两性离子纤维的制备及其对氨基酸的吸附分离雷勇强汤丽鸳符若文.doc

两性离子纤维的制备及其对氨基酸的吸附分离 雷勇强　汤丽鸳　符若文* （中山大学化学与化学工程学院，广州 510275） 摘要 本论文主要论述了不同酸碱基团比例的强酸弱碱型两性离子交换纤维pp-g-4vp-St-SO3H的制备，研究了它们在不同条件下对几种氨基酸的吸附和分离情况，并将强酸弱碱型纤维吸附和分离氨基酸的性质规律跟强酸型纤维和树脂作了一定的对比研究。实验结果表明，通过控制单体的投料比可以控制接枝产物的酸碱基团比例。纤维对氨基酸的吸附速度和吸附量要高于树脂。对比强酸型的离子交换纤维和树脂，强酸弱碱型的两性离子交换纤维对氨基酸的吸附有更好的选择性。酸碱基团比例（St:4vp）为2:8的 PP-g-4vp-St-SO3H纤维能很好的分离谷氨酸和丙氨酸的混合物。 关键词 离子交换纤维；预辐照；接枝共聚；接枝率；静态吸附；分离；氨基酸 离子交换技术广泛应用于分离、提纯、吸附。离子交换纤维是一种纤维状的离子交换材料。它的实用价值在于它具有比粒状离子交换剂更大的比表面。离子交换纤维与离子交换树脂相比，吸附速度快，比表面积大，使用方便，可以制成丝状，布状或无纺材料。离子交换纤维的研究开始于本世纪四十年代。天然纤维如棉、羊毛本身虽有离子交换功能，但交换容量低，需要对其进行改性，引入酸性或碱性官能团，提高其交换容量。最早有人用脲－磷酸对棉纤维磷化，制得具有阳离子交换性能的磷酸化棉；后来又有人用胺化法制得阳离子交换棉。五十年代，除了对纤维素改性外，还出现了聚乙烯醇纤维与含有离子交换活性基团的烯类单体进行接枝共聚，制备出了离子交换纤维［1］。七十年代，开始用聚丙烯清PAN、聚烯烃纤维为基体制备离子交换纤维。同时由于活性炭纤维ACF的研究发展，还出现了用碳纤维CF、半碳化纤维制备的离子交换纤维［2］。 氨基酸是蛋白质的基本结构单位，从各种氨基酸生物体中发现的氨基酸已有180多种。а-氨基酸中都存在－氨基和－羧基，但由于侧链基团（R）的不同，其性质各有不同。按其酸碱性质的不同，可将氨基酸分为三大类，即酸性氨基酸，碱性氨基酸和中性氨基酸。离子交换法是分离氨基酸的常用技术。现阶段常用于氨基酸分离的离子交换材料绝大多数都是离子交换树脂[3~6]。几乎所有的氨基酸都能与离子交换树脂起交换反应，但因氨基酸性质如酸碱度、极性和分子量等的不同，离子交换树脂对各种氨基酸的交换吸附能力也不同。 离子交换材料应用于氨基酸的分离，主要以离子交换树脂为主，离子交换纤维用得较少。本实验以PP纤维为原料，经Co60－γ射线预辐照，在交联剂二乙烯苯的存在下引发不同比例的苯乙烯、4－乙烯基吡啶单体进行接枝共聚，然后进行磺化，制备出含有不同比例酸碱基团的两性离子交换纤维。基于两性纤维中酸碱基团的协同作用，它对氨基酸的选择性能比只含单一基团的酸性和碱性纤维以及树脂都会有很大的提高，分离系数良好，这将大大提高其对氨基酸的分离能力。 实验部分 1.1　仪器和原料 上海第二仪器厂产分光光度计，日立835－50型高速氨基酸分析仪，JSM-6330F场发射电子显微扫描电镜，德国Elematar Analysesyteme. Gmbh产CHNOS Elementanalyter，美国Perkin-Eimer公司产240C型元素分析仪，上海雷磁?创益仪器仪表有限公司生产的PHS－29A型酸度计 主要原料：广州市纺织工业研究所制PP纤维，各种氨基酸为市售生化试剂，苯乙烯、4－乙烯基吡啶、二乙烯基苯等用前经蒸馏纯化，二氯乙烷(AR)，氯磺酸(AR)等。 1.2 纤维制备 首先将PP纤维在空气中经Co60-γ射线预辐照（辐照在广州辐照中心完成）。按一定量的固液比在装有冷凝管的250ml三颈瓶中，加入一定量蒸馏水、一定比例的混合单体、交联剂和乳化剂，并加热搅拌。然后，加入预辐照的PP纤维和一定量的莫尔盐，在氮气保护和预定的温度下，磁力搅拌反应4小时。接枝共聚产物用乙醇、蒸馏水反复洗涤，并于稀盐酸中浸泡过夜，后用蒸馏水洗至中性，然后在红外灯下烘干。 干燥恒重后的接枝纤维三颈瓶中用1，2－二氯乙烷浸泡溶胀过夜。然后用滴液漏斗加入氯磺酸进行磺化，电磁搅拌，在60℃下反应90分钟，即可制得强酸弱碱两性离子交换纤维pp-g-4vp-St-SO3H。 1.3 离子交换纤维的性能研究 （1）氨基酸的静态吸附 取恒重后的离子交换纤维置于碘量瓶中，分别加入一定量（V/ml）不同 pH值的氨基酸溶液，25℃水浴，于振荡器中振荡24小时。取样品液和标准液各1ml，加入pH5.47柠檬酸－柠檬酸钠缓冲液1ml后用茚三酮显色，用上海第二仪器厂生产的分光光度计分别测定其OD570，由此算出吸附量。 （2）混合氨基酸的静态吸附 取一定量恒重后的离子交换纤维置于碘量瓶中，分别加入25ml在不同 pH值的不同氨基酸混合溶液，25℃水