秸稈酶解液膜分離純化低聚木糖.pdf

1、低聚木糖屬于功能性低聚糖，產(chǎn)品的主要成分為木二到木七糖，其中木二糖為最主要的有效成分，具增殖腸道內(nèi)雙歧桿菌的效能。本文研究了利用陶瓷膜從秸稈爆破酶解液中分離提取低聚木糖的陶瓷微濾膜的膜通量模型和膜通量恢復(fù)技術(shù)、低聚木糖溶液的納濾分離特性和納濾分離純化制備高純度低聚木糖的工藝。初步掌握了陶瓷膜污染、膜通量衰減的規(guī)律并建立了相應(yīng)的模型，獲得了有效恢復(fù)陶瓷膜通量的清沈劑配方和工藝，建立了低聚木糖的納濾分離模型，最終制備高純度95型低聚木糖。

2、 為掌握無(wú)機(jī)陶瓷膜微濾處理爆破秸稈木聚糖酶酶解液過(guò)程中纖維、粗蛋白、木質(zhì)素在膜材料上的吸附和沉積及其對(duì)膜透過(guò)液通量影響的規(guī)律，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用線性擬合建立了濾餅層阻力隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型，相關(guān)系數(shù)為0.9914；分別基于飽和模型，生長(zhǎng)模型和Pearl生長(zhǎng)模型，應(yīng)用非線性擬合建立了吸附阻力隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型，三種吸附阻力模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值相關(guān)系數(shù)分別為0.9931、0.9980和0.9982。在此基礎(chǔ)上，建立了計(jì)算微濾膜通量的微

3、分方程數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9963，重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)值相關(guān)系數(shù)0.9838。 使用HyfluxTM凱發(fā)集團(tuán)提供的編號(hào)為HDS-12-2540，截留相對(duì)分子質(zhì)量為250的復(fù)合納濾膜，研究了膜通量和阿拉伯糖、木糖、木二糖和木三糖的表觀截留率以及濃差極化率隨糖液濃度和跨膜壓差變化關(guān)系，并建立膜通量和表觀截留率的分離特性模型。膜通量模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值相關(guān)系數(shù)為0.9928。基于不可逆熱力學(xué)模型、Speig

4、ler-Kedem(SK)方程、濃差極化模型、和遺傳算法，建立了阿拉伯糖、木糖和木二糖的表觀截留率模型，預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值相關(guān)系數(shù)分別為0.9695、0.9865和0.8268。當(dāng)糖液濃度一定時(shí)膜通量隨跨膜壓差的增大增大，當(dāng)跨膜壓差一定時(shí)，膜通量隨糖液濃度增大而減小。水透過(guò)系數(shù)Lp隨截留液濃度增大而線性減小，且與透過(guò)液和截留液的動(dòng)力黏度隨截留液濃度的增加呈非線性增加有關(guān)。阿拉伯糖、木糖、木二糖和木三糖的表觀截留率在給定糖液濃度下，隨跨膜壓差

5、的增大而增大；當(dāng)壓力一定時(shí)，表觀截留率隨糖液濃度增高而減小。反射系數(shù)σ(0.97，木二糖)>σ(0.89，阿拉伯糖)>σ(0.78，木糖)，溶質(zhì)透過(guò)系數(shù)Ps(0.21L·m-2·h-1，木二糖)λ(0.85，阿拉伯糖)>λ(0.76，木糖)，與表觀截留率數(shù)據(jù)一致，分子結(jié)構(gòu)和分子極性差異可以解釋阿拉伯糖

6、與木糖表觀截留率不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 基于上述分離特性模型，建立傳質(zhì)守恒微分方程模型，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值比對(duì)表明：模型模擬的滲濾和濃縮過(guò)程中，膜通量以及和阿拉伯糖、木糖和木二糖濃度的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值較好的吻合。以純度83.28％(木二～木六糖，下同)的低聚木糖為原料，在跨膜壓力26.2bar，初始糖液濃度為10.2g/100g，3.75倍(滲濾溶劑與初始料液體積之比)體積滲濾后，模型預(yù)測(cè)低聚木糖純度為94.65％，經(jīng)高效液相色譜檢測(cè)