СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА Российский патент 2005 года по МПК B01J20/24 B01J20/10 B01J20/30 

Изобретение относится к области получения сорбентов на основе модифицированного кремнезема и предназначено для получения полифункциональных сорбентов, которые могут быть использованы для селективного извлечения катионов и анионов из водных (или жидких) сред, а также в биотехнологии и медицине в качестве энтеросорбентов.

Известен способ получения сорбента для выделения и очистки тромбопластина на основе макропористого кремнезема, поверхность которого модифицирована γ-глицидооксипропилтриэтоксисиланом с последующей обработкой гидроксилсодержащим органическим соединением в среде диоксана в присутствии эфирата трехфтористого бора (АС 1428464, опубл. 07.10.88). Недостатком способа является применение опасных для здоровья компонентов в качестве модификаторов поверхности кремнезема, что не дает возможности использовать данный сорбент в качестве энтеросорбента.

Следующий способ (АС 1437776, опубл. 15.11.88) получения сорбентов основан на модификации поверхности кремнезема марки "Силохром С-80" группами амидоксима с целью использования его для хроматографического разделения ионов переходных металлов. Однако данный способ требует значительных энергозатрат, связанных с длительностью и многостадийностью процесса синтеза.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сорбентов на основе высокодисперсного кремнезема-аэросила путем его обработки D,L-гистидином в присутствии формальдегида (АС 1030312, опубл. 23.07.83). Недостатками известного способа являются использование в качестве модифицирующего компонента одной аминокислоты D,L-гистидина и, как следствие этого, отсутствие полифункциональных свойств кремнеземного сорбента.

Задачей изобретения является получение полифункционального сорбента, обладающего высокой сорбционной емкостью и специфичностью.

Поставленная задача решается способом, включающим обработку кремнезема-аэросила с удельной поверхностью 200-380 м²/г природным высокомолекулярным соединением - казеином.

Использование казеина для модификации поверхности сорбента обусловлено наличием большого числа возможных центров связывания, расположенных в боковых радикалах аминокислот, входящих в состав казеина, которые могут участвовать в различных химических реакциях, будучи иммобилизованными, на сорбенте, что обеспечит его полифункциональность и специфичность.

Выбор аэросила был обусловлен наличием на поверхности кремнезема силанольных групп, способных вступать в химическое взаимодействие с белковым комплексом казеина, а также его нетоксичностью и малым изменением объема гранул при изменении рН или ионной силы раствора.

Способ осуществляют следующим образом. К 50 г аэросила с удельной поверхностью 200-380 м²/г добавляют 500-1000 мл дистиллированной воды и 5-15% раствор гидроксида натрия объемом 100-200 мл с растворенной в нем навеской казеина в количестве 1-5 мас.%. Казеин получают фракционированием молока в присутствии 1-2% раствора метилцеллюлозы в качестве осадителя (флокулянта).

Согласно физико-химическим свойствам, казеин является кислотным белком, поэтому хорошо растворяется в растворах щелочей с образованием казеинатов. При концентрации раствора гидроксида натрия ниже 5% невозможно достичь полного растворения казеина, выше 15% - может наступить необратимая денатурация белка.

Концентрация казеина для модификации поверхности аэросила выбирается с учетом стерического фактора. Менее 1 мас.% казеина использовать нецелесообразно, т.к. остаются незадействованы в процессе модификации все функциональные группы аэросила. Использование более 5 мас.% казеина недопустимо в связи с конкуренцией молекул казеина за право обладать центрами связывания, находящимися на поверхности кремнезема.

Полученную суспензию оставляют созревать при температуре 20°С в течение 18-24 часов. Время созревания обусловлено протеканием процессов конденсации с участием силанольных групп аэросила. Менее 18 часов не происходит полного вызревания гидрогеля, а более 24 часов наблюдаются процессы старения гидрогеля. Формирование жесткого остова сорбента проводят при тщательном перемешивании в течение 0,5-1,5 часов при температуре 100-130°С. При этих условиях происходит полное превращение гидрогеля в ксерогель. При этом объем гидрогеля уменьшается за счет действия капиллярных сил. Ниже 100°С не происходит полного формирования гранул ксерогеля. Повышение температуры выше 130°С приводит к разрушению белковой структуры казеина. Полученный сорбент просеивают через сито с размером ячеек 200-250 мкм, что объясняется максимально возможной рабочей поверхностью гранул.

Полученные сорбенты представляют собой гранулы кремового цвета с хорошо развитой рабочей поверхностью и наличием на этой поверхности большого числа функциональных групп, входящих в состав аминокислот, составляющих структуру казеина. Структурные характеристики полученных сорбентов представлены в таблице 1.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. К 50 г аэросила с удельной поверхностью 200 м²/г добавляют 500 мл дистиллированной воды и 5% раствор гидроксида натрия объемом 100 мл с растворенной в нем навеской казеина в количестве 1 мас.%. Полученную суспензию оставляют созревать при температуре 20°С в течение 18 часов. Формирование жесткого остова сорбента проводят при тщательном перемешивании в течение 1 часа при температуре 100°С, после чего полученный сорбент просеивают через сито с размером ячеек 200 мкм.

Пример 2. К 50 г аэросила с удельной поверхностью 380 м²/г добавляют 1000 мл дистиллированной воды и 15% раствор гидроксида натрия объемом 200 мл с растворенной в нем навеской казеина в количестве 3 мас.%. Полученную суспензию оставляют созревать при температуре 20°С в течение 24 часов. Формирование жесткого остова сорбента проводят при тщательном перемешивании в течение 1,5 часа при температуре 130°С, после чего полученный сорбент просеивают через сито с размером ячеек 230 мкм.

Пример 3. К 50 г аэросила с удельной поверхностью 380 м²/г добавляют 750 мл дистиллированной воды и 10% раствор гидроксида натрия объемом 150 мл с растворенной в нем навеской казеина в количестве 5 мас.%. Полученную суспензию оставляют созревать при температуре 20°С в течение 24 часов. Формирование жесткого остова сорбента проводят при тщательном перемешивании в течение 1 часа при температуре 130°С, после чего полученный сорбент просеивают через сито с размером ячеек 250 мкм.

В таблице 2 представлены сравнительные данные по сорбционной емкости предлагаемых сорбентов в сопоставлении с сорбентом, полученным известным способом. Из таблицы видно, что предлагаемый способ в сравнении с прототипом обеспечивает получение полифункционального сорбента, способного сорбировать как катионы, так и анионы за счет модифицирования поверхности функциональными группами аминокислот, входящих в состав высокомолекулярного природного комплекса казеина. Кроме того, предлагаемый способ позволяет расширить область применения сорбента с сохранением высокой степени специфичности, что и является техническим результатом изобретения.

Таблица 1
Структурные характеристики сорбентов на основе аэросила и казеинаОбразецМассовые соотношения компонентов синтеза, гСтруктурные характеристикиаэросилказеинУдельная поверхность, Sуд, м²/гОбъем пор V, см³/гРадиус пор r cp, нм1500,5241,591322501,5301,46973502,5351,4080

Таблица 2
Сорбционные свойства сорбентов на основе аэросила и казеинаСпособ полученияКомпонентный составСорбционная емкость сорбентов по ионам,
S=(Co-С_К)/С_О·100%, отн.%Сорбционная емкость по гемопигментам мг/г сорбентаI^-Fe³⁺Ag⁺ Аэросил10,813,810,514По примеру 1Аэросил+1 мас% казеина35,531,026,298По примеру 2Аэросил+3 мас% казеина41,543,230,4112По примеру 3Аэросил+5 мас% казеина48,855,739,5140По известному способуАэросил+D, L-гистидин20,335,519,4100

Изобретение относится к области получения сорбентов на основе модифицированного кремнезема и предназначено для получения полифункциональных сорбентов, которые могут быть использованы в биотехнологии и медицине в качестве энтеросорбентов, а также для селективного извлечения катионов и анионов из жидких сред. Сорбент получен путем модифицирования поверхности кремнезема-аэросила природным высокомолекулярным соединением, в качестве которого используется казеин в количестве 1-5 мас.% предпочтительно, полученный фракционированием молока в присутствии 1-2% раствора метилцеллюлозы. Техническим результатом изобретения является получение полифункционального сорбента, обладающего высокой сорбционной емкостью и специфичностью. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения сорбента на основе кремнезема, включающий модифицирование аэросила высокомолекулярным соединением, отличающийся тем, что модифицированию подвергают аэросил с удельной поверхностью 200-380 м²/г путем его обработки 1-5% мас. раствором казеина в гидроксиде натрия с последующим созреванием гидрогеля и его превращением в ксерогель при перемешивании в течение 0,5-1,5 ч при 100-130°С.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обработки используют 1-5%-ный раствор казеина в 5-15%-ном растворе гидроксида натрия.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что созревание гидрогеля осуществляют в течение 18-24 ч при 20°С.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют казеин, полученный фракционированием молока в присутствии 1-2%-ного раствора метилцеллюлозы.