一种基于磷酸铜微花制备的两亲性Janus片及其制备方法和应用

本发明属于功能材料制备和资源回收，具体涉及一种基于磷酸铜微花制备的两亲性janus片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、废水尤其是食品方面，如大豆废水、甘薯淀粉废水是一种宝贵的资源而不是废物。如豆腐和大豆分离蛋白生产过程会产生大豆乳清废水(sww)，该废水每年产量巨大，且富含多种生物资源，直接排放会导致生物需氧量增加，对环境增加潜在负担。同时，这会导致豆乳清废水中大豆乳清蛋白、低聚糖和大豆异黄酮等高价值有机物的损失。但是，在sww中，乳清大豆蛋白(wsp)相较于其他高附加值化合物具有较大的分子量，如果不预先去除wsp，难以实现成功回收低聚糖。因此，需要先从sww中回收乳清大豆蛋白。现有技术中可以采用膜分离、絮凝及泡沫分离法从sww中分离wsp，但是膜分离、絮凝法存在膜组件成本昂贵、絮凝剂与wsp分离难度大等不足，因此，泡沫分离法通常被认为是性价比最高的回收蛋白的策略。

2、泡沫分离是基于界面化学表面吸附原理，对液相中的溶质或颗粒进行富集或分离的技术。近年来，泡沫分离法凭借其操作简单、污染小及分辨率高等优点，逐渐从冶金、环境方面的应用扩展到生物表面活性物质，特别是蛋白质的分离应用上来。但是，大多数蛋白废水蛋白含量低或蛋白本身表面活性差，需添加稳泡剂来提高泡沫分离的回收效率。且传统稳泡剂的使用也会伴随着环境负担加重、回收的蛋白受影响等现象的出现。janus颗粒作为新型固体稳泡剂，其在界面上具有很强的吸附力、取向和表面活性，成为稳定泡沫特性的研究前沿。与传统的稳泡剂，如十二烷基硫酸钠(sds)、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)及tween-40等相比，其具化学不对称性，形态、大小可调节等独特功能，是泡沫稳定剂的理想选择。

3、常见的janus制备方法有界面保护法、相分离法、微流体法及模板法，但前三种制备方法极易形成化学组成均匀的表面粒子，较难实现两亲。模板法则可以有效控制所合成janus的形貌、结构和大小，且操作简便，因而成为目前制备janus颗粒的一种重要手段。目前，模板法制备janus片主要通过乳液作模板制备中空微球，再通过外力将其破碎，如采用pickering乳液法通过溶胶-凝胶法制备了以石蜡为核二氧化硅为壳的核壳结构，用有机试剂除去石蜡核得到二氧化硅壳，使用硅烷偶联剂改性后将其用细胞粉碎器粉碎得到janus片。但是采用pickering乳液法制备核壳结构实验难度较大，量产难度高。因此，仍需开发一种方法简单、条件温和及产量较高的janus片制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的一些不足，本发明提供了一种基于磷酸铜微花制备的两亲性janus片及其制备方法和应用；本发明首先以牛血清蛋白(bsa)为“粘合剂”构建了磷酸铜微花，然后以磷酸铜微花为模板制备出外部亲油、内部亲水的两亲性janus片；所述两亲性janus片能够有效克服大豆乳清蛋白废水产生泡沫不稳定的问题，进而提高大豆乳清蛋白的回收效率和富集比；所述两亲性janus片实现了废水中高附加值化合物的有效回收，能够减少环境污染和资源浪费，具有很好的实用性。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术手段。

3、本发明首先提供了一种磷酸铜微花bsa@cu3(po4)2-mf，所述磷酸铜微花呈花状；所述磷酸铜微花以cu3(po4)2为花瓣，以牛血清蛋白为粘合剂，将花瓣粘合成花状结构。

4、本发明还提供了上述磷酸铜微花的制备方法，具体包括如下步骤：

5、将bsa溶液和cuso4溶液加入至磷酸盐缓冲液中，混匀，恒温下固定化反应，然后离心，磷酸盐缓冲液和蒸馏水洗涤，冷冻干燥过夜，得到所述磷酸铜微花。

6、优选地，所述bsa的终浓度为0.1～0.2mg/ml；

7、所述cuso4溶液的终浓度为4～6mm；

8、所述固定化反应的条件为：在4℃下固定化反12～24h。

9、本发明还提供了上述磷酸铜微花作为模板在制备两亲性janus片中的应用。

10、本发明还提供了一种以上述磷酸铜微花为模板制备的两亲性janus片，所述两亲性janus片以二氧化硅片为主体；所述二氧化硅片一侧附着花状鱼精蛋白，且表面粗糙且带有亲水基团-oh；所述二氧化硅片另一侧呈光滑状且带有疏水基团-ch＝ch2。

11、本发明还提供了上述两亲性janus片的制备方法，具体包括如下步骤：

12、(1)向上述磷酸铜微花中加入鱼精蛋白溶液，混合均匀后离心收集沉淀，洗涤，得到附着鱼精蛋白的微花；

13、(2)向附着鱼精蛋白的微花中加入na2sio3溶液，混合均匀后离心收集沉淀，洗涤，干燥，得到花状鱼精蛋白/二氧化硅杂化颗粒(fpsh)；

14、(3)将fpsh分散于含无水乙醇、去离子水、氨水和硅烷偶联剂3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(mps)的混合溶液中，恒温条件下机械搅拌反应，反应结束后通过离心取沉淀，洗涤，得到外表被改性的花状鱼精蛋白/二氧化硅杂化颗粒(m-fpsh)；

15、(4)向m-fpsh中加edta，室温下孵育，离心，洗涤，干燥至恒重后得到所述两亲性janus片。

16、优选地，步骤(1)中，所述磷酸铜微花、鱼精蛋白溶液的质量比为1:200～1:300；所述鱼精蛋白溶液的浓度为2～4mg/ml，其中含有400～600mm的nacl。

17、优选地，步骤(2)中，所述附着鱼精蛋白的微花、na2sio3溶液的质量比为1:200～1:300；

18、所述na2sio3溶液的浓度为20～40mm，ph为6.5～7.5。

19、优选地，步骤(3)中，fpsh、无水乙醇、去离子水、氨水和mps的用量比为0.2～0.4g：40～50ml：5～15ml：2～3ml：0.5～1ml；

20、所述机械搅拌反应的条件为在70～80℃条件下机械搅拌10～24h。

21、优选地，步骤(4)中，m-fpsh和edta的质量比为1:200～1:500；

22、所述edta溶液的浓度为40～50mm，ph为6.5～7.5；

23、所述孵育的时间为0.2～1h。

24、本发明还提供了上述两亲性janus片作为稳泡剂在泡沫分离回收蛋白中的应用；其中，所述蛋白为废水中的蛋白。

25、优选地，所述废水包括大豆乳清蛋白废水；所述蛋白包括乳清大豆蛋白。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

27、(1)本发明制备的磷酸铜微花与现有的圆球型模板相比，其花状形貌的高比表面积，提高了二氧化硅的附着量，有助于janus片产量的增大，且制备方法简便。

28、(2)本发明基于磷酸铜微花制备的janus片，其反应条件都在蛋白及无机盐溶液中，且在低温、中性条件下进行，绿色温和，其对泡沫分离中回收的目标蛋白危害小，可以降低泡沫分离中对蛋白回收的影响。

29、(3)本发明制备的janus片与现有的传统表面活性剂相比，在泡沫分离回收蛋白应用中，由于其自身为固体，不溶于废水，可以轻易通过离心从蛋白质回收液中分离出来，以便重复使用。

30、(4)与现有的从大豆乳清蛋白废水泡沫分离回收大豆乳清蛋白的研究相比，本发明制备的两亲性janus片应用于泡沫分离作稳泡剂后，可使大豆乳清蛋白的回收率由35.8±1.8％提升至81±0.28％。