聚氯乙烯共混膜的制備及多糖分級(jí)分離的應(yīng)用研究.pdf

1、人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)，要解決環(huán)境、資源和能源等所面臨的問題。分離技術(shù)特別是膜分離技術(shù)作為其相應(yīng)支撐技術(shù)體系將起到十分重要的作用。膜分離技術(shù)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、推進(jìn)相關(guān)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的高新技術(shù)之一，在能源、水資源、生態(tài)環(huán)境、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及高新產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域成為不可替代的關(guān)鍵技術(shù)。特別是其所具有的分離效率高、條件溫和、能量消耗低、無有機(jī)溶劑排放、可連續(xù)分離、無相態(tài)變化等特點(diǎn)，使其成為一種綠色分離工藝替代一些高能耗的傳統(tǒng)分離技術(shù)，在化工、環(huán)保、醫(yī)藥、食

2、品和生物等領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。 生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)是北京市重點(diǎn)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，新藥研發(fā)和天然產(chǎn)物有效部位的分離確定是這一產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)。對(duì)于具有生物活性的多糖，其活性與其分子量的大小及分布密切相關(guān)，所以對(duì)多糖進(jìn)行分子量分級(jí)分離技術(shù)的研究是必要的基礎(chǔ)研究。傳統(tǒng)的多糖分級(jí)分離方法不僅分離效率低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、溶劑和能源消耗量大，而且分離過程中存在雜菌污染和熱敏性物質(zhì)失活等問題。將膜分離技術(shù)用于多糖的分級(jí)分離，不但為多糖的純制提供一種節(jié)能環(huán)

3、保的綠色新工藝，同時(shí)也為膜技術(shù)分離生物活性物質(zhì)的研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本研究圍繞膜法分級(jí)分離多糖過程中所涉及的膜的制備、分離模型的建立及分離工藝等方面展開。以聚氯乙烯(PVC)樹脂為主體材料，通過共混改性制備出適用于多糖分級(jí)分離的膜材料，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立超濾分離多糖的映射關(guān)系模型，進(jìn)而應(yīng)用于多糖的分級(jí)分離工藝研究。 首先，改性超濾膜材料的制備研究。以PVC樹脂為主體材料，分別與氯醋樹脂(VC-co-VAc)、氯醋樹脂醇解物

4、(VC-co-VAc-OH)和聚乙烯醇縮丁醛(PVB)等具有不同相容性的第二聚合物進(jìn)行共混改性，使PVC膜材料的親水性能、膜通量和成膜性能得到改善；通過鑄膜液組成和制膜條件的研究，確定影響膜分離性能的顯要性因素，其次序?yàn)楣不毂?、聚合物含量、凝膠浴溫度和揮發(fā)時(shí)間；所得PVC/VC-co-VAc、PVC/VC-co-VAc-OH和PVC/PVB共混改性膜的拉伸強(qiáng)度均大于1．5MPa/cm2，水通量分別比未改性PVC膜提高1．4、2．5和2．

5、7倍，并優(yōu)于商品醋酸纖維素膜(CA-20)、聚砜膜(PS-20)和聚醚砜膜(PES-20)，其中親水性最好的PVC/VC-co-VAc-OH膜的卵清蛋白截留率與PS-20和PES-20相當(dāng)，而通量是PS-20膜的1．2倍，是PES-20膜的1.7倍。 其次，膜分離多糖映射關(guān)系模型的建模研究。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)建立超濾法膜分級(jí)分離多糖的映射關(guān)系模型，并對(duì)優(yōu)化工藝參數(shù)的方法進(jìn)行研究。采用均勻設(shè)計(jì)方法確定實(shí)驗(yàn)樣本的數(shù)據(jù)采集范圍

6、，采用誤差反向傳播算法(BP算法)，利用Matlab軟件NNT工具箱，建立超濾膜分離多糖時(shí)料液濃度、操作壓力及料液溫度與膜通量和截留率的映射關(guān)系模型。PES-20膜分離姬松茸多糖通量的單輸出模型結(jié)構(gòu)為3×7×1，截留率的單輸出模型結(jié)構(gòu)為3×11×1，其通量和截留率的預(yù)測(cè)誤差分別為3．67％和1．24％1對(duì)于通量和截留率的雙輸出模型結(jié)構(gòu)為3×17×2，其通量和截留率預(yù)測(cè)誤差分別為4．05％和1．56％。為驗(yàn)證該方法的可行性，利用同樣方法建

7、立PS-50膜分離枸杞多糖的映射關(guān)系模型，其通量和截留率的單輸出模型預(yù)測(cè)誤差分別為6．63％和7．81％，雙輸出模型的預(yù)測(cè)誤差為8．77％和9．49％，均具有較好的泛化能力，滿足實(shí)際預(yù)測(cè)誤差小于10％的應(yīng)用要求。 最后，膜法分級(jí)分離多糖的工藝研究。運(yùn)用上述建立的膜法分離多糖的映射關(guān)系模型和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定改性PVC膜分離多糖的主要影響因素及操作條件。改性PVC膜(PVC/VC-co-VAc-OH膜)可在較高料液濃度，低操作壓力

8、下分離多糖，其初始通量為107．5kg/m2·h，是PES膜的2．5倍，PS膜的1．7倍，截留率為96．3％，通量衰減系數(shù)為58．0％，說明其分離效果及抗污染能力優(yōu)于PES和PS膜。所制改性PVC中空纖維超濾膜組件的純水通量和糖通量分別高于PS-50膜組件13．3％和22．8％，在其與微濾、納濾集成聯(lián)用對(duì)多糖進(jìn)行分子量分級(jí)的工藝研究中，姬松茸、枸杞和茶樹菇多糖的HPGPC分子量分布明顯變窄；分級(jí)所得姬松茸多糖100kDa超濾截留組分(C