[发明专利]直接溶解法制备大孔型纤维素复合扩张床基质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接溶解法制备大孔型纤维素复合扩张床基质的方法。

背景技术

扩张床吸附(Expanded Bed Adsorption，EBA)技术是上世纪九十年代发展起来的一种新型蛋白质分离纯化技术，能直接从发酵液或细胞匀浆中捕获目标产物，集固液分离、浓缩和初步纯化于一个操作单元之中，减少了操作单元数，缩短了操作时间，节约了生产成本，被誉为近些年来出现的第一个新的单元操作。扩张床是流化床的一个特例，基于扩张床中吸附剂的稳定分级行为，其理论塔板数远远大于普通的流化床，接近于固定床。扩张床吸附的关键在于吸附剂必须特殊设计，要求基质有较大的密度和一定的粒径分布。

纤维素是自然界蕴含丰富的天然高分子。球形的纤维素微球具有高度的亲水性、极低的非特异性和较高的机械强度，作为层析基质被广泛运用于生物工程产品的下游分离过程。纤维素微球的制备主要有两种方法：喷射法和反相悬浮法。前者对设备的要求高，得到的微球粒径比较均一。后者工艺比较复杂，得到的粒径分布较宽(高分子通报，(2)：100-104，1996)。扩张床吸附剂基质需要一定的粒径分布，因此适合于采用反相悬浮法制备，并且需要添加一定量的惰性增重剂，如钛白粉、不锈钢粉、碳化钨粉等，以提高基质的湿密度。

反相悬浮法制备纤维素微球的关键在于纤维素黏胶的制备。一般以纤维素黄原酸酯黏胶液为原料，采用“反相悬浮热再生法”，可以制备出球形度好、具有一定内部孔道、容易衍生的纤维素微球，并可以在黏胶中添加一些惰性颗粒(如钛白粉或不锈钢粉等)形成具有特殊功能的扩张床吸附介质，相关发明已经授权专利(ZL02111928.7和ZL03142163.6)。但是，纤维素黄原酸酯黏胶的制备过程复杂，会产生一定量的废碱液和具有神经毒性的气体CS₂，并且黏胶性质不易控制，受环境因素影响大，一定程度上制约了球形纤维素吸附剂的发展与应用。

如果可以用溶剂直接溶解纤维素，并制备纤维素黏胶，就可以简化工艺。目前用于溶解纤维素的溶剂主要有N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、铜氨络合溶剂、镉乙二胺络合溶剂、多聚甲醛/二甲基亚砜、四氧化二氮/二甲基甲酰胺、氨/硫氰酸铵、氢氧化钠/尿素/水等溶剂(生物质化学工程，40(3)，54～58，2006)。除了NMMO外，其它溶剂均处于实验阶段，应用还不多。NMMO直接溶解纤维素，已经成功用于纺织工业。应用NMMO溶解法制备纤维素微球鲜有报道。刘明华等人(纤维素科学与技术，14(3)：13～18，2006)以NMMO和马尾松漂白硫酸盐浆为原料，制备纤维素/NMMO/H₂O溶液，采用程序降温制备球形纤维素珠体。但是，内部孔道偏小，且基质密度和粒径分布没有优化，难以用于扩张床吸附过程。

本发明针对扩张床吸附剂的特殊要求，以NMMO直接溶解纤维素制备纤维素黏胶，添加惰性增重剂提高基质的密度，采用反相悬浮法，通过程序降温法制备纤维素复合微球。同时，在纤维素黏胶中添加糊化淀粉，固化成球后再用淀粉酶水解去除淀粉，得到具有大孔结构的纤维素微球，可以强化微球内部的孔内传质，提高分离过程的效率。NMMO直接溶解法制备纤维素黏胶，黏胶性质稳定且易于控制，纤维素微球制备工艺简单，生产过程无毒，溶剂无毒，可以回收重复利用，是一种环境友好的工艺。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种直接溶解法制备大孔型纤维素复合扩张床基质的方法。

它包括如下步骤：

1)将质量百分比为99.5％～95％的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液、质量百分比为0.5％～5％的焦性没食子酸抗氧化剂加入反应器中，再加入纤维素，搅拌，充入氮气，反应器温度为80～120℃，搅拌转速为30～200rpm，得到纤维素粘胶；

2)在80～100℃下，在纤维素粘胶中加入惰性增重剂和质量百分比浓度为3～8％的糊化淀粉溶液均匀混合，100～500rpm转速下搅拌30～45分钟，惰性增重剂的质量为纤维素粘胶质量的0.04～1.2倍，糊化淀粉的质量为纤维素粘胶质量的0.04～0.4倍，得到复合水相；

3)在78～100℃下，在复合水相中加入油类分散相和表面活性剂进行反相悬浮，油类分散相与复合水相的体积比为1∶1～20∶1，油类分散相与表面活性剂的质量比为200∶1～1000∶1，在500～1500rpm转速下搅拌15～20分钟，形成反相悬浮体系，以每10分钟降5摄氏度的速率降温至10～30℃，以每10分钟降50～100rpm的速率将搅拌速度降至500～600rpm，固化成微球；