[发明专利]一种用于萃取L-色氨酸的疏水钒氧-有机分子笼基孔性液体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于萃取L‑色氨酸的疏水钒氧‑有机分子笼基孔性液体及其制备方法和应用，通过将钒氧簇基金属有机笼粉末加入到疏水离子液体中，经离子交换，使笼子中的抗衡阳离子与离子液体中的阴离子形成氯化铵盐，通过降低氯化铵盐的溶解度，使其进入结晶区域，除去抗衡阳离子，得到纯钒氧‑有机分子笼基孔性液体。疏水钒氧‑有机分子笼基孔性液体具有孔道多样化、孔径可调控等特点，本发明通过调节钒氧有机分子笼的孔道结构，实现水中L‑色氨酸的萃取。本发明对环境友好，操作条件温和，流程简单，是一种高效、绿色分离L‑色氨酸的方法。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种用于萃取L-色氨酸的疏水钒氧-有机分子笼基孔性液体及其制备方法和应用。

背景技术

氨基酸作为生命的基本基块，长期以来在人类和动物营养和健康维持中一直扮演着重要角色，芳香族氨基酸(苯丙氨酸L-Phe、酪氨酸L-Tyr、色氨酸L-Trp)作为人体必需氨基酸，对人体具有重要的作用，尤其是L-色氨酸，在营养和制药工业中起着重要作用。

氨基酸的工业合成是通过发酵或化学酶的过程，如L-Phe通过氨对反式肉桂酸的对映选择性加成。另外，氨基酸也可以通过水解非饲料蛋白废物来回收。如从化肥制造和生物制乙醇过程中获得的家禽羽毛粉、甘蔗和甜菜等，芳香族氨基酸在这些富含蛋白质的废水水解物中的平均质量分数在5～10wt％之间。从水介质中选择性分离氨基酸是这些过程中的一个关键步骤，但是高性能的分离技术仍然具有挑战性。

现有分离氨基酸的方法有：技术结晶、电渗析、反应萃取、浮选络合萃取、聚电解质膜纳滤、离子液体吸附等回收技术。但上述方法过程中消耗大量能量，实际操作困难。通过使用多孔固体材料(如MOF、离子交换树脂、沸石)吸附氨基酸似乎是一种很有前景的研究方法，MOF虽然孔道结构丰富、比表面积大、孔体积大，但是利用率非常低，通过计算表明单位孔体积仅能吸收0.46mmol/cm³氨基酸，对于多孔材料来说是一种孔隙的浪费。因此急需开发一种高孔隙利用率的材料，来实现氨基酸的高效率萃取。

孔性液体是具有流动性的新型液态多孔材料(Nature 2015,527,216)，分子笼是孔性液体本征孔的主要来源，有机分子笼溶解在位阻较大的离子液体，实现孔性液体的快速制备，一方面将离子液体的结构修饰在有机分子笼上与有机分子笼的结构有效融合，赋予分子笼流动性，另一方面带电有机分子笼，溶解在离子液体中，通过静电作用，形成孔性液体。

目前孔性液体的应用大部分只停留在气体的储存和分离，仅有一例，夏道宏等(ACS Appl.Mater.Interfaces 2020,12,45916)将环糊精改性的孔性液体，用于核苷的手性分离。考虑到孔性液体的结构特性、流动性，可以预见，孔性液体在生物领域的萃取、分离、识别将很有前景。至今以金属-有机分子笼与离子液体作为原料合成孔性液体应用于氨基酸的萃取未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的提供一种用于萃取L-色氨酸的疏水钒氧-有机分子笼基孔性液体的制备方法；第二个目的是提供上述制备方法制备得到的疏水钒氧-有机分子笼基孔性液体；第三个目的是提供上述疏水钒氧-有机分子笼基孔性液体在萃取水中L-色氨酸的应用。本发明利用钒基簇基金属有机分子笼的负电荷，通过静电作用使钒氧簇基金属有机笼与离子液体进行充分融合，实现VMOPs本征孔液态化，利用VMOPs的本征孔，对L-色氨酸进行萃取，经计算可实现VMOPs的单位孔体积吸收15.92mmol/cm³氨基酸。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种用于萃取L-色氨酸的疏水钒氧-有机分子笼基孔性液体的制备方法，将钒氧簇基金属有机笼通过静电作用分散在离子液体中，经离子交换使阴离子钒氧簇基金属有机笼和离子液体的阳离子结合，再经纯化最终得到纯的钒氧-有机分子笼基孔性液体。