武汉工业学院毕业论文开题报告题目 CA超滤膜的制备及其在胶原蛋白分离中的应用姓名刘宇恒学号 0 9 0 2 0 2 2 1 7专业班级化工 092 班指导老师李云雁开题日期 2013 年 3 月 1 日开题报告1、综合本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义。

随着科学技术的发展，“膜”这个新名词已经越来越多地在科研、生产和科技文献中出现。

尽管想象起来，膜不过是一层极微的薄片，但是它的威力却惊人之大，神通无比，因此其应用领域日趋广泛。

膜技术是当代最先进的化工分离技术之一。

膜技术最初主要是应社会对水资源的要求而产生的。

目前，膜技术作为优先发展的高新技术已成为一项重要的化工单元操作，它以其高效、节能和工艺简单等特点正在取代一些旧的单元操作．膜技术在节能、水资源开发、环保、化工等方面具有相当强的技术优势。

如果说18世纪电器改变了整个工业过程，那么20世纪膜技术将改变整个社会面貌。

在日本，膜技术被列为21世纪的基盘技术进行研究与开发．在21世纪的多数工业中，膜分离技术扮演着战略的角色．世界著名的化学与膜专家黎念之博士说过，“要想发展化工，就必须发展膜技术，谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。

另外，膜技术在膜反应器中的催化转化方面也具有广阔的发展前景．不同的膜分离技术，根据其机理可应用于不同的化工领域[1]。

超滤(ultrafiltration,简称UF)是一种根据被分离物质分子量差异进行分离的膜过程。

通常认为超滤过程是一个与膜孔径大小相关的筛分过程，膜两侧的压力差为推动力，超滤膜为分离介质。

即在一定压力下，当溶液流经膜表面时，由于组分分子大小与膜孔的差异，只有那些分子直径远小于超滤膜孔径的组分比如水、无机盐及小分子物质等在膜两侧压差的作用下透过超滤膜层达到透过侧；而悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质被截留，达到溶液净化、分离与浓缩的目的。

超滤的应用范围为截留分子量500~500000道尔顿。

超滤膜领域取得了很大的突破应用也极其广泛，基本上涉及过滤的行业都可以用到过滤设备。

超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。

醋酸纤维素（CA）由于其来源广、价格低、亲水性好、成孔性好、稳定、成膜工艺简单且膜性能良好而成为超滤膜的主要材料。

所以CA超滤膜在各个方面的应用非常的非常广泛。

胶原蛋白是一种具有生理功能的天然蛋白质，广泛存在于动物皮肤、肌腱和其他结缔组织中。

胶原具有独特的生理功能，如具有低免疫原异性、良好的生物相容性、抗氧化性、生物可降解性等，因此其应用领域较广，涉及食品、化妆品、医药等各个行业刚。

目前对猪肉皮、猪蹄、牛蹄筋、鱼鳞、还有软骨等物质中胶原蛋白的提取利用最常见。

鱼鳞是生产水产胶原蛋白的重要原料来源之一[2]。

鱼鳞中还含有约30%灰分，主要为羟基磷灰石，以及少量的碳酸钙﹑磷酸镁﹑磷酸钠等无机盐，这些盐类在胶原蛋白提取过程中会大量溶解在酸性的提取液中，如不加以去除，将导致最终产品的灰分指标偏高，影响产品质量。

目前国内外在鱼鳞胶原蛋白生产过程中对盐类的去除多在提取过程之前，采用酸将不溶性盐转化为可溶性盐加以去除，但这一工艺提取周期长，目标产物得率低。

采用酸性溶液加热提取的方法，将盐溶解过程与胶原蛋白提取过程合并，有利于目标产物的大量﹑快速提取。

对于胶原蛋白提取液中存在的大量无机盐，可利用胶原蛋白与无机盐分子量的显著差异，采用超滤技术进行脱除。

许多研究者报道，超滤可作为蛋白质分离纯化过程中的一步，主要用作蛋白质的回收、浓缩和脱盐。

如果选择条件合适、操作正确，蛋白质的回收率可达80％，稀蛋白质经超滤浓缩可使其浓度达到50％。

Ku等[3]用截流分子量为30kDa的超滤膜对淀粉废水中的蛋白进行回收，可使蛋白质回收率达82．8％。

应用超滤对蛋白质样品进行浓缩与脱盐时，最主要是根据样品分子量、分子形态及溶液的性质选择膜的类型、规格、截留分子量和滤水速度。

Amdinos[4]应用超滤浓缩水解酶液；Taylot等[5]利用中空纤维超滤膜浓缩蛋白质沉淀悬浮液，达到浓缩目的；Noordman等[6]采用超滤技术对蛋白质浓缩和脱盐，考察了不同离子强度和pH 值对操作过程的影响；郭立新等[7]在丙种球蛋白制品的生产过程中采用超滤技术用于蛋白质的脱醇和浓缩；冯彪等[8]采用超滤技术对酪蛋白酶解液进行浓缩分离，分析超滤过程中操作压力、料液pH值、料液浓度等因素对膜透过速率的影响；杨国龙等[9]采用平板聚醚砜膜包浓缩大豆蛋白提取液得到膜分离大豆浓缩蛋白，冷冻干燥得到淡黄色的粉末状大豆浓缩蛋白，回收率大于90％，蛋白质含量大于72％，并从理论上得出采用全回流超滤浓缩大豆蛋白提取液所得浓缩蛋白质的蛋白含量，对实际生产具有指导意义；石旗红Lz6J针对海蜇胶原蛋白提取中存在的问题制定了一系列的措施，采用超滤浓缩纯化工艺，得到分子量在10～30万道尔顿的胶原蛋白，截留率达95％～98％，并有效地回收蛋白酶，使反应体系循环使用，得到的胶原蛋白纯度较高；另外，李燕等[10]分别采用盐析、超滤等方法分离纯化胶原蛋白粗提物，结果证明超滤法能更有效地分离纯化胶原蛋白，且大大地提高了胶原蛋白的得率。

超滤技术还用于蛋白质的分级分离，这方面的报导也较多。

Higuchi等[10]应用超滤分离其化学修饰性质相似的蛋白；马培松掣[11]进行了平板式膜分离免疫球蛋白的研究；以上这些应用在分离分子量相差较大的产品取得了良好的分离效果。

另外，对于分子量小于3kDa的产品性能还有除热原作用。

张惠新等[12]对中空纤维超滤膜去除细菌内毒素效果进行了研究。

一次超滤，就可以使热原水平达标，对产品无任何污染，并且对产品的吸附小，不会影响产品的收集。

Robitatue等[13]还用超滤进行肌红蛋白的浓缩，使产品可达检测要求。

综上所述，超滤是集蛋白质浓缩和分离为一体的一种纯化方法，在大规模蛋白质纯化工艺中是许多纯化方法不可取代的。

2、研究的基本内容，拟解决的主要问题：研究的基本内容：CA超滤膜的制备方法的探讨；CA超滤膜在分离蛋白质上的运用拟解决的主要问题：⑴解超滤膜的相关知识⑵得基本的制膜方法⑶会用超滤膜的过滤方法3、实验步骤、方法及措施：实验步骤及方法：3.1 实验部分3.1.1. 实验原料及仪器表3-1制备所需的化学试剂Table.3-1 Chemicals for membrane preparation试剂规格生产厂家醋酸纤维素工业纯国药集团化学试剂有限公司N,N-二甲基甲酰胺分析纯国药集团化学试剂有限公司丙酮分析纯国药集团化学试剂有限公司牛血清蛋白生化试剂M w=67 000 国药集团化学试剂有限公司磷酸二氢钠分析纯国药集团化学试剂有限公司磷酸氢二钠分析纯国药集团化学试剂有限公司表3-2 实验仪器与设备Table.3-2 Equipment used in experiments设备名称仪器型号生产厂家杯式超滤器MSC300ml 上海万资实业有限公司磁力加热搅拌器ETS-D4 IKA公司电子天平BS4202S Sartorious紫外-可见分光光度计TU-1901 北京普析通用仪器有限公司电动搅拌器JJ-1.60W 上海浦东物理光化学仪器厂千分尺0-25mm 哈尔滨量具刃具集团有限责任公司扫描电子显微镜Quanta 200 Philips FEI公司3.1.2 CA膜的制备采用浸没沉淀相转化成膜工艺制备超滤膜，其步骤是：现将一定质量的高分子聚合物溶于有机溶剂中配置铸膜液，然后将铸膜液在玻璃板上刮成一定厚度的初生太液膜，初生太液膜在特定的环境中经短暂的诱导分相后随即浸入到非溶剂凝结浴中，初生太液膜在非溶剂中脱除溶剂固化得到超滤膜。

在研究中CA超滤膜的具体制膜过程如下所述：⑴铸膜液的配制：在混合溶剂体系二甲基乙酰胺中溶解一定量的CA，在40℃下机械搅拌8h至CA充分溶解；⑵脱泡：将铸膜液在45℃下静置12h，脱除铸膜液中的气泡得到均匀透明的均相铸膜液；⑶刮膜：将已配置好的铸膜液流延于表面洁净6×10cm普通玻璃的一端，匀速平拉玻璃棒至玻璃般的另一端，在玻璃板上刮出约240µm厚的初生太液膜；玻璃板和刮刀在刮膜之前用无水乙醇擦洗；⑷凝胶固化：初生太液膜刮制后在空气中蒸发40s后立即浸入凝结浴中，相转化凝固成膜，固化后的膜继续浸在凝胶浴中浸泡12h以上，再用去离子水彻底清洗固化的膜，然后湿态保存。

3.1.3 CA 膜的性能测试和表征本文中的超滤膜的透过性试验杯式超滤器中进行，整套实验装置如图3-1所示。

超滤杯的直径约为90mm ，有效膜面积为38.5cm 2，将制备好的膜剪裁为直径约为90mm 的样品后置于超滤杯中进行测试。

CA 膜在经行超滤测试之前先在0.15MPa 压力下用去离子水预压0.5h ，然后在0.1MPa 压力下进行通透性实验。

膜的厚度用千分尺来测量。

3.1.3.1 纯水通量纯水通量是单位面积上，单位时间内透过水的体积。

按下式计算：J W =tA V W ∆ （公式3-1） 式中J W 是纯水的通量；V W 为透过水的体积（ml ）;△t 为收集透过一定量纯水所需要的时间（min ）；A 为有效膜面积（cm 2）。

3.1.3.2截留率试验用牛血清蛋白（0.1%）的磷酸盐缓冲液（0.05M ，PH7.2）为标准物质来来测定所制备膜的截留性能。

在所有的试验中，原料液的浓度均保持一致。

用UV-9001紫外可见光光度计测定波长为280nm 处原料液和透过液的吸光度。

截留率按公式3-2计算：R =（1－fP C C ）×100% （公式3-2） 式中：R 为截留率, C P 为透过液的浓度。

C f 为原料液的浓度。

3.1.2.3含水量和孔隙率膜的含水量和孔隙率是决定膜性能的主要参数。

通过测定膜的含水量和空隙率可预测膜的渗透性能，其值越高，膜的渗透性能也相应越好。

超滤膜的孔隙率ε测定采用干湿重量法：裁剪一块3×3cm 大小的膜样品，将膜样品在水中充分浸泡后，用滤纸擦去膜表面的水，选取三个不同的点测量膜的厚度，再用电子天平称量得到湿膜质量，然后将膜样品在70℃的烘箱中干燥12h ，城中得到干膜质量，膜的孔隙率公式3-3计算：含水量按公式3-4计算：ε=l A W W ⋅⋅水干湿ρ-×100% （公式3-3）式中：ε为孔隙率，W 湿为湿膜质量（g ）,W 干为干膜质量（g ）, ρ水为水的密度（g/cm 3）,A为膜的面积（cm 2）,l 为膜的厚度（cm ）。

Water content=湿干湿ρW W -×100% （公式3-4）3.1.3.4扫描电子显微镜将膜样品脱水处理后在液氮中脆断，真空蒸镀法镀金后，用扫描电镜观察其上表面和断面的形貌。