CN109680410A - 重污染环境条件下俘获大气自由基阵列分子膜的制备方法 - Google Patents

重污染环境条件下俘获大气自由基阵列分子膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

重污染环境条件下俘获大气自由基阵列分子膜的制备方法,涉及环境保护领域,通过静电作用使天然黄酮类活性分子都处于一种阵列状态,将活性分子均匀、阵列负载到纳米纤维膜中。利用该方法制备出具有比表面积大、孔隙度高和活性分子阵列分布的纳米纤维膜。本发明制备出的纤维膜可适用于重污染环境条件下对大气自由基俘获、监测和清除用途,例如可以将制备的膜用于无人机携带进行采样,为空间立体自由基和大气氧化性研究提供新的技术手段。

Description

重污染环境条件下俘获大气自由基阵列分子膜的制备方法
技术领域
本发明属于环境保护领域,特别涉及重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备技术。
背景技术
大气自由基由于其具有未配对电子,从而具有强的氧化性,是大气化学反应的主要引发剂和催化剂。酸雨、对流层臭氧平衡、城市光化学烟雾以及二次气溶胶形成等过程都有自由基的参与。
本发明针对俘获气态自由基领域使用了一种操作简单且新颖的技术。该技术在静电条件中使天然黄酮类活性分子都处于一种阵列状态,将活性分子均匀、阵列负载到纳米纤维膜中,制备出的纤维膜可适用于重污染环境条件下对大气自由基俘获、监测和清除等用途,例如可以将制备的膜用于无人机携带进行采样,为空间立体自由基和大气氧化性研究提供新的技术手段。该方法由于其成本低、原理简单、操作方便、应用效果好等优势已被证明是一种灵活而功能强大的制备阵列分子膜技术。例如中国发明专利CN103898625A公布了一种儿茶素-Cu/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的制备方法,该膜具有抗菌、抗氧化和保鲜的功能;中国发明专利CN104337755A公布了一种pH敏感性的同轴纳米载药纤维膜的制备方法,该膜用于药物载体;中国发明专利CN103690472A公布了一种黄芩素组合物纳米纤维及其制备方法;中国发明专利CN109023727A公布了一种可主动捕获PM2.5的纳米纤维膜材料的制备方法,可以有效地吸收周围的细微颗粒物;中国发明专利CN105214668A公布了一种高效碳纳米纤维基催化剂及其混纺制备方法。目前没有适于重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种适于重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法。
本发明是重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其步骤为:
步骤(1)天然黄酮类活性分子的制备:
将新鲜植物,或者植物果皮洗净、烘干、粉碎后用甲醇浸提,提取液过滤浓缩干燥后得到黄酮类物质提取物,将提取物进一步分离纯化结晶;
步骤(2)配制活性分子溶液:
称取黄酮类物质提取物和高聚物,称得的物质混合并溶解到相应溶剂中,在磁力搅拌器上搅拌均匀,静置5分钟,最终得到活性分子溶液;
步骤(3)阵列型活性分子膜制备:
将步骤(2)得到的溶液置入静电纺丝仪推进器中进行静电纺丝,设定相应的参数条件如纺丝电压、喷头与接收器之间的距离、推注速度,得到阵列型活性分子膜;
步骤(4)俘获气态自由基:
将步骤(3)得到的阵列分子膜置入空气总悬浮颗粒物采样器中进行气态自由基的俘获;
步骤(5)自由基清除率计算:
将步骤(4)得到的俘获气态自由基后的阵列活性分子膜反应前后响应信号变化进行检测,计算出活性分子清除自由基效率。
本发明的有益之处是:(1)由于静电作用,使黄酮类活性分子都处于一种阵列状态,将活性分子均匀、阵列负载到纳米纤维膜中,俘获及清除大气自由基效果更佳。(2)使用的黄酮类活性分子如槲皮素或者甘草酸或者山竹果皮提取物都是天然抗氧化物质,它们对大气中自由基的俘获及清除有良好的效果。(3)该阵列分子膜俘获大气自由基的动力学性能强、抗气流性冲击强度高、抗污染物空气分子干扰能力强。(4)阵列分子膜比表面积大、孔隙率高、纤维直径可控、空气透过性好、活性分子分布均匀。
附图说明
图1是槲皮素纤维膜清除率与浓度的关系曲线,图2是甘草酸纤维膜清除率与浓度的关系曲线,图3是山竹果皮提取物纤维膜清除率与浓度的关系曲线。
具体实施方式
本发明是重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其步骤为:
步骤(1)天然黄酮类活性分子的制备:
将新鲜植物,或者植物果皮洗净、烘干、粉碎后用甲醇浸提,提取液过滤浓缩干燥后得到黄酮类物质提取物,将提取物进一步分离纯化结晶;
步骤(2)配制活性分子溶液:
称取黄酮类物质提取物和高聚物,称得的物质混合并溶解到相应溶剂中,在磁力搅拌器上搅拌均匀,静置5分钟,最终得到活性分子溶液;
步骤(3)阵列型活性分子膜制备:
将步骤(2)得到的溶液置入静电纺丝仪推进器中进行静电纺丝,设定相应的参数条件如纺丝电压、喷头与接收器之间的距离、推注速度,得到阵列型活性分子膜;
步骤(4)俘获气态自由基:
将步骤(3)得到的阵列分子膜置入空气总悬浮颗粒物采样器中进行气态自由基的俘获;
步骤(5)自由基清除率计算:
将步骤(4)得到的俘获气态自由基后的阵列活性分子膜反应前后响应信号变化进行检测,计算出活性分子清除自由基效率。
以上所述的制备方法,所述步骤(1)的分步骤为:
(1)洗净、烘干、粉碎:将新鲜的植物,或者植物果皮烘干、粉碎,筛选出40目的粉末;
(2)甲醇浸提:称取一定量干燥的果皮粉末置于圆底烧瓶中,加入70%~90%甲醇,回流温度50~70℃,料液比为1:10~1:30,提取3次,每次3h、2h、1h,过滤,合并提取液;
(3)提取液回收甲醇至浸膏,干燥,得到黄酮类提取物;
(4)分离纯化:采用大孔树脂对物质进行进一步分离纯化得结晶。
以上所述的制备方法,所述步骤(1)中,所述黄酮类物质提取物是槲皮素,或者甘草提取物,或者山竹果皮提取物。
以上所述的制备方法,所述步骤(2)中,所述高聚物为聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯腈;所述溶剂为极性溶剂,具体为N,N-二甲基甲酰胺,或者甲醇,或者乙醇。
以上所述的制备方法,所述步骤(2)中,所述溶解和均匀分散的步骤为将溶液放置于磁力搅拌器上搅拌0.5 ~ 2小时。
以上所述的制备方法,所述步骤(2)中,所述活性分子溶液质量比例范围为1:5~3:5。
以上所述的重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,在制备过程中,使用注射器体积为5ml,注射器针头内径为0.5mm~0.8mm,纺丝液推进速度为0.7~2.5ml/h,喷头到接收装置的距离为10cm~20cm,纺丝电压为10kv~16kv,接收装置为转辊接收器,接收材料为玻璃纤维膜,接收转速为40 rpm,温度为室温,湿度范围为30~ 50%。
下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述,但本发明的实施方式不限于此,对于未特别注明的工艺参数,可参照常规技术进行。
实施例1:本发明在具体实施例中,由以下步骤实现:
(1)天然黄酮类活性分子的制备:
①洗净、烘干、粉碎:将新鲜的槲皮甙烘干、粉碎,筛选出40目的粉末;
②甲醇浸提:称取一定量干燥的槲皮甙粉末置于圆底烧瓶中,加入90%甲醇,回流温度80℃,料液比为1:10,提取3次,每次2h,过滤,合并提取液;
③提取液回收甲醇至浸膏,干燥,得到黄酮类提取物;
④大孔树脂分离纯化:准确称取上述提取物10g,用水定容于100ml,置入树脂柱中,用60%甲醇溶液洗脱,流出液真空浓缩干燥得槲皮素结晶;
(2)活性分子溶液的制备:分别称取0.001g的槲皮素和0.15g的高聚物聚乙烯吡咯烷酮,混合并溶解到5ml的甲醇中,磁力搅拌器搅拌1小时,静置5min,得到活性分子溶液;
(3)阵列型活性分子膜制备:将(2)得到的溶液置于5ml的注射器中,设定静电纺丝参数纺丝正高压10kv、负高压2kv、喷头与接收器之间的距离15cm、推注速度1.25ml/h,接收速度为40r/min;
(4)阵列型活性分子膜采样:将(3)得到的阵列型活性分子膜放入智能中流量空气总悬浮颗粒物采样器TH-150A型采样2小时;
(5)采样后自由基检测:将步骤(4)得到的膜用甲醇溶解定容至10ml,利用紫外分光光度计反应前后响应信号变化进行检测,计算出清除率即IC50值,清除率%=(A0-A)/A0
A0:样品吸收采样前特征吸收峰处的吸光度
A:样品吸收采样后特征吸收峰处的吸光度
根据各组样品不同浓度下清除率绘制出样品清除率与浓度的关系曲线,并求得回归公式,由回归线公式求得清除率50%时的浓度值,即为IC50值,如图1所示随着浓度的升高,槲皮素的清除率有所下降,并呈现较好的线性规律。活性物质浓度的升高,与自由基反应所消耗的活性物质的量也在增多,但活性物质剩余的量也在增大,导致清除率随着浓度的升高而下降。通过计算IC50值体现出活性物质与自由基反应的活性大小。
实施例2:本发明在具体实施例中,由以下步骤实现:
(1)天然黄酮类活性分子的制备:
①洗净、烘干、粉碎:将新鲜的甘草烘干、粉碎,筛选出40目的粉末;
②甲醇浸提:称取一定量干燥的甘草粉末置于圆底烧瓶中,加入80%甲醇,回流温度80℃,料液比为1:8,提取3次,每次2h,过滤,合并提取液;
③提取液回收甲醇至浸膏,干燥,得到黄酮类提取物;
④大孔树脂分离纯化:准确称取上述提取物10g,用水定容于100ml,置入树脂柱中,用60%甲醇溶液洗脱,流出液真空浓缩干燥得甘草酸结晶;
(2)活性分子溶液的制备:分别称量0.006g的甘草酸和0.15g的高聚物聚乙烯吡咯烷酮,混合并溶解到5ml的甲醇中,磁力搅拌器搅拌30min,静置5min,得到活性分子溶液;
(3)阵列型活性分子膜制备:将(2)得到的溶液置于5ml的注射器中,设定静电纺丝参数纺丝正高压10kv、负高压2kv、喷头与接收器之间的距离15cm、推注速度1.25 ml/h,接收速度为40r/min;
(4)阵列型活性分子膜采样:将步骤(3)得到的阵列型活性分子膜放入智能中流量空气总悬浮颗粒物采样器TH-150A型采样2小时;
(5)采样后自由基检测:将(4)得到的膜用甲醇溶解定容至10ml,利用紫外分光光度计反应前后响应信号变化进行检测,计算出清除率即IC50值,清除率%=(A0-A)/A0
A0:样品吸收采样前特征吸收峰处的吸光度
A:样品吸收采样后特征吸收峰处的吸光度
根据各组样品不同浓度下清除率绘制出样品清除率与浓度的关系曲线,并求得回归公式,由回归线公式求得清除率50%时的浓度值,即为IC50值,如图2所示随着浓度的升高,甘草酸的清除率有所下降,并呈现较好的线性规律。活性物质浓度的升高,与自由基反应所消耗的活性物质的量也在增多,但活性物质剩余的量也在增大,导致清除率随着浓度的升高而下降。通过计算IC50值体现出活性物质与自由基反应的活性大小。
实施例3:本发明在具体实施例中,由以下步骤实现:
(1)天然黄酮类活性分子的制备:
①洗净、烘干、粉碎:将新鲜的山竹果皮烘干、粉碎,筛选出40目的粉末;
②甲醇浸提:称取一定量干燥的山竹果皮粉末置于圆底烧瓶中,加入70%甲醇,回流温度70℃,料液比为1:10,提取3次,每次3h、2h、1h,过滤,合并提取液;
③提取液回收甲醇至浸膏,干燥,得到黄酮类提取物;
④大孔树脂分离纯化:准确称取上述提取物10g,用水定容于100ml,置入树脂柱中,用60%甲醇溶液洗脱,流出液真空浓缩干燥得山竹果皮提取物结晶;
(2)活性分子溶液的制备:分别称量0.003g的山竹果皮提取物和0.1g的高聚物聚乙烯吡咯烷酮,混合并溶解到5ml的甲醇中,磁力搅拌器搅拌1小时,静置5min,得到活性分子溶液;
(3)阵列型活性分子膜制备:将(2)得到的溶液置于5ml的注射器中,设定静电纺丝参数纺丝正高压14kv、负高压2kv、喷头与接收器之间的距离20cm、推注速度2.5 ml/h,接收速度为40r/min;
(4)阵列型活性分子膜采样:将(3)得到的阵列型活性分子膜放入智能中流量空气总悬浮颗粒物采样器TH-150A型采样2小时;
(5)采样后自由基检测:将(4)得到的膜用甲醇溶解定容至10ml,利用紫外分光光度计反应前后响应信号变化进行检测,计算出清除率即IC50值,清除率%=(A0-A)/A0
A0:样品吸收采样前特征吸收峰处的吸光度
A:样品吸收采样后特征吸收峰处的吸光度
根据各组样品不同浓度下清除率绘制出样品清除率与浓度的关系曲线,并求得回归公式,由回归线公式求得清除率50%时的浓度值,即为IC50值,如图3所示随着浓度的升高,山竹果皮提取物的清除率有所下降,并呈现较好的线性规律。活性物质浓度的升高,与自由基反应所消耗的活性物质的量也在增多,但活性物质剩余的量也在增大,导致清除率随着浓度的升高而下降。通过计算IC50值体现出活性物质与自由基反应的活性大小。

Claims (7)

1.重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于,其步骤为:
步骤(1)天然黄酮类活性分子的制备:
将新鲜植物,或者植物果皮洗净、烘干、粉碎后用甲醇浸提,提取液过滤浓缩干燥后得到黄酮类物质提取物,将提取物进一步分离纯化结晶;
步骤(2)配制活性分子溶液:
称取黄酮类物质提取物和高聚物,称得的物质混合并溶解到相应溶剂中,在磁力搅拌器上搅拌均匀,静置5分钟,最终得到活性分子溶液;
步骤(3)阵列型活性分子膜制备:
将步骤(2)得到的溶液置入静电纺丝仪推进器中进行静电纺丝,设定相应的参数条件如纺丝电压、喷头与接收器之间的距离、推注速度,得到阵列型活性分子膜;
步骤(4)俘获气态自由基:
将步骤(3)得到的阵列分子膜置入空气总悬浮颗粒物采样器中进行气态自由基的俘获;
步骤(5)自由基清除率计算:
将步骤(4)得到的俘获气态自由基后的阵列活性分子膜反应前后响应信号变化进行检测,计算出活性分子清除自由基效率。
2.根据权利要求1所述的重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)的分步骤为:
(1)洗净、烘干、粉碎:将新鲜的植物,或者植物果皮烘干、粉碎,筛选出40目的粉末;
(2)甲醇浸提:称取一定量干燥的果皮粉末置于圆底烧瓶中,加入70%~90%甲醇,回流温度50~70℃,料液比为1:10~1:30,提取3次,每次3h、2h、1h,过滤,合并提取液;
(3)提取液回收甲醇至浸膏,干燥,得到黄酮类提取物;
(4)分离纯化:采用大孔树脂对物质进行进一步分离纯化得结晶。
3.根据权利要求1所述的重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述黄酮类物质提取物是槲皮素,或者甘草提取物,或者山竹果皮提取物。
4.根据权利要求1所述得到重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所述高聚物为聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯腈;所述溶剂为极性溶剂,具体为N,N-二甲基甲酰胺,或者甲醇,或者乙醇。
5.根据权利要求1所述的重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所述溶解和均匀分散的步骤为将溶液放置于磁力搅拌器上搅拌0.5 ~ 2小时。
6.根据权利要求1所述的重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所述活性分子溶液质量比例范围为1:5~3:5。
7.根据权利要求1所述的重污染环境条件下俘获大气自由基阵列型活性分子膜的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,在制备过程中,使用注射器体积为5ml,注射器针头内径为0.5mm~0.8mm,纺丝液推进速度为0.7~2.5ml/h,喷头到接收装置的距离为10cm~20cm,纺丝电压为10kv~16kv,接收装置为转辊接收器,接收材料为玻璃纤维膜,接收转速为40 rpm,温度为室温,湿度范围为30~ 50%。
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