[發明專利]直接溶解法制備大孔型纖維素復合擴張床基質的方法

有效

• 申請號: 200810062624.0
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101306355A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 林東強;王志遠;姚善涇;夏海鋒;杜悅嫻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;C08J3/11;C08J3/16;C08J9/26;C08L1/02;C08K3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種直接溶解法制備大孔型纖維素復合擴張床基質的方法。

背景技術

擴張床吸附(Expanded?Bed?Adsorption，EBA)技術是上世紀九十年代發展起來的一種新型蛋白質分離純化技術，能直接從發酵液或細胞勻漿中捕獲目標產物，集固液分離、濃縮和初步純化于一個操作單元之中，減少了操作單元數，縮短了操作時間，節約了生產成本，被譽為近些年來出現的第一個新的單元操作。擴張床是流化床的一個特例，基于擴張床中吸附劑的穩定分級行為，其理論塔板數遠遠大于普通的流化床，接近于固定床。擴張床吸附的關鍵在于吸附劑必須特殊設計，要求基質有較大的密度和一定的粒徑分布。

纖維素是自然界蘊含豐富的天然高分子。球形的纖維素微球具有高度的親水性、極低的非特異性和較高的機械強度，作為層析基質被廣泛運用于生物工程產品的下游分離過程。纖維素微球的制備主要有兩種方法：噴射法和反相懸浮法。前者對設備的要求高，得到的微球粒徑比較均一。后者工藝比較復雜，得到的粒徑分布較寬(高分子通報，(2)：100-104，1996)。擴張床吸附劑基質需要一定的粒徑分布，因此適合于采用反相懸浮法制備，并且需要添加一定量的惰性增重劑，如鈦白粉、不銹鋼粉、碳化鎢粉等，以提高基質的濕密度。

反相懸浮法制備纖維素微球的關鍵在于纖維素黏膠的制備。一般以纖維素黃原酸酯黏膠液為原料，采用“反相懸浮熱再生法”，可以制備出球形度好、具有一定內部孔道、容易衍生的纖維素微球，并可以在黏膠中添加一些惰性顆粒(如鈦白粉或不銹鋼粉等)形成具有特殊功能的擴張床吸附介質，相關發明已經授權專利(ZL02111928.7和ZL03142163.6)。但是，纖維素黃原酸酯黏膠的制備過程復雜，會產生一定量的廢堿液和具有神經毒性的氣體CS₂，并且黏膠性質不易控制，受環境因素影響大，一定程度上制約了球形纖維素吸附劑的發展與應用。

如果可以用溶劑直接溶解纖維素，并制備纖維素黏膠，就可以簡化工藝。目前用于溶解纖維素的溶劑主要有N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)、銅氨絡合溶劑、鎘乙二胺絡合溶劑、多聚甲醛/二甲基亞砜、四氧化二氮/二甲基甲酰胺、氨/硫氰酸銨、氫氧化鈉/尿素/水等溶劑(生物質化學工程，40(3)，54～58，2006)。除了NMMO外，其它溶劑均處于實驗階段，應用還不多。NMMO直接溶解纖維素，已經成功用于紡織工業。應用NMMO溶解法制備纖維素微球鮮有報道。劉明華等人(纖維素科學與技術，14(3)：13～18，2006)以NMMO和馬尾松漂白硫酸鹽漿為原料，制備纖維素/NMMO/H₂O溶液，采用程序降溫制備球形纖維素珠體。但是，內部孔道偏小，且基質密度和粒徑分布沒有優化，難以用于擴張床吸附過程。

本發明針對擴張床吸附劑的特殊要求，以NMMO直接溶解纖維素制備纖維素黏膠，添加惰性增重劑提高基質的密度，采用反相懸浮法，通過程序降溫法制備纖維素復合微球。同時，在纖維素黏膠中添加糊化淀粉，固化成球后再用淀粉酶水解去除淀粉，得到具有大孔結構的纖維素微球，可以強化微球內部的孔內傳質，提高分離過程的效率。NMMO直接溶解法制備纖維素黏膠，黏膠性質穩定且易于控制，纖維素微球制備工藝簡單，生產過程無毒，溶劑無毒，可以回收重復利用，是一種環境友好的工藝。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種直接溶解法制備大孔型纖維素復合擴張床基質的方法。

它包括如下步驟：

1)將質量百分比為99.5％～95％的N-甲基嗎啉-N-氧化物溶液、質量百分比為0.5％～5％的焦性沒食子酸抗氧化劑加入反應器中，再加入纖維素，攪拌，充入氮氣，反應器溫度為80～120℃，攪拌轉速為30～200rpm，得到纖維素粘膠；

2)在80～100℃下，在纖維素粘膠中加入惰性增重劑和質量百分比濃度為3～8％的糊化淀粉溶液均勻混合，100～500rpm轉速下攪拌30～45分鐘，惰性增重劑的質量為纖維素粘膠質量的0.04～1.2倍，糊化淀粉的質量為纖維素粘膠質量的0.04～0.4倍，得到復合水相；

3)在78～100℃下，在復合水相中加入油類分散相和表面活性劑進行反相懸浮，油類分散相與復合水相的體積比為1∶1～20∶1，油類分散相與表面活性劑的質量比為200∶1～1000∶1，在500～1500rpm轉速下攪拌15～20分鐘，形成反相懸浮體系，以每10分鐘降5攝氏度的速率降溫至10～30℃，以每10分鐘降50～100rpm的速率將攪拌速度降至500～600rpm，固化成微球；