电场强化蛋白质溶液超滤过程研究_宋伟杰

·472·第四届中国膜科学与技术报告会论文集2010年10月电场强化蛋白质溶液超滤过程研究宋伟杰,陈国强,苏仪,陈向荣,沈飞,万印华`(中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京100190)摘要:采用牛血清白蛋白(BSA)作为模型蛋白质,考察了电场强化超滤过程的基本参数对单组分蛋白质超滤过程的影响.实验结果表明,外加方向合适的直流电场,可有效的抑制蛋白质超滤过程中的浓差极化和膜污染,进而提高超滤的渗透通量.在考虑电渗作用的条件下对临界电场强度的定义和计算过程进行了修正和推导,并与实验得到的临界电场强度值进行了对比,误差在20%以内.实验中还考察了超滤过程的基本参数对临界电场强度的影响,结果表明,随着跨膜压力和蛋白质浓度的提高,需要更高的临界场强,而错流速度则对临界场强影响不大.关键词:电场;蛋白质;超滤;临界电场强度利用超滤技术来浓缩和分离蛋白质已经广泛应用于生物技术产业中,但是浓差极化和膜污染造成的渗透通量的下降和膜使用寿命的降低是制约蛋白质超滤技术应用和发展的主要因素l[,2口.目前已经开发了多种的方法来抑制浓差极化和膜污染,其中采用外加电场的方法来强化超滤过程由于其显著的优点,如:可以有效的抑制浓差极化和膜污染进而显著的提高通量,不产生相变及温度变化,不中断循环过程,不增加剪切力以及不引进其它的物质等,得到了国内外研究人员的广泛关注.关于电场强化蛋白质超滤过程的研究结果表明,在溶液pH值偏离蛋白质的等电点的情况下,施加方向适当的外加电场可以有效的提高超滤过程的渗透通量.文献中对常规超滤操作参数如跨膜压力,错流速度,离子强度,pH值以及电场强度,电场施加方式等参数对单组分蛋白质的电超滤过程的影响进行了考察,得出了电超滤过程基本的操作规律,但是这些研究工作通常关注于电场对超滤过程中的渗透通量的提高,而对于电超滤过程中,电场对浓差极化层的抑制作用以及膜污染的抑制作用没有分开考察,对电超滤过程中污染层阻力和电渗作用对临界电场强度的影响也鲜见研究.本文利用牛血清白蛋白(BSA)作为模型蛋白质,采用30kDa聚醚矾(PE)S超滤膜,在全循环模式下考察了电场对单组分蛋白质溶液的超滤过程的影响,实验中考察了跨膜压力,错流速度,料液浓度等参数对电场强化超滤过程的影响.考察了跨膜压力,错流速度,料液浓度等参数对临界电场强度的影响,并且对传统的临界场强计算公式进行了修