親水納濾膜的制備及其對賴氨酸發(fā)酵液的濃縮性能研究.pdf

1、生物發(fā)酵工業(yè)以生物質(zhì)資源利用率高、環(huán)境友好的特性成為未來化工的重要發(fā)展方向。賴氨酸是一種重要的發(fā)酵產(chǎn)品，屬必需氨基酸中最重要的一種，其產(chǎn)量約占氨基酸發(fā)酵產(chǎn)量的30％。賴氨酸發(fā)酵液的主要成分是水，因此賴氨酸分離的核心是水中產(chǎn)品的分離，傳統(tǒng)賴氨酸的分離方法--離子交換法存在原輔材料消耗高、環(huán)境污染嚴重等缺點，膜分離技術(shù)可很好的解決傳統(tǒng)分離方法中存在的問題。納濾分離以操作壓力低、可截留相對分子量在150左右的小分子物質(zhì)而應(yīng)用到賴氨酸的分離研究

2、中。目前，關(guān)于賴氨酸的納濾分離研究主要集中在有機高分子膜，但高分子膜材料存在易溶脹、強度低、生物耐受性差等缺點。而無機膜則具有不溶脹、機械強度高、生物耐受性好、化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點。將親水性晶態(tài)多孔材料在無機載體上制備成膜不僅可以使其具有無機膜的優(yōu)點，還可以更大程度的發(fā)揮多孔材料的性能。
　　本文首先采用了晶種法制備NaA分子篩膜。采用浸涂法--500 nm晶種、0.5wt.%晶種液涂晶，在80℃下，考察了晶化時間2 h、3 h、4

3、 h成膜的性能，對膜的形貌與分離性能進行表征。結(jié)果表明：隨著晶化時間增加，膜層致密度增大，使得對賴氨酸的截留率逐漸增大，在4 h時達到最優(yōu)為79%；同時膜層厚度由1.4μm增至3.4μm，使得滲透阻力增大，導(dǎo)致滲透通量有所降低，4 h時為4.1L/(m2·h)。
　　然后采用原位法制備NaA分子篩膜，在60℃，12 h、18 h、24 h條件下，考察了晶化一次和晶化兩次成膜的性能，對膜的形貌與分離性能進行表征。結(jié)果表明：晶化兩次后

4、，晶體間的共生性增強，同時填補了一次成膜時的缺陷，膜層的致密度得到了提高，使得對賴氨酸的截留率增加，12 h晶化兩次時即可得到較高的截留率為86.6%，但同時膜厚度由2μm增至3.8μm，使得滲透阻力增大，導(dǎo)致滲透通量有所降低，晶化兩次后為6.3 L/(m2·h)；18 h晶化兩次得到膜的截留率與12 h接近，24 h時晶化兩次的膜層過于致密溶液無法透過。原位法兩次制備膜的分離性能要優(yōu)于晶種法制備的膜，主要是由于原位一次成膜時，合成液晶

5、化填充了載體的部分孔道，二次合成后，載體表面形成了兩層分子篩膜，對賴氨酸起到了多級篩分的作用，截留率增大；同時，由于各層膜排布不緊密，使得滲透通量上升。
　　最后采用原位法制備UIO-66膜，采用原位溶劑熱法，在120℃下，考察了晶化時間24 h、48 h、72 h成膜的性能，對膜的形貌與分離性能進行表征。結(jié)果表明：隨著晶化時間增加，膜層晶體的堆積密度增大，使得對賴氨酸的截留率逐漸增大，在3 d時達到最優(yōu)為65%，但膜層晶體間的共