一種適用于包埋處理的水凝膠及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉一種適用于包埋處理的水凝膠及其制備方法和應用。本發(fā)明提供的水凝膠具有高強度、使用周期長等優(yōu)點，可在流化反應器中運行超過2.0年以上，且制備方法溫和，可使得包埋于其中的微生物活性保持在90%％以上；另外，其制備原料來源廣泛，成本低，且制備方法在常溫有氧條件下即可操作，操作簡便；該水凝膠可廣泛應用于多種微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包埋，并可大規(guī)模工業(yè)化制備。
【專利說明】一種適用于包埋處理的水凝膠及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于固定化生物領域，特別涉及一種適用于包埋處理的水凝膠及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]固定化生物技術是從20世紀60年代發(fā)展起來的一項新技術，它是用化學的或者物理的手段和方法將游離細胞或 酶定位在某一特定空間范圍內(nèi)，保留其固有的催化活性，且能夠被重復和連續(xù)使用的現(xiàn)代生物工程技術。
[0003]固定化包埋技術由于具有包埋微生物密度高，耐外界環(huán)境沖擊能力強，固液分離簡單，操作簡單等優(yōu)點，因此在化工合成，催化，食品，能源制造及廢水處理等領域具有廣泛的應用前景。但是目前的包埋微生物普遍存在活性低、壽命短的缺點，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用。因此，如何在保證包埋載體內(nèi)微生物活性的基礎上，提高載體的壽命，使之在反應器中長期穩(wěn)定運行是目前的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種適用于包埋處理的水凝膠及其制備方法和應用。本發(fā)明提供的水凝膠具有高強度、使用周期長等優(yōu)點，可在流化反應器中運行超過
2.0年以上，且微生物活性在包埋后可保持90 %以上；其制備原料來源廣泛，成本低，且制備方法在常溫有氧條件下即可操作，操作簡便；該水凝膠可廣泛應用于多種微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包埋，并可大規(guī)模工業(yè)化制備。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于包埋處理的水凝膠，包括的組分有--每Iml所述水凝膠中，包含如下組分，丙烯酰胺單體0.08-0.Hg、聚乙烯醇0.03-0.15g、交聯(lián)劑0.002~0.01g ;安息香二甲醚或安息香二乙醚0.001-0.012g、四甲基乙二胺0.01-0.05ml、過硫酸鹽 0.0003-0.0067g ；
[0006]或每Iml所述水凝膠中，包含如下組分，丙烯酰胺單體0.08-0.14g、聚乙烯醇0.03-0.15g、交聯(lián)劑0.002~0.01g ;過氧化苯甲酰0.0005-0.018g、四甲基乙二胺
0.01-0.05ml、過硫酸鹽 0.0003-0.0067g。
[0007]所述的過硫酸鹽選自過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉中的任一種。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種適用于包埋處理的上述水凝膠的制備方法，包括:
[0009]( I)將聚乙烯醇、丙烯酰胺單體及交聯(lián)劑混合于去離子水中，攪拌至溶解，得溶液A ;其中，聚乙烯醇、丙烯酰胺單體及交聯(lián)劑的質(zhì)量比依次為1-10:4-10:0.1-1 ;聚乙烯醇與去離子水的配比為l_20g:100ml ；
[0010](2)在上述溶液A中加入安息香二甲醚或安息香二乙醚、四甲基乙二胺以及過硫酸鹽，攪拌均勻，得混合液B;其中，過硫酸鹽引發(fā)劑在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.03-0.67% (g/ml)，安息香二甲醚或安息香二乙醚在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.1-1.2%(g/ml)，四甲基乙二胺在混合液B中的含量為1-5% (ml/ml)；
[0011]或在上述溶液A中加入過氧化苯甲酰、四甲基乙二胺以及過硫酸鹽，得混合液C ；其中，過氧化苯甲酰在混合液C中的質(zhì)量體積比為0.2-1.5%(g/ml);過硫酸鹽引發(fā)劑在混合液C中的質(zhì)量體積比為0.03-0.67%(g/ml)，四甲基乙二胺在混合液C中的含量為1_5%(ml/ml)；
[0012](3)將步驟2)制得的混合液B置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化，制得水凝膠；
[0013]或?qū)⒉襟E2)制得的混合液C于60_80°C進行聚合反應，反應時間3_8小時，制得水凝膠。
[0014]所述步驟(1)中的交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任一種或幾種的混合物。
[0015]所述步驟(1)中，聚乙烯醇、丙烯酰胺單體及交聯(lián)劑的質(zhì)量比依次為1.8-9:
4.5-9:0.1-0.7，聚乙烯醇與去離子水的配比為3-15g:100ml。
[0016]所述步驟(2 )中的過硫酸鹽選自過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉中的任一種。
[0017]所述步驟(2)中的過硫酸鹽在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.05-0.50% (g/ml)，安息香二甲醚在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.4-1.0%(g/ml)，四甲基乙二胺在混合液B中的含量為 2-4% (ml/ml)。
[0018]所述步驟(2)中的過氧化苯甲酰在混合液C中的質(zhì)量體積比為0.4-1.5%(g/ml)。
[0019]所述步驟(3)中的聚合反應溫度為70-75°C，反應時間4_6小時。
[0020]本發(fā)明的再一目的在于將上述制備所得水凝膠應用于微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包埋；其中，所述的微生物和非微生物可以是透明或非透明體系的。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]I)本發(fā)明采用了改進了引發(fā)劑體系，擴展了包埋菌載體的制備材料及包埋細菌的種類，使得水凝膠具有高強度、使用周期長等優(yōu)點，可在流化反應器中運行超過1.5年以上，且微生物活性在包埋后可保持90%以上；
[0023]2)該制備原料來源廣泛，成本低，且制備方法在常溫有氧條件下即可操作，操作簡便；
[0024]3)制備所得水凝膠可廣泛應用于多種微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包埋，并可大規(guī)模工業(yè)化制備。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0026]實施例1
[0027](I)在80_90°C的條件下，將2.0g聚乙烯醇溶于60ml去離子水中，攪拌至溶解，待冷卻至室溫后，加入5.Sg丙烯酰胺單體和0.24gN, N'-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得溶液A ;[0028](2)在上述溶液A中加入0.5g安息香二甲醚、2.2ml四甲基乙二胺以及0.2g過硫酸鉀，迅速攪拌均勻，得混合液B ；
[0029](3)將步驟2)制得的混合液B置于UV輻照光源下輻照2_8分鐘，進行固化，制得水凝膠。
[0030]本實施例制備的水凝膠在流化反應器中的運行壽命可達2.0年以上，水凝膠不出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。
[0031]實施例2
[0032](1)在80_90°C的條件下，將4g聚乙烯醇溶于50ml去離子水中，攪拌至溶解，待冷卻至室溫，得溶液Al ;在501111的去離子水中，加入13g丙烯酰胺單體和0.4g聚乙二醇二丙烯酸酯，攪拌溶解，得溶液A2 ;合并溶液Al和Al，制得溶液A ；
[0033](2)在上述溶液A中加入0.2g過氧化苯甲酰，得混合液C ；
[0034](3)將步驟2)制得的混合液C于70°C進行聚合反應，反應時間5小時，制得水凝膠。本實施例制備的水凝膠可的強度大大增強，可在流化反應器中運行超過2年以上。
[0035]實施例3
[0036](I)在80_90°C的條件下，將3.Sg聚乙烯醇溶于60ml去離子水中，攪拌至溶解，待冷卻至室溫后，加入5g丙烯酰胺單體和0.6g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，攪拌至溶解，得溶液A ；
[0037](2)在上述溶液A中加入0.34g過氧化苯甲酰，得混合液C ；
[0038](3)將步驟2)制得的混合液C于75°C進行聚合反應，反應時間6小時，制得水凝膠。本實施例制備的水凝膠可的強度大大增強，可在流化反應器中運行超過1.8年以上。
[0039]實施例4
[0040](I)在80_90°C的條件下，將5.Sg聚乙烯醇溶于40ml去離子水中，攪拌至溶解，待冷卻至室溫，得溶液Al ;在201111的去離子水中，加入5g丙烯酰胺單體和0.32gN,N/ -亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌溶解，得溶液A2 ;合并溶液Al和Al，制得溶液A ；
[0041](2)在上述溶液A中加入0.65g安息香二甲醚、2.4ml四甲基乙二胺以及0.18g過硫酸銨引發(fā)劑，迅速攪拌均勻，得混合液B ;
[0042](3)將步驟2)制得的混合液B置于UV輻照光源下輻照2_8分鐘，進行固化，制得水凝膠。
[0043]本實施例制備的水凝膠在流化反應器中的使用壽命可達2.3年以上。
[0044]雖然本發(fā)明已將較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明的內(nèi)容，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的主要精神和內(nèi)容范圍內(nèi)，當可作各種更動與潤飾，因此發(fā)明的保護范圍應以申請專利的實際權(quán)利要求范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于包埋處理的水凝膠，包括的組分有: 每Iml所述水凝膠中，包含如下組分，丙烯酰胺單體0.08-0.Hg、聚乙烯醇0.03-0.15g、交聯(lián)劑0.002~0.01g ;安息香二甲醚或安息香二乙醚0.001-0.012g、四甲基乙二胺 0.01-0.05ml、過硫酸鹽 0.0003-0.0067g ； 或每Iml所述水凝膠中，包含如下組分，丙烯酰胺單體0.08-0.Hg、聚乙烯醇0.03-0.15g、交聯(lián)劑0.002~0.01g ;過氧化苯甲酰0.0005-0.018g、四甲基乙二胺0.01-0.05ml、過硫酸鹽 0.0003-0.0067g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于包埋處理的水凝膠，其特征在于:所述的過硫酸鹽選自過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于包埋處理的水凝膠的制備方法，包括: (1)將聚乙烯醇、丙烯酰胺單體及交聯(lián)劑混合于去離子水中，攪拌至溶解，得溶液A;其中，聚乙烯醇、丙烯酰胺單體及交聯(lián)劑的質(zhì)量比依次為1-10:4-10:0.1-1 ;聚乙烯醇與去離子水的配比為l-20g:100ml ； (2)在上述溶液A中加入安息香二甲醚或安息香二乙醚、四甲基乙二胺以及過硫酸鹽，攪拌均勻，得混合液B ;其中，過硫酸鹽引發(fā)劑在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.03-0.67%(g/ml),安息香二甲醚或安息香二乙醚在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.l-1.2%(g/ml)，四甲基乙二胺在混合液B中的含量為1-5% (ml/ml)； 或在上述溶液A中加入過氧化苯甲酰、四甲基乙二胺以及過硫酸鹽，得混合液C ;其中，過氧化苯甲酰在混合液C中的 質(zhì)量體積比為0.2-1.5%(g/ml);過硫酸鹽引發(fā)劑在混合液C中的質(zhì)量體積比為0.03-0.67%(g/ml)，四甲基乙二胺在混合液C中的含量為1_5% (ml/ml)； (3)將步驟2)制得的混合液B置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化，制得水凝膠； 或?qū)⒉襟E2)制得的混合液C于60-80°C進行聚合反應，反應時間3-8小時，制得水凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于包埋處理的水凝膠的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中的交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于包埋處理的水凝膠的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中，聚乙烯醇、丙烯酰胺單體及交聯(lián)劑的質(zhì)量比依次為1.8-9:4.5-9:0.1-0.7，聚乙烯醇與去離子水的配比為3-15g:100ml。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于包埋處理的水凝膠的制備方法，其特征在于:所述步驟(2 )中的過硫酸鹽選自過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉中的任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于包埋處理的水凝膠的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中的過硫酸鹽在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.05-0.50% (g/ml),安息香二甲醚在混合液B中的質(zhì)量體積比為0.4-1.0%(g/ml)，四甲基乙二胺在混合液B中的含量為2-4% (ml/ml)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于包埋處理的水凝膠的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中的過氧化苯甲酰在混合液C中的質(zhì)量體積比為0.4-1.5%(g/ml)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于包埋處理的水凝膠的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中的聚合反應溫度為70-75°C，反應時間4-6小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水凝膠應用于微生物、酶、蛋白質(zhì)及非微生物種類物質(zhì)的包 埋。
【文檔編號】C12N11/08GK103539892SQ201310472961
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】喬向利 申請人:上海交通大學