中性单糖纳滤截留率序谱的建立
发布时间：2017-04-19 17:01
本文关键词：中性单糖纳滤截留率序谱的建立，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：单糖是非常重要的食品及医药原料或中间体,在食品、医药等工业中应用广泛、需求巨大。但在一些单糖的制备过程中,常会伴存其他单糖或其衍生物,制备高纯度单糖具有一定的技术难度、方法有限。本论文旨在通过商业可获得的8种单糖进行纳滤分离研究,研究单糖的纳滤截留率规律,建立单糖纳滤截留率序谱,为单糖等同分异构体或结构类似物的纳滤分离纯化可行性提供理论依据和技术支撑,进一步丰富纳滤应用和理论研究成果。首先,测定了待用纳滤膜的重要膜性能参数,结果表明,该纳滤膜的截留分子量(MWCO)为180-200 Da,在25℃下的纯水透过系数(Lp)为0.2132×10-10m.pa-1.s-1,膜孔径(rp)为0.39 nm,有效膜厚度(△x/Ak)为0.9849x10-6 m。根据跨膜压差(TMP)、pH、温度、盐等条件处理后的膜片原子力显微镜图,结果表明高压、高pH、高温、高盐浓度对膜面平整度有明显影响,膜的深度在不同条件下呈现不同的变化。但是,TMP、pH、温度、盐等条件对膜片的粗糙度(Ra)没有显著性影响。其次,研究了8种单糖(葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、山梨糖、阿拉伯糖、木糖、核糖)对于同一纳滤膜的纳滤截留特性。考察了TMP、p1H、温度、浓度、盐等因素对单糖纳滤截留特性的影响。结果表明：膜通量随着TMP的增大呈线性增加,截留率在11.0 bar达到最大；pH对单糖膜通量及截留率无显著性影响；温度和浓度对单糖截留率和膜通量产生明显的影响；盐(Na2SO4、MgSO4)存在与否,不会对单糖截留率产生显著性影响,但会影响膜通量。在相同条件下,8种单糖截留率会呈现特定的规律,即截留率高低排序为：果糖(83.3%-93.5%)、葡萄糖(81.9%-93.7%)、甘露糖(81.7%-93.2%)、半乳糖(81.3%-92.0%)、山梨糖(80.0%-90.6%)、阿拉伯糖(59.9%-81.2%)、木糖(54.5%-75.6%)、核糖(49.8%-59.2%)。其中己糖截留率之间差异性较小,大约2%,而戊糖截留率之间差异比较明显,超过5%。温度会扩大单糖截留率之间的差异,在40℃,己糖截留率之间差异达到4%。最后,利用Hyperchem软件模拟单糖分子在常温下的稳定状态,得到单糖分子的3D结构参数,建立了一种定量描述单糖分子大小的方法,即计算分子半径(rs),并与Stokes半径及其他计算方法进行了比较。结果表明：以关联单糖分子3D结构参数的rs比Stokes半径小,其rs分别为0.3235 nm(果糖)、0.3156 nm(葡萄糖)、0.3113 nm(甘露糖)、0.3012 nm(山梨糖)、0.2804 nm(半乳糖)、0.2748 nm(阿拉伯糖)、0.2677 nm(木糖)、0.2599 nm(核糖)。以rs为参数,利用SHP、DSPM模型计算理论截留率,即计算截留率(Rcal),结果表明DSPM模型计算得到的结果比SHP模型所得数值更接近实验值(Robs)。按照8种单糖Rcal排序,则有：果糖(85.4%-96.3%)、葡萄糖(82.6%-95.4%)、甘露糖(80.9%-94.8%)、山梨糖(73.5%-93.0%)、半乳糖(52.2%-86.7%)、阿拉伯糖(46.9%-83.9%)、木糖(41.4%-80.3%)、核糖(30.0%-68.8%)。在考虑浓差极化的情况下,利用浓差极化模型计算单糖真实截留率(Rreal),Rcal更接近Rreal,表明单糖截留率差异性可归因于单糖分子空间结构的差异,这种表征单糖分子有效大小的新颖方法具有可行性,为预测和通过物性调控来调控单糖纳滤截留率和分离效果提供工具。
【关键词】：单糖 纳滤 截留率序谱 同分异构体 计算分子半径
【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;TQ281
【目录】：
- 摘要5-7
- Abstract7-11
- 第1章 绪论11-21
- 1.1 背景及意义11
- 1.2 国内外研究进展11-19
- 1.2.1 单糖及其应用11-13
- 1.2.2 单糖的制备及分离纯化技术13-15
- 1.2.3 纳滤技术原理15-16
- 1.2.4 纳滤技术应用16-17
- 1.2.5 单糖纳滤分离17-18
- 1.2.6 Hyperchem软件18-19
- 1.3 研究内容及技术路线19-21
- 1.3.1 研究目的19
- 1.3.2 研究内容19
- 1.3.3 技术路线19-21
- 第2章 纳滤膜性能的研究21-37
- 2.1 引言21
- 2.2 材料与方法21-23
- 2.2.1 实验材料21
- 2.2.2 实验仪器21-22
- 2.2.3 实验方法22-23
- 2.3 结果与讨论23-36
- 2.3.1 纳滤膜对一价盐/二价盐的截留23-24
- 2.3.2 纳滤膜截留分子量的测定24-26
- 2.3.3 膜纯水透过系数及膜结构参数的测定26
- 2.3.4 TMP对膜性能的影响26-28
- 2.3.5 pH对膜性能的影响28-30
- 2.3.6 温度对膜性能的影响30-32
- 2.3.7 离子强度对膜性能的影响32-36
- 2.4 本章小结36-37
- 第3章 单糖纳滤截留率研究及排序37-52
- 3.1 引言37
- 3.2 材料与方法37-41
- 3.2.1 实验材料37
- 3.2.2 实验仪器37-38
- 3.2.3 实验方法38-41
- 3.3 结果与讨论41-51
- 3.3.1 单糖标准曲线41-43
- 3.3.2 TMP对单糖纳滤分离特性的影响43
- 3.3.3 pH对单糖纳滤分离特性的影响43-45
- 3.3.4 温度对单糖纳滤分离特性的影响45-48
- 3.3.5 浓度对单糖纳滤分离特性的影响48-49
- 3.3.6 离子强度对单糖纳滤分离特性的影响49-51
- 3.3.7 8种中性单糖截留率排序51
- 3.4 本章小结51-52
- 第4章 单糖纳滤截留机制探究52-69
- 4.1 引言52
- 4.2 动力学模型的构建52-56
- 4.2.1 单糖3D结构的建立52
- 4.2.2 计算分子半径的建立52-53
- 4.2.3 膜孔径的计算53
- 4.2.4 浓差极化模型53-55
- 4.2.5 SHP模型55
- 4.2.6 DSPM模型55-56
- 4.3 结果与讨论56-68
- 4.3.1 单糖分子3D结构差异性56-59
- 4.3.2 SHP/DSPM模型计算单糖截留率59-63
- 4.3.3 浓差极化模型计算单糖真实截留率63-66
- 4.3.4 动力学模型的预测66-68
- 4.4 本章小结68-69
- 第5章 结论与展望69-71
- 5.1 结论69-70
- 5.2 创新点70
- 5.3 展望70-71
- 参考文献71-78
- 致谢78-79
- 论文发表79
【参考文献】
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本文编号：316700
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