SE451585B - Forfarande for framstellning av agglomerat fiberformigt jonbytescellulosakompositmaterial - Google Patents

Description

451 585 andra proteiner, nukleinsyror och liknande, och vidare kommer att ha förmåga att återvinna nämnda molekyler från en mångfald substanser, såsom livsmedelsavfallsströmmar, exempel- vis återvinning av protein från mjölkvassla, köttbearbetnings- strömmar och vegetabiliska bearbetningsströmmar, reduktion av BOD (biokemisk syreförbrukning) från avfallsströmmar etc.

Beroende på de ekonomiska aspekter som är inbegripna vid fram- ställning av glukosisomeras är det av yttersta vikt att använ- da isomeraset under betingelser varigenom maximala utbytenfav fruktos framställes med användning av minimala mängder av enzymet. Betingelserna för isomerisering skall dessutom vara sådana att minimala mängder av olämpliga biprodukter fram- ställes.

Under senare är har mera ekonomiska metoder för framställning av fruktoshaltiga lösningar utvecklats vilka utnyttjar glukos- isomeras bundet eller immobiliserat på inerta bärarmaterial. W Sådana material innefattar olika polymera substanser, såsom derivatiserad cellulosa, jonbytarhartser och syntetfibrer, glas, olösliga organiska och oorganiska föreningar etc. Glukos- isomeras har även inkapslats i lämpliga material men sådana beredningar lider av den olägenheten att de vanligtvis icke kan användas på nytt.

'Cellulosa förekommer i naturen som en linjär polymer samman- satt av anhydroglukosenheter sammanbundna av ß-l,4-glukosidis- ka bindningar. Varje anhydroglukosenhet innehåller tre fria hydroxylgrupper med förmåga till omsättning med lämpliga rea- i gens för bildning av olösliga cellulosaderivat som, tack vare sin relativa inerthet, stora ytområde och öppna, porösa struk- tur, har en hög adsorberande eller jonbytes-kapacitet för proteinmolekyler.

Framställningen och användningen av jonbytesenzymadsorbenter härledda från cellulosa är känd inom tekniken. Peterson och Sober, J.A.C.S. 78, 751 (1956) och Guthrie och Bullock, I/EC, 451 585 52, 935 (l960) beskrev metoder för framställning av adsorbe- rande cellulosaprodukter som kunde användas för separation eller rening av enzym och andra proteiner. Tsumura et al., Nippon Shokuhin Kogyo Gakkaishi, 14 (12), (l967) beskriver bindning av glukosisomeras till DEAE-Sephadex.

Den amerikanska patentskriften 3.708.397 (Sipos) avser ett förfarande för immobilisering av glukosisomeras på basiska anjonbytärcellulosor. Den amerikanska patentskriften 3.823.133 (Hurst et al) avser en metod för framställning av katjoniska cellulosaetrar som har en hög adsorberande kapacitet för enzym och andra proteinhaltiga material. Den amerikanska pa- tentskriften 3.838.007 (van Velzen) anger ett förfarande var- vid en enzymberedning erhålles i partikelformigt tillstånd.

De amerikanska patentskrifterna 3.788.945 och 3.909.354 (båda Thompson et al) beskriver kontinuerliga förfaranden för om- vandling av glukos till fruktos genom ledning av en glukos- haltig lösning genom fasta eller fluidiserade bäddar innehål- lande glukosisomeras bundet till olika cellulosaprodukter.

Den amerikanska patentskriften 3.947.325 (Dinelli et al) avser framställning av cellulosahaltigt inkapslat enzymatiskt mate- rial. Cellulosan framställes ur en emulsion omfattande en vattenhaltig enzymlösning och nitrocellulosa. Den amerikanska patentskriften 3.956.065 (Idaszak et al) avser ett kontinuer- ligt förfarande för omvandling av glukos till fruktos varvid en glukoshaltig lösning ledes genom en bädd omfattande ett cellulosaderivat som har glukosisomeras immobiliserat därpå och icke-porösa eller granulära polystyrenpärlor. Pärlorna' inhiberar packning och kanalbildning av bädden när sådan an- vändes i flödesreaktorer. Peska et al beskriver i en artikel med rubriken "Ion Exchange Derivatives of Bead Cellulose", Die Angeæmdte Makromolekulare Chemie, 53, sid. 73-80 (1976), flera derivatiserade cellulosor framställda i pärlforml De amerikanska patentskrifterna 4.110.164 och 4.168.250 (båda Sutthoff et al) avser agglomererade fiberformiga jon- bytescellulosakompositmaterial och förfarande för framställ- 451 585 ning därav. Vid dessa förfaranden kombineras en hydrofob polymer med fiberformig cellulosa som tidigare har derívatiserats för förlänande av jonbytesegenskaper ät denna. Även om dessa kompositmaterial uppför sig till- fredsställande i ett antal tillämpningar är deras jon- bytesförmàga och kapacitet för adsorption eller bindning av glukosisomeras icke så hög som önskas, Dessutom är de ekonomiska aspekterna för dessa förfaranden sådana att de gör framställningen av kompositmaterialen dyrbarare än vad ' som föredrages.

Ett förbättrat förfarande för framställning av agglomererat fiberformigt jonbytarcellulosakompositmaterial tillhanda- hålles enligt föreliggande uppfinning, varvid relativt stora mängder av cellulosa är fria att adsorbera laddade makromolekyler. Ett agglomerat bildas omfattande fiber- formig cellulosa och en hydrofob polymer varefter cellulo- 5% san derivatiseras för förlänande av jonbytesegenskaper därtill.

Föreliggande uppfinning avser närmare bestämt ett förfarande för framställning av ett agglomererat fiberformigt jonbytescellulosakompositmaterial med förmåga att adsorbera eller binda laddade makromolekyler varvid en fiberformig cellulosa som har jonbytaregenskaper agglo- mereras med en hydrofob polymer, vilket förfarande utmärkas av att det omfattar först agglomerering av en fiberformig cellulosa med en hydrofob polymer för framställning av ett granulärt kompositmaterial och därefter derivatisering av den agglomererade fiberformiga cellulosan i komposítmaterialet i ett förhållande av derivatiseringsmedel till cellulosa som är större än 0,7 för förlänande av jonbytaregenskaper därtill, varvid åtminstone delar av den derivatiserade cellulosan är fria 451 585 att adsorbera laddade makromolekyler och bibehållande av kompositmaterialet i granulâr form.

Uttrycket "fiberformig" avser sàsom det användes i före- liggande beskrivning och patentkrav cellulosa härledd från naturliga utgángsmaterial som har finfördelats eller fibriserats medelst mekaniska eller kemiska medel och innefattar icke cellulosa eller derivat därav som har underkastats kemiska behandlingar som resulterar i upp- lösning av den naturliga fiberstrukturen för cellulosan såsom kan inträffa när cellulosa derivatiseras till höga substitutionsgrader.

Fiberformig cellulosa kan derivatiseras för tillhanda- hållande av jonbytesmaterial som har höga fyllnings- fi kapaciteter med avseende pà adsorption eller immobi- lísering av makromolekyler. För detta ändamål kan cellulosan derivatiseras för tillhandahållande av jonbytesmaterial som antingen har anjon- eller katjon- bytarförmàga, beroende pá den laddning som finnes närvarande på det material som skall adsorberas. När det material som skall adsorberas är glukosisomeras skall cellulosan fördelaktligen derivatiseras till anjonbytar- formen eftersom i denna form dess fyllningskapacitet för detta enzym är extremt hög. I typiska fall kommer för framställning av anjonbytarfor- .-.. -..Mn -., v 451 585 men den agglomererade fiberformiga cellulosan att behandlas med lämpliga reagens för bildning av bl.a. di- och tri-etyl- aminoetylcellulosorna, såsom DEAE-cellulosa och TEAE-cellulosa; och cellulosaderivaten av epiklorhydrin och trietanolamin, I såsom ECTEOLA-cellulosa. Bakgrundsinformation och metoder för _ derivatisering av cellulosa beskrives i den amerikanska patent: skriften 3.823.133 (Hurst et al).

Beroende på den höga fyllnadskapaciteten för fiberformiga * ” jonbytescellulosaberedningar innehållande glukosisomeras kan när sådana utnyttjas i industriella tillämpningar relativt små reaktorer användas för omvandling av stora mängder glukos till fruktos.

Tack vare denna höga fyllnadskapacitet hâlles dessutom substra- tet och den resulterande produkten under isomeriseringsbe- tingelser under endast en kort period. Dessa isomeriserings- betingelser främjar vanligtvis framställning av små mängder icke önskade biprodukter beroende på den reaktiva karaktären för fruktosen och sålunda gäller att ju längre perioden som fruktos hâlles under sådana betingelser är desto större mängder av icke önskade biprodukter framställes. Den höga fyll~ nadskapaciteten för fiberformig jonbytescellulosa resulterar sålunda i att substratet isomeriseras till den önskade graden på kort tid, varigenom den period under vilken fruktoskompo- nenten hâlles under isomeriseringsbetingelser minskas. Sådana beredningar som innehåller fiberformig jonbytescellulosa lider emellertid av olägenheten "packning" och därför användes så- dana vanligtvis i grunda bäddar för undvikande av utveckling av problem beroende på överdrivet baktryck. Även när grunda bäddar utnyttjas föreligger möjligheten av förekomst av kanal- bildning varigenom substratet icke bringas i kontakt i den önskade graden med det bundna eller immobiliserade glukosisome- raset. Även om vissa immobiliserade glukosisomerasberedningar har utvecklats för reduktion av dessa problem till ett minimum lider de vanligtvis av andra olägenheter, exempelvis är deras så 451 585 l enzymkapacitet eller aktivitet per volymsenhet icke så hög som önskas, och/eller är de icke så ekonomiska som fiberfor- mig jonbytescellulosa.

Vid utövande av föreliggande uppfinning kan ett antal polyme- rer användas för agglomerering av den fiberformiga cellulosan.

Exempel på sådana är melamin-formaldehydhartser, epoxihartser, polystyren och liknande. Den föredragna polymeren är poly- styren.

.M 1 I de amerikanska patentskrifterna 4.110.164 och 4.168.250 uppenbaras att när fiberformig cellulosa som har derivatise- rats för tillhandahållande av ett jonbytesmaterial agglomere- ras med en hydrofob polymer under lämpliga betingelser bibe- håller sådan cellulosa sin kapacitet att immobílisera eller binda glukosisomeras. Det fördragna förfarandet som beskrives för framställning av kompositmaterialen omfattar behandling av alkali-cellulosa med en lösning av dietylaminoetylklorid- hydroklorid (DEC) och därefter agglomerering av den derivati- serade jonbytescellulosa som bildas därigenom med polystyren.

Beroende på lösligheten för polystyren i DEC-reaktionsbland- ningen skulle man emellertid förvänta sig att cellulosan icke effektivt kunde derivatiseras om agglomeraten bildades före derivatisering av cellulosan.

Det har överraskande framkommit att fiberformig cellulosa effektivt kan derivatiseras i närvaro av den hydrofoba poly- meren genom reglering av processbetingelser under derivati- sering så att polymeren hindras från att bli solubiliserad i derivatiseringslösningen. Det har sålunda visat sig att genom tillsats av derivatiseringsmaterialet med en reglerad hastig- het till en vattensuspension av agglomeratet under alkaliska betingelser blir den hydrofoba polymerkomponenten av det granulära kompositmaterialet icke solubiliserad i någon bety- dande grad.

En ytterligare oväntad upptäckt är att när cellulosan deriva- 451 585 tiseras efter agglomerering därav kan cellulosakompositmateri- alet derivatiseras i en högre grad och har sålunda en större jonbyteskapacitet än det agglomererade cellulosakompositmate- rial som framställes medels förfarandet enligt den tidigare tekniken vari cellulosan derivatiseras före agglomerering.

Under det att jonbyteskapaciteten för det agglomererade fiber- formiga cellulosakompositmaterialet enligt föreliggande uppfin- ning kan variera vidsträckt skall i typiska fall jonbytes- kapaciteten vara minst ungefär 0,1 meg g-l och företrädesvis minst ungefär 0,2 meg g-l. = = De agglomererade fiberformiga jonbytescellulosakompositmateri- alen enligt föreliggande uppfinning kan även regenereras, dvs. efter att aktiviteten för det immobiliserade glukosisomeraset har minskat i en viss utsträckning beroende på denaturering eller andra faktorer som erhålles som resultat av förlängd användning kan en lösning av solubiliserat glukosisomeras bringas i kontakt med en bädd eller kolonn av kompositmateria- ha let så att glukosisomerasaktiviteten därav ökas igen till den önskade graden. Före regenerering är det emellertid vanligt- vis föredraget att behandla kompositmaterialet med en lösning av alkali för att göra jonbytesställena hos den fiberformiga cellulosan mera lättillgängliga för isomerasadsorption. Under det att uppfinningen icke skall vara bunden till någon teori beträffande den inbegripna mekanismen är det sannolikt att substratdebris, denaturerad isomeras eller andra proteinhalti- ga material som har blivit attraherade till den fiberformiga cellulosan avlägsnas eller solubiliseras.

När fiberformig cellulosa derivatiseras före agglomerering tenderar de material som användes vid derivatiseringsreaktio- nen att förorsaka att cellulosan sväller eller blir partiellt solubiliserad och svär att återvinna genom filtrering. Åter- vinning av kompositmaterialet enligt föreliggande uppfinning förenklas av det faktum att sådan svällning som kan inträffa icke ger upphov till något allvarligt filtreringsproblem be- roende på den granulära karaktären för den derivatiserade pro- 451 585 “i dukten. Eftersom de granulära cellulosakompositmaterialen icke lider av allvarliga packningsproblem kan de dessutom användas i djupbäddsreaktorer utan svårighet och varvid ett minimum av kanalbildning inträffar.

Beroende på den specifika vikten för substratet kan det agglo- mererade fiberformiga jonbytescellulosakompositmaterialet ha tendens att flyta därpå och därför föreligger möjligheten av att viss förlust av kompositmaterial inträffar genom in- lopps-eller utloppsdelarna av reaktorer av kolonntyp. Problem kunde dessutom inträffa när kolonnen från början packas med kompositmaterialet. I vissa fall är det därför föredraget att införliva ett förtätningsmedel i det agglomererade fiberformi- ga jonbytescellulosakompositmaterialet för att öka densiteten därför.

Under det att en mångfald förtätningsmedel kan användas måste de naturligtvis vara väsentligen inerta med avseende på sub- ta stratet och får ej heller inaktivera glukosisomeraset. Förtät- ningsmedel, såsom pulvriserade metalloxider eller silikater eller blandningar därav kan användas.

För framställning av det agglomererade fiberformiga komposit- materialet mäste den fiberformiga cellulosan inbäddas i den hydrofoba polymeren pà sådant sätt att cellulosan icke full- ständigt inkapslas eller inklädes i polymeren. Annars skulle kapaciteten för den fiberformiga jonbytescellulosan för adsorp- tion av enzym skadligt pâverkas. Ju högre den fria ytan för cellulosan är desto högre är den adsorberande kapaciteten för _, un... kompositmaterialet.

Under det att ett antal metoder kan användas för inbäddning av den fiberformiga cellulosan i den hydrofoba polymeren in- begriper de två som i typiska fall kan användas upplösning av den hydrofoba polymeren i ett organiskt lösningsmedel och in- förlivning av de andra materialen däri, eller upphettning av polymeren till ett plastiskt tillstånd och införlivning av de 451 585 ID andra materialen. Det senare förfarandet föredrages eftersom någon lösningsmedelsförángning icke är nödvändig. Det resulte- rande materialet kan därefter reduceras genom malning eller liknande, granulerna klassificeras pâ lämpliga storlekssiktar och den agglomererade fiberformiga cellulosan derivatiseras.

Partikelstorleksfördelningen för granulerna kan variera något vidsträckt. Tillfredsställande resultat har erhållits med an- vändning av granuler som passerade genom U.S. mesh sikt nr. 20 och kvarhölls på nr. 60.

Uppfinningen âskâdliggöres närmare medelst följande exempel.

Exempel I Detta exempel åskådliggör förfarandet för framställning av ett agglomererat fiberformigt jonbytescellulosakompositmateri- al varvid cellulosakomponenten hos kompositmaterialet deriva~ tiseras efter agglomerering. 5% Ett agglomerat framställes genom blandning av 25 delar cellu- losa av kemisk kvalitet (C-100, tillverkad av International Filler Corp., North Tonawanda, N.Y.) med 25 delar aluminium- oxid och blandning av blandningen med 50 delar polystyren på en upphettad (180-200°C) tvillingvalsblandare under en tid av ungefär 10 minuter. Efter kylning maldes det blandade komposit- materialet och storleksiktades till 40-100 mesh. 220 g av det storlekssiktade kompositmaterialet uppslammades i 616 ml vatten innehållande 176 g Na2SO4 och 26,4 g NaOH.

Uppslamningen upphettades till 40°C varefter 57,2 g av en 50 ....._....., procentig vattenlösning av DEC inmatades i uppslamningen med omröring med en hastighet av 0,7 ml/minut under en tid av un- gefär l timme. Därefter tillsattes ytterligare 26,4 g NaOH löst i 26 ml vatten till uppslamningen följt av ytterligare 57,2 g av DEC-lösningen med 0,7 ml/min.

Temperaturen för uppslamningen höjdes därefter till 60°C och 451 585 11 hölls vid denna temperatur i 15 minuter. En volymmängd vatten ungefär lika med volymen för uppslamningen tillsattes och kom- positmaterialet utvanns på en 60 mesh-sikt. Kompositmaterialet tvättades på sikten med vatten och uppslammades på nytt i en volymmängd vatten liknande den som tillsattes tidigare. Denna uppslamning inställdes till ett pH av ungefär 7 med HCl, tvät- tades och avvattnades på filterpapper och torkades.

Jonbyteskapaciteten för den torkade produkten fastställdes: vara 0,84 meq/g på cellulosabasis och 0,21 meq/g på basis av det agglomererade kompositmaterialet.

Jonbyteskapaciteten för kompositmaterialet bestämdes medelst följande procedur: l. Uppväg 20 g d.b. derivatiserad agglomererad cellulosa (5-10 g cellulosabasis). 2. Uppslamma i vatten och inställ pH på l2,5~l3,0 med l-N NaOH. 3. Tvätta uppslamningen i en kromatografikolonn och placera en porös skiva. på toppen av bädden. 4. Tillsätt ungefär 10 ml l-N NaOH till kolonnen och låt av- rinna droppvis till skivnivå, skölj kolonnen med tvättflaska och låt avrinna till skivan. 5. Tvätta med ungefär 6 bäddvolymer vatten med användning av ungefär 2 bäddvolymer per sköljning. Lät huvudet avrinna ned till toppen av skivan för varje sköljning. 6. Tillsätt 25 ml l-N HCl till toppen av bädden och skölj ned med ungefär 10 ml vatten från tvättflaskan. Igângsätt färsk uppsamling av effluent droppvis med ungefär l-1,5 ml/min.

Jur-ut» Skölj ned med tvättflaska när huvudnivân når skivan. 7. Tvätta med ungefär 6 bäddvolymer såsom i steg 5. 8. Titrera effluenten till pH 7,0 med l-N NaOH.

Jonbyteskapaciteten beräknades enligt följande: (m1 Hcl x N) - (m1 Naorí x N) Jonbyteskapacitet (meq/g, d.b.) = g adsorbent, d.b. 451 585 11 I exempel I kan det beräknas att förhållandet derivatiserings- medel (DEC) till cellulosa var 1,04 på torr viktbasis medan i metoden enligt den tidigare tekniken som beskrevs i den amerikanska patentskriften 4.110.164 derivatiserades cellulo- san före agglomerering vid ett DEC till cellulosa-förhållande av 0,7. Detta värde representerar ungefärligen den maximala utsträckning i vilken icke-agglomererad cellulosa kan deri- vatiseras och utvinnas utan svårighet medelst konventionella medel.

Exempel II Detta exempel åskådliggör förfarandet för framställning av ett agglomererat fiberformigt jonbytescellulosakompositmate- rial vari cellulosan derivatiseras efter agglomerering med ett Dsc till cellulosa-förhållande av större än två.

Ett agglomererat kompositmaterial, framställt såsom visats i exempel I, maldes och storlekssiktades till 40-80 mesh. 100 g at av det storlekssiktade kompositmaterialet uppslammades i 280 ml vatten i vilket hade lösts 80 g Na2SO4 och 24 g NaOH. Med uppslamningen vid en temperatur av 40oC inmatades 55 g av en 50 procentig DEC-lösning däri under omröring med en hastighet av 0,5 ml/min. under en tid av ungefär 1,5 timmar. Ytterligare NaOH (26 g av en 50 procentslösning) sattes därefter till upp- slamningen och ytterligare 55 g av DEC-lösningen inmatades i uppslamningen såsom vid den första tillsatsen. Reaktions- blandningen upphettades till 6000 och hölls vid denna tempera- tur i l5 minuter. En volymmängd vatten lika med uppslamnings- volymen tillsattes och den utspädda uppslamningen avvattnades Ä och tvättades på en 60 mesh-sikt. Produkten uppslammades på I nytt i vatten, inställdes till ett pH av från ungefär 6,5 till 7,0 med HCl och siktades och tvättades såsom ovan.

Jonbyteskapaciteten för det torkade kompositmaterialet bestäm- des medelst den ovan visade metoden till 1,28 meq/g på cellu- losabasis och 0,32 meq/g på kompositmaterialbasis. För upp- nàende av en jämförbar jonbyteskapacitet med användning av 451 585 15 metoden enligt den tidigare tekniken varvid derivatiserad DEAE-cellulosa agglomereras med polystyren skulle kräva en derivatiseringsgrad som skulle göra cellulosan gelatinös och svår att återvinna, filtrera och torka utan dyrbara behand- lingar såsom användning av ett lösningsmedel eller saltlös- ningar eller förnätning av cellulosan.

Exempel III Detta exempel åskådliggör den adsorberande kapaciteten för glukosisömeras för de agglomererade fiberformiga jonbytesw = cellulosakompositmaterial som beskrevs ovan och de komposit- material som beskrivits i den tidigare tekniken och tillhan- dahåller en jämförelse av egenskaperna och funktionella egen- skaper för nämnda kompositmaterial.

Glukosisomeras härledd från mikroorganismer av en Streptomyces- -sort och med en styrka av ungefär 20 IGIU ml-l sattes till lika viktsmängder av kompositmaterialen framställda medelst de förfaranden som beskrevs i den amerikanska patentskriften 4.110.164 och i ovanstående exempel I och II. Enzym/komposit- -uppslamningarna inställdes till pH 7 och omrördes i 5 timmar vid en temperatur av 25°C. Kompositmaterialen utvanns genom filtrering och mängden av enzymet adsorberat därpå bestämdes genom mätning av kvarvarande glukosisomerasaktivitet i de respektive filtraten medelst den metod som beskrives av N.E. Lloyd et al i Cereal Chem., vol. 49(5), sid. 544, 1972.

Mängderna av glukosisomeras adsorberade av de individuella kompositmaterialen och värden som åskådliggör vissa funktio- nella egenskaper för desamma redovisas i tabell I.

Tabell I KO .tm te_ Förhållande Jonbyteskapa- Adsorberande r.m§°Sl a (vikt/vikt) cite: _l kapacitgï la DEC:cellulosa (meq g ) (IGIU g Exempel I l,04 0,21 490 Exempel II 2,2 0,32 690 U.S. 4.110.164 0,7 0,14 361 451 585 '111 Exempel IV Detta exempel åskådliggör porositetsegenskaperna för agglome- rerade fiberformiga jonbytescellulosakompositmaterial fram- ställda medelst föreliggande förfarande och jämför flödesegen- skaperna för nämnda kompositmaterial med det för ett komposit- material enligt den tidigare tekniken och för vissa icke- agglomererade fiberformiga cellulosaprodukter.

Porositetsegenskaperna för följande material bestämdes: 1. a&b. Förnätade Whatman-cellulosamaterial tillverkade av S w & R Beieton Ltd., England. 2. Icke-förnätad DEAE-cellulosa (framställd såsom beskrives i den amerikanska patentskriften 3.823.133). 3. Kompositmaterial framställt genom agglomerering av fiber- formig jonbytescellulosa och polystyren (framställd såsom beskrives i den amerikanska patentskriften 4.110.164). 4. Kompositmaterial framställt i exempel I ovan. 5. Kompositmaterial framställt i exempel II ovan.

En porositetskonstant bestämdes för var och en av ovanstående material medelst följande förfarande: 15-75 g torr produkt uppslammades i vatten och uppslamningen avluftades genom omröring under vakuum i 15 minuter. En glas- keidnn (ineidee diameter 3,8 em, 45,7 em hög) försedd med en porös glasskiva och en avstängningskran i botten anslöts till en vakuumkolv via en gummiplugg. Kolven förenades i sin tur med en vakuum-källa. Den avluftade uppslamningen hälldes i kolonnen och ett vakuum (0,86 kp/cm2 under atmosfärstryck) anbringades till botten av kolonnen genom öppning av avstäng- ningskranen, varigenom en bädd av materialet bildades på den porösa glasskivan. Samtidigt insläpptes vatten vid toppen av kolonnen för ersättning av det som avlägsnades genom filtre- ring sà att ungefär 12,7 cm vatten alltid bibehölls över bädden. När totalt 1.000 ml vatten hade uppsamlats stängdes avstängningskranen, kolven avlägsnades och vattnet tömdes från kolven. Kolven anslöts därefter på nytt till kolonnen, vakuumet återupprättades, avstängningskranen öppnades och u ut ml 451 585 TS' en uppmätt mängd (l.000 till 3.000 ml) vatten filtrerades ge- nom den packade bädden och uppsamlades. Den tid som erfordra- des för uppsamling av vattnet bestämdes med ett stoppur.

Porositetskonstanten beräknades med användning av följande ekvation: K = (VPU/(TPA) vari K = porositetskonstant (ml cm g_l min_l ) = uppsamlad volym vatten (ml) = höjd för packad bädd (cm) tid för uppsamling av vattnet (min.) = tryckfall över bädden (9 Per cmz) '.v'Ur-3!I1<} ll = tvärsnitt för bädden (cmz) Resultaten visas i tabell II.

Tabell II fi: hår' Material Porositetïkonstanï(l) (ml cm g min. ) l (a) _ 0,21 l (b) 0,60 2 0,01 3 4,7 4 2,6 5 3,6 (1) en porositetskonstant av minst 1,5 ml cm 9-1 min. anses nödvändig för tillfredsställande prestanda i en djup- bäddsreaktor. ' ; De uttryck som här har använts användes i beskrivande avsikt och icke i begränsande avsikt eftersom användningen av nämnda uttryck icke är avsedd att utesluta nâgra ekvivalenter för de kännetecken som visas och beskrives eller delar därav och eftersom det inses att olika modifikationer är möjliga inom ramen för föreliggande uppfinning. 451 585 Ib EXEMPEL V Detta exempel åskådliggör adsorption av glukosisomeras genom ett agglomererat kompositmaterial bestående av jonbytescellu- losa och polybutenplast.

Agglomeratet framställes genom blandning av 70,5 delar DEAE- -cellulosa med 29,5 delar polybuten (Witron 1600, tillverkad av Witco Chemical Co., New York, NY) på en upphettad (l80-200°Q)-tvillingvalsblandare under en tid av 10 minuter.

Efter kylning maldes kompositmaterialet och storlekssiktades till 20-60 mesh.

Totalt 0,34 g (d.b.) av det agglomererade fiberformiga jonby- tescellulosakompositmaterialet uppslammades i 25 ml av en glukosísomeras-lösning innehållande totalt 482 IGIU. Enzym/- komposítmaterial-uppslamníngen inställdes till pH 7 och omrördes i 5 timmar vid en temperatur av 25°C. Kompositmate- rialet utvanns genom filtrering och den mängd som var adsor- berad därpå bestämdes genom mätning av den kvarvarande glu- kosisomerasaktiviteten i filtratet. Totalt 430 IGIU adsor- berades. Enzymaktiviteten adsorberad av komposítmaterialet var 1228 IGIU/g.

EXEMPEL VI Detta exempel åskådliggör proteinadsorbtiviteten för agglo- mererade fiberformiga jonbytescellulosakompositmaterial_ Två prov av derivatiserade agglomerat framställdes såsom beskrevs i exempel I. Prov l innehöll polystyren och prov 2 innehöll polyeten som den hydrofoba polymeren.

De proteiner som användes för adsorbtivitetsbestämning var albumin, bovint serum (BSA), Fraction V (Sigma Chemical Co.).

Trís(hydroximety1)aminometan (Mallinckrodt, Inc.) användes för framställning av 0,01 N tris-bufferten, pH 8,0. Alla tester utfördes vid rumstemperatur (22-25°C).

(J fw 451 585 I? Lösningar av 0,01 N tris-buffert innehållande olika koncent- rationer av BSA framställdes och ultraviolett (UV)-absorp- tionen för vardera vid 278 nm bestämdes med användning av en Beckman DK-ZA-ratio registreringsspektrometer. Resultaten redovisas i tabell I.

TABELL I BSA Absorbans (vikt mg/ml) (vid 278 nm) 0,05 0,060 " ” 0,25 0,172 0,50 0,335 1,25 0,843 1,50 0,978 Proteinadsorbtiviteten för prov l och 2 bestämdes pà följande sätt. 300 ml av tris-bufferten infördes i en 400 ml bägare innehållande en 38,1 mm teflonomröringsstav. 500 mg BSA till- sattes och löstes med hastig omröring (ungefär 30 sekunder).

Därefter tillsattes l gram (d.b.) av adsorbenten och disper- gerades med hastig omröríng i ungefär 30 sekunder. Omröríngs- hastigheten inställdes sedan till den minimihastighet som skulle hälla adsorbentpartiklarna uppslammade. Efter 4, 6 och 8 timmar avdrogs en 25 ml sats av vätskan och vakuumfiltrera- des genom ett torrt Whatman nr.l, 5,5 cm filterpapper.

Vakuumet avlägsnades omedelbart efter att vätskan hade passe- rat igenom fílterpappret. UV-absorptionerna för filtraten be- stämdes. Det antal mg BSA som adsorberats på 1 gram testmate- rial beräknades medelst följande ekvation A = B - clv vari A = mg BSA adsorberat B = Total BSA (mg) tillsatt fràn början C = Koncentration av BSA i filtrat, mg/ml V = Volym lösning, ml Försöksresultaten redovisas i tabell II. a 451 585 18 TABELL II Adsorbtivitet Hydrofob Jonbyteskapacitet mg BSA per g adsorbent grov Eolymer meq/g 4 tim 6 tim 8 tim 1 polystyren 0,32 164 200 222 2 polyeten 0,29 272 296 380 EXEMPEL VII Ett agglomerat framställdes genom blandning av 10 g cellulosa av kemiskikvalitet med 190 g polyeten och blandning på en upp- hettad tvillingvalsblandare under en tid av ungefär 10 minu- ter. Efter kylning maldes det blandade kompositmaterialet och storlekssiktades till 40-100 mesh. 200 g av det storlekssiktade kompositmaterialet uppslammades i 600 ml vatten innehållande 180 g NaCl och 14 g KOH. Uppslam- ningen upphettades till 40°C varefter 20 g av en 50% vatten- lösning av DEC inmatades i uppslamningen med omröring med en hastighet av 0,5 ml/minut under en tid av ungefär 30 minuter.

Temperaturen för uppslamningen höjdes sedan till 60°C och hölls vid denna temperatur i 15 minuter. En vattenvolym som var ungefârligen lika med volymen för uppslamningen tillsattes och kompositmaterialet utvanns på en 60 mesh sikt. Kompositma- terialet tvättades därefter på sikten med vatten och uppslam- mades på nytt i en vattenvolym som var liknande den som tidi- gare tillsattes. Uppslamningen inställdes till ett pH av ungefär 7 med HCl, tvättades och avvattnades på filterpapper och torkades.

Jonbyteskapacíteten för den torkade produkten är 0,8 meq/g pà cellulosabasis och 0,04 meq/g pá basis av det agglomererade komposítmaterialet.

EXEMPEL VIII Ett agglomerat framställdes genom blandning av 20 g cellulosa (A os.

Fä .» .-. an" 451 585 '_13 av kemisk kvalitet med 100 g titandioxid och blandning av blandningen med 80 g polybuten pà en upphettad (180-700°C) tvillingvalsblandare under en tid av ungefär 20 minuter. Efter kylning maldes det blandade kompositmaterialet och storleks- siktades till 20-50 mesh. 200 g av det storlekssiktade kompositmaterialet uppslammades i 600 ml vatten innehållande l00 g KCl och 28 g KOH. Uppslam- ningen upphettades till 40°C varefter 44 g av en 50% lösning av 3-kloro:2-hydroxipropyltrimetylammoniumklorid' inmatades i_ uppslamningen med omröring med en hastighet av 0,5 m1/minut- I under en tid av ungefär l timme.

Temperaturen för uppslamningen höjdes sedan till 60°C och hölls vid denna temperatur i 15 minuter. En vattenvolym som var ungefär lika med volymen för uppslamningen tillsattes och kompositmaterialet utvanns på en 60 mesh sikt. Kompositmateri- alet tvättades pà sikten med vatten och uppslammades på nytt i en volym vatten liknande den som tidigare tillsatts. Denna uppslamning inställdes till ett pH av ungefär 7 med HCl, tvättades och avvattnades pà filterpapper och torkades.

Jonbyteskapaciteten för den torkade produkten är 0,8 meq/g på cellulosabasis och 0,08 meq/g pà basis av det agglomererade kompositmaterialet.

EXEMPEL IX Ett agglomerat framställdes genom blandning av 90 g cellulosa av kemisk kvalitet med 10 g aluminiumsilikat och blandning av blandningen med 100 g polystyren pà en upphettad (180-700°C) Å tvillingvalsblandare under en tid av ungefär 10 minuter. Efter kylning maldes det blandade kompositmaterialet och storleks- siktades till 20-50 mesh. 200 g av det storlekssiktade kompositmaterialet uppslammades i 600 ml vatten innehållande 170 g Na2SO4 och 31,5 g KOH. 451 585 LO Uppslamníngen upphettades till 40°C varefter 45 g av en 50% vattenlösning av DEC inmatades i uppslamningen med omröring med en hastighet av 0,55 ml/minut under en tid av ungefär l timme. Därefter sattes 31,5 g KOH löst i 31,5 ml vatten till uppslamningen följt av ytterligare 45 g av DEC-lösningen med 0,55 ml/minut.

Temperaturen för uppslamningen höjdes sedan till 60°C och hölls vid denna temperatur i 15 minuter. En vattenvolym som var ungefär'lika med volymen för uppslamningen tillsattes och- kompositmaterialet utvanns på en 60 mesh sikt. Kompositmate- rialet tvättades på sikten med vatten och uppslammades på nytt i en vattenvolym som var liknande den som tidigare tillsatts.

Denna uppslamning inställdes till ett pH av ungefär 7 med HCl, tvättades och avvattnades på filterpapper och torkades.

Jonbyteskapaciteten för den torkade produkten är 0,42 meq/g pà cellulosabasis och 0,19 meq/g pá basis av det agglomererade kompositmaterialet. maa-r.

/J ”m

Claims (13)

451 585 . 11 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för framställning av ett agglomererat fiberfor- migt jonbytescellulosakompositmaterial med förmåga att adsor- bera eller binda laddade makromolekyler varvid en fíberformig cellulosa som har jonbytaregenskaper agglomereras med en hyd- rofob polymer, k ä n n e t e c k n a t därav, att det omfat- tar först agglomerering av en fiberformig cellulosa med en hydrofob polymer för framställning av ett granulärt komposit- material och därefter derivatisering av den agglomererade fiberformiga cellulosan i kompositmaterialet i ett förhållande av derivatiseringsmedel till cellulosa som är större än 0,7 för förlänande av jonbytaregenskaper därtill, varvid åtminsto- ne delar av den derivatiserade cellulosan är fria att adsorbe- ra laddade makromolekyler och bibehållande av kompositmateria- let i granulär form.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att den laddade makromolekylen är ett enzym.

3. Förfarande enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att den agglomererade cellulosan derivati- seras för förlänande av anjonbytesegenskaper därtill.

4. Förfarande enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e - t e c k n a t av att den derivatiserade cellulosan som bildas är díetylaminoetyl-cellulosa.

5. Förfarande enligt något av patentkraven l-4, k ä n n e - t e c k n a t av att den hydrofoba polymeren väljes bland polystyren, melamín-formaldehydhartser , epoxihartser och blandningar därav, företrädesvis polystyren.

6. Förfarande enligt något av patentkraven l-5, k ä n n e - t e c k n a t av att ett förtätningsmedel är närvarande hos kompositmaterialet. 451 585 2L

7. Pörfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t av att förtätningsmaterialet väljes bland pulvriserade metall- oxider, silikater och blandningar därav.

8. Förfarande enligt något av patentkraven l-7, k ä n n e - t e c k n a t av att agglomeratet framställes genom blandning av cellulosan med polymeren som har upphettats till ett plas- tiskr tillstànd. '

9. Förfarande enligt något av patentkraven l-7, k ä n n e -0 t e c k n a t av att agglomeratet framställes genom fram- ställning av en lösning av polymeren i ett organiskt lösnings- medel och därefter införlivning av cellulosan däri.

10. Förfarande enligt något av patentkraven 1-9, k ä n n e - t e c k n a t av att komposítmaterialet reduceras till en sådan partikelstorlek att granuler därav kommer att passera genom en sikt med maskstorleken 0,84 mm och kvarhàllas på en mä sikt med maskstorleken 0,25 mm.

11. ll. Förfarande enligt något av patentkraven l-10, k ä n n e - t e c k n a t av att jonbyteskapaciteten för kompositmateri- alet är minst ungefär 0,10 meg 9-1, företrädesvis minst unge- fär 0,20 meq g'l pà basis av det torkade jonbytescellulosakom- positmaterialet.

12. , Förfarande enligt något av patentkraven l-ll, k ä n n e - t e c k n a t av att den fiberformiga cellulosan inbäddas i den hydrofoba polymeren.

13. Förfarande enligt något av patentkraven l-12, k ä n n e - t e c k n a t av att makromolekylen är glukosisomeras. m1