的分配实验
在实施例5得到的2ml的pH响应再生型两水相体系中加入6mg谷氨酰胺转氨酶和一定浓度的盐离子,溶解振荡混匀,静置成相。上下相各取100μl溶液,稀释后照公知的方法测定上清液中的谷氨酰胺转氨酶的浓度。上下相谷氨酰胺转氨酶的浓度之比即为谷氨酰胺转氨酶在pH 响应再生型两水相体系中的分配系数。已知在MgSO4浓度为60mM时,分配系数达到最大,为4.23。
综上所述,本发明的两种pH响应再生型聚合物具有可逆溶解、高效回收、成相时间短等特点。采用本发明提供的放大工艺,可以制备出具有上述特点的聚合物。此两水相体系大大降低了生产成本,适于大规模的推广应用;此两水相体系成相范围广,且能在弱酸和弱碱环境下成相,分离条件温和,成相迅速,适用于容易失活的生物活性物质的分离。
在此说明书中,本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是,很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此,说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (6)
1.一种pH响应再生型两水相体系,其特征在于,所述的两水相体系包括pH响应再生型聚合物PADB4.0和pH响应再生型聚合物PADB4.6,
所述的pH响应再生型聚合物PADB4.0的粘均分子量为2.65×104g/mol,等电点为4.05,由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比58:21:1经无规则共聚而得,
所述的pH响应再生型聚合物PADB4.6的粘均分子量为2.22×105g/mol,等电点为4.62,由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比25:15:1经无规则共聚而得。
2.根据权利要求1所述的pH响应再生型两水相体系,其特征在于,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.0的制备方法包括:由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比58:21:1经无规则共聚而得,亚硫酸氢钠和过硫酸铵作为引发剂且按2.18%的比例添加,聚合反应在55℃、转速为200rpm的条件下振荡反应12小时。
3.根据权利要求1所述的pH响应再生型两水相体系,其特征在于,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.6的制备方法包括:由丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯三种单体按投料摩尔比25:15:1经无规则共聚而得,亚硫酸氢钠和过硫酸铵作为引发剂且按1.75%的比例添加,聚合反应在62℃、转速为200rpm的条件下振荡反应12小时。
4.根据权利要求1所述的pH响应再生型两水相体系,其特征在于,所述的pH响应再生型聚合物PADB4.6通过放大工艺制备,所述的放大工艺包括步骤:
(1)在500L反应釜中加入180KG去离子水,氮气通气量为1m3/h,搅拌转速为100rpm,时间0.5小时;
(2)加入8.25L丙烯酸、12L甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.75L甲基丙烯酸丁酯,氮气通气量为1m3/h,搅拌转速为100rpm,时间0.5小时;
(3)加入1.75%引发剂,氮气通气量为0.2m3/h,搅拌转速为100rpm,反应釜夹套中通入蒸汽进行加热至62℃,进行反应。
5.根据权利要求4所述的pH响应再生型两水相体系,其特征在于,所述的步骤(3)中加热过程采用间歇式进行,先将反应釜温度升至40℃停止加热保温10分钟,随后温度每升高5℃停止加热并保温5分钟,直至温度升至62℃。
6.一种根据权利要求1所述的pH响应再生型两水相体系在分配去甲基金霉素、谷氨酰胺转氨酶的应用。
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