[发明专利]一种以离子液体为溶剂制备纤维素微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以离子液体为溶剂制备纤维素微球的方法。

背景技术

纤维素是自然界蕴含最丰富的可再生资源，是一种天然的多糖分子。纤维 素微球具有高度的亲水性、良好生物相容性、合适的多孔结构、极低的非特异 性吸附和较高的机械强度，是一种良好的吸附剂基质材料，可以用于生物工程 产品的下游分离纯化过程，也可作为酶固定化的载体材料。由于天然纤维素分 子间强烈的氢键作用，形成非常致密的结构，造成纤维素材料加工的困难，特 别是制备纤维素多孔微球。目前生物分离用层析介质绝大多数由琼脂糖或葡聚 糖制备而得，能够基本满足生物对象的分离要求，但是结构较松散，受压易变 形，操作流速较低，生产能力受限，同时价格昂贵，生产成本高。因此，以纤 维素为原料，开发简便、经济可行、环境无污染的新方法，制备性能优良的纤 维素微球，具有重要的应用价值。

纤维素微球的制备过程通常可以分为两个步骤：(1)采用合适的方法制备 纤维素或其衍生物的溶液；(2)溶液分散形成液滴，以合适的方法实现纤维素 再生，得到纤维素微球。根据分散方法的不同，微球制备方法大致可以分为两 类：(1)喷射法：由一个带有合适喷嘴的设备将纤维素或其衍生物的溶液喷射到 惰性介质或空气中分散，所制得基质的粒径比较均匀，需要专门设备，研究较 少；(2)反相悬浮法：将纤维素或其衍生物的溶液悬浮于不相溶的惰性介质中分 散，所制得基质的粒径分布较宽，但设备要求低，较多文献采用该法。

反相悬浮法制备纤维素微球的关键在于纤维素或其衍生物溶液的制备。以 纤维素黄原酸酯黏胶液为原料，采用“反相悬浮热再生法”制备纤维素微球，是一 个通用的方法。一般可以制备出球形度好、具有多孔结构、容易衍生的纤维素 微球，并可以在黏胶中添加一些增重颗粒形成具有特殊功能的复合纤维素微球， 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毒性的气体CS₂，环境污 染大；并且黏胶性质不易控制，受环境因素影响大，一定程度上制约了该方法 的规模化应用。

采用适当的溶剂直接溶解纤维素，制备纤维素溶液，再通过合适的再生方法 形成纤维素微球，可以简化工艺，减少制备过程对环境的污染。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)。运用 NMMO直接溶解纤维素制备纤维素微球已有文献报道(纤维素科学与技术，14 (3)：13～18，2006)。但是，NMMO溶解纤维素的工艺较复杂，需要较高的 温度，且容易被氧化，需要氮气保护，大规模应用比较困难。近年来，发现一 些离子液体可以直接溶解纤维素。离子液体具有强极性，不挥发，不氧化等优 点，是更安全、更环保的“绿色”溶剂。利用离子液体溶解纤维素，制备纤维素薄 膜或者纤维素丝，已有成功报道(发明专利02823875.3；200610026709.4； 200710150112.5)。但是，离子液体溶解法制备纤维素微球，难度较高，一些关 键工艺问题尚待解决，因此未见相关文献报道。

本发明针对生物分离用介质材料的特殊要求，以离子液体直接溶解纤维素 制备纤维素溶液，采用反相悬浮法，通过程序降温法形成纤维素微球。技术关 键在于避免制备过程中微球变形，主要措施有两方面：(1)纤维素溶液中添加 惰性微粒，促进纤维素微球成形，并提高微球的机械强度；(2)纤维素微球固 化过程中，添加固化剂，加速微球固化，提高微球的球形度。本发明方法制备 纤维素微球，工艺简单，容易规模化生产；采用离子液体为溶剂，安全无毒， 溶剂可以回收重复利用，是一种环境友好的新工艺。纤维素具有良好的生物相 容性，离子液体是“绿色”溶剂，本发明所制备的纤维素微球可以作为良好的、生 物分离用的吸附剂基质。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种以离子液体为溶剂制备纤 维素微球的方法。

以离子液体为溶剂制备纤维素微球的方法包括以下步骤：

1)在100重量份的离子液体中加入2～6重量份的纤维素，搅拌混合，温度 为90～110℃，搅拌转速为80～200rpm，得到纤维素溶液；