您的当前位置:首页金属膜在1,3-丙二醇发酵液预处理中的应用

金属膜在1,3-丙二醇发酵液预处理中的应用

2021-12-03 来源:爱问旅游网
第30卷第1期 2010年2月 膜科学与技术 Y V01.30 No.1 F_eb.2010 M匮MBR ANE SCIENCE AND TECHN0I 金属膜在1,3一丙二醇发酵液预处理中的应用 齐笑飞,乔建援,毕生雷,张一飞,孙沛勇 (河南天冠企业集团有限公司,南阳473000) 摘要:考察了1,3一丙二醇发酵液金属膜过滤在不同浓缩比下的拟稳定通量、黏度及湿固含 量变化,在此基础上初步探讨了膜的污染机理,提出了有效的膜清洗方法.结果表明:50 nlTl的 膜适用于1,3一丙二醇发酵液的膜过滤,按料液体积35%,加入去离子水、浓缩倍率在9左右 时回收率达到95%.膜污染的主要来源是蛋白,有效的化学清洗方法是:用质量分数为1% NaOH和0.05%EDTA混合溶液清洗膜30 min后,再以0.5%HNO3溶液清洗5 min,膜通量 可迅速恢复. 关键词:金属膜;1,3一丙二醇发酵液;膜清洗 中图分类号: QD28.8;Q81文献标识码:A文章编号:1007—8924(2010)01—0096—04 随着能源的枯竭,人们日益关注能源的危机,从 而使生物柴油得到了巨大的发展,伴生而来的是粗 甘油的产量日增.而1,3一丙二醇(1,3一propanedi— 和过渡层,ZrO2为分离层. 1.2实验方法 将发酵液加入储液罐中,分别用不同孔径的金 属膜过滤,膜面速度由流量计读数换算而得;过滤压 ol,以下简称PDO)作为抗冻剂,增塑剂、洗涤剂、防 腐剂和乳化剂的合成原料,是一种重要的化工原料. 可以应用于食品、化妆品和制药等行业.其最主要的 用途则是作为聚酯( )的单体,广泛应用于地毯、 工程塑料、服装面料等领域【卜 . 清华大学刘德华教授利用克雷伯氏肺炎杆菌转 化甘油生产PDo的技术在大生产中取得成功,但后 差由进口压力、出口压力及渗透侧压力计算获得;渗 透通量采用秒表、量筒测定一定时问内流出的液体 体积并结合膜面积计算而得. 1.3检测方法 PDo含量采用HPLC测定; 湿固含量:取一定量的发酵液经离心分离后,以 沉淀部分占总发酵液的质量分数来表示. 过滤液的蛋白含量采用纳氏试剂分光光度计 测定. 处理一直是该技术应用于生产的一大障碍,为此进 行了一系列实验研究,如酸法处理等[5,6]. 本文从膜过滤角度出发,实验了金属膜在1,3一 丙二醇发酵液的菌液分离中的应用情况. 2 结果与讨论 2.1氨基氮的标准曲线 1 买验 1.1试剂与设备 吸取0.01 mg/mL氨氮(氯化铵配置)标准使用 液0.00 mL,1.00 mL,2.00 mL,3.00 mL,4.00 mL 试剂:氢氧化钠、EDTA、硝酸为南阳市新旺氯 碱化工有限责任公司生产;去离子水为天冠集团热 电厂水处理车间制备. 于一组试管中,加蒸馏水稀释至l0.【)0 mL,加入 500 g/L酒石酸钾钠溶液0.20 mL混匀.加入纳氏 试剂0.30 mL,振荡混匀,静置10 min,以蒸馏水为 参比,在波长420 nm处测定吸光值,绘制校准曲线. 结果见图1. 设备:膜系统为凯能高科技工程(上海)有限公 司生产的HF—C—S一9X1~01型中试装置,膜孔 径分别为20 nlTl,50 nm,100 nrn,以Al, 为支撑体 收稿日期:2008—11—14;修改稿收到日期:2008—12—24 作者简介:齐笑飞(1973一),男,河南南阳人,本科,助理工程师.从事膜应用研究.(tgqxf@163.coin) 第1期 齐笑飞等:金属膜在1,3一丙二醇发酵液预处理中的应用 ・97・ 富 如 g 图1纳氏试剂法测定的OD值与氨基氮的含量关系 图2不同孔径的膜过滤通量随时间的变化曲线 Fig.1 Relationship between the OD value and content of Fig.2 Curve 0fmm3branefiltrationfluxin different aperture amino nitrogen by Nessler’S Reagent Methods 孔径膜易清洗. 2.2不同孔径在过滤过程中的变化情况 2.3不同孔径膜过滤处理料液的各组分前后效果 在40℃下考察了50 nm,100 nm,200 Din三种 对比 膜对发酵液的拟稳定通量随时间的变化情况,所得 用三种不同孔径的膜考察了在70℃下的滤过 结果如图2所示.随着处理时间的延长,三种膜拟稳 液中各组分含量的变化情况,所得结果如表1所示. 定通量逐步下降,其中100 Din和200 nm膜的这种 由表1可以看出,三种孔径膜对PDO的收率相当, 下降更为显著,而50 nm膜的这种通量变化不大, 说明三种膜对低分子物质没有截流效果.此效果直 这可能是随着料液浓缩程度的提高,大孔径膜的污 接反映到对蛋白的分离,三种不同的膜对可溶性蛋 染迅速加重,使通量下降较 陕,而小孔膜的污染并不 白的分离效果有较大的差异,其中50 nm膜的分离 明显,使得各浓缩比下的通量差别不大.在50 h加 效果最好,能很好的截流蛋白. 入去离子水对滤渣进行水洗,其中200 Ilm的膜水 在料液后处理中有精馏分离步骤,为去除蛋白 洗结果较好,通量有所上升,而50 nin不太明显,这 对精馏的影响,我们选用了50 nm膜进行下一步的 说明小孑L径不易被污染,造成通量下降,但清洗时大 实验 表1不同孔径膜过滤后料液的各组分前后对比 Table 1 Comparison of the liquid component by different melTlbro31e filter in aperture 注:收率=透析液重量×透析液PDO含量/(进料重量×进料PDO含量)×100%. 2.4不同浓缩比下的黏度及湿固含量变化 表2 浓缩比对黏度及湿固含量的影响 发酵液的黏度及湿固含量变化,影响着膜通量Table 2 Effect of concentrate on the viscosity 的改变,测定这两个参数有利于了解膜的运行情况. and the wet and solid content 在温度为70℃,浓缩比分别为1,3,4,6,8,10时,测 浓缩比 定膜过滤过程中发酵液的黏度和湿固含量变化,结 黏度/(mPa・S) 果见表2所示. 湿固含量/% ・98・ 膜科学与技术 第30卷 随着浓缩比的增大,发酵液的黏度迅速升高,反 映在膜通量上的变化是:大孔径膜的拟稳定通量显 著下降,黏度的变化反映通量的变化.另外,随着浓缩 程度的提高,湿固含量迅速上升,过滤效率逐渐降低. 2.5污染及再生的初步研究 由于浓差极化和膜污染的原因,膜在运行过程 中,通量的衰减是不可避免的.根据Darcy定律,膜 过滤过程中的通量表达式为: Jv 式中, 为膜通量,Ap为膜压差, 为料液黏度,R 为总阻力. 在曾坚贤等的研究中,表明R 主要表现在不 可逆的污染造成的膜阻力,这种阻力是无法依靠提 高膜表面流速或提高膜压差能解决的,必须依赖于 化学清洗_7j.而本发酵液中主要成分为一些有机酸 盐和二元醇如1,3一丙二醇、2,3一丁二醇,以及一 些菌体蛋白组成,从2.3的分析中可以看出,低分子 的有机酸盐和二元醇无法对膜造成污染,而发酵液 中Ca2 、Mg2 等离子是微量存在,因此膜污染主要 来源于一些菌体自溶后形成的蛋白和糖蛋白造成。 本文初步讨论了对污染清洗的方法,先后用了 2%NaOH,2%NaOH+1%HNO3,1%NaOH+ 0.05%EDTA,1%NaOH+0.05%EDTA+0。5% HNO3等四种清洗方案进行了膜再生的比较,所得 结果如图3所示.由图3表明,方案二的结果最好, 3.0 2.5 }2.0 1.5 删Ⅲl{1.0 恻 0.5 而后两者与方案二的差距并不大.由于HNO3在工 业应用中对人体有一定的潜在危险,因此我们选用 了方案三作为正常清洗手段.而在污染相当严重后 选用方案四进行再生方案. 3 结论 在考虑可溶蛋白对精馏的影响及收率等情况 下,50 niTl膜更适用于1,3一丙二醇发酵液的膜过 滤,该膜能有效地降低滤液中的蛋白含量,使蛋白含 量在0.3 g/L以下,按料液体积35%加人去离子 水、浓缩倍率在9左右时回收率达到95%. 初步分析认为膜污染的主要来源是蛋白,有效 的化学清洗方法是:用质量分数为1%的NaOH和 0.05%的EDTA混合溶液清洗膜30 rain后,再以 1%的HNO3溶液清洗5 min,膜通量可迅速恢复. 但考虑硝酸对人体的潜在危险,在日常清洗中选用 了质量分数为1%的NaOH和0.05%的EDTA混 合溶液. 参考文献 [1]witt u,Muller R—J,Widdecke H,Deckwer W—D. Syntheses,propertise and biodegradability of polyesters basedon 1,3一propanediol[J].Micromolse Chem Phys, 1994,195:793—802. [2]张从容.新型P1vI、聚酯工业现状及进展[J].精细石油 化工,2000,5:49—52. [3]Deckwer W D.Microbial conversion of glycerol to 1,3一 propanediol[J].FEM SM microbiology Reviews,1995 (16):143—149. [4]修志龙.1,3一丙二醇的微生物法生产分析[J].现代化 工,1999,(3):33—35. [5]徐丰,戴玲妹,刘德华.酸处理后1,3一丙二醇发酵液 电渗析脱盐研究[J].现代化工,2006,26(增刊2):249 251. [6]曾凡佳,郝健,刘灿明,等.酸处理改善1,3一丙二醇 发酵液过滤效果的研究[J].化学工程,2008,36(3):52 —56. [7]曾坚贤等.肌苷发酵液的陶瓷膜过滤研究[J].湖南科 技大学学报(自然科学版),2004,19(2):91—94. 第1期 齐笑飞等:金属膜在1,3一丙二醇发酵液预处理中的应用 ・99・ Application of the metal membrane filtration in the pretreatment of 1,3一propanediol broth QI Xiaofei,QIAO Jianyuan,BI Shenglei, ZHANG Yifei,SUN Peiyong (Henan Tianguan Enterprise Group(2o.Ltd. ,Nanyang 473000,China) Abstract:At the different concentration rate the change of quasi—steady filtrate flux,viscosity and wet solid content for 1,3一propanediol fermentation broth were investigated by metal membranes.on the basis of this, the mechanism of membrane fouling was pre—investigated and the method of membrane cleaning was obtained. It showed that 50 nin membrane was suited for membrane filtration of 1,3一propanediol fermentation broth. The recOverv rate c0uld be improved to 95%by adding 35%of the dieonized water,the concentration ratio of about 9.The major osurce of membrane pollution was protein and effective chemical method of cleaning was that it tO0k 40 minutes tO clean membranes by mixed solution composed of 1%NaOH and 0.05%EDTA,where— after。0.5%HNO3 was used to clean membrane for 5 minutes.The results indicated that membrane flux could be recovered rapidly. Key words:metal membranes;1,3一propanediol fermentation broth;membrane cleaning (上接第95页) The research of the removal of sulfureted hydrogen from glycol by emulsion liquid membrane technique ZHANG Haiyan,ZHANG Angui,PANG Min,LI Lan (College of Chemistry and Chemical Engineering,Daqing Petroleum Institute, Daqing 163318,China) Abstract:The r( HlOval of sulfureted hydrogen from glycol using emulsion liquid membrane technique was stud— ied.The membrane phase was consisted of the membrane oslvent kerosene,surfactant,flowing carrier ethylene— diamine and membIrane stabilizing agent liquid paraffin.The inner phase was NaOH.The effects of the transfer time.kinds and concentration of surfactant,flowing carrier concentration,inner phase NaOH concentration, the rafto of membrane solvent and inner phase reagent,the ratio of emulsion liquid and outside oslution,the ini- tia1 suIfureted hydrogen concentration of the glycol and stirring speed on the removability of sulfureted hydrogen were also investigated.The experimental results indicated that it was feasible to remove sulfureted hydrogen frI)m glycol by emulsion liquid membrane technique and the removability of sulfureted hydrogen were more than 98%. Key words:emulsion liquid membrane;sulfureted hydrogen;glycol;desulfuration 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容