具有离子液体功能性基团的新型纳米多孔纤维素微球的构建及其对桑叶中活性成分的吸附机理研究

As a new type of solvent, ionic liquids have good effects on the extraction of active components from plants. However, due to its properties of low vapor pressure and no volatilization, it is difficult to recycle ionic liquid by conventional vacuum distillation methods. In this project, cellulose, an environment-friendly biomaterial, will be used as a solid matrix to prepare novel absorbent materials with ionic liquid functional groups. In the experiments, the cellulose nanoporous microspheres will be prepared by non-derivatization low-temperature dissolution method and sol - gel conversion method. The influences of experiment conditions on microspheres nanostructures, group modification and absorption amount of the active ingredient will be studied to realize the relation of preparation, structure and efficiency. The kinetics, thermodynamics and adsorption structure of the adsorption process will be researched by quantum chemistry method to discuss the adsorption mechanism. This research project will be meaningful for the widely use of ionic liquid and it will also provide scientific and theoretical foundation in reasonable development and utilization of mulberry.

作为一种新型溶剂，离子液体在植物活性成分的提取、萃取中效果显著。然而，由于离子液体几乎无蒸汽压、不易挥发，这就使得很难通过常规的减压蒸馏等方法对其进行回收。因此，如果将离子液体的功能性基团修饰到固体基质上，不但可以继续发挥离子液体本身功能性基团的作用，也解决了离子液体回收的问题，具有重要的科学意义。本项目拟以生物基材料纤维素作为固体基质，制备含离子液体功能性基团的新型纤维素吸附材料并研究其对桑叶中活性成分的吸附机理。通过非衍生化低温溶解法和溶胶-凝胶转换法将纤维素制备成具有纳米多孔的微球并用作离子液体功能性基团的修饰载体，考察反应体系各条件对微球纳米结构、基团修饰以及活性成分吸附量的影响，揭示材料制备-结构-效能关系；以量化计算为手段，分析吸附过程的动力学、热力学及吸附稳定结构，探讨吸附机理。本项目的研究可为离子液体的广泛应用拓宽道路，同时也为桑树这一重要林业树种的开发和利用提供科学依据。

作为一种新型绿色的溶剂，离子液体在植物功能性成分的提取方面效果显著，然而由于离子液体几乎无蒸汽压、不易挥发，使得离子液体很难通过常规的减压蒸馏等方法进行回收。本研究将纤维素这一廉价、环保的天然生物质材料作为负载对象，将离子液体的功能性基团固定化到多孔的纤维素微球上，一方面可以继续发挥离子液体功能性基团的作用，另一方面也解决了离子液体回收的问题。在材料的功能性研究方面，本项目选择了桑树这一重要的林业树种，并利用离子液体功能性基团与桑树中主要的酚类活性成分绿原酸强烈的相互作用，进行特异性吸附，目前，本研究具体得到的结果如下：.（1）通过LC-MS技术建立了桑叶中主要活性成分的检测方法，在对我国主要桑叶产区的48个样本进行检测后，明确了各个活性成分的含量，并确定绿原酸为酚类化合物中的主要活性成分。.（2）制备了纳米多孔的纤维素微球，并采用纳米氧化铝共沉淀，硅烷化等反应，最终将离子液体功能性基团成功修饰到纳米多孔的纤维素微球上，通过多种不同技术的综合表征，进一步明确了纤维素微球的结构与性能。.（3）采用离子液体基纤维素微球对桑叶中绿原酸进行吸附，根据吸附时间、吸附温度等条件建立吸附动力学和吸附热力学模型。在优化后的吸附实验中，纤维素微球对绿原酸的吸附量是商业化大孔树脂的3倍左右，同时吸附平衡时间为40min，远低于大孔树脂（150min），经过吸附后，绿原酸的纯度从原始的0.70±0.01%增加到了6.96±1.26%，纯度获得了大幅提升。.（4）通过量化计算的方法研究了纤维素微球与绿原酸的吸附机理，结果表明七种不同功能性基团的纤维素微球与绿原酸吸附结合能大小与实验数据较为接近，同时经过理论的计算发现所用离子液体基团的阳离子咪唑环与CGA中苯环的质心距离为3.7 Å，角度为8.3°，证明了咪唑环和苯环之间的π-π堆积作用为纤维素微球与绿原酸的主要作用力。.因此本研究对于桑叶中绿原酸的进一步高效利用具有一定的促进意义，同时也对纤维素和离子液体的开发和利用提供了数据支持。