Vol.24
2003年1月高等学校化学学报 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES No.1 117～120 微囊化海藻酸离子移变凝胶的制备、结构与性能
陈益清,孙多先,刘静怡,吕景辉
(天津大学化工学院,天津300072)
摘要 通过静电脉冲技术制备了海藻酸2壳聚糖2海藻酸(Alginate2Chitosan2Alginate,ACA)微胶囊,红外光谱分析表明,ACA是一种以聚电解质配合物为囊膜,以海藻酸钠离子吸附剂为囊心物的微胶囊型离子吸附体系.扫描电镜测试表明,ACA吸附重金属离子的过程是微胶囊囊内海藻酸凝胶化的过程,其解吸附过程是海藻酸凝胶转变成海藻酸溶液的过程.与传统离子交换树脂相比,ACA对Pb2+的吸附具有较高的去除率、很强的富集能力和较低的极限吸附浓度,并且能够被多次重复使用.ACA的离子交换速率比传统离子交换树脂快得多,离子交换过程中,交换离子和吸附剂海藻酸分子的相互扩散大大提高了离子交换速率.
关键词 离子吸附剂;海藻酸;微囊化;离子移变凝胶
中图分类号 O636.1;TQ425 文献标识码 A 文章编号 025120790(2003)0120117204
近来,生物高分子吸附剂受到广泛的关注,许多天然生物高分子被用作离子吸附剂[1～3].海藻酸是一种从海藻中提取的天然高分子多糖,它是由(1,4)2Β22D2甘露糖醛酸(M)和(1,4)ΑL2古罗糖醛酸(G)两种结构单元组成的线性聚合物,包括由GG和MM形成的均聚物和GM形成的交替聚合物[4].海藻酸分子链上含有羧酸根和羟基,是一种聚阴离子电解质,能够用来吸附Cu2+,Co2+,Ni2+,Pb2+,2+2+2+[5～7].由于海藻酸钠在水中溶解,直接将海藻酸钠Cd,Zn以及UO2等重金属离子和放射性元素
用作离子吸附剂时,不易再生,形成的片状和块状凝胶会使柱操作的压力降大大减少.将海藻酸钠等生物吸附剂制备成新型的吸附体系,解决上述问题显得尤为重要.生物微胶囊(人工细胞)是指用半渗透性薄膜固定了活体组织或细胞的微胶囊,海藻酸2聚赖氨酸2海藻酸(APA)和海藻酸2壳聚糖2海藻酸(ACA)微胶囊是使用最为广泛的人工细胞体系,APA和ACA微囊化肝细胞、胰岛细胞、牛嗜铬细胞等活体细胞被广泛应用于开展各种疾病的临床治疗[8,9].本文综合人工细胞和生物吸附剂的研究进展,制备了新型离子吸附剂微囊化海藻酸离子移变凝胶,并考察了其结构和离子交换性能.
1 实验部分
1.1 原料与仪器
海藻酸钠购自Sigma公司;蝇蛆壳聚糖,天津大学自制,分子量60000～80000,脱乙酰化度86%;D418大孔苯乙烯系螯合树脂,钠型,D113大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,H型,使用前交换成Na型,南开大学化工厂提供;其它试剂均为分析纯.静电液滴发生器,竖式微量注射泵(加拿大多伦多大学提供);PXS2215型离子活度计,铅电极,甘汞电极(上海雷磁仪器厂);XTL21型摄影体视显微镜(南京江南光学仪器厂);日立18080型原子吸收分光光度计(日本Hitachi公司);XL30TMP型环境扫描电镜(荷兰Philips公司);FTS3000型红外光谱仪(BIO2RAD公司).
1.2 ACA微胶囊的制备和结构表征
用静电液滴发生器将海藻酸钠溶液注射到CaCl2溶液中,制备海藻酸钙凝胶球(A2Ca);将微球转移到壳聚糖溶液中,轻轻摇动,进行聚电解质复合反应,得到海藻酸钙2壳聚糖微球(AC2Ca);用生理盐水洗净微球,加入海藻酸钠溶液,轻轻摇动,制得海藻酸2壳聚糖2海藻酸(ACA2Ca)微球;用生理盐水洗净微球,加入柠檬酸三钠溶液,使得ACA囊芯液化,制得海藻酸2壳聚糖2海藻酸(ACA)微胶囊.
收稿日期:2001212229.
基金项目:国家高技术航天领域“86322”基金(批准号:[1**********]1)资助.
联系人简介:孙多先(1937年出生),男,教授,博士生导师,从事生物高分子研究.E2mail:[email protected]
118高等学校化学学报.24Vol用XTL21型摄影体视显微镜观察微胶囊在湿态下的形貌.用扫描电镜观察微球在干态下的形貌;分别取ACA制备过程中的AC2Ca和ACA2Ca,用柠檬酸三钠溶解,超声破碎微胶囊,收集囊膜,囊心物经过透析膜透析48h,烘干,用BI.O2RAD公司FTS3000型红外光谱仪进行红外光谱分析
1.3 离子取代性能测定
1.3.1离子选择性电极法测定Pb2+浓度 准确配制一定浓度的Pb(NO3)2溶液,用PXS2215型离子活度计和铅离子选择性电极测定电势,用电势对浓度的对数作图,得到Pb(NO3)2溶液的标准曲线;将一定量的ACA加入到硝酸铅溶液中,用搅拌反应瓶法[10]测定微球对Pb2+的吸附,温度25℃,pH=610,离子强度0.1mol
Vol.24
2003年1月高等学校化学学报 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES No.1 117～120 微囊化海藻酸离子移变凝胶的制备、结构与性能
陈益清,孙多先,刘静怡,吕景辉
(天津大学化工学院,天津300072)
摘要 通过静电脉冲技术制备了海藻酸2壳聚糖2海藻酸(Alginate2Chitosan2Alginate,ACA)微胶囊,红外光谱分析表明,ACA是一种以聚电解质配合物为囊膜,以海藻酸钠离子吸附剂为囊心物的微胶囊型离子吸附体系.扫描电镜测试表明,ACA吸附重金属离子的过程是微胶囊囊内海藻酸凝胶化的过程,其解吸附过程是海藻酸凝胶转变成海藻酸溶液的过程.与传统离子交换树脂相比,ACA对Pb2+的吸附具有较高的去除率、很强的富集能力和较低的极限吸附浓度,并且能够被多次重复使用.ACA的离子交换速率比传统离子交换树脂快得多,离子交换过程中,交换离子和吸附剂海藻酸分子的相互扩散大大提高了离子交换速率.
关键词 离子吸附剂;海藻酸;微囊化;离子移变凝胶
中图分类号 O636.1;TQ425 文献标识码 A 文章编号 025120790(2003)0120117204
近来,生物高分子吸附剂受到广泛的关注,许多天然生物高分子被用作离子吸附剂[1～3].海藻酸是一种从海藻中提取的天然高分子多糖,它是由(1,4)2Β22D2甘露糖醛酸(M)和(1,4)ΑL2古罗糖醛酸(G)两种结构单元组成的线性聚合物,包括由GG和MM形成的均聚物和GM形成的交替聚合物[4].海藻酸分子链上含有羧酸根和羟基,是一种聚阴离子电解质,能够用来吸附Cu2+,Co2+,Ni2+,Pb2+,2+2+2+[5～7].由于海藻酸钠在水中溶解,直接将海藻酸钠Cd,Zn以及UO2等重金属离子和放射性元素
用作离子吸附剂时,不易再生,形成的片状和块状凝胶会使柱操作的压力降大大减少.将海藻酸钠等生物吸附剂制备成新型的吸附体系,解决上述问题显得尤为重要.生物微胶囊(人工细胞)是指用半渗透性薄膜固定了活体组织或细胞的微胶囊,海藻酸2聚赖氨酸2海藻酸(APA)和海藻酸2壳聚糖2海藻酸(ACA)微胶囊是使用最为广泛的人工细胞体系,APA和ACA微囊化肝细胞、胰岛细胞、牛嗜铬细胞等活体细胞被广泛应用于开展各种疾病的临床治疗[8,9].本文综合人工细胞和生物吸附剂的研究进展,制备了新型离子吸附剂微囊化海藻酸离子移变凝胶,并考察了其结构和离子交换性能.
1 实验部分
1.1 原料与仪器
海藻酸钠购自Sigma公司;蝇蛆壳聚糖,天津大学自制,分子量60000～80000,脱乙酰化度86%;D418大孔苯乙烯系螯合树脂,钠型,D113大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,H型,使用前交换成Na型,南开大学化工厂提供;其它试剂均为分析纯.静电液滴发生器,竖式微量注射泵(加拿大多伦多大学提供);PXS2215型离子活度计,铅电极,甘汞电极(上海雷磁仪器厂);XTL21型摄影体视显微镜(南京江南光学仪器厂);日立18080型原子吸收分光光度计(日本Hitachi公司);XL30TMP型环境扫描电镜(荷兰Philips公司);FTS3000型红外光谱仪(BIO2RAD公司).
1.2 ACA微胶囊的制备和结构表征
用静电液滴发生器将海藻酸钠溶液注射到CaCl2溶液中,制备海藻酸钙凝胶球(A2Ca);将微球转移到壳聚糖溶液中,轻轻摇动,进行聚电解质复合反应,得到海藻酸钙2壳聚糖微球(AC2Ca);用生理盐水洗净微球,加入海藻酸钠溶液,轻轻摇动,制得海藻酸2壳聚糖2海藻酸(ACA2Ca)微球;用生理盐水洗净微球,加入柠檬酸三钠溶液,使得ACA囊芯液化,制得海藻酸2壳聚糖2海藻酸(ACA)微胶囊.
收稿日期:2001212229.
基金项目:国家高技术航天领域“86322”基金(批准号:[1**********]1)资助.
联系人简介:孙多先(1937年出生),男,教授,博士生导师,从事生物高分子研究.E2mail:[email protected]
118高等学校化学学报.24Vol用XTL21型摄影体视显微镜观察微胶囊在湿态下的形貌.用扫描电镜观察微球在干态下的形貌;分别取ACA制备过程中的AC2Ca和ACA2Ca,用柠檬酸三钠溶解,超声破碎微胶囊,收集囊膜,囊心物经过透析膜透析48h,烘干,用BI.O2RAD公司FTS3000型红外光谱仪进行红外光谱分析
1.3 离子取代性能测定
1.3.1离子选择性电极法测定Pb2+浓度 准确配制一定浓度的Pb(NO3)2溶液,用PXS2215型离子活度计和铅离子选择性电极测定电势,用电势对浓度的对数作图,得到Pb(NO3)2溶液的标准曲线;将一定量的ACA加入到硝酸铅溶液中,用搅拌反应瓶法[10]测定微球对Pb2+的吸附,温度25℃,pH=610,离子强度0.1mol