分子印跡膜選擇性吸附和回收中藥提取廢水中JA

肖月，張杰，唐麗，肖蘭，黃遠，吳蓉，覃江陶，王海君(齊齊哈爾醫(yī)學院藥學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

0 引言

巖大戟內(nèi)酯A(JA)是松香烷內(nèi)酯型二萜類化合物，具有抗腫瘤、抗炎、抗病毒等活性受到醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和需求[1-2]。但此類化合物在實驗中也會對皮膚、口腔及胃腸粘膜產(chǎn)生刺激和致炎等毒性作用。JA主要來源于藥用植物的提取，因此在中藥提取廢水中的殘留濃度較高，隨之會帶來水體等環(huán)境的污染[3]。

文章采用狼毒大戟中提取的JA為模板分子，甲基丙烯酸(MAA)為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)為交聯(lián)劑，偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑，通過自由基熱聚合法成功制備了具有選擇性富集、快速回收JA的MIF。對膜的形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征，并對膜的吸附性、選擇性以及回收率等進行了系統(tǒng)研究。成功應用在中藥提取廢水里JA的回收，減少了JA對環(huán)境的污染。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

KQ-600V超聲波清洗儀(昆山超聲儀器有限公司)、RE-5ZC旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(鞏義予華儀器有限責任公司)；DT系列電子天平(常熟意歐儀器儀表有限公司)；Bruker Advance 400型超導脈沖傅立葉變換核磁共振儀測定(德國布魯克公司)；Bruker Equinox 55型傅立葉變換紅外光譜儀、S-4 300掃描電子顯微鏡(日本日立公司)；Waters-2 535型高效液相色譜儀(美國沃特世公司)；5 427R型離心機(德國艾本德公司)。

狼毒大戟(齊齊哈爾醫(yī)學院藥用植物園)；乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮異丁腈、3-(甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸(分析純，薩恩化學技術(shù)有限公司)；乙酸、乙腈、石油醚、無水甲醇、無水乙醇(分析純，天津市富宇精細化工有限公司)。

1.2 巖大戟內(nèi)酯A的提純與UPLC法的確立

按參考文獻的工藝提取、分離、純化得到JA，1H-NMR、13C-NMR數(shù)據(jù)與文獻報道結(jié)果一致，純度大于98%，符合制備MIF模板分子的要求。按參考文獻的色譜條件確立超髙效液相色譜法檢測JA，該色譜條件下JA的保留時間為5.58 min。在2～55.00 μg/mL濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，峰面積隨濃度的變化標準曲線為Y = 2 486. 5X+ 708. 43(R2= 0.999 5)。

1.3 分子印跡膜的制備與表征

0.1 mmol JA和0.5 mmol MAA超 聲 溶 解 在10 mL氯仿中，置于4℃冰箱中6 h后取出，分別加入2 mmol EDMA和0.1 mmol AIBN，超聲混合10 min。充氮排氧15 min后于60℃水浴搖床中預聚12 h。取出冷卻后將預聚液涂于兩玻璃片之間，排氧后于60℃真空干燥箱中聚合6 h。取出冷卻后用去離子水、甲醇清洗膜表面。甲醇/乙酸(9:1，v/v)索氏抽提至洗脫液中無JA，干燥10 h后得MIF。非印跡膜(NIF)的制備時除預聚時不加模板分子JA，其余反應條件均與MIF制備過程相同。紅外光譜表征其結(jié)構(gòu)(KBr壓片，2 cm-1分辨率下32次連續(xù)掃描，波長范圍4 000～500 cm-1)。掃描電鏡表征其表面形貌。

1.4 吸附實驗

將MIF、NIF裁成直徑為2 cm的圓片分別浸漬于10 mL的50 μg/mL JA標準溶液中，每5 min取樣UPLC檢測溶液中JA濃度，計算MIF對JA的吸附量(Qt=V(c0-ct)/Am，c0為JA初始濃度，ct為MIF吸附一定時間后溶液中JA濃度，V為溶液的體積，Am為膜的表面積)。以吸附時間t/ min為橫坐標、吸附量Qt/ μg/cm2為縱坐標，做動態(tài)吸附曲線。

將直徑為2 cm的MIF、NIF分別置于5、10、15、20、25、30、40、50 μg/mL的JA標 準 溶 液 中 30 min。UPLC檢測JA的濃度，計算吸附量(Qe=V(c0-ct)/Am，c0為JA初始濃度，ct為MIF吸附一定時間后溶液中JA濃度，V為溶液的體積，Am為膜的表面積)。以溶液濃度c0/ μg/mL為橫坐標，各濃度下的飽和吸附量Qe/ μg/cm2為縱坐標，做靜態(tài)吸附曲線。

1.5 選擇性考察

狼毒大戟中提取的其他三種化合物，羽扇豆醇(LA)、沒食子酸(GA)、狼毒乙素(ECB)做MIF的特異識別性能考察。分別配置配制5、10、15、20、25、30、40、50 mg·L-1的JA、LA、GA、ECB溶液。室溫將直徑為2 cm的MIF、NIF分別置于其中2 h，取出后檢測吸附量，計算印跡因子(α=Qe，MIF/Qe，NIF)。

1.6 回收率檢測

將JA、DP、GA、ECB的混合液作為模擬提取廢水，直徑為2 cm的MIF置于含有30 μg/mL JA的模擬提取廢水中30 min，檢測甲醇/乙酸(9:1，v/v)洗脫MIF后洗脫液中JA濃度，計算其回收率(R=cw/c0，c0為JA初始濃度，cw為洗脫一定時間后洗脫液中JA濃度)，繪制回收率隨洗脫時間的變化曲線。

1.7 中藥提取廢水中JA的回收實驗

實驗所用的中藥提取廢水采集于齊齊哈爾醫(yī)學院醫(yī)藥科學研究院，水樣于常溫下以5 000 r /min離心20 min，收集上清液經(jīng)0.45μm玻璃纖維濾膜過濾后待用。分別將直徑為2 cm的MIF和NIF置于10 mL水樣中吸附30 min，洗脫60 min進行回收，檢測吸附量，計算印跡因子。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子印跡膜的表征

2.1.1 膜的形貌

如圖1所示。為MIF表面形貌的電子顯微鏡圖片，薄膜表面光滑、無裂痕，呈疏松、多孔結(jié)構(gòu)。

圖1 分子印跡膜的SEM照片

2.1.2 膜的紅外光譜

如圖2所示。為MIF和NIF的紅外光譜譜圖，2 970 cm-1為膜結(jié)構(gòu)中-C-H不對稱伸縮振動峰，1 730 cm-1為C=O特征峰，1 240 cm-1和1 160 cm-1為O=C-O和C-O-C的不對稱伸縮振動特征峰。譜圖中NIF和MIF具有幾乎相同的特征吸收峰，由此也可判定JA己被完全除去。

圖2 紅外光譜

2.2 分子印跡膜的性質(zhì)

2.2.1 動態(tài)吸附

如圖3所示。為MIF、NIF對JA的吸附量隨時間變化的動態(tài)吸附曲線。MIF對JA的吸附量在0～15 min內(nèi)顯著增加，因為去除模板分子后孔穴中識別位點較多，在15～20 min增加趨勢變緩，此時識別位點和孔穴大部分被JA分子占據(jù)使得吸附受阻，25 min左右達到吸附平衡。而NIF對JA的吸附量明顯低于MIF，60 min左右達到吸附平衡，這是因為在制備NIF時沒有加入JA模板分子，NIF結(jié)構(gòu)中沒有形成類似MIF的印跡孔穴，僅依靠裸露在NIF表面的功能單體產(chǎn)生非特異性吸附。

圖3 動態(tài)吸附曲線

2.2.2 靜態(tài)吸附

如圖4所示。為不同初始濃度溶液中MIF、NIF隨模板分子JA濃度變化的靜態(tài)吸附曲線。吸附能力隨初始濃度的增加而增加，當JA濃度達到23.6 μg/cm2時吸附達到飽和。

圖4 靜態(tài)吸附曲線

2.2.3 選擇性

如圖5所示。分別為MIF、NIF對JA及其他三種狼毒大戟提取物的選擇性吸附對比圖。MIF對JA的識別能力明顯高于其他結(jié)構(gòu)，而NIF對幾種化合物的吸附無明顯差距。經(jīng)計算四種化合物印跡因子分別為4.5，0.51，1.20，0.90，JA的印跡因子明顯優(yōu)于其他化合物，證明MIF對JA具有吸附選擇性。

2.2.4 回收率

MIF在模擬廢水中吸附30 min后進行洗脫，對不同洗脫時間的回收率進行考察。如圖6所示。30 min內(nèi)JA的回收率增長快速，隨著洗脫時間的增加，洗脫時間為60 min時JA的回收率接近平衡，回收率臨界值為82%。

圖6 分子印跡膜對JA的回收

2.3 中藥提取廢水中回收JA的應用

采集中藥材狼毒大戟的提取廢水，使用MIF對廢水中JA進行回收。分別將MIF和NIF在廢水樣中進行吸附和洗脫來回收JA，分別計算吸附量和印跡因子。在10 mL廢水樣中MIF對JA的吸附 量為1.36 μg/cm2，NIF對JA的 吸附量 為0.33 μg/cm2，印跡因子為4.07，洗脫液的溶劑減壓旋蒸后即可實現(xiàn)JA的選擇性回收。

3 結(jié)語

以巖大戟內(nèi)酯A為模板分子，甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，通過自由基熱聚合法成功制備了可以選擇性吸附巖大戟內(nèi)酯A的分子印跡膜。分子印跡膜對巖大戟內(nèi)酯A的最大吸附量為23.6 μg/cm2，印跡因子為4.62，回收率臨界值為82%，應用于中藥材狼毒大戟提取廢水中巖大戟內(nèi)酯A的選擇性回收。這種回收技術(shù)操作簡便、快速，提高了巖大戟內(nèi)酯A的利用率，減少了水體環(huán)境的污染。