膜分離技術是膜分指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時,實現選擇性分離的离技离纯技術,半透膜又稱分離膜或濾膜,术岩膜壁布滿小孔,藻寡根據孔徑大小可以分為:微濾膜(MF)、糖分超濾膜(UF)、化中納濾膜(NF)、膜分反滲透膜(RO)等,离技离纯膜分離采用錯流過濾或死端過濾方式。术岩
一、藻寡膜分離類型
常規膜分離技術有微濾、糖分超濾、化中納濾、膜分反滲析,离技离纯以及結合電化學技術的术岩電滲析、連續電除鹽等。
1、微濾技術微濾(MF)
又稱微孔過濾,根據篩分原理以壓力差作為推動力的膜分離過程。膜的孔徑範圍通常在0.1~20μm,能從氣相或液相中截留大直徑的菌體、懸浮固體及其他汙染物。微濾膜一般由陶瓷、金屬等無機材料,或醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚碸、聚酰胺等有機材料製造。
2、超濾技術
超濾分離技術(UF)也是由壓力驅動的膜分離過程,膜的孔徑在0.0015~0.02μm之間,推動壓力在100~1000kPa。通常截留相對分子質量在1000~300000,股超濾膜能對大分子有機物(蛋白質、細菌)、膠體、懸浮固體等進行分離,廣泛應用於料液的澄清、大分子有機物的分離純化、除熱源,是替代活性炭過濾器和多介質過濾器的優良產品。
3、納濾技術
納濾(NF)是介於超濾與反滲透之間的一種膜分離技術,其截留相對分子質量在100~1000,孔徑為幾納米,故稱為納濾。納濾膜的截留特征是以對標準NaCl、MgS04、CaCl2溶液的截留率來表征,對小分子有機物等與水、無機元素進行分離,實現脫鹽與濃縮的同時進行。
4、反滲透技術
反滲透膜(RO)的截留對象是除水以外的所有離子、小分子,如可溶性的金屬鹽、有機物、細菌、膠體粒子、發熱物質等。以膜兩側靜壓為推動力實現對水的淨化提純,獲得高質量純水。廣泛應用於生產純淨水、軟化水、無離子水、產品濃縮、廢水處理等生產環節。
5、電滲析與連續電除鹽技術
電滲析分離技術(ED)是一種利用電能的膜分離技術,在直流電場的作用下,以電位差為推動力,利用陰、陽離子交換膜對水中陰、陽離子的選擇透過性,使某種離子通過膜轉移到另一側,從而實現溶液的濃縮、淡化、精製和提純。
將電滲析技術與離子交換技術有機結合而成的連續電除鹽(EDI)技術是在電場的作用下進行水的電解,通過離子交換膜的離子選擇通過功能,結合陰陽樹脂的加速離子遷移能力,去除進水中大部分的離子,以使產水達到電導率低於0.2μs/cm,符合鍋爐補給水的要求。既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點,又彌補了離子交換不能連續工作、需消耗酸堿再生的不足。
6、新型膜分離技術
在傳統膜分離技術廣泛用於工業生產的同時,越來越多的新工藝對膜分離技術提出更高的要求:一方麵要提高膜的工作性能,增加膜通量、減輕膜汙染、降低壓力驅動消耗等;另一方麵力求盡力降低成本,簡化膜的製造技術,延長單膜使用時間。由此誕生了滲透汽化膜、液膜和動態膜等新型膜分離技術。
二、材料與儀器
1、材料
實驗原料購自黃海海域新鮮馬尾藻,其餘試劑為分析純,95%乙醇,無水乙醇,氯化鈣,純水,GB/T6682規定的二級水。SE酶液,FE酶液,北京雷力海洋生物新產業股份有限公司自製。
2、儀器
磁力攪拌水浴鍋(金壇市良友儀器有限公司),鼓風幹燥箱(北京市永光明醫療儀器有限公司),離心機(上海安亭科學儀器廠),超濾膜組件(天津膜天膜科技有限公司),微濾膜組件(四川久潤環保有限公司),納濾膜組件(通用電氣),原子吸收儀(三利光譜儀器),凱氏定氮儀(杭州匯爾儀器),氯離子濃度儀(上海聖科儀器設備有限公司)。
三、試驗方法
1、原料預處理
采用預先清洗並幹燥的馬尾藻粉末,設置料液比(1:10),加入相當於原料10%的氯化鈣,在65~75℃溫度條件下,充分攪拌提取3h,放出料液,離心操作處理後,蒸發濃縮至料液的70%,停止,降溫至41±3℃,分別加入SE酶及FE酶,分別處理3h與2h,停止酶解,迅速升溫至90℃,滅酶10min,離心處理後,向料液中加入相當於三倍體積的95%乙醇,沉降靜置lh,離心得到沉降物,幹燥備用。
2、相關含量的檢測
(1)設置指標
通過文獻查閱得知,針對馬尾藻寡糖,影響其純度的指標主要為蛋白含量,鹽分,以及重金屬含量。作為一種表征,設置蛋白含量,氯離子,砷含量三指標為主要衡量指標。
(2)蛋白質含量檢測
參照GB5009.5—2016。
(3)氯離子含量檢測參照GB/T5750.5—2006。
(4)砷含量檢測參照GB/T5009.11—2003。
(5)原料測量值蛋白含量13.55%,氯離子1678mg/L,砷含量23.61ppm。
3、膜處理試驗
(1)超濾試驗
將上述的樣品稱取一定的量,配置成5%溶液,導入超濾裝置,進行超濾濃縮操作,當液體體積濃縮至初始體積的70%時,加入10%的水,持續濃縮,加水5次,至最終濃縮體積至初始體積的40%,停止超濾操作,放出料液,備用。
(2)超濾微濾試驗
取預處理樣品(同超濾試驗),保證所取物料量一致,仍配置成5%溶液,先導入微濾裝置,開始微濾操作,濃縮至初始體積的80%時,加水量10%,繼續濃縮,加水3次,最終濃縮至初始體積的70%,停止微濾操作,將料液轉移至超濾裝置,繼續濃縮,加水量10%,加水5次,至最終濃縮體積為初始體積的40%,停止超濾操作,放出料液,備用。
(3)超濾微濾納濾試驗
取同樣質量的樣品,配置成5%濃度的溶液,先導入微濾裝置,開始微濾操作,濃縮至初始體積的80%時,加水量10%,繼續濃縮,加水3次,最終濃縮至初始體積的70%,停止微濾操作,將料液轉移至超濾裝置,繼續濃縮,加水量10%,加水5次,至最終濃縮體積為初始體積的40%,停止超濾操作,將料液轉入納濾裝置,加水20%,控製壓力0.2mPa,濃縮至料液為初始料液的20%,停止納濾操作,放出料液,備用。
四、結果與討論
1、超濾試驗結果與討論
從表1可以看到,處理前後,蛋白的含量略有減少,氯離子和砷含量的含量無明顯變化。
2、超濾微濾結合試驗結果與討論
從表2中可以看到在采用微濾和超濾結合分離之後,砷含量及蛋白含量的去除非常明顯,分別達到了50%與70%以上的去除率。
3、超濾微濾結合納濾試驗結果與討論
從表3中,可以看到在設置納濾操作後,砷含量及氯離子含量的減少較為明顯,在超濾微濾結合試驗的基礎上,砷含量仍有20%的去除率。
4、三種不同的試驗方式對於除鹽除砷除雜蛋白的綜合比較
五、結論
經過試驗驗證,采用膜處理的合理搭配使用後,可以有效去除岩藻寡糖中的雜質蛋白分子,也能較好的控製鹽分含量,以及去除不必要的重金屬離子含量,對於多糖的分離純化有顯著的作用。
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