探析蛋白体系陶瓷膜分离性能的研究

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1、南京工业大学硕士学位论文蛋白体系陶瓷膜分离性能的研究姓名：李梅生申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：邢卫红;李卫星20060601硕士学位论文摘要本文针对蛋白含量较多的这一类中药体系，根据污染物质的组成，将其简化为二元模拟体系，分析膜过程中对污染起主导作用的成分，考察主要污染成分在制膜材料上吸附特性以及对过滤过程的影响；根据材料的吸附特性，在膜功能与膜微结构关系模型的基础上，引入材料特性参数，对模型进行修正；针对实际中药厚扑水提液，利用修正的模型设计出合适的膜，考察模拟计算与实验结果的吻合度以及模型的预测效果。在中药简化模拟体系（BSA/Dextran/水体系

2、）中，分析对膜污染起主导作用的成分。实验表明，对于陶瓷微滤膜处理此体系，最终起分离作用或对这些大分子的截留产生影响的将是在过滤过程中在膜面形成的吸附凝胶层，在这一过程中，蛋白起着主导作用，是主要的污染因素，且BSA蛋白所占比例越大，污染越严重；对于不同孔径的陶瓷膜，孔径为50nm与200nm陶瓷膜的分离性能在过滤过程中比较稳定；孔径为500nm陶瓷膜过滤过程分离性能变化大，膜污染严重。由于蛋白在膜污染过程中的主导性作用，为此考察了三种陶瓷膜材料（Al2O3、ZrO2、TiO2）在BSA溶液体系中的静态吸附行为。结果表明，温度-5-2为10℃时，Al2O3、ZrO2与

3、TiO2粉体的平衡吸附量分别为2.75×10kg·m，-5-2-5-21.50×10kg·m，1.20×10kg·m，而等静压制成的膜片对BSA的平衡吸附-4-2-4-2-4-2量分别为1.50×10kg·m，4.90×10kg·m，1.00×10kg·m；粉体表面的吸附更符合Freundlich模型，而压制烧结成膜片表面的吸附更符合Langmuir模型。根据材料的吸附特性，在特定的BSA蛋白体系中，将材料性质（等点电）引入到改进的“吸附—浓差极化”模型，并在此模拟体系中对不同微结构的膜进行了验证，计算结果和实验结果有很好的一致性；在实际中药厚朴水提液体系中，利用此

4、模型进行膜的优化设计，优化结果为：合适的膜材料为TiO2材料，其最优孔径为200nm；如果对于α-Al2O3膜材料而言合适的孔径为200nm，而ZrO2材料为100nm。关键词:陶瓷膜吸附膜污染模型中药BSA蛋白I摘要ABSTRACTChineseherbaqueousextract（CHAE）isaverycomplexsystem.Itcontainsparticles,colloidandcompoundswiththemolecularweightfrom100DatoseveralmillionDa.Duringmembranefiltration,the

5、foulantsaremainlycomposedofprotein,carbohydrate(suchaspolysaccharides,cellulose,hemicelluloses,amylum,pectinandlignin)andsolidparticles.Inordertoanalyzethekeyfoulant,themicrofiltrationofasimplebinarysystem(BSA/Dextran70)andtheadsorptionofthefoulantonthemembranematerialswerestudied.Byin

6、troducingthepropertyofmaterialsintothe“adsorption-concentrationpolarization”model,animprovedmodelwasappliedtodesigntheoptimalmembraneandpredictthepermeatefluxinactualCHAEsystem(magnoliaofficialaqueousextract).Inchapter2,thefluxbehaviorwasexaminedduringcross-flowmicrofiltration(MF)ofthe

7、simulativebinarysystem(BSA/Dextran70)usingthreeceramicmembranes(Meanporesize:0.05μm,0.20μmand0.50μm).Analysisoftheresultsrevealedthattheseparationperformancesofthesemembraneswerecontrolledbythegel-layeronthemembranesurfaceformedduringthefiltrationprocessandtheBSAwasthekeyfoulant,thel