CN1883780A - 对天然产物具有专一选择性硅质分离膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了对天然产物具有专一选择性硅质分离膜的制备方法,属于膜的制备技术。该方法包括以下步骤:将模板剂溶于包括乙醇的溶剂中得到模板剂溶液,然后将功能单体加入到该溶液,加入稳定剂后冷凝回流,去除溶剂制得硅烷前驱物,将四乙氧基硅烷溶于乙醇溶液,加入硅烷前驱物,冷凝回流制备溶胶,然后于室温下陈化,把经处理的Al2O3板浸入该溶胶中,反复浸涂,然后于马弗炉中烧结,洗脱模板剂,干燥后得到硅质分离膜。本发明的优点在于制备过程简单,所制得的分离膜在分子级别上实现对某一种物质的选择性分离,分子识别过程可以在水相中实现,特别适用于分离天然产物,具有广泛的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种对天然产物具有专一选择性硅质分离膜的制备方法。属于分离膜的制备技术。
背景技术
膜分离技术是二十一世纪最具发展潜力的单元操作之一,具有广阔的应用前景。膜分离技术有许多优点,如分离过程不发生相变,能耗低;分离系数大,可连续操作,效率高,无二次污染;操作温度低,适用于热敏性物质(果汁、酶、药品)的分离、提纯和富集;装置简单,易操作等,但实际应用中还存在有很多问题,比如膜污染和劣化严重;大多数有机膜材料尤其是亲水性材料的热稳定性较差,机械强度低,抗化学药品差等;目前,膜技术分离的选择性靠截留分子量来实现的,但天然产物、药物或某些化工类产品,分子量比较接近,难以用现有的膜技术进行精确分离,所以提高膜的选择性,使膜分离达到精确分离,是目前膜技术所面临的难以解决的问题之一。分子印迹是近20年来发展起来的制备高选择性吸附材料的技术,它模仿了生物界的钥匙和锁的作用原理,对待分离组分可以从分子级别进行选择性分离,但是分子印迹技术所用的功能单体和交联剂多数为有机化合物,且分子印迹和分子识别过程都不能在极性溶剂中实现,而天然产物、药物或一些化工类产品很多都是水溶性的物质,在应用上存在着困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备具有专一选择性分离膜的方法,所制得的分离膜可以实现对水溶性的待分离物质的高选择性分离。
为达到上述目的,本发明是通过下述技术方案加以实现的。以有机硅烷为功能单体,与待分离物质(某一类天然产物组分)为模板剂制备前驱物,然后与四乙氧基硅烷进行协同水解反应,形成溶胶,再以Al2O3为载体涂膜,进行烧结后就得到了具有专一选择性的硅质分离膜。其特征在于包括以下具体步骤:
1.Al2O3载体的前处理,先把γ-Al2O3板表面打磨光滑,再用0.01~0.15mol/L的盐酸、硝酸或磷酸溶液中煮沸10~50分钟,然后用0.01~0.15mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中煮沸10~50分钟,用去离子水洗涤1~6次后,再置于乙醇中超声10~50分钟,用去离子水洗涤后置于室温下干燥待用。
2.硅烷前驱物的制备,将模板剂溶于乙醇、吡啶、二甲亚砜或四氢呋喃中配成质量浓度为0.2%~30%的溶液,所述的模板剂是:芦丁、槲皮素、染料木素、吗啡、木防己碱、乌本苷或穿心莲内酯,待完全溶解后得模板剂溶液,按模板剂溶液与功能单体的体积比为20∶1~10加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯基三乙氧基硅烷或3-丙异氰根三乙氧基硅烷得到前驱物溶液,然后按前驱物溶液与稳定剂的体积比100∶1~10加入N,N-二甲基甲酰氨或N,N-二甲基乙酰氨,于40℃~90℃下回流10~36小时。反应结束后,采用旋转蒸发除去溶剂得硅烷前驱物。
3.将步骤2制得的硅烷前驱物溶于乙醇中配成质量浓度为0.5%~10%的溶液,以与该溶液体积比为1∶5~20加入四乙氧基硅烷,然后用盐酸或醋酸调节pH=4.5~6.1,或用氨水或氢氧化钠调节pH=7.9~9.2,以与调节pH后的溶液体积比为100∶1~10加入稳定剂N,N-二甲基甲酰氨或N,N-二甲基乙酰氨,在搅拌情况下,向加有稳定剂的溶液加入体积比为5∶1~10去离子水,然后在40℃~90℃下回流8~12小时,得到均一、稳定的溶胶。
4.将步骤3制得的溶胶于室温下陈化1~6小时,把步骤1处理的Al2O3浸入陈化后的胶体溶液中6~9秒,反复浸涂6~7次,得到复合膜。
5.把步骤4制得的复合膜置于马弗炉中,设定温度为150~200℃,按0.5℃/min~5℃/min的升温速率,烧结4~8小时。
6.把烧结好的复合膜,再用质量浓度为60%~80%的乙醇、乙酸乙酯、氯仿或二甲亚砜溶液在60℃~90℃下洗脱模板剂,洗脱6~10小时后即可用于分离目标产物。
本发明的优点在于制备过程简单,所制得的分离膜机械强度高,耐污染能力强,应用温度范围广,可以在分子级别上实现对某一种物质的选择性分离,而且可以在水相中实现分子识别过程,还可以广泛应用于膜生物反应器,膜传感器,药物的手性拆分,锂粒子电池,特别适用于分离天然产物,具有广泛的通用性。
具体实施方式
实施例一:将100mg芦丁溶于10ml吡啶,加入0.5ml的氨丙基三乙氧基硅烷和0.5ml N,N-二甲基甲酰氨,在65℃下冷凝回流36小时,反应结束后,将吡啶用旋转蒸发器除去,即制得芦丁前驱物,将10ml的四乙氧基硅烷溶于50ml乙醇溶液,并加入上述制备的芦丁前驱物5ml,再加入1ml N,N-二甲基甲酰氨和15ml去离子水,然后用HCL调节pH=4.9,在60℃下回流10小时进行协同水解制备硅溶胶,接着于室温下陈化2小时。Al2O3板经打磨,再分别经0.05mol/L的盐酸、氢氧化钠煎煮、乙醇超声后浸入前面制备好的溶胶中,反复浸涂7次,然后置于马弗炉中烧结,最高温设定为170℃,按0.5℃/min升温,6.5小时后取出,然后在60℃下用90%的乙醇溶液将芦丁从干凝胶中洗脱除去,于室温下干燥即制得对芦丁具有专一选择性硅质膜。在自制的膜评价装置上对含卢丁0.56mg/ml的原料液分离,达到吸附平衡时间为3.6小时,对芦丁的选择率为87.2%。
实施例二:将100mg槲皮素溶于20ml乙醇,加入5ml的氯丙基三乙氧基硅烷和2.0mlN,N-二甲基甲酰氨,在70℃冷凝回流24小时,反应结束后,将四氢呋喃用旋转蒸器发除去,即制得槲皮素前驱物,将15ml的四乙氧基硅烷溶于30ml乙醇溶液,并加入上述制备的槲皮素前驱物5ml,然后加入3ml N,N-二甲基甲酰氨和20ml去离子水,再用氢氧化钠调节pH=9.5,然后在60℃下回流10小时进行协同水解制备硅溶胶,接着于室温下陈化2.5小时。Al2O3板经打磨,再分别经0.10mol/L的盐酸、氢氧化钠煎煮、乙醇超声后浸入前面制备好的溶胶中,反复浸涂6次,然后置于马弗炉中烧结,最高温设定为180℃,按1℃/min升温,6小时后取出制得复合膜,然后在80℃下用80%的乙酸乙酯溶液将槲皮素从膜中洗脱除去,于室温下干燥即制得对槲皮素具有专一选择性硅质分离膜。在自制的膜评价装置上对含槲皮素0.72mg/ml的料液分离,达到吸附平衡时间为4小时,对槲皮素的选择率为81.6%。
实施例三:将150mg的吗啡溶于30ml四氢呋喃,加入10ml的3-丙异氰根三乙氧基硅烷和1.5ml N,N-二甲基乙酰氨,在80℃冷凝回流12小时,反应结束后,将四氢呋喃用旋转蒸器发除去,即制得吗啡前驱物,将15ml的四乙氧基硅烷溶于30ml乙醇溶液,并加入上述制备的吗啡前驱物5ml,然后加入3ml N,N-二甲基甲酰氨和20ml去离子水,再用醋酸调节pH=6.5,然后在60℃下回流8小时进行协同水解制备硅溶胶,接着于室温下陈化4小时。Al2O3板经打磨,再分别经0.15mol/L的盐酸、氢氧化钠煎煮、乙醇超声后浸入前面制备好的溶胶中,反复浸涂6次,然后置于马弗炉中烧结,最高温设定为200℃,按2℃/min升温,6小时后取出制得复合膜,然后在80℃下用80%的氯仿溶液将吗啡从膜中洗脱除去,于室温下干燥即制得对吗啡具有专一选择性硅质分离膜。在自制的膜评价装置上对含吗啡0.63mg/ml的原料液分离,达到吸附平衡时间为4.5小时,对吗啡的选择率为80.5%。
实施例四:将80mg的木防己碱溶于15ml二甲亚砜,加入5ml的氨丙基三乙氧基硅烷和1.5ml N,N-二甲基乙酰氨,在90℃下回流20小时,反应结束后,将二甲亚砜用旋转蒸发器除去,即制得木防己碱复合前驱物,将8ml的四乙氧基硅烷溶于20ml乙醇中,加入上述制备的木防己碱复合前驱物2ml,并加入0.5ml N,N-二甲基甲酰氨和5ml去离子水,再用盐酸调节pH=4.5,然后在70℃下回流10小时进行协同水解制备硅溶胶,接着于室温下陈化3小时。Al2O3板经打磨,再分别经0.05mol/L的盐酸、氢氧化钠煎煮、乙醇超声后浸入前面制备好溶胶中,反复浸涂9次,然后置于马弗炉中烧结,最高温设定为200℃,按2℃/min升温,8小时后取出制得复合膜,然后在75℃下用80%的乙醇溶液将木防己碱从膜中洗脱除去,于室温下干燥即制得对木防己碱具有专一选择性硅质分离膜。在自制的膜评价装置上对含木防己碱0.37mg/ml的原料液分离,达到吸附平衡时间为5小时,对木防己碱的选择率为86.8%。
实施例五:将50mg的乌本苷溶于10ml二甲亚砜,加入3ml的氯丙基三乙氧基硅烷和1.5ml N,N-二甲基甲酰氨,在90℃下回流12小时,反应结束后,将二甲亚砜用旋转蒸发器除去,即制得乌本苷复合前驱物,将10ml的四乙氧基硅烷溶于30ml乙醇中,加入上述制备的乌本苷复合前驱物5ml,并加入1ml N,N-二甲基甲酰氨和15ml去离子水,再用氨水调节pH=8.1,然后在70℃下回流8小时进行协同水解制备硅溶胶,接着于室温下陈化2小时。Al2O3板经打磨,再分别经0.11mol/L的盐酸、氢氧化钠煎煮、乙醇超声后浸入前面制备好浸入溶胶中,反复浸涂8次,然后用马弗炉烧结,最高温设定为170℃,按1℃/min升温,8小时后取出制得复合膜,然后在80℃下用80%的乙醇溶液将乌本苷从膜中洗脱除去,于室温下干燥即制得对乌本苷具有专一选择性硅质分离膜。在自制的膜评价装置上对含乌本苷0.42mg/ml的原料液分离,达到吸附平衡时间为5小时,对乌本苷的选择率为85.9%。
实施例六:将150mg的穿心莲内酯溶于30ml四氢呋喃,加入15ml的3-丙异氰三乙氧基硅烷和2ml N,N-二甲基乙酰氨,在90℃下回流24小时,反应结束后,将四氢呋喃用旋转蒸发器除去,即制得穿心莲内酯复合前驱物,将10ml的四乙氧基硅烷溶于30ml乙醇中,加入上述制备的穿心莲内酯复合前驱物5ml,并加入1ml N,N-二甲基甲酰氨和15ml去离子水,再用盐酸调节pH=5.2,然后在70℃下回流30小时进行协同水解制备硅溶胶,接着于室温下陈化2小时。Al2O3板经打磨,再分别经0.05mol/L的盐酸、氢氧化钠煎煮、乙醇超声后浸入前面制备好的溶胶中,反复浸涂8次,然后置于马弗炉中烧结,最高温设定为200℃,按2℃/min升温,7小时后取出制得复合膜,然后在80℃下用80%的二甲亚砜溶液将穿心莲内酯从膜中洗脱除去,于室温下干燥即制得对穿心莲内酯具有专一选择性硅质分离膜。在自制的膜评价装置上对含穿心莲内酯0.52mg/ml的原料液分离,达到吸附平衡时间为6小时,对穿心莲内酯的选择率为87.8%。
实施例七:将100mg的染料木素溶于20ml乙醇,加入10ml的氯丙基三乙氧基硅烷和1ml N,N-二甲基乙酰氨,在85℃下回流20小时,反应结束后,将乙醇用旋转蒸发器除去,即制得染料木素复合前驱物,将10ml的四乙氧基硅烷溶于30ml乙醇中,加入上述制备的染料木素复合前驱物5ml,并加入1ml N,N-二甲基乙酰氨和15ml去离子水,再用醋酸调节pH=6.3,然后在75℃下回流24小时进行协同水解制备硅溶胶,接着于室温下陈化2小时。Al2O3板经打磨,再分别经0.10mol/L的盐酸、氢氧化钠煎煮、乙醇超声后浸入前面制备好的溶胶中,反复浸涂8次,然后于马弗炉烧结,最高温设定为180℃,按1.5℃/min升温,6小时后取出制得复合膜,然后在90℃下用70%的乙醇溶液将染料木素从膜中洗脱除去,于室温下干燥即制得对染料木素具有专一选择性硅质分离膜。在自制的膜评价装置上对含染料木素0.45mg/ml的原料液分离,达到吸附平衡时间为4小时,对染料木素的选择率为88.1%。
Claims (1)
1.一种对天然产物具有专一选择性硅质分离膜的制备方法,该方法以有机硅烷为功能单体,以待分离物质为模板剂制备前驱物,然后与四乙氧基硅烷进行协同水解反应,形成溶胶,再以Al2O3为载体涂膜,进行烧结后就得到了具有专一选择性的硅质分离膜,其特征在于包括以下具体步骤:
1).Al2O3载体的前处理,先把γ-Al2O3板表面打磨光滑,再用0.01~0.15mol/L的盐酸、硝酸或磷酸溶液中煮沸10~50分钟,然后用0.01~0.15mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中煮沸10~50分钟,用去离子水洗涤1~6次后,再置于乙醇中超声10~50分钟,用去离子水洗涤后置于室温下干燥待用;
2).硅烷前驱物的制备,将模板剂溶于乙醇、吡啶、二甲亚砜或四氢呋喃中配成质量浓度为0.2%~30%的溶液,所述的模板剂是:芦丁、槲皮素、染料木素、吗啡、木防己碱、乌本苷或穿心莲内酯,待完全溶解后得模板剂溶液,按模板剂溶液与功能单体的体积比为20∶1~10加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯基三乙氧基硅烷或3-丙异氰根三乙氧基硅烷得到前驱物溶液,然后按前驱物溶液与稳定剂的体积比100∶1~10加入N,N-二甲基甲酰氨或N,N-二甲基乙酰氨,于40℃~90℃下回流10~36小时,反应结束后,采用旋转蒸发除去溶剂得硅烷前驱物;
3).将步骤2)制得的硅烷前驱物溶于乙醇中配成质量浓度为0.5%~10%的溶液,以与该溶液体积比为1∶5~20加入四乙氧基硅烷,然后用盐酸或醋酸调节pH=4.5~6.1,或用氨水或氢氧化钠调节pH=7.9~9.2,以与调节pH后的溶液体积比为100∶1~10加入稳定剂N,N-二甲基甲酰氨或N,N-二甲基乙酰氨,在搅拌情况下,向加有稳定剂的溶液加入体积比为5∶1~10去离子水,然后在40℃~90℃下回流8~12小时,得到均一、稳定的溶胶;
4).将步骤3)制得的溶胶于室温下陈化1~6小时,把步骤1)处理的Al2O3浸入陈化后的胶体溶液中6~9秒,反复浸涂6~7次,得到复合膜;
5).把步骤4)制得的复合膜置于马弗炉中,设定温度为150~200℃,按0.5℃/min~5℃/min的升温速率,烧结4~8小时;
6).把烧结好的复合膜,再用质量浓度为60%~80%的乙醇、乙酸乙酯、氯仿或二甲亚砜溶液在60℃~90℃下洗脱模板剂,洗脱6~10小时后即可用于分离目标产物。
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