聚氯乙烯共混膜的制备及多糖分级分离的应用研究

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1、北京工业大学博士学位论文聚氯乙烯共混膜的制备及多糖分级分离的应用研究姓名：叶晓申请学位级别：博士专业：环境工程指导教师：钟儒刚;闫红20090301摘要人类社会可持续发展的实现，要解决环境、资源和能源等所面临的问题。分离技术特别是膜分离技术作为其相应支撑技术体系将起到十分重要的作用。膜分离技术是改造传统产业、推进相关行业技术进步的高新技术之一，在能源、水资源、生态环境、传统产业及高新产业等领域成为不可替代的关键技术。特别是其所具有的分离效率高、条件温和、能量消耗低、无有机溶剂排放、可连续分离、无相态变化等特点，使其成为一种绿色分离工艺替代一些高能耗的传统分离技术，在化工、环保、医药、

2、食品和生物等领域得到推广应用。生物医药产业是北京市重点发展的支柱产业之一，新药研发和天然产物有效部位的分离确定是这一产业的研究热点。对于具有生物活性的多糖，其活性与其分子量的大小及分布密切相关，所以对多糖进行分子量分级分离技术的研究是必要的基础研究。传统的多糖分级分离方法不仅分离效率低、生产周期长、溶剂和能源消耗量大，而且分离过程中存在杂菌污染和热敏性物质失活等问题。将膜分离技术用于多糖的分级分离，不但为多糖的纯制提供一种节能环保的绿色新工艺，同时也为膜技术分离生物活性物质的研究提供实验基础。本研究围绕膜法分级分离多糖过程中所涉及的膜的制备、分离模型的建立及分离工艺等方面展开。以聚氯

3、乙烯(PVC)树脂为主体材料，通过共混改性制备出适用于多糖分级分离的膜材料，采用人工神经网络的方法建立超滤分离多糖的映射关系模型，进而应用于多糖的分级分离工艺研究。首先，改性超滤膜材料的制备研究。以PVC树脂为主体材料，分别与氯醋树脂(VC．co．VAc)、氯醋树脂醇解物(VC．gO．VAc．OH)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等具有不同相容性的第二聚合物进行共混改性，使PVC膜材料的亲水性能、膜通量和成膜性能得到改善；通过铸膜液组成和制膜条件的研究，确定影响膜分离性能的显要性因素，其次序为共混比、聚合物含量、凝胶浴温度和挥发时间；所得PVC／VC．gO-VAc、PVC／VC．co．VA

4、c．OH和PVC／PVB共混改性膜的拉伸强度均大于1．5MPa／cm2，水通量分别比未改性PVC膜提高1．4、2．5和2．7倍，并优于商品醋酸纤维素膜(CA．20)、聚砜膜(PS．20)和聚醚砜膜(PES．20)，其中亲水性最好的PVC／VC-CO．VAc．OH膜的卵清蛋白截留率与PS．20和PES．20相当，捅萤而通量是PS．20膜的1．2倍，是PES．20膜的l。7倍。其次，膜分离多糖映射关系模型的建模研究。利用人工神经网络(ANN)建立超滤法膜分级分离多糖的映射关系模型，并对优化工艺参数的方法进行研究。采用均匀设计方法确定实验样本的数据采集范围，采用误差反向传播算法(BP算法)

5、，利用Matlab软件NNT工具箱，建立超滤膜分离多糖时料液浓度、操作压力及料液温度与膜通量和截留率的映射关系模型。PES．20膜分离姬松茸多糖通量的单输出模型结构为3×7×1，截留率的单输出模型结构为3×11×1，其通量和截留率的预测误差分别为3．67％和1．24％；对于通量和截留率的双输出模型结构为3×17×2，其通量和截留率预测误差分别为4．05％和1．56％。为验证该方法的可行性，利用同样方法建立PS．50膜分离枸杞多糖的映射关系模型，其通量和截留率的单输出模型预测误差分别为6．63％和7．81％，双输出模型的预测误差为8．77％和9．49％，均具有较好的泛化能力，满足实际预

6、测误差小于10％的应用要求。最后，膜法分级分离多糖的工艺研究。运用上述建立的膜法分离多糖的映射关系模型和正交实验结果，确定改性PVC膜分离多糖的主要影响因素及操作条件。改性PVC膜(PVCNC．CO．VAc．OH膜)可在较高料液浓度，低操作压力下分离多糖，其初始通量为107．5kg／m2-h，是PES膜的2．5倍，PS膜的1．7倍，截留率为96．3％，通量衰减系数为58．0％，说明其分离效果及抗污染能力优于PES和PS膜。所制改性PVC中空纤维超滤膜组件的纯水通量和糖通量分别高于PS一50膜组件13．3％和22．8％，在其与微滤、纳滤集成联用对多糖进行分子量分级的工艺研究中，姬松茸、

7、枸杞和茶树菇多糖的HPGPC分子量分布明显变窄；分级所得姬松茸多糖100kDa超滤截留组分(C=8001ag／mL)具有明显的体外小鼠脾淋巴细胞增殖活性(p<0．001)，增殖率高达451．5％，是未经分级姬松茸多糖的2．7倍。总之，膜分离技术整个工艺过程为常温操作，对多糖的生物活性影响较小，并能够达到分级分离的目的，而且能减少有机溶剂排放，降低能源消耗，易于实现连续化操作，是一种值得推广的绿色环保工艺。关键词聚氯乙烯共混膜；膜分离技术；ANN模型；多糖分