| 题名 | 利用浓差极化原理超滤浓缩生物大分子溶液 |
| 作者 | 焦小光 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2007-06-05 |
| 授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
| 授予地点 | 过程工程研究所 |
| 导师 | 万印华 |
| 关键词 | 超滤 浓差极化 浓缩 生物大分子 汲取 |
| 其他题名 | Study on Concentrating Biological Macromolecular Solution by Ultrafiltration: An Approach Utilizing Concentration Polarization |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 浓差极化是压力驱动膜过程中的一种重要现象。研究表明，由于浓差极化，溶质在膜表面的浓度可达其主体相浓度的几百倍，甚至超过其在溶剂中的溶解度而在膜表面析出，而且相对稳定的浓差极化层可在一分钟或数分钟内形成。这足见浓差极化本质上是一个对溶质的高效浓缩过程。本文基于浓差极化的上述特性，选用牛血清蛋白（BSA）为模型大分子，提出了一种利用浓差极化原理高效、快速浓缩生物大分子的新型膜过程，即在终端超滤装置中，于紧贴膜面处设置一自行设计的浓缩液汲取器，及时将浓差极化层内的浓溶液导出。 首先利用短期实验对新型膜过程做了初步探索，考察了汲取速率、汲取体积、透过通量、原液浓度对浓缩液浓度的影响。随后对连续汲取浓缩过程进行了研究，考查了汲取中的动态平衡现象，提出了动态平衡时浓缩液浓度的计算公式，以此为基础，进一步提出了间歇汲取浓缩工艺，即基于动态平衡的间歇汲取浓缩和周期性短时间歇汲取浓缩。论文还将新型膜过程与常规超滤浓缩作了对比。最后，对达到动态平衡的连续汲取过程进行了分析和计算。主要研究结果如下： （1） 实验发现，汲取速率越小，浓缩液浓度越高；汲取体积越小，浓缩液浓度越高；在高通量下汲取不利于获得高浓度浓缩液；增加原液浓度可以提高浓缩液浓度，但对浓缩倍数的提高没有帮助，浓缩倍数随原液浓度的增加呈现不稳定趋势。 （2） 连续汲取操作下，实验能够达到动态平衡。平衡时压力曲线稳定，采用所提出的动态平衡浓缩液浓度计算公式，实验值与计算值吻合良好。 （3） 基于动态平衡的间歇汲取工艺有利于获得高浓度浓缩液；周期性短时间歇汲取得到的浓缩液浓度更高。其中浓缩液浓度随汲取时间、汲取速率的减小而增大，但过低的汲取速率下反而较难得到高浓度浓缩液。采用周期性短时间歇汲取时，浓缩液浓度可达37.1 g/L，为原液浓度的74.2倍。高压力下汲取得到的浓缩液浓度没有低压力下高，因此应选择适宜的跨膜压力。 （4） 恒通量操作下，新型膜过程可以显著减缓压力的上升趋势，降低膜污染，实现连续超滤浓缩；连续运行周期性短时间歇汲取工艺浓缩0.5 g/L的BSA原料液， 浓缩液浓度达21.4 g/L，回收率达68.5%，浓缩液浓度和平均浓缩浓度均优于常规超滤浓缩。 （5） 采用Film 模型、浓差极化渗透压模型及Ghosh提出的膜阻理论对达到动态平衡的连续汲取过程进行了计算，计算数据为实验条件的优化、实验结果的预测提供了重要参考作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-13 |
| 页码 | 72 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1139]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 焦小光. 利用浓差极化原理超滤浓缩生物大分子溶液[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2007. |
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