电场强化膜过程在蛋白质浓缩和分离中的应用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 宋伟杰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-10-28 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 万印华 |
| 关键词 | 电场 浓差极化 蛋白质 浓缩 分离 |
| 其他题名 | Study and application of electric field intensified membrane process on protein concentration and fractionation |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 应用膜技术来浓缩和分离蛋白质已经广泛应用于生物技术产业中，而蛋白质的分离效率偏低以及浓差极化和膜污染造成的通量下降是制约其在工业上广泛应用的技术瓶颈之一。采用外加电场与错流膜过程相结合的方法由于其独有的优点，得到了国内外研究人员的广泛关注，但目前还存在着机理研究不够等诸多问题。本文重点从提高电场强化蛋白质超滤过程的效率，提高蛋白质分离效率，以及该过程在真实体系的应用研究等几个方面进行了研究。 论文首先采用牛血清白蛋白（BSA）作为模型蛋白质，考察了电场强化超滤过程的基本参数对单组分蛋白质超滤过程的影响。在考虑电渗作用的条件下对临界电场强度的定义和计算过程进行了修正和推导。实验中还考察了超滤过程的基本参数对临界电场强度的影响。 论文提出了一种电场强化的快速蛋白质超滤过程，即采用截留分子量高于蛋白质的超滤膜以实现高通量，利用电场实现高截留率。实验中，用50 kDa和100 kDa的聚砜超滤膜进行了BSA超滤对比试验，并考察了操作参数对渗透通量和截留率的影响。结果表明，该方法可以同时提高蛋白质超滤过程的通量和截留率，进而大幅度提高浓缩效率。 提出了一种新的电超滤-电渗析的耦合过程，考察了离子交换膜的排布方式，电流强度等操作参数对耦合过程的影响。结果表明，电超滤和电渗析耦合过程在蛋白质溶液超滤浓缩过程中，可以有效提高渗透通量，进而减少浓缩时间，同时蛋白质溶液的电导率也随着浓缩过程逐渐降低，从而同时实现溶液的脱盐作用。 考察了溶液条件对双元蛋白质体系在30 kDa超滤膜上的过膜性能的影响，并用动态光散射技术对蛋白质的聚集作用进行了表征。考察了电场对双元蛋白质体系的分离效率的影响。考察了超滤膜截留分子量对电场条件下蛋白质分离效果的影响，结果表明，在电场条件下，采用截留分子量高的超滤膜可以获得更高的分离因子和渗透通量，从而在不增加能耗的基础上实现更高的分离效率。 论文首次将电场强化膜技术应用于纤维素酶超滤过程，在10 kDa的聚醚砜超滤膜上分别考察了电场对粗酶粉配制的纤维素酶溶液、商品微晶纤维素酶解后的溶液，以及秸秆酶解后溶液的超滤过程的影响。实验结果表明，在三种情况下，电场均可以有效提高渗透通量，但是三种情况下的通量提高机理是不一样的。同时在纤维素酶超滤的过程中，不同的纤维素酶溶液对超滤膜的污染性能和超滤膜的带电性质有不同的影响。 |
| 英文摘要 | Protein concentration and fractionation by membrane technology has been widely used in biotechnological industry. However, low separation efficiency and flux reduction caused by concentration polarization and membrane fouling remain major obstacles to the wide application of membrane technology. Electric field intensified crossflow membrane process which uses electric field to control concentration polarization and membrane fouling has shown particular advantages such as reducing concentration polarization and membrane fouling, and consequently increasing permeate flux significantly, introducing no additional shear strength and other substances, no interrupting the membrane process. Although a number of investigations relating to the process have been published, there are still some limitations in the research works such as lack of intensifying mechanism research, low efficiency, electrochemistry influence. The main objectives of this thesis are to enhance the concentration and separation efficiency and try to apply this process in real system. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-22 |
| 页码 | 130 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1625]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宋伟杰. 电场强化膜过程在蛋白质浓缩和分离中的应用研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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