基于膜特征參數(shù)變化的蛋白質(zhì)超濾過(guò)程膜污染研究.pdf

1、為進(jìn)一步研究多種蛋白質(zhì)體系超濾過(guò)程的膜污染機(jī)理,本文選擇了牛血清蛋白(BSA)和溶菌酶(LYS)及其二元混合溶液作為典型蛋白質(zhì),對(duì)不同切割分子量超濾膜超濾過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)。針對(duì)不同體系蛋白質(zhì)的超濾過(guò)程的膜污染,從膜角度出發(fā),系統(tǒng)研究了:膜表面親疏水性、表面粗糙度、膜平均孔徑、孔徑分布、膜孔分形維數(shù)、孔隙率、膜孔密度等特征參數(shù)在蛋白質(zhì)超濾過(guò)程中的變化。并結(jié)合膜特征參數(shù)的變化同膜通量衰減及截留率的變化趨勢(shì),解析蛋白質(zhì)超濾過(guò)程膜污染機(jī)理。主要結(jié)

2、論如下:
　　(1)PES-30k超濾膜的蛋白質(zhì)超濾過(guò)程通量變化分為:前期(約0~60min)、后期(約60~120min)兩個(gè)階段,前期通量衰減迅速,后期趨于穩(wěn)定。PES-50k超濾膜通量變化呈現(xiàn)三個(gè)階段:初期(約0~5min)、中期(約5-60min)、后期(約60~120min)。初期通量衰減劇烈、中期衰減緩慢、后期趨于穩(wěn)定。
　　(2)切割分子量大的膜,由于單位時(shí)間內(nèi)攜帶至膜表面的污染物多,導(dǎo)致初期污染速率大于切割分

3、子量小的膜。對(duì)于 PES-30k、PES-50k超濾膜,三種蛋白質(zhì)體系造成的膜污染均為:LYS>LYS+BSA>BSA。
　　(3)PES-30k和 PES-50k新膜表面粗糙度和親疏水性很接近,膜表面疏水性隨蛋白質(zhì)過(guò)濾時(shí)間的增加而增加,且在污染初期(0~5min)增幅最大,表明蛋白質(zhì)同膜的初期吸附對(duì)膜通量影響很大。膜表面粗糙度隨蛋白質(zhì)過(guò)濾時(shí)間的增加而增加,增幅最大發(fā)生在污染初期。與 BSA體系不同,在膜污染的中后期階段 LYS、

4、LYS+BSA污染膜表面有明顯的聚集體,而 LYS、LYS+BSA污染膜的通量衰減幅度均大于 BSA,表明聚集體的形成能夠影響著膜后期的污染速率。
　　(4)膜結(jié)構(gòu)參數(shù)變化表明:PES-30k超濾過(guò)程中,BSA初期在膜表面形成濾餅層,后期濾餅層不斷壓實(shí),能夠防止污染物進(jìn)入膜孔內(nèi),LYS、LYS+BSA過(guò)濾初期主要是 LYS堵住膜孔中小孔部分,后期逐漸形成濾餅層。PES-50k超濾過(guò)程中,整個(gè)過(guò)濾過(guò)程膜孔不斷減小,LYS、LYS+B

5、SA在污染第一階段內(nèi)下降幅度最大,表明膜孔窄化是這一過(guò)程主要機(jī)理。而 BSA在污染中期孔徑下降幅度最大。
　　(5)對(duì)于 PES-30k,膜孔堵塞是 LYS、LYS+BSA初期膜污染的主要機(jī)理,后期膜污染機(jī)理主要是濾餅層過(guò)濾;而濾餅層過(guò)濾是 BSA整個(gè)過(guò)濾過(guò)程的主要膜污染機(jī)理。對(duì)于 PES-50k超濾膜,膜孔堵塞是 BSA初期膜污染的機(jī)理,膜孔窄化是中期污染的主要機(jī)理。膜孔窄化是 LYS、LYS+BSA初期膜污染的主要機(jī)理,而中期

6、膜污染由膜孔窄化和膜孔堵塞控制,后期污染主要由濾餅層過(guò)濾決定。在LYS+BSA體系中,由于膜污染初期 LYS與膜之間的靜電引力以及后期 LYS分子之間形成的聚集體,使整個(gè)污染過(guò)程中 LYS+BSA體系中的 LYS對(duì)膜污染的產(chǎn)生起主導(dǎo)作用。
　　(6)蛋白質(zhì)超濾過(guò)程膜截留率因各階段膜污染機(jī)理不同而變化。膜孔窄化、濾餅層的形成能夠提高膜對(duì)蛋白質(zhì)截留率,對(duì)于孔分布寬膜,膜孔中小孔占比較高的情況下,膜孔堵塞將導(dǎo)致膜對(duì)蛋白質(zhì)截留率下降,不利