近日，大连理工大学生物工程学院修志龙教授团队成功开发了萃取吸附分离树脂，通过将离子液体A336和聚苯乙烯骨架一步悬浮聚合，制备出一种兼具萃取和吸附功能的新型微萃取器PS-A336，并首次提出了固—液相微萃取吸附（SLPMA）新分离机制和动力学模型，实现了生物基乳酸的高效分离。相关研究成果发表于化工领域TOP期刊《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal），论文第一作者为博士生周旭，第二作者和通讯作者分别为导师孙亚琴副教授和修志龙教授。
生物基化学品的下游分离具有成分复杂、亲水性强、操作繁琐、产率低、能耗高等突出问题。乳酸（Lactic acid, LA）是一种重要的生物基大宗化学品，近年来作为可降解塑料——聚乳酸的生产前体，市场需求激增，探索新型、高效的分离提取技术成为发展生物基乳酸的关键。该研究采用一步悬浮聚合法将离子液体A336作为萃取剂与聚苯乙烯骨架共聚，制备出同时具有萃取和吸附作用的微萃取器PS-A336，采用一系列表征方法证实了材料优异的理化性能和微纳米介孔结构特征。PS-A336微萃取器可在短时间内（< 20 min）对乳酸进行高效萃取吸附（表观吸附容量为1150 mg/g），是原始裸载体的11倍，也是现有报道树脂的最高值。在阐释固—液相微萃取吸附（SLPMA）机制的基础上，团队建立了基于Fick扩散定律的SLPMA动力学模型，并进一步通过红外分析和量子化学计算揭示了乳酸和离子液体之间存在的氢键作用，阐明超高吸附容量的重要原因在于PS-A336中固定化离子液体表现出的“微萃取效应”。
在实际应用中，PS-A336微萃取器经15轮循环柱层析后仍保持稳定性，且对发酵液中乳酸具有良好的分离效率和选择性。该研究将树脂颗粒作为微萃取器，显著增大萃取传质面积，并兼具萃取和吸附的双重作用，明显提升了分离效果。将固—液相微萃取吸附（SLPMA）技术用于生物基乳酸的分离，对其它生物基化学品的分离也有借鉴和实用价值。
修志龙教授带领的生物转化与分离团队长期致力于生物基化学品的研发，在国际上率先将“盐析萃取”和“糖析萃取”技术应用于生物基化学品的分离；近年来开发出“萃取吸附”及“固—液相微萃取吸附（SLPMA）”新技术，实现了生物基1,3-丙二醇和乳酸的高效分离。
该论文的工作得到了国家自然科学基金项目和国家重点研发计划课题的资助。（来源：生物工程学院 编辑：刘嘉瑞 常思萌）
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157296
