磁控约束膜分离方法研究

论文摘要

本文采用相转化法,把纳米Fe3O4颗粒填充到聚砜（Psf）中,制备出一种磁性Psf-Fe3O4复合超滤膜,分析了不同Fe3O4粒径和添加量对膜的影响,选取较优Fe3O4粒径和添加量,并对膜结构和性能进行了表征;然后从磁场约束和几何变形两个角度对膜的作用机理进行了分析;最后用芦丁、葛根素、槲皮素单体和银杏总黄酮考察了膜的实际分离效应。研究结果表明:1.根据原子力显微镜和水通量实验,确定选用Fe3O4粒径为10nm;由孔隙率检测和扫描电镜观察,确定所制备的复合超滤膜中纳米Fe3O4颗粒的较优添加量为20%。扫描电镜、原子力显微镜观察知,纳米粒在膜中分布基本均匀,在10μm×10μm观测范围内复合膜的粗糙度只有39.106nm;X射线光电子能谱提示:复合膜中纳米Fe3O4粒子与聚砜之间形成了Fe-O-S键,粒子能较为稳定的分布在聚砜基体中。磁滞曲线显示填充纳米Fe3O4颗粒的复合膜具有超顺磁性。2.有机超滤膜填充纳米磁性介质后,在外磁场作用下,会产生电磁诱导和膜孔几何变形约束效应。●带电物质溶菌酶溶液和α-淀粉酶在磁场作用下,Psf-Fe3O4膜对它们的截留率降低,且随着带电量的增加,降低幅度增加,提示带电物质在磁场作用下受到洛伦兹力作用引起的。●顺磁性物质2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物（TEMPO）和钆喷葡胺在磁场作用下,Psf-Fe3O4膜对它们的截留率降低,提示磁性物质受到磁场引力的作用。●抗磁性物质葡聚糖和聚乙二醇在磁场作用下,Psf-Fe3O4膜对它们的截留率也发生变化,提示磁性介质的磁效应会使膜孔发生几何变形。3.复合超滤膜在磁场作用下具有选择性分离功能。在不同磁场强度下,利用Psf-Fe3O4磁性复合超滤膜对芦丁、葛根素和槲皮素单体进行分离,三种单体透过浓度增加,截留率降低,但每种单体的透过浓度随磁场变化趋势有所不同。可以利用这种磁性复合超滤膜,通过调节外加磁场实现对一些复合物的连续有效分离。4.利用Psf-Fe3O4复合膜从GBE原料中提纯银杏总黄酮,无磁场作用时,超滤膜可使黄酮含量从15.60%提高到30.16%;在0.2T磁场下,黄酮含量提高到35.24%;黄酮含量随磁场强度的增加而提高,但在1.0T时基本饱和,最高达52.87%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 超滤膜的研究现状
• 1.2.2 纳米磁性材料的研究现状
• 1.2.3 物质的磁性
• 1.2.4 超滤膜应用国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 膜的制备及表征
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 主要仪器和试剂
• 2.1.2 膜的制备
• 2.1.3 膜的表征
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 聚砜超滤膜的制备
• 3O₄对磁性复合膜的影响'>2.2.2 磁性复合超滤膜的制备及不同粒径 Fe₃O₄对磁性复合膜的影响
• 3O₄添加量不同对磁性复合膜的影响'>2.2.3 磁性复合超滤膜的制备及 Fe₃O₄添加量不同对磁性复合膜的影响
• 2.2.4 膜的表征
• 2.3 小结
• 第3章 机理分析与验证
• 3.1 磁性约束机理与膜孔几何变形机理分析
• 3.2 机理验证
• 3.2.1 主要仪器和试剂
• 3.2.2 磁场约束效应验证实验
• 3.2.3 几何变形效应验证实验
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 磁场约束机理分析
• 3.3.2 几何变形机理分析
• 3.4 小结
• 第4章 分离效应
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 主要仪器和试剂
• 4.1.2 芦丁、葛根素、槲皮素实验
• 4.1.3 银杏总黄酮截留实验
• 4.1.4 GBE中黄酮的分离提纯实验
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 芦丁、葛根素、槲皮素实验
• 4.2.2 银杏总黄酮的截留实验
• 4.2.3 GBE中黄酮的提纯试验
• 4.3 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附录
• 主要创新点
• 攻博期间发表的论文