蛋白截留法评价超滤膜分离性能研究.docx

第３４卷 第６期膜 科 学 与 技 术Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．６２０１４年１２月ＭＥＭＢＲＡＮＥＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＤｅｃ．２０１４蛋白截留法评价超滤膜分离性能研究罗鸣，尚闽，郑祥＊（中国人民大学 环境科学与工程系，北京１００８７２）摘要：依据ＨＹ／Ｔ０５０—１９９９《中空纤维超滤膜测试方法》标准方法，采用不同分子量蛋白的截留率对两种超滤膜的截留分子量进行测试，并考察测试过程中运行时间、初始浓度和操作压力等参数对膜分离性能测试结果的影响．研究结果表明，标准中规定的几种参数中，蛋白的初始浓度对膜性能测试的结果影响很大．当牛血清蛋白浓度由１００ｍｇ／Ｌ增加至１０００ｍｇ／Ｌ时，蛋白的截留率从３．５％增加到８０．７％；蛋白原 液浓度越高，检 测所得到的膜截留分子量数值越低，造成测试结果与实际膜分离性能的偏差越大 ，但过低的蛋白原液浓度也会影响测试结果的稳定性．因此，在测试过程中可适当降低初始浓度为 １００～５００ ｍｇ／Ｌ 之间，适 当延长运行时间到４０ ｍｉｎ左右，以提高分离性能测试的准确性．关键词：超滤膜；截留分子量；基准物质中图分类号：ＴＱ０２８文献标志码：Ａ文章编号：１００７－８９２４（２０１４）０６－００５６－０６超滤膜的基本性能包括截留率、渗透性、孔隙率、孔结构、表面特性、耐热性、机械强度和化学稳定 性等［１］．其中超滤膜的分离性能是超滤膜重要的性能指标，而该性能又直接取决于膜的孔径和膜材料， 因此，准确测定膜的孔径对超滤膜的选择和应用有重要意义［２，３］．目前，按照我国有关超滤膜分离性能的标准，截留分子量为表征膜孔径大小的指标，其中截留分子量（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＣｕｔＯｆｆ，ＭＷＣＯ）是 指超滤膜在规定条件下对某一已知分子量物质的截留率达到９０％时该物质的分子量［４］．我国关于超滤膜分离性能测试的标准共有４ 项，其中国家海洋局发布的ＨＹ／Ｔ０５０—１９９９《中空纤维超滤膜测试方法》［５］主要参考美国材料与试验协会的ＡＳＴＭＥ１３４３—１９９０《平板超滤膜的分子量界限评定的测试方法》［６］和日本的工业标准ＪＩＳＫ３８２１—１９９０《超滤组件的纯水渗透性能测试方法》［７］等．而国家环境保护部发布的ＨＪ／Ｔ２７１— ２００６《环境保护产品技术要求．超滤装置》［８］中规定的截留率测试方法与其相同，另两项标准ＨＹ／Ｔ０６２—２００２《中空纤维超滤膜组件》［９］和ＨＹ／Ｔ１１２—２００８《超滤膜及其组件》［１０］则是直接引用了该方法．按照上述标准的规定，聚乙二醇（ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌ，ＰＥＧ）、蛋白等有机高分子作为基准物质对膜孔径进行标定，在０．１ＭＰａ、常温（２５℃）下用中空纤维超滤膜对已知分子量的某溶液进行截留，２０ｍｉｎ后取超滤液和原液，测定其吸光度，并计算出溶液相应的浓度和截留率［５］．截留分子量的方法属于溶质截留法，使用该方法存在的隐含前提是被截留的物质为球形分子［２］，而在ＨＹ／Ｔ０５０－１９９９中其中一种标准物质聚乙二醇（ＰＥＧ）为线性分子［１１］，截留率的测试结果有很大误差．蛋白虽然为球形分子，蛋白对膜表面有很大吸附性，易受到操作过程中操作参数的影响；除此之外，蛋白为弹性分子，在压力作用下，大于膜孔径的分子也有可能透过膜［２，１２，１３］．根据ＨＹ／Ｔ０５０—１９９９标准方法，蛋白的初始浓度范围规定在１０００～３０００ｍｇ／Ｌ之间，运行时间为２０ｍｉｎ，操作压力为０．１ ＭＰａ．若标准方法对浓度和压力的规定不合收稿日期：２０１４－０１－０１；修改稿收到日期：２０１４－０５－２８基金项目：“十二五”国家科技支撑计划（２０１２ＢＡＪ１９Ｂ０２）；教育部“新世纪优秀人才支持计划资助”（ＮＣＥＴ－１２－０５３１）第一作者简介：罗鸣（１９８９－），女，陕西人，硕士生，从事水处理与膜技术研究．＊通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｘｉａｎｇ７８２５＠１６３．ｃｏｍ第６期罗鸣等：蛋白截留法评价超滤膜分离性能研究·５７·理，则有可能会增 大蛋白在膜表面的吸附量或迫使大于膜孔径的分子透过膜，进而影响蛋白的截留率和测试结果的准确性．目前，我国关于蛋白截留法对超滤膜性能表征的研究较少，董声华和郑领英［１４］研究了蛋白、葡聚糖、聚乙二醇３种基准物质对膜性能表征的比较；吴 金克和王彬［１１］研究了在０．１ＭＰａ的压力下，用超滤膜截留卵清蛋白和牛血清蛋白，取３０ｍｉｎ超滤液出水对膜性能进行表征；周晨等［１５］从实验操作的角度上，对标准中规定的蛋白原液的初始浓度进行改进； 吕晓龙［１，１６］根据标准规定对中空纤维内压膜进行测试时，蛋白浓度为１０００ｍｇ／Ｌ，进口端压力为０．１０ＭＰａ，出口端压力为０．０６ＭＰａ，测试温度为２５℃， 取２０ｍｉｎ原液和透过液对膜性能进行表征，并说明该