氨基单糖纳滤分离特性研究

发布时间：2017-09-10 04:50

  本文关键词：氨基单糖纳滤分离特性研究

  更多相关文章： 氨基单糖 纳滤 物性调控 数学模型 纳滤膜分离特性

【摘要】：氨基单糖是一类具有多种重要生理功能和药用功能的甲壳素衍生物,氨基单糖的制备方法决定了其制备过程中会存在其前体氨基单糖残留,纳滤分离是一种潜在的高效分离纯化氨基单糖的方法。为了探究氨基单糖的纳滤分离效果和分离特性,本课题旨在研究不同物性条件对氨基葡萄糖盐酸盐(GAH)、N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)和氨基葡萄糖硫酸盐(GAS)单一体系及混合体系的纳滤分离特性的影响,为纳滤分离小分子结构类似物提供理论依据,为纳滤分离机理提供有益补充。首先,利用500 Da的负电荷有机纳滤膜进行过滤分离,通过调节压力为4-22 bar,GAH与GAS浓度分别为5-25g/L、NAG浓度为30-70g/L,温度为15-35℃以及通过NaCl、MgCl2、MgSO4调控离子强度探究不同物性条件对三种单一氨基单糖体系的纳滤分离特性的影响。结果表明,在4-22 bar范围内,三种氨基单糖膜通量与压力均成线性关系；随压力增加,GAH与NAG截留率先上升后下降；而由于电荷作用,GAS截留率随压力升高增大至48%。物料浓度不断增加时,NAG截留率随浓度增大而不断减小至35%；GAH与GAS则随浓度增大而分别增大至42%、49%。料液温度由15℃升高至35℃时,三种氨基单糖膜通量不断增大,有利于提高生产效率,但其截留率则随操作温度的升高而降低。改变离子强度结果表明,由于Donnan效应,GAH与GAS截留率随MgSO4加入而升高,MgCl2对GAH与GAS截留率影响最小。MgSO4的加入导致NAG截留率最高；相比于NaCl,MgCl2有利于NAG渗透,因此MgCl2的加入导致NAG截留率最低。其次,通过浓差极化、不可逆热力学、立体位阻以及计算分子直径模型对GAH与NAG、GAH与GAS以及GAS与NAG三种混合体系纳滤分离过程进行表征,分析了纳滤分离GAH与NAG、GAH与GAS以及GAS与NAG三种混合体系的分离特性。结果表明,在4-22 bar条件下,压力对GAH分离因子影响不大,始终维持在1.2左右。GAH与NAG浓度比由1：14增大至1：2时,GAH分离因子由1.10增大至1.23,因此GAH浓度升高可扩大二者截留率差异。温度由15℃升高至35℃时,GAH分离因子则由1.37降低至1.07,不利于GAH与NAG分离。同时GAH与NAG分子极性分别增大至3.74、5.94 Debye;计算分子直径分别增大至0.62、0.68 nm,且二者计算分子直径与温度成指数关系,为纳滤传质机理作了重要补充。此外,离子强度显著影响GAH分离因子,MgSO4加入导致GAH分离因子降低至1.0。静电排斥和Donnan平衡为GAH纳滤传质机理；溶质扩散为NAG纳滤传质机理,并且实验结果与数学模型相吻合,因此本文所用数学模型可应用于GAH与GAS混合溶液的纳滤分离。对于GAH与GAS混合体系,MgSO4的加入导致GAH分离因子最高可达1.35,而MgCl2的加入使得此GAH分离因子低至1.05；且实验结果与数学模型相吻合,因此本文所用数学模型可应用于GAH与GAS混合溶液的纳滤分离。对于GAS与NAG混合体系,随GAS浓度增大,NAG分离因子不断增大；且模型拟合所得结果与实验结果相一致,因此本文所用数学模型亦可应用于NAG与GAS混合溶液的纳滤分离。结果表明通过物性调控可以扩大氨基单糖的纳滤截留差异,为大规模氨基单糖的纳滤分离提供有力的技术支撑。
【关键词】：氨基单糖 纳滤 物性调控 数学模型 纳滤膜分离特性
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ028.8
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 立题背景与意义12
• 1.2 国内外研究进展12-22
• 1.2.1 氨基单糖应用及生产12-15
• 1.2.2 氨基单糖的分离提取15-16
• 1.2.3 纳滤分离技术概述16-18
• 1.2.4 纳滤分离机理研究进展18-19
• 1.2.5 纳滤技术在生产领域的应用19-22
• 1.3 研究目的意义与研究内容22-24
• 1.3.1 研究目的及意义22
• 1.3.2 研究内容22-23
• 1.3.3 技术路线23-24
• 第二章 单一氨基单糖体系的纳滤分离特性研究24-44
• 2.1 引言24
• 2.2 实验材料与方法24-29
• 2.2.1 实验材料24
• 2.2.2 实验仪器24-26
• 2.2.3 实验方法26-29
• 2.3 结果与讨论29-43
• 2.3.1 纳滤膜基本性能测定29-33
• 2.3.2 压力对氨基单糖纳滤分离特性的影响33-35
• 2.3.3 浓度对氨基单糖纳滤分离特性的影响35-37
• 2.3.4 温度对氨基单糖纳滤分离特性的影响37-40
• 2.3.5 离子强度对氨基单糖纳滤分离特性的影响40-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 混合体系氨基单糖的纳滤分离机制探究44-64
• 3.1 引言44
• 3.2 实验材料与方法44-46
• 3.2.1 实验材料与仪器44
• 3.2.2 实验方法44-46
• 3.3 纳滤分离数学模型46-49
• 3.3.1 浓差极化模型46-47
• 3.3.2 不可逆热力学模型47
• 3.3.3 计算分子直径模型47-48
• 3.3.4 立体位阻模型48-49
• 3.4 结果与讨论49-63
• 3.4.1 压力对GAH与NAG混合溶液纳滤分离性能的影响49-50
• 3.4.2 浓度比对GAH与NAG混合溶液纳滤分离性能的影响50-53
• 3.4.3 温度对GAH与NAG混合溶液纳滤分离性能的影响53-57
• 3.4.4 离子强度对GAH与NAG混合溶液纳滤分离性能的影响57-58
• 3.4.5 GAH与GAS混合体系对数学模型的适用性验证58-61
• 3.4.6 NAG与GAS混合溶液对数学模型的适用性验证61-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第四章 结论与展望64-66
• 4.1 主要结论64-65
• 4.2 创新点65
• 4.3 展望65-66
• 参考文献66-73
• 致谢73-74
• 论文发表74

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本文编号：824846