新型PPESK酶膜反应器的研究与应用

论文摘要

酶膜反应器作为新兴的多学科交叉研究领域，将生物酶的高催化活性与分离膜的选择透过性结合起来，实现了反应与分离同步进行，具有很高的效率。本论文采用课题组自主研发的耐高温特种工程树脂——含二氮杂萘酮结构聚芳醚砜酮（PPESK）研制了中空纤维超滤酶膜反应器，并对其进行了系统的研究。主要内容如下：采用干-湿相转化法制备了不同配方PPESK中空纤维超滤膜，并结合不同构型酶膜反应器对膜结构与性能的要求确定了适宜的膜配方与制膜工艺。以PPESK中空纤维超滤膜为膜组件研制了分体式酶膜反应器（REMR），研究了REMR催化酵母RNA水解生产5’-核苷酸的工艺条件，考察了反应时间、反应温度、RNA浓度、酶浓度、pH值等工艺参数对酶解率的影响，并探讨了膜污染的原因和膜清洗的条件。结果表明，当RNA浓度为2％，核酸酶P1浓度为100mg／l，pH值为5.2，体系温度为65℃，过膜压力为0.1MPa时，反应5小时REMR的酶解率可达85％。对于已污染的膜，采用60℃质量体积分数为2％的NaOH溶液，在0.1MPa下反向清洗30min清洗效果较好。采用改进后的Negrel法制备了凝胶层膜。结果表明，动态法鞣制效果优于静态法。考察了明胶涂敷、交联剂浓度、鞣制温度对凝胶层膜性能的影响。实验采用10g／l的明胶液过滤20min作为蛋白沉积的条件；35℃质量体积分数为2％的戊二醛溶液动态法鞣制凝胶层膜的作为化学鞣制的条件。采用热碱洗和酸洗相结合的方法来实现凝胶层膜的清洗与再生，效果良好。分别采用非均相法和拟均相法制备新型交联剂——双醛淀粉。考察了反应时间、反应温度、pH值和投料比对双醛淀粉氧化度的影响。结果表明，低温条件下采用拟均相法制备的DAS既可以有效克服过氧化等副反应，又可以达到较高的反应速率与理想的氧化度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 膜与膜分离技术
• 1.2 酶的膜固定化技术
• 1.3 酶膜反应器
• 1.4 核酸酶 P1的结构与性质
• 1.5 选题依据和研究内容
• 参考文献
• 2 PPESK中空纤维超滤膜的制备与选择
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料与试剂
• 2.2.2 实验仪器与设备
• 2.2.3 PPESK中空纤维膜及膜组件的制备
• 2.2.4 膜的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PPESK中空纤维超滤膜的影响因素
• 2.3.2 EMR对膜结构与性能的要求
• 2.3.3 中空纤维膜的结构与性能
• 2.3.4 PPESK中空纤维超滤膜的耐热性能
• 2.4 结论
• 参考文献
• 3 分体式酶膜反应器制备5’-核苷酸的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料与试剂
• 3.2.2 实验仪器与设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 REMR与STR反应器的对比
• 3.3.2 REMR的运行分析
• 3.3.3 REMR的产率分析
• 3.3.4 REMR的工艺研究
• 3.3.5 REMR的膜污染
• 3.3.6 REMR的膜清洗
• 3.4 结论
• 参考文献
• 4 固定化酶膜的研制Ⅰ凝胶层膜的制备与性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料与试剂
• 4.2.2 实验仪器与设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 明胶过滤对膜通量的影响
• 4.3.2 交联剂浓度的影响
• 4.3.3 鞣制温度的影响
• 4.3.4 凝胶层膜的清洗与再生
• 4.4 结论
• 参考文献
• 5 固定化酶膜的研制Ⅱ双醛淀粉的合成与表征
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料与试剂
• 5.2.2 实验仪器与设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 双醛淀粉的FT-IR分析
• 5.3.2 合成方法的选择
• 5.3.3 反应时间的影响
• 5.3.4 反应温度的影响
• 5.3.5 pH值的影响
• 5.3.6 投料比的影响
• 5.4 结论
• 参考文献
• 结论
• 附录A 附录内容名称
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢