[发明专利]纳米材料多维分离纯化系统

说明书

本发明提供了一种纳米材料多维分离纯化系统，包括：膜过滤分离模块，其实现大粒径纳米颗粒与小粒径纳米颗粒的一维分离纯化；中空纤维膜流场流分离模块，用于对一维分离纯化得到的大粒径纳米颗粒进一步按粒径大小进行二维分离；体积排阻色谱分离模块，用于对一维分离纯化得到的小粒径纳米材料进一步按粒径大小进行二维分离；离子交换色谱分离模块，用于对二维分离纯化后得到的粒径相同但表面包覆剂不同的纳米材料按表面电性进行三维分离纯化；以及自动控制模块，实现对以上各个模块的切换和控制。由此，实现不同粒径和不同包覆剂包覆的纳米材料的三维分离纯化，分离效率高、适用范围广且重复性好、操作简便、成本较低。

技术领域

本发明属于环境分析化学领域，涉及一种纳米材料多维分离纯化系统。

背景技术

随着对纳米材料研究的深入，纳米材料的环境效应及生物安全性问题已引起广泛关注，近年来，关于纳米材料自身毒性效应以及与共存污染物的协同毒性作用的报道呈指数增长。纳米材料的毒性与其粒径、表面电荷、表面修饰剂、环境介质等多种因素密切相关，如何对其进行分离纯化并检测，是评价纳米材料的环境行为和生物效应的关键。目前常用的纳米材料分离技术主要包括密度梯度离心、萃取、尺寸排阻色谱、毛细管电泳、场流分级等。离心和萃取大多用于小分子和纳米颗粒间的分离，但对粒径相差不大的纳米材料的分离往往无能为力；尺寸排阻色谱可以较精细地按粒径筛分纳米材料，但经常面临色谱柱损坏等问题；毛细管电泳虽然可按表面电荷精细地筛分纳米材料，运行成本低，但不适于大量样品的快速分离；流场流分级系统可实现10nm～10μm纳米材料的有效分离，但是对小于10nm的颗粒筛分比较困难，而且对于相同粒径但是包覆剂不同的纳米材料来说，也没有相应的分离技术。因此，针对尺寸分布广泛、包覆剂种类繁多的纳米材料，亟需解决如下技术问题：设计一种纳米材料的多维分离纯化系统，能够将各个粒径和不同包覆剂包覆的纳米材料实现高效率分离，且具有较好的重复性、操作简便、成本较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种纳米材料多维分离纯化系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种纳米材料多维分离纯化系统，包括：膜过滤分离模块100，其实现大粒径纳米颗粒与小粒径纳米颗粒的一维分离纯化；中空纤维膜流场流分离模块210，用于对一维分离纯化得到的大粒径纳米颗粒进一步按粒径大小进行二维分离；体积排阻色谱分离模块220，用于对一维分离纯化得到的小粒径纳米材料进一步按粒径大小进行二维分离；离子交换色谱分离模块300，用于对二维分离纯化后得到的粒径相同但表面包覆剂不同的纳米材料按表面电性进行三维分离纯化；以及自动控制模块400，实现对以上各个模块的切换和控制。

在本发明的一个实施例中，膜过滤分离模块100通过使用不同截留分子量超滤管，来实现大粒径纳米颗粒与小粒径纳米颗粒的一维分离纯化。

在本发明的一个实施例中，中空纤维膜流场流分离模块210的分离通道选用如下材料中的一种或几种：再生纤维素、聚砜、聚醚砜和聚丙烯腈。

在本发明的一个实施例中，体积排阻色谱分离模块220选择不同孔径固定相的反相色谱柱。

在本发明的一个实施例中，离子交换色谱分离模块300采用阴离子交换树脂填充小柱。

在本发明的一个实施例中，自动控制模块400采用自主开发的软件实现对膜过滤分离模块100、中空纤维膜流场流分离模块210、体积排阻色谱分离模块220以及离子交换色谱分离模块300的自动控制。

在本发明的一个实施例中，中空纤维膜流场流分离模块210、体积排阻色谱分离模块220和离子交换色谱分离模块300采用peek管相连接。

在本发明的一个实施例中，peek管的内径为0.25μm。