壳聚糖/聚乳酸生物可降解纳滤膜的制备及其对抗生素分离性能的研究

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纳滤技术因其节能高效、操作简单等优点被广泛应用于制药行业的分离和浓缩过程。目前工业上所用膜均为石油高分子材料制备,难以降解;研究证明,膜在长期运行过程或在复杂环境中会发生膜碎片脱落或溶质溶出,并随着渗透液进入产品中。对于药品、食品和保健品等的制备过程,脱落碎片或溶出的溶质会影响产品质量,并可能随着产品进入人体内部,在人体内累积造成一系列的超敏反应和排异反应。生物可降解材料是指在微生物环境或人体内环境可降解成人体所需物质或无害物质的材料,利用生物可降解材料制膜可望解决膜碎片对人体的潜在危害,提升药品、食品等产品的效能。迄今,以聚乳酸为例的可降解超滤膜已得到重视,但生物可降解纳滤膜仍未见报道。聚乳酸(PLA)和壳聚糖(CS)作为生物可降解材料,具有良好的成膜性和生物相容性。但CS和PLA间的界面能差异导致两者相容性较差,CS层易从PLA基膜上剥离。本课题以PLA为基膜材料,CS为纳滤层材料,通过调控PLA基膜孔形态产生锚定式结构来增强与CS纳滤层的结合强度,成功制备CS/PLA纳滤膜,并将其用于抗生素的分离过程。具体工作如下:(1)通过筛选得出CS纳滤层最佳制备条件为:CS浓度为3.0 wt.%,乙酸浓度为2.0 wt.%,成膜温度50℃,后处理溶液2.0 wt.%Na OH水溶液:无水乙醇=1:2(体积比),后处理温度为20℃,后处理时间20 min。(2)论文考察了基膜制备条件对CS/PLA纳滤膜性能的影响,通过筛选得出基膜最佳制备条件为:PLA浓度为12 wt.%,溶剂采用N-甲基吡咯烷酮和1,4-二氧六环质量比为2:1,空气浴时间为5 s,凝固浴为20℃纯水。在最佳制膜条件下,CS/PLA纳滤膜的纯水通量为2.70L·m-2·h-1·MPa-1,对PEG400、PEG600和PEG1000的截留率分别为92.6%、95.2%、99.8%,电镜结果表明PLA基膜和CS层之间产生锚定式结构,增强了两者的结合强度。(3)将CS/PLA纳滤膜应用于抗生素分离过程,对青霉素(334 Da)、泰乐菌素(916 Da)和万古霉素(1449 Da)的截留率分别可达65.7%、94.1%和99.3%,且具有长期稳定性。(4)测试CS/PLA纳滤膜的降解性能。土壤微生物降解125天,质量损失率可达47.1%,在降解液中浸泡32天,质量损失率可达80.6%,表明所制膜具有良好的降解性能。本文成功制备了CS/PLA生物可降解纳滤膜,并将用于抗生素分离过程,可望解决制药行业膜碎片脱落等对人体的影响,并通过土壤降解实验验证了其可降解性。
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