利用表面张力组成理论研究高分子膜对蛋白质的吸附作用

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超滤膜的污染问题是膜分离技术中的一个研究热点。为了开发耐污染的超滤膜,建立有效的膜污染机理理论是非常必要的。目前通常采用亲疏水作用理论对膜与污染物之间的吸附行为进行解释。由于这是用单一参数进行解释,所以常常不能够准确解释膜污染的行为,因此需要采用更为准确的理论对膜污染进行分析。目前能够更准确描述材料表界面作用的理论是表面张力组成理论,但这个理论还没有被广泛用于对膜污染的研究,并且很多高分子材料的表面张力组成没有经过详细测定。因此本论文采用表面张力组成理论研究高分子膜污染的行为,以牛血清蛋白(BSA)为污染物研究对象,用动态接触角技术系统测定了十多种高分子材料(PES、PBT、PEI、POM、PPO、PC、PSF、PVDF、SAR等)以及自制的PES、PVDF和PSF超滤膜的表面张力组成参数。通过添加蛋清蛋白,来制备抗蛋白质污染的聚醚砜超滤膜,系统研究了制膜工艺条件与膜抗蛋白质污染之间的关系。
　　对于用高分子材料制备的无孔均质膜,BSA吸附量与材料的表面张力及两者之间的界面张力,存在如下关系:当高分子材料的色散能值增加时,高分子材料对BSA蛋白的吸附量增加;对于路易斯碱值来说,高分子材料对BSA的吸附量随着路易斯碱值的减小而增加;当高分子材料与BSA的界面张力值增加时,BSA吸附量增加。高分子材料的表面张力与其分子结构之间存在一定的关系。分子结构中含有醚基团的材料,如PBT、PC、PPO及POM表现出较强的路易斯碱性,苯环的位置对临近基团有较大的影响,苯环可以减小醚基的路易斯酸碱性,因此,PEI、PES和PSF的路易斯碱值是很小的。
　　对于由PES、PSF和PVDF制成的超滤膜,实验发现:当超滤膜的色散能值增加时,超滤膜对BSA的吸附量增加;超滤膜对BSA的吸附量随着路易斯碱值的减小而增加;当超滤膜与BSA的界面张力值增加时,BSA吸附量增加。总体看来,BSA在具有多孔的超滤膜表面的吸附行为与其在无孔的高分子薄膜表面吸附时表现的行为基本一致。
　　对于由蛋清蛋白作为共混剂制备的PES超滤膜,实验发现制膜工艺的最佳条件为:PES浓度为18wt.％,蛋清蛋白浓度为4wt.％,PEG浓度为10wt.％,凝固浴温度为20℃,预蒸发时间为10s。共混超滤膜的抗BSA污染性能从大到小依次为:PES/EW(4wt.％)＞PES/EW(6wt.％)＞PES/EW(2wt.％)＞Pure PES。纯PES超滤膜的通量衰减系数为52.36％,PES/EW(4wt.％)共混超滤膜与纯PES超滤膜相比,其通量衰减系数下降到45.60％。BSA在共混改性的超滤膜表面的吸附行为与其在无孔的高分子薄膜表面吸附时表现的行为也基本一致。
　　本论文的研究工作对于系统的认识高分子材料结构及其表面张力组成之间的关系、深入理解高分子膜材料及超滤膜被蛋白质污染之间的关系具有重要的理论参考价值。

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作者
王冰;
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作者单位

东北林业大学;

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授予单位东北林业大学;
学科高分子化学与物理
授予学位硕士
导师姓名史宝利;
年度 2010
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
高分子材料; 超滤膜; 表面张力; 膜污染; 吸附作用;

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