CN1788832A - 智能分子印迹手性拆分亲和膜及其制备方法 - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
一种用于手性分子拆分、浓缩、分离的手性拆分亲和膜及其制备方法。该膜是以无机或有机材料多孔膜为基膜，在基膜孔腔内及基膜的表面上使含有丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酰胺、双丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、引发剂和模板分子溶液通过加热聚合或UV光引发聚合，然后将模板分子通过改变温度将模板分子洗下，即可得到温敏型智能手性拆分亲和膜，其制备方法包括工艺的步骤有：基材膜的处理；单体溶液的配制；聚合；模板的清除。本发明中智能分子印迹手性拆分膜进行拆分手性分子比一般的亲和膜分离过程简单，不需要在酸性、碱性、以及高浓度盐或有机溶剂恢复膜性能即可完成。该膜具有高手性拆分能力和高处理量，无选择剂。
Description
一、技术领域
本发明属于膜分离技术拆分手性分子的领域，特别涉及制备一种智能分子印迹手性拆分亲和膜。
二、背景技术
分离膜是一种高效节能的分离材料，具有广泛的应用前景。膜法手性拆分是近年来国内外大力开发的新的研究热点。膜法手性拆分技术即具有拆分能力又具有大规模处理能力，在医药、香料、生化试剂、食品助剂等手性分子的拆分领域将发挥重要作用。
膜分离膜技术拆分手性分子，主要有液膜法、固膜法和膜反应器法。手性液膜由于均存在稳定性较差的缺点，其应用受到很大限制(见：Keurentjes J T F，Nabuurs L J W M，Vegter E A，Liquid membrane technologyfor the separation of racemic mixtures，Journal of Membrane Science，1996，113(2)：351-360；Koval C A，D，Way JD(Eds)，Liquid Membrane，Theory and Application，American Chemical Society，Washingtong，DC，1987，PP，28～38)。为了获得更稳定的手性膜，近来人们更多注意固膜法拆分技术。在固膜手性拆分领域中，不同异构体是通过选择性的吸附或扩散过程来完成的。由于扩散选择型手性固膜的通量一般都比较小，因此工业规模应用不大，吸附选择型手性固膜主要是利用镶嵌在聚合物中的手性选择剂来进行手性拆分，其拆分机理是依靠异构体与手性选择剂之间的特殊分子之间作用。通常一种异构体能被较多地选择性吸附在手性选择剂来上，而另一种异构体则较多地游离在聚合物膜中，迄今吸附选择型手性拆分固膜的制备有如下几种(1)采用接枝或渍等方法在多孔基膜上，固定手性选择剂，例如环糊精及其衍生物(见：Kreig HM，Breytenbach J C，Keizer K，Chiralresolution by β-cyclodextrin polymer-impregnated ceramic membranes，Journal ofMembrane Science，2000，164，177-185)、牛血清蛋白(BSA)、脱辅基酶和DNA等；(2)将环糊精等手性选择剂混合溶解于制膜液，制成无孔高分子膜(见龙德远，黄天宝，β-环糊精聚合物膜拆分氨基酸对映体，高等学校化学学报，1999，20：884-886.)：(3)采用分子印迹技术(molecular imprinting technology)制备具有手性拆分识别功能的高分子膜(见：Yoshikawa M，Ooi T，IzumiJ-I，Novel membrane materialhaving EEE derivitives as a chiral recongnition site，European Polymer Journal，2001，37，335～342)，这些手性固膜虽然分离因子较高，稳定性好，是目前有发展前景的方法，但是随着吸附量的增加，拆分能力会减弱，需要将吸附在膜上的异构体除掉以便恢复它的拆分能力，往往采用酸碱有机溶剂等办法，这阻碍了固膜的应用(见：JirageK B，Martin C R，New development in membrane-based separation，Trends inbiotechnology，1999，17：197-`2000)
膜反应器法拆分手性分子具有酶等高效催化合成与分离膜的高效分离技术集成的技术，拆分效率高，但是高效拆分酶等催化剂是关键，目前的工作主要包括催化膜反应器和酶膜反应器两种，其中酶膜反应器具有较高的拆分能力(见：A.Liese，U.Kragl，H.Kierkels，B.Schulze，Membrane reactor development for thekinetic resolution of ethyl 2-hydroxy-4-phenylbutyrate[J].Enzyme and Microbial Technology，2002，30：673-681)，其手性过量值为99.5％。
三、发明内容
本发明的目的针对现已报道的技术中存在的不足，提出了通过分子印迹技术和智能高分子合成技术制备智能分子印迹手性拆分亲和膜及其制备方法。该膜不仅具有较高的手性选择性，而且具有较高的处理能力。
本发明的技术方案是：以无机或有机材料多孔膜为基膜，在基膜孔腔内及基膜的表面上使含有丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酰胺、双丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、引发剂和模板分子溶液通过加热聚合或UV光引发聚合，然后将模板分子通过改变温度将模板分子洗下，即可得到智能分子印迹手性拆分亲和膜。
制作基膜的无机材料可以是陶瓷或玻璃，制作基膜的有机材料可以是聚乙烯或聚偏氟乙烯或聚酰胺等等，上述智能分子印迹手性拆分亲和膜的制备方法包括以下步骤：
1 基膜的处理
将基膜用体积为30～100％的丙酮或乙醇溶液洗净并干燥至恒重，干燥温度一般为30～50℃，将干燥后的基膜装入瓶中，对基膜瓶内进行高纯氮气置换，反复3次使基膜瓶中形成高纯氮气氛围。
2 单体溶液的配制与处理
单体溶液配制：将精制的丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺等单体和双丙烯酰胺等交联剂，以及引发剂和模板分子溶液通入基膜的容器中，再对基膜瓶内进行高纯氮气置换，反复3次使基膜瓶中形成高纯氮气氛围。
各种单体丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺，加入比例一般1～80％。
交联剂包括双丙烯酸乙二醇酯、双丙烯酸丙二醇酯、双丙烯酸丁二醇酯、双丙烯酰胺、加入比例比例一般1～80％。
模板分子指被吸附分子，加入比例比例一般1～80％。
引发剂包括热引发剂或UV光引发剂，加入比例比例一般1～80％。
3 聚合
向基膜瓶中导入处理过的单体溶液，在50～80℃恒温水浴中进行聚合反应，反应时间以达到单体溶液固化为限。然后通入大气，使反应停止；或者向基膜瓶中导入处理过的单体溶液，在UV装置中通过UV引发进行聚合反应，反应时间以达到单体溶液固化为限，然后通入大气，使反应停止。
4 分子印迹膜的清洗
将膜浸入去离子水，再0～30℃恒温水浴中进行震荡清洗，直至清洗干净为止，清洗后再30～50℃下真空干燥至恒重即获得智能分子印迹手性拆分亲和膜。
本发明提供的是智能分子印迹手性拆分亲和膜对手性分子的分离过程为：当环境温度高于聚异丙基丙烯酰胺(PINIPAM)的低临界溶解温度(LCST)时，含有聚异丙基丙烯酰胺(PINIPAM)的分子印迹膜呈收缩构相，膜中的分子印迹具有分子识别能力，当对映体异构体分子在外加推动力的作用下穿透膜层时，其中一种异构体分子被膜中的分子印迹识别而被吸附截留在膜中。
而另一种异构体分子则随滤液一起透过膜层，从而完成两种异构体的分离；当环境温度低于聚异丙基丙烯酰胺(PINIPAM)的低临界溶解温度(LCST)时，呈伸展构象，被膜中的分子印迹识别而被吸附截留在膜中的异构体分子因结合常数大大下降而自动脱落，从而使膜得到再生。
本发明具有以下优点：
1 本发明提供的智能化的分子印迹手性拆分亲和膜对对映异构体分子进行分离比一般的亲和膜分离过程简单，不需要在酸性、碱性、以及高浓度盐或有机溶剂条件下即可完成，更易于实现环境友好的连续运行。
2 利用该智能膜具有自律式分离行为，可同时实现手性拆分过程的高选择性和高处理量。
3 所需材料易于获得，制备方法较为简单，便于工业化生产。
4 无需手性选择剂，也不存在环糊精选择剂的流失问题
四、具体实施方式
实施例1
本实施例中的智能分子印迹手性拆分亲和膜以聚偏氟乙烯多孔膜为基膜，通过热聚合反应在基膜形成含有聚异丙基丙烯酰胺链和模板分子印迹手性拆分亲和膜，其制备方法包括以下工艺步骤：
1 基膜的处理
将基膜用体积浓度为60％的乙醇溶液洗净并干燥至恒重，干燥温度为50℃，将干燥后的基膜装入基膜瓶中，对基膜瓶内进行高纯氮气置换，反复3次使基膜瓶中形成高纯氮气氛围；
2 单体溶液的配制与处理
单体溶液配制：将精制的丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺等单体和双丙烯酰胺等交联剂，以及引发剂和模板分子溶液通入基膜的容器中，再对基膜瓶内进行高纯氮气置换，反复3次使基膜瓶中形成高纯氮气氛围；
各种单体丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺，加入比例一般20％；
交联剂包括双丙烯酸乙二醇酯或双丙烯酸丙二醇酯或双丙烯酸丁二醇酯或双丙烯酰胺或加入比例比例一般为8％；
模板分子指被吸附分子，加入比例比例一般10％；
引发剂包括热引发剂或UV光引发剂，加入比例比例一般5％；
3 聚合
将盛有基膜瓶和单体溶液的容器，置于70℃恒温水浴中进行聚合反应，反应时间为6小时，然后通入大气，使反应停止；
4 接枝膜的清洗
将分子印迹膜浸入去离子水，在10℃恒温水浴中进行震荡清洗干净为止，清洗后50℃下真空干燥至恒重即获得智能分子印迹手性拆分亲和膜。
实施例2：
本实施例中的智能分子印迹手性拆分亲和膜以聚偏氟乙烯多孔膜为基膜，通过UV引发在基膜孔腔或膜表面上进行聚合得到述智能分子印迹手性拆分亲和膜，其制备工艺步骤如下：
1 基膜的处理
将基膜用体积浓度为60％的乙醇溶液洗净并干燥至恒重，干燥温度为50℃，将干燥后的基膜装入基膜瓶中，对基膜瓶内进行高纯氮气置换，反复3次使基膜瓶中形成高纯氮气氛围；
2 单体溶液的配制与处理
单体溶液配制：将精制的丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺等单体和双丙烯酰胺等交联剂，以及引发剂和模板分子溶液通入基膜的容器中，再对基膜瓶内进行高纯氮气置换，反复3次使基膜瓶中形成高纯氮气氛围；
各种单体丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺，加入比例一般20％；
交联剂包括双丙烯酸乙二醇酯或双丙烯酸丙二醇酯或双丙烯酸丁二醇酯或双丙烯酰胺或加入比例比例一般为8％；
模板分子指被吸附分子，加入比例比例一般10％；
引发剂包括热引发剂或UV光引发剂，加入比例比例一般5％；
3 聚合
将盛有基膜瓶和单体溶液的容器，置于UV引发装置中，UV引发时间120秒，UV光源与容器的间距为40厘米，然后通入大气，使反应停止；
4 接枝膜的清洗
将分子印迹膜浸入去离子水，在10℃恒温水浴中进行震荡清洗干净为止，清洗后50℃下真空干燥至恒重即获得智能分子印迹手性拆分亲和膜。
Claims (3)
1一种智能分子印迹手性拆分亲和膜，其特征在于该亲和膜以无机或有机材料多孔材料为基膜，通过聚合反应在基膜的孔腔及其基膜表面上使含模板分子、异丙烯丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸等溶液聚合，通过改变温度将模板分子脱除后，在基膜的孔腔及其基膜的表面形成了含有温敏性能的聚异丙烯丙烯酰胺和模板印迹的手性拆分亲和膜；
2、根据权利1要求所述的智能分子印迹手性拆分亲和膜，其特征形成的无机基膜为超滤或微滤级别，膜材料可以是陶瓷或玻，形成的有机基膜可以是聚砜、聚醚酮、聚丙烯腈、聚醚砜酮、聚丙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯、聚酰胺等；
3、根据权利1要求所述的智能分子印迹手性拆分亲和膜的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)基材膜处理
将基材膜用体积浓度为50～100％的乙醇或丙酮溶液洗净并干燥至恒重，将干燥的基膜装入玻璃容器中密封干燥；
(2)单体溶液的配置与处理
单体溶液的配置：单体溶液以去离子为溶剂，以异丙基丙烯酰胺单体和手性模板分子、丙烯酸、丙烯酰胺、双丙烯酰胺单体等物质为溶质，总的单体质量为30％，过硫酸钾或过硫酸铵或光引发剂的用量为1～20％，并将这些单体溶液加入到盛有基膜的玻璃容器中。
单体溶液的氧气排出：充入高纯氮再抽真空至少反复3次，
单体溶液的高纯氮置换：高纯氮充入溶液中并维持在常压下；
(3)聚合
进行热聚合时将盛有单体溶液和基膜容器中置于水浴中，温度控制在60～80℃，时间18小时瓶中导入处理过的单体溶液，再恒温水浴中进行接枝聚合反应，反应时间以达到单体溶液固化为限，然后停止加热，导入氧气，使反应停止；进行UV引发聚合时将将盛有单体溶液和基膜容器中置于UV引发装置中，容器距UV光源5～50cm，照射时间10～300秒，其中UV光源功率为200～500W；
(4)手性拆分膜的清洗
将手性拆分膜浸入去离子水，在1～60℃恒温水浴中进行超声清洗器上清洗震荡清洗，直至清洗干净为止，然后在30～50℃下真空干燥直至恒重即获得智能分子印迹手性拆分亲和膜。
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