凹土微滤膜在纤维素酶发酵液澄清中的应用研究

摘要

纤维素酶是纤维素水解酶的总称，可以将木质纤维素水解成还原性糖，在生物质能源的利用中起着至关重要的作用。纤维素酶发酵液目前的澄清工艺主要有板框过滤、絮凝、离心分离等，这些传统的工艺存在效率低、产品纯度不高等问题。膜分离技术是一种新型的分离技术，以低能耗、环境友好等众多优点在生物质分离领域备受青睐。为了实现膜分离技术在纤维素酶发酵液澄清中的应用，本文从三个方面展开研究工作:凹土微滤膜处理纤维素酶发酵液的工艺、膜污染分析及其清洗再生方法、多通道凹土微滤膜制备及其在纤维素酶发酵液澄清中的应用:
　　凹土微滤膜是一种以凹土纳米纤维为分离层的新型低成本陶瓷分离膜。本章利用凹土微滤膜代替传统的纤维素酶发酵液板框分离方法，考察膜孔径、操作条件对处理效果的影响，结果表明:在T=30±3℃，ΔP=0.1 MPa，v=4m·s-1下，经0.12μm的凹土微滤膜澄清后的纤维素酶发酵液，渗透液浊度小于1.00 NTU，蛋白质截留率最高，纤维素酶酶活损失最小。与传统的板框过滤和普通陶瓷膜相比，凹土微滤膜提高了滤液品质，降低了处理成本。
　　膜污染是膜应用过程中的瓶颈问题，本章在系列阻力模型的基础上，考察了操作条件对膜过滤过程中各部分污染阻力的影响，研究了被纤维素酶发酵液污染后凹土微滤膜的清洗再生方法。结果表明:可逆污染阻力(Rrev)在总阻力中（Rt）的所占比例较大，不可逆阻力（Rirr）所占比例较小。对于被纤维素酶发酵液污染后的凹土微滤膜，在低压高速下，经过水冲洗和化学清洗后，通量可恢复至初始通量的90％。
　　为进一步考察凹土微滤膜在纤维素酶发酵液中应用的可行性，本章制备了多通道凹土微滤膜，研究了涂膜时间对膜厚、膜表面形貌、膜渗透性能以及在纤维素酶发酵液中凹土微滤膜分离性能的影响。结果表明:随着涂膜时间的增加，膜层厚度越厚，纤维层堆积越紧密，纯水通量越小，Rif越小以致于在纤维素酶发酵液微滤实验中的通量越大。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 纤维素酶及其生产技术

1．2．1 纤维素酶的分类

1．2．2 纤维素酶的主要用途

1．2．3 纤维素酶的生产技术

1．2．4 纤维素酶发酵液的分离纯化

1．3 膜分离过程

1．3．1 膜分离过程的类型

1．3．2 膜材料及膜制备技术

1．3．3 膜分离过程在发酵工业的应用

1．4 膜污染及控制方法

1．4．1 膜污染

1．4．2 影响膜污染的因素

1．4．3 控制膜污染的方法

1．4．4 污染膜的清洗

1．5 本文的研究内容及目标

第二章 凹土微滤膜澄清纤维素酶发酵液工艺

2．1 引言

2．2 实验材料

2．2．1 实验原料

2．2．2 仪器及设备

2．3 实验方法

2．3．1 凹土微滤膜的制备

2．3．2 纤维素酶发酵液的澄清

2．3．3 分析测试方法

2．3．4 纤维素酶滤液的浓缩

2．4 凹土微滤膜的表征

2．5 处理效果以及膜孔径的影响

2．6 操作参数对过滤效果的影响

2．6．1 跨膜压力的影响

2．6．2 膜面流速的影响

2．6．3 料液温度的影响

2．7 纤维素酶滤液的浓缩

2．8 本章小结

第三章 凹土微滤膜微滤纤维素酶发酵液阻力分析及膜的清洗再生方法

3．1 引言

3．2 实验材料及方法

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验装置

3．2．3 阻力测定依据

3．2．4 污染膜清洗方法

3．3 跨膜压差对阻力的影响

3．4 膜面流速对阻力的影响

3．5 各阻力与操作参数之间的关系

3．6 水冲洗

3．7 化学清洗

3．7．1 清洗剂的选择

3．7．2 清洗时间、清洗剂浓度的确定

3．7．3 清洗次序的确定

3．8 不同清洗方式清洗后凹土微滤膜的能谱分析

3．9 本章小结

第四章 多通道凹土微滤膜制备及在纤维素酶发酵液澄清中的应用

4．1 引言

4．2 实验材料和方法

4．2．1 实验原料

4．2．2 仪器及设备

4．2．3 多通道凹土微滤膜的制备

4．2．4 分析测试方法

4．3 涂膜时间对多通道凹土微滤膜结构及性能的影响

4．4 多通道凹土微滤膜形貌分析

4．5 多通道凹土微滤膜的渗透性能

4．6 多通道凹土微滤膜在纤维素酶发酵液澄清中的应用

4．7 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

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