亲水纳滤膜的制备及其对赖氨酸发酵液的浓缩性能研究

发布时间：2017-08-30 21:28

  本文关键词：亲水纳滤膜的制备及其对赖氨酸发酵液的浓缩性能研究

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【摘要】：生物发酵工业以生物质资源利用率高、环境友好的特性成为未来化工的重要发展方向。赖氨酸是一种重要的发酵产品,属必需氨基酸中最重要的一种,其产量约占氨基酸发酵产量的30%。赖氨酸发酵液的主要成分是水,因此赖氨酸分离的核心是水中产品的分离,传统赖氨酸的分离方法--离子交换法存在原辅材料消耗高、环境污染严重等缺点,膜分离技术可很好的解决传统分离方法中存在的问题。纳滤分离以操作压力低、可截留相对分子量在150左右的小分子物质而应用到赖氨酸的分离研究中。目前,关于赖氨酸的纳滤分离研究主要集中在有机高分子膜,但高分子膜材料存在易溶胀、强度低、生物耐受性差等缺点。而无机膜则具有不溶胀、机械强度高、生物耐受性好、化学稳定性高等优点。将亲水性晶态多孔材料在无机载体上制备成膜不仅可以使其具有无机膜的优点,还可以更大程度的发挥多孔材料的性能。本文首先采用了晶种法制备NaA分子筛膜。采用浸涂法--500 nm晶种、0.5 wt.%晶种液涂晶,在80℃下,考察了晶化时间2 h、3 h、4 h成膜的性能,对膜的形貌与分离性能进行表征。结果表明:随着晶化时间增加,膜层致密度增大,使得对赖氨酸的截留率逐渐增大,在4 h时达到最优为79%;同时膜层厚度由1.4μm增至3.4μm,使得渗透阻力增大,导致渗透通量有所降低,4 h时为4.1 L/(m2·h)。然后采用原位法制备NaA分子筛膜,在60℃,12 h、18 h、24 h条件下,考察了晶化一次和晶化两次成膜的性能,对膜的形貌与分离性能进行表征。结果表明:晶化两次后,晶体间的共生性增强,同时填补了一次成膜时的缺陷,膜层的致密度得到了提高,使得对赖氨酸的截留率增加,12 h晶化两次时即可得到较高的截留率为86.6%,但同时膜厚度由2μm增至3.8μm,使得渗透阻力增大,导致渗透通量有所降低,晶化两次后为6.3 L/(m2·h);18 h晶化两次得到膜的截留率与12 h接近,24 h时晶化两次的膜层过于致密溶液无法透过。原位法两次制备膜的分离性能要优于晶种法制备的膜,主要是由于原位一次成膜时,合成液晶化填充了载体的部分孔道,二次合成后,载体表面形成了两层分子筛膜,对赖氨酸起到了多级筛分的作用,截留率增大;同时,由于各层膜排布不紧密,使得渗透通量上升。最后采用原位法制备UIO-66膜,采用原位溶剂热法,在120℃下,考察了晶化时间24 h、48 h、72 h成膜的性能,对膜的形貌与分离性能进行表征。结果表明:随着晶化时间增加,膜层晶体的堆积密度增大,使得对赖氨酸的截留率逐渐增大,在3 d时达到最优为65%,但膜层晶体间的共生性差、产生了许多缺陷,使得截留率较低;膜层厚度由0.5μm增加至1.4μm,使得渗透阻力增大,导致渗透通量有所降低,3 d时为4.2 L/(m2·h)。
【关键词】：沸石分子筛膜 金属有机骨架膜 赖氨酸 纳滤分离
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ922.3;TQ051.893
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-33
• 1.1 引言11
• 1.2 NaA分子筛膜概述11-21
• 1.2.1 分子筛概述11-13
• 1.2.2 NaA分子筛概述13-15
• 1.2.3 NaA分子筛膜的合成方法15-19
• 1.2.4 NaA分子筛膜制备的影响因素19-20
• 1.2.5 NaA分子筛膜的表征20-21
• 1.3 金属有机骨架材料膜概述21-27
• 1.3.1 金属有机骨架化合物简介21-23
• 1.3.2 UIO-66材料概述23-25
• 1.3.3 金属有机骨架膜的合成方法25-27
• 1.3.4 金属有机骨架膜的表征27
• 1.4 赖氨酸分离概述27-31
• 1.4.1 赖氨酸简介27-29
• 1.4.2 赖氨酸的工业分离方法29
• 1.4.3 赖氨酸的纳滤分离研究现状29-31
• 1.5 选题背景及研究内容31-33
• 第二章 NaA分子筛膜的制备与纳滤分离33-61
• 2.1 引言33-34
• 2.2 实验部分34-43
• 2.2.1 主要试剂及材料34-35
• 2.2.2 主要实验设备35-36
• 2.2.3 载体的预处理36
• 2.2.4 晶种法制备NaA分子筛膜36-40
• 2.2.5 原位法制备NaA分子筛膜40-41
• 2.2.6 NaA分子筛膜的纳滤测试41-43
• 2.3 结果与讨论43-59
• 2.3.1 NaA分子筛晶种的制备与表征43-44
• 2.3.2 载体的涂晶与表征44-46
• 2.3.3 NaA分子筛的制备与表征46-48
• 2.3.4 晶种法制备NaA分子筛膜与表征48-49
• 2.3.5 原位法制备NaA分子筛膜与表征49-54
• 2.3.6 膜层的气体渗透及过滤性能表征54-59
• 2.4 本章小结59-61
• 第三章 UIO-66金属有机骨架膜的制备与纳滤分离61-73
• 3.1 引言61-63
• 3.2 实验部分63-65
• 3.2.1 主要试剂及材料63
• 3.2.2 主要实验设备63-64
• 3.2.3 载体预处理64
• 3.2.4 UIO-66晶体的合成与表征64-65
• 3.2.5 UIO-66膜的合成与表征65
• 3.2.6 UIO-66膜的纳滤测试65
• 3.3 结果与讨论65-72
• 3.3.1 UIO-66晶体的制备与表征65-67
• 3.3.2 UIO-66膜的制备与表征67-70
• 3.3.3 膜层的气体渗透及过滤性能表征70-72
• 3.4 本章小结72-73
• 第四章 结论73-75
• 参考文献75-85
• 致谢85-87
• 硕士期间发表的论文87

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本文编号：761573