中空纤维超滤膜的动电现象及BSA溶液的超滤行为研究

摘要

通过对两种聚乙烯醇(PVB)/F127中空纤维超滤膜PF3和PF5在不同电解质溶液中的膜表面流动电位的研究，分别考察了膜两侧压差、电解质浓度及离子价态及溶液pH对流动电位的影响，用Helmoltz-Schmolukovski方程计算了膜的表观Zeta电位ζ，测定了污染膜经不同清洗剂清洗后的流动电位和纯水通量。结果表明：流动电位绝对值随电解质浓度的增大而减小；同样电解质浓度下，阳离子价态越高，流动电位绝对值越小，而阴离子价态对流动电位影响很小；溶液pH对流动电位和Zeta电位影响较大，当溶液pH超过等电点时，流动电位绝对值和Zeta电位绝对值随溶液pH的增加而增加；在pH＝6.8条件下分别用0.01mol·L－1的NaC1、MgC12和MgSO4溶液进行超滤实验，所得污染膜经过pH＝10的0.8％EDTA清洗后，流动电位和水通量均可恢复到洁净膜的水平。
　　 采用中空纤维超滤膜过滤牛血清蛋白(BSA)溶液，考察了通量随溶液浓度、操作压差、操作时间的变化情况；并采用扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)表征BSA吸附后的膜，与原膜进行比较，分析膜表面性质。同时考察了不同清洗剂对膜清洗效果的影响，采用纯水通量恢复率表征膜清洗效果。研究结果表明：一定操作压力下，渗透通量随着料液浓度的增加而减小；对一定浓度的原料液，在操作压力小于0.05MPa时，渗透通量随压力的升高而增大；当操作压力大于0.05MPa时，渗透通量不再随压力的增加而增大；BSA的等电点(IEP)约为4.7，当pH大于等电点时，渗透通量随pH的增加而增大。FTIR和SEM结果表明牛血清蛋白溶液与膜接触后，能在表面发生吸附等一系列反应。清洗实验表明蛋白污染膜经pH＝10的NaOH溶液清洗后，通量可恢复至90％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 膜分离技术

1.2.1 膜分离的概念

1.2.2 膜分离过程的特点及分类

1.3 超滤膜

1.3.1 超滤分离技术的研究进展

1.3.2 超滤过程的基本原理

1.3.3 超滤膜的结构特点及组件结构方式

1.3.4 荷电超滤膜的研究

1.3.5 超滤膜材料

1.3.6 超滤膜的制备方法

1.3.7 影响超滤运行的操作参数

1.3.8 超滤膜过程中的浓差极化

1.4 膜污染

1.4.1 超滤膜的污染因素分析

1.4.2 超滤膜的污染表征

1.5 膜的清洗

1.5.1 物理清洗法

1.5.2 化学清洗法

1.5.3 膜清洗效果的表征

1.5.4 我国用运流动电位法进行膜表征的情况

1.6 超滤技术在工业生产中的应用

1.6.1 超滤技术用于污水处理

1.6.2 超滤技术用于蛋白质的分离与纯化

1.7 本文研究目的及内容

1.7.1 研究目的

1.7.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1 膜及膜组件

2.2 实验仪器与药品

2.3 流动电位基本理论

2.3.1 Zeta电位ζ

2.4 实验内容

2.4.1 通量测定

2.4.2 电位差ΔE测定

2.4.3 溶液浓度测定

2.4.4 BSA溶液超滤操作参数的优化

2.4.5 膜清洗实验的研究

2.5 实验数据处理方法

2.5.1 半透膜压

2.5.2 通量计算及温度修正

2.5.3 流动电位(v)

2.5.4 膜对BSA截留率的计算

2.6 膜的表征

2.6.1 SEM表征

2.6.2 FTIR表征

第三章 中空纤维超滤膜动电现象的研究

3.1 超滤膜流动电位的研究

3.1.1 膜两侧电位差ΔE与压差ΔP的关系

3.1.2 离子强度及种类对流动电位的研究

3.1.3 pH值对流动电位v的影响

3.2 膜清洗实验的研究

3.3 小结

第四章 BSA溶液超滤行为的研究

4.1 操作参数对膜渗透通量的影响

4.1.1 时间对膜渗透通量的影响

4.1.2 操作压差(△p)对膜渗透通量的影响

4.1.3 溶液pH对膜渗透通量的影响

4.1.4 SEM实验结果

4.1.5 FTIR分析结果

4.1.6 BSA污染机理分析

4.1.7 超滤膜对BSA蛋白的截留率

4.2 膜清洗的研究

4.2.1 实验清洗步骤

4.2.2 清洗效果的表征

4.2.3 操作压差(△p)对WFR的影响

4.2.4 不同清洗剂对纯水通量的影响

4.3 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文