聚氯乙烯共混膜的制備及多糖分級分離的應用研究.pdf

1、人類社會可持續(xù)發(fā)展的實現，要解決環(huán)境、資源和能源等所面臨的問題。分離技術特別是膜分離技術作為其相應支撐技術體系將起到十分重要的作用。膜分離技術是改造傳統(tǒng)產業(yè)、推進相關行業(yè)技術進步的高新技術之一，在能源、水資源、生態(tài)環(huán)境、傳統(tǒng)產業(yè)及高新產業(yè)等領域成為不可替代的關鍵技術。特別是其所具有的分離效率高、條件溫和、能量消耗低、無有機溶劑排放、可連續(xù)分離、無相態(tài)變化等特點，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，在化工、環(huán)保、醫(yī)藥、食

2、品和生物等領域得到推廣應用。 生物醫(yī)藥產業(yè)是北京市重點發(fā)展的支柱產業(yè)之一，新藥研發(fā)和天然產物有效部位的分離確定是這一產業(yè)的研究熱點。對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，所以對多糖進行分子量分級分離技術的研究是必要的基礎研究。傳統(tǒng)的多糖分級分離方法不僅分離效率低、生產周期長、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失活等問題。將膜分離技術用于多糖的分級分離，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，同時也為膜技術分離生物活性物質的研究提供實驗基礎。本研究圍繞膜法分級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分離的膜材料，采用人工神經網絡的方法建立超濾分離多糖的映射關系模型，進而應用于多糖的分級分離工藝研究。 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，其次序為共混比、聚合物含量、凝膠浴溫度和揮發(fā)時間；所得PVC/VC-co-VAc、PVC/VC-co-VAc-OH和PVC/PVB共混改性膜的拉伸強度均大于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，而通量是PS-20膜的1．2倍，是PES-20膜的1.7倍。 其次，膜分離多糖映射關系模型的建模研究。利用人工神經網絡(ANN)建立超濾法膜分級分離多糖的映射關系模型，并對優(yōu)化工藝參數的方法進行研究。采用均勻設計方法確定實驗樣本的數據采集范圍

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系模型。PES-20膜分離姬松茸多糖通量的單輸出模型結構為3×7×1，截留率的單輸出模型結構為3×11×1，其通量和截留率的預測誤差分別為3．67％和1．24％1對于通量和截留率的雙輸出模型結構為3×17×2，其通量和截留率預測誤差分別為4．05％和1．56％。為驗證該方法的可行性，利用同樣方法建

7、立PS-50膜分離枸杞多糖的映射關系模型，其通量和截留率的單輸出模型預測誤差分別為6．63％和7．81％，雙輸出模型的預測誤差為8．77％和9．49％，均具有較好的泛化能力，滿足實際預測誤差小于10％的應用要求。 最后，膜法分級分離多糖的工藝研究。運用上述建立的膜法分離多糖的映射關系模型和正交實驗結果，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、納濾集成聯用對多糖進行分子量分級的工藝研究中，姬松茸、枸杞和茶樹菇多糖的HPGPC分子量分布明顯變窄；分級所得姬松茸多糖100kDa超濾截留組分(C