CN1927892A - 赖氨酸－壳聚糖树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种赖氨酸－壳聚糖树脂及其制备方法，涉及赖氨酸修饰的壳聚糖树脂技术。本发明的树脂由壳聚糖、戊二醛和赖氨酸组成，组分简单。本发明方法是先用反相悬浮法制备交联壳聚糖微球，再以戊二醛为交联剂制备交联壳聚糖树脂，然后再用赖氨酸修饰交联壳聚糖树脂而制备出赖氨酸－壳聚糖树脂，该树脂制备方法简单。采用本发明方法制备出的树脂具有粒度均匀，多微孔，耐酸、耐碱性好，对酸根阴离子、氨基酸、蛋白质均有较好的吸附效果等特点；而且可再生利用，充分利用资源。本发明的树脂可应用于医药、食品、化妆品、水处理，化工、农业和环保等领域中。
Description
一、技术领域
本发明属于反应高分子领域，特别涉及赖氨酸修饰的壳聚糖树脂及其制备方法。
二、技术背景
随着人们生活品质的日益提高，生产、消费日趋环保，需求进一步开发天然再生资源。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基产物，具有来源丰富、无毒、可再生、易化学修饰性、生物相容性等优越的功能性质和独特的分子结构，对弱碱性阴离子有交换作用，对许多重金属离子有良好的作用，因此，壳聚糖在医药、食品、化妆品、水处理、化工、农业等领域有广泛应用。但是，天然状态的壳聚糖大多为粉末状，比表面积小，易溶于酸性介质而流失，影响了它的直接应用。然而，若将壳聚糖制成如微球、多孔小珠等构形的树脂产品，就可以充分发挥其优良特性。
现有壳聚糖树脂通常是采用高脱乙酰化度的壳聚糖，经过化学交联制成。如有的用戊二醛直接交联壳聚糖，制得在酸性及碱性条件下基本不溶胀的树脂，该树脂仅由壳聚糖和戊二醛组成，其产品的交联网络致密，孔道小，不利于大分子量物质的传质；并且由于大量氨基发生了交联，其螯和容量及阴离子交换容量比交联前明显降低；又如有的改变了直接交联的办法，先用Cu2+与壳聚糖螯合，将其络合基团保护起来，然后才用戊二醛交联，再用稀酸将Cu2+洗脱下来，从而得到螯合基团被大量保留的交联壳聚糖-戊二醛树脂，该树脂也仅由壳聚糖和戊二醛组成；有的采用水相均匀交联法制备戊二醛交联壳聚糖树脂，以三聚氯氰为活化剂，合成了三甲胺改性戊二醛交联壳聚糖树脂，该树脂由壳聚糖、戊二醛和三甲胺组成，其产物吸附性能较好。但是，这两种方法制备的壳聚糖树脂都存在孔道很少，不利于大分子传质等缺点。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有壳聚糖树脂及其制备方法的不足之处，提供一种赖氨酸一壳聚糖树脂及其制备方法。其树脂组分简单，制备出的树脂具有粒度均匀，多微孔，耐酸耐碱性好，对酸根阴离子、氨基酸、蛋白质均有较好的吸附效果等特点；而且可再生利用，充分利用资源。
本发明的机理：由于壳聚糖分子链中含有大量的游离氨基，这些氨基有一孤对电子，具有很强的亲核性，而戊二醛是一种常用的双官能团试剂，可与壳聚糖的氨基发生交联反应生成席夫碱结构，交联主要是在分子间发生；二环己基碳二亚胺(DCC)是一种常用的接肽缩合剂，它可以活化羧基，即加强羧基碳原子的亲电性，使得亲核的非离子化氨基很容易对它进行攻击，从而发生缩合反应生成肽键。本发明就是利用了上述两个机理，并控制戊二醛组分在小百分比范围内，使壳聚糖少量的氨基与戊二醛发生交联反应，大量的氨基与赖氨酸的羧基发生缩合反应。
本发明的目的是这样实现的：一种赖氨酸—壳聚糖树脂的组分及质量百分数为：
壳聚糖 42～44％
戊二醛 20～22％
赖氨酸 34～36％
一种赖氨酸—壳聚糖树脂的制备方法：采用反相悬浮法先制备壳聚糖微球，再以戊二醛为交联剂使壳聚糖分子上的部分氨基参与交联反应，使得线性的壳聚糖分子转变成网状高聚物，制得交联壳聚糖树脂，再在室温下将所得的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，先加入赖氨酸，再以二环己基碳二亚胺(DCC)为接肽缩合剂，使壳聚糖的其余氨基与赖氨酸的羧基发生缩合反应制得赖氨酸—壳聚糖树脂。其具体的方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分含量分别为42～44％、20～22％和34～36％。先将壳聚糖溶于0.1～0.3％的稀盐酸(HCl)中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为1～2％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.1～0.3％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌20～30min，使壳聚糖溶胶液滴均匀分散成微球，就制备出壳聚糖微球体系。
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备出的壳聚糖微球体系升温到40～50℃，继续搅拌，滴加土温80(Tween80)，使其在体系中的体积分数占0.4～0.6％，对壳聚糖微球体系进行乳化20～30min后，加入戊二醛溶液，然后加入碳酸钙(CaCO3)作为致孔剂。反应60～80min后，用稀氢氧化钠(NaOH)溶液调节体系的pH值为9～10，控温到60～70℃，搅拌2.5～3.5h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤3～5次，再用稀盐酸(HCl)溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性，制备出交联壳聚糖树脂。
(3)赖氨酸—壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备出的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为4～6％。在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺(DCC)的乙醇溶液，进行反应20～40min。然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤3～5次，再用水透析8～12h。再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在60～80℃下干燥至恒重，再冷却至室温。最后用60～100目的分样筛过筛，制得赖氨酸—壳聚糖树脂。
本发明的树脂组分简单，其制备方法亦简单易行。本发明方法不仅使壳聚糖氨基与赖氨酸羧基缩合反应生成具有两个氨基的多官能团高分子化合物，而且形成网状微孔，使大多数活性官能团裸露在表面，在络合吸附过程中，孔内表面上吸附位点的大量增加有效提高了其吸附能力。另外，由于赖氨酸的分子结构式中活泼的α-NH2和ε-NH2之间具有—个长脂肪链结构—(CH2)4，当交联壳聚糖与赖氨酸发生反应后，就好像给其接上了许多“悬臂”，这种结构使得赖氨酸—壳聚糖树脂既保持了壳聚糖的生物亲和性，又增加了一定的柔性。采用本发明方法制备出的树脂具有粒度均匀，多微孔，耐酸耐碱性好，对酸根阴离子、氨基酸、蛋白质均有较好的吸附效果等特点；而且可再生利用，充分利用资源。本发明的树脂可应用于医药、食品、化妆品、水处理，化工、农业和环保等领域中。
三、附图说明
图1为本实施例1制备的壳聚糖-赖氨酸树脂放大1000倍的扫描电子显微镜照片；
图2为本实施例3制备的壳聚糖-赖氨酸树脂放大250倍的扫描电子显微镜照片。
四、具体实施方式
下面结合具体的实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
一种赖氨酸—壳聚糖树脂的组分及质量百分数为：
壳聚糖 42％
戊二醛 22％
赖氨酸 35％
一种赖氨酸—壳聚糖树脂制备方法的具体方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分含量分别为42％、22％和35％。先将壳聚糖溶于0.1％的稀盐酸(HCl)中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为1％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.1％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌20min，使壳聚糖溶胶液滴均匀分散成微球，就制备出壳聚糖微球体系。
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备的壳聚糖微球体系升温到40℃，继续搅拌，滴加Tween80，使其在体系中的体积分数占0.4％，对壳聚糖微球体系进行乳化20min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作为致孔剂。反应60min后，用稀氢氧化钠(NaOH)溶液调节体系的pH值为9，控温到60℃，搅拌2.5h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤3次，再用稀盐酸(HCl)溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性，制备出交联壳聚糖树脂。
(3)赖氨酸—壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为4％。在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺(DCC)的乙醇溶液，进行反应20min。然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤3次，再用水透析8h。再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在60℃下干燥至恒重，再冷却至室温。最后用100目的分样筛过筛，制得赖氨酸—壳聚糖树脂。该树脂形貌如附图1所示。
实施例2：
一种赖氨酸—壳聚糖树脂的组分及质量百分数为：
壳聚糖 43％
戊二醛 20％
赖氨酸 36％
一种赖氨酸—壳聚糖树脂制备方法的具体方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分含量分别为43％、20％和36％。先将壳聚糖溶于0.2％的稀盐酸(HCl)中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为1.5％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.2％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌25min，使壳聚糖溶胶液滴均匀分散成微球，就制备出壳聚糖微球体系。
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备出的壳聚糖微球体系升温到45℃，继续搅拌，滴加Tween80，使其在体系中的体积分数占0.5％，对壳聚糖微球体系进行乳化25min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作为致孔剂。反应70min后，用稀氢氧化钠(NaOH)溶液调节体系的pH值为9.5，控温到65℃，搅拌3h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤4次，再用稀盐酸(HCl)溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性，制备出交联壳聚糖树脂。
(3)赖氨酸—壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备出的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为5％。在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺(DCC)的乙醇溶液，进行反应30min。然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤4次，再用水透析10h。再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在70℃下干燥至恒重，再冷却至室温。最后用80目的分样筛过筛，制得赖氨酸—壳聚糖树脂。
实施例3：一种赖氨酸—壳聚糖树脂的组分及质量百分数比为：
壳聚糖 44％
戊二醛 21％
赖氨酸 34％
一种赖氨酸—壳聚糖树脂制备方法的具体方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分比分别为44％、21％和34％。先将壳聚糖溶于0.3％的稀盐酸(HCl)中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为2％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.3％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌30min，使壳聚糖溶胶液滴均匀分散成微球，就制备出壳聚糖微球体系。
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备出的壳聚糖微球体系升温到50℃，继续搅拌，滴加Tween80，使其在体系中的体积分数约占0.6％，对壳聚糖微球体系进行乳化30min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作为致孔剂。反应80min后，用稀氢氧化钠(NaOH)溶液调节体系的pH值为10，控温到70℃，搅拌3.5h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤5次，再用稀盐酸(HCl)溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性，制备出交联壳聚糖树脂。
(3)赖氨酸—壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为6％。在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺(DCC)的乙醇溶液，进行反应40min。然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤5次，再用水透析12h。再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在80℃下干燥至恒重，再冷却至室温。最后用60目的分样筛过筛，制得赖氨酸—壳聚糖树脂。该树脂形貌如附图2所示。
Claims (8)
1.一种赖氨酸-壳聚糖树脂，其特征在于其组分及质量百分数为：
壳聚糖 42～44％
戊二醛 20～22％
赖氨酸 34～36％。
2.按照权利要求1所述的赖氨酸-壳聚糖树脂，其特征在于一种赖氨酸-壳聚糖树脂的组分及质量百分数为：
壳聚糖 42％
戊二醛 22％
赖氨酸 35％。
3.按照权利要求1所述的赖氨酸-壳聚糖树脂，其特征在于一种赖氨酸-壳聚糖树脂的组分及质量百分数为：
壳聚糖 43％
戊二醛 20％
赖氨酸 36％。
4.按照权利要求1所述的赖氨酸-壳聚糖树脂，其特征在于一种赖氨酸-壳聚糖树脂的组分及质量百分数为：
壳聚糖 44％
戊二醛 21％
赖氨酸 34％。
5.一种赖氨酸-壳聚糖树脂的制备方法，其特征在于其具体的方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分含量分别为42～44％、20～22％和34～36％，先将壳聚糖溶于0.1～0.3％的稀盐酸中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为1～2％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.1～0.3％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌20～30min；
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备出的壳聚糖微球体系升温到40～50℃，继续搅拌，滴加Tween80，使其在体系中的体积分数占0.4～0.6％，对壳聚糖微球体系进行乳化20～30min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作为致孔剂，反应60～80min后，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值为9～10，控温到60～70℃，搅拌2.5～3.5h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤3～5次，再用稀盐酸溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性；
(3)赖氨酸-壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备出的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为4～6％，在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺的乙醇溶液，进行反应20～40min，然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤3～5次，再用水透析8～12h，再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在60～80℃下干燥至恒重，再冷却至室温，最后用60～100目的分样筛过筛。
6.按照权利要求5所述的赖氨酸-壳聚糖树脂的制备方法，其特征在于一种赖氨酸-壳聚糖树脂的制备方法的具体的方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分含量分别为42％、22％和35％，先将壳聚糖溶于0.1％的稀盐酸中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为1％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.1％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌20min；
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备的壳聚糖微球体系升温到40℃，继续搅拌，滴加Tween80，使其在体系中的体积分数占0.4％，对壳聚糖微球体系进行乳化20min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作为致孔剂，反应60min后，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值为9，控温到60℃，搅拌2.5h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤3次，再用稀盐酸溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性；
(3)赖氨酸-壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为4％，在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺的乙醇溶液，进行反应20min，然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤3次，再用水透析8h，再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在60℃下干燥至恒重，再冷却至室温，最后用100目的分样筛过筛。
7.按照权利要求5所述的赖氨酸-壳聚糖树脂的制备方法，其特征在于一种赖氨酸-壳聚糖树脂的制备方法的具体的方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分含量分别为43％、20％和36％，先将壳聚糖溶于0.2％的稀盐酸中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为1.5％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.2％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌25min；
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备出的壳聚糖微球体系升温到45℃，继续搅拌，滴加Tween80，使其在体系中的体积分数占0.5％，对壳聚糖微球体系进行乳化25min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作为致孔剂，反应70min后，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值为9.5，控温到65℃，搅拌3h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤4次，再用稀盐酸溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性；
(3)赖氨酸-壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备出的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为5％，在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺的乙醇溶液，进行反应30min，然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤4次，再用水透析10h，再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在70℃下干燥至恒重，再冷却至室温，最后用80目的分样筛过筛。
8.按照权利要求5所述的赖氨酸-壳聚糖树脂的制备方法，其特征在于一种赖氨酸-壳聚糖树脂的制备方法的具体的方法步骤如下：
(1)制备壳聚糖微球
按比例称量各组分备用，即壳聚糖、戊二醛和赖氨酸的质量百分比分别为44％、21％和34％，先将壳聚糖溶于0.3％的稀盐酸中，在室温下搅拌溶解，制得质量分数为2％的壳聚糖酸性溶胶，再在盛有与0.3％盐酸等体积的液体石蜡的容器中，在搅拌下，缓慢加入壳聚糖酸性溶胶，继续搅拌30min；
(2)制备交联壳聚糖树脂
将第(1)步制备出的壳聚糖微球体系升温到50℃，继续搅拌，滴加Tween80，使其在体系中的体积分数约占0.6％，对壳聚糖微球体系进行乳化30min后，加入戊二醛溶液，然后加入CaCO3作为致孔剂，反应80min后，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值为10，控温到70℃，搅拌3.5h，过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣依次用石油醚、乙醇各洗涤5次，再用稀盐酸溶解滤渣中的CaCO3，最后用蒸馏水洗涤至中性；
(3)赖氨酸-壳聚糖树脂的制备
室温下，将第(2)步制备的交联壳聚糖树脂悬浮于蒸馏水中，使其质量分数为6％，在搅拌的条件下，首先加入赖氨酸，再加入与赖氨酸含有等摩尔数的二环己基碳二亚胺的乙醇溶液，进行反应40min，然后过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣用乙醇洗涤5次，再用水透析12h，再过滤，弃滤液，收集滤渣，对滤渣先在80℃下干燥至恒重，再冷却至室温，最后用60目的分样筛过筛。
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