水中典型蛋白污染物超濾膜分離過(guò)程及影響因素研究.pdf

1、隨著水資源日益短缺以及超濾膜技術(shù)的迅速發(fā)展,超濾工藝在水處理領(lǐng)域倍受關(guān)注。然而膜污染問(wèn)題仍然是制約超濾技術(shù)推廣應(yīng)用的主要障礙。已有研究表明,DOM是造成膜污染的主要原因物質(zhì),其中蛋白質(zhì)就是DOM中的典型代表物之一。因此,深入研究典型蛋白污染物的超濾膜分離過(guò)程及其影響因素具有十分重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。
　　本文選擇了牛血清蛋白(BSA)和溶菌酶(LYS)作為典型蛋白質(zhì),針對(duì)蛋白質(zhì)的超濾膜分離過(guò)程,系統(tǒng)研究了蛋白質(zhì)類(lèi)型及濃度、膜的

2、切割分子量、溶液水環(huán)境條件(pH值、離子強(qiáng)度、二價(jià)金屬離子)等因素對(duì)PES超濾膜分離過(guò)程的影響。
　　主要得出以下結(jié)論:
　　(1)在相同條件下,LYS溶液對(duì)膜的污染最嚴(yán)重,BSA-LYS二元溶液次之,BSA溶液最輕。三種蛋白質(zhì)溶液對(duì)膜污染程度的不同受到蛋白質(zhì)分子之間以及蛋白質(zhì)與膜表面的靜電作用以及膜孔徑與蛋白質(zhì)分子量相對(duì)大小的影響。
　　(2)蛋白質(zhì)溶液對(duì)膜的污染隨著溶液濃度的增加而加重。溶液濃度越高,與膜表面接觸的

3、蛋白質(zhì)總量越大,碰撞頻率越高,蛋白質(zhì)分子進(jìn)入膜孔的幾率越大,吸附在膜表面的蛋白質(zhì)分子越多,膜污染越嚴(yán)重。
　　(3)切割分子量較大的膜更易受到污染。切割分子量越大,單位時(shí)間產(chǎn)水量越大,被帶到膜表面的蛋白質(zhì)總量越大。較大的初始通量會(huì)導(dǎo)致濃差極化的加重,增大施加在蛋白質(zhì)分子上朝向膜表面的推動(dòng)力,導(dǎo)致膜污染更嚴(yán)重。
　　(4)BSA溶液pH=5時(shí)對(duì)膜污染最嚴(yán)重。由于溶液pH值最接近BSA等電點(diǎn)(IEPBSA=4.7),BSA分子表

4、面凈電荷幾乎為零,水合半徑最小,分子間的斥力幾乎為零,對(duì)膜造成的污染最嚴(yán)重。當(dāng)溶液pH值偏離等電點(diǎn)時(shí),BSA分子表面的電性逐漸恢復(fù),分子間的靜電斥力也隨之增加,膜污染程度逐漸減輕。
　　(5)LYS溶液在pH=9時(shí)對(duì)膜污染最嚴(yán)重,pH=11時(shí)較pH=9時(shí)的污染輕。是由于LYS等電點(diǎn)為pH=10.4,溶液pH=9時(shí),pH

5、的污染。溶液pH=11時(shí),溶液pH>IEPLYS,LYS分子帶負(fù)電荷,膜表面也帶負(fù)電荷,污染物分子與膜之間的靜電斥力使得污染物不易附著在膜表面造成膜的污染。
　　(6)當(dāng)溶液pH值為5、7、9時(shí),BSA-LYS二元溶液中對(duì)膜的污染嚴(yán)重,且污染程度相差不大。由于IEPBSA

6、之間的靜電作用力達(dá)到了牢固穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡,因此在pH介于兩者蛋白質(zhì)等電點(diǎn)之間變化時(shí),對(duì)膜的污染程度影響不大。
　　(7)溶液離子強(qiáng)度越高,對(duì)膜的污染越嚴(yán)重。是由于溶液離子強(qiáng)度的增加能夠壓縮蛋白質(zhì)分子雙電層,減小分子間的靜電斥力,同時(shí)屏蔽蛋白質(zhì)分子表面部分電荷,使得蛋白質(zhì)分子更易在膜面和膜孔吸附。
　　(8)由于Ca2+和Mg2+能夠與蛋白質(zhì)分子中的羧基發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成絡(luò)合物,并部分中和蛋白質(zhì)所帶的電量,降低分子間的靜電斥力。