Диффузия нейтральных аминокислот в катионообменной мембране

• Автор: Овчаренко, Елена Олеговна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 154 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава Т. Обзор литературы. Диффузия в растворах и мембранах
1.1. Диффузия в растворах
1.2. Диффузионные процессы в мембранах
1.3. Облегченный транспорт в мембранах
1.4. Диффузия аминокислоте ионообменных мембранах
Глава 2. Аппаратура, материалы и методы работы
2.1. Ионообменная мембрана МК-40, ее характеристики и подготовка
к работе
2.2. Аминокислоты, их свойства
2.3. Оптическая ячейка для диализа
2.4. Локальный анализ растворов методом лазерной интерферометрии
2.5. Метод измерения коэффициентов распределения аминокислот и глюкозы между ионообменной мембраной и раствором
2.6. Методы компонентного анализа
2.6.1. Определение концентраций растворов аминокислот
2.6.2. Спектрофотометрическое определение концентрации глюкозы
2.6.3. Определение концентрации ионов натрия методом эмиссионной фотометрии пламени
2.6.4. Функциональный анализ аминокислоты в катионообменной мембране методом инфракрасной спектроскопии
Глава 3. Облегченная диффузия аминокислот в катионообменной мембране
3.1 .Концентрационное поле растворов при диализе аминокислот с
применением ионообменных мембран

3.2.Сорбция аминокислот мембраной МК-
3.3.Механизмы транспорта аминокислот в катионообменной мембране
Глава 4. Математическое моделирование диффузии аминокислоты в ионообменной мембране
4.1. Математическая модель одномерной стационарной молекулярной диффузии в мембранах
4.2. Концентрационные поля аминокислот в ионообменной мембране
4.3. Лазерно - интерферометрический метод измерения коэффициентов диффузии в мембранах
Глава 5. Разделение глюкозы и фенилаланина диализом с катионообменной мембраной
Выводы
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Одним из основных факторов, влияющих на процесс диффузионного массопереноса в мембранах, является природа и структура диффундирующего вещества. Вопрос о диффузии электролитов и неэлектролитов в мембранах подробно рассмотрен в научной литературе, однако, не уделено должного внимания исследованию диффузии полиэлектролитов. Предметом настоящего исследования являлся транспорт нейтральных аминокислот через полимерную катионообменную мембрану. Особенности взаимодействия биполярных ионов аминокислот с ионами мембраны определяют механизм диффузии аминокислот в мембранах. Протонирование биполярных ионов противоионами водорода мембраны в кислой форме приводит к возникновению эффекта облегченной (ускоренной) диффузии, т.е. увеличению потока аминокислоты через мембрану, что позволяет значительно интенсифицировать диализ аминокислот. Актуальность работы определяется необходимостью описания и прогнозирования диффузионного процесса в рассматриваемой системе, а также потребностями биотехнологии в разработке экологически целесообразных процессов разделения аминокислот и сахаров, которые могут быть использованы как одна из стадий очистки аминокислот, получаемых методами микробиологического синтеза.
Научный и практический интерес представляют создание и совершенствование методов исследования проницаемости мембранных систем для разделения и концентрирования компонентов [1]. Применение метода лазерной интерферометрии позволило на основании прямых экспериментальных измерений учесть влияние на массоперенос концентрационной поляризации в растворах у поверхностей мембраны и предложить метод лазерно-интерферометрического измерения коэффициентов диффузии в фазе мембраны, не требующий проведения процесса в условиях, необходимых для реализации предельных случаев внутридиффузионной или внешнедиффузионной кинетики.

и высокая селективность, так как поток парафинов через мембрану обусловлен только пассивной диффузией. Добавление кислородсодержащих углеводородов (спиртов и кетонов) приводило к падению селективности [96].
По этой схеме с помощью ионообменных мембран проводят разделение моно-олефинов и ди-олефинов. Мембранная сепарация возможна благодаря их различающейся способности к комплексообразованшо. Так поток 1,5-гексадиена через ионообменную мембрану Неосепта, содержащую ионы серебра, превышает поток 1-гексена в 70 раз [97]. Аналогичные результаты получены для мембраны Нафион, также обладающей высокой селективностью к ди-олефинам [97, 98].
Примером облегченного транспорта в ионообменных мембранах служит перенос углекислого газа через анионообменную мембрану, основанный на реакции:
СО2 + СО/ - + Н20 = 2 НСОз - (1.44)
Проницаемость мембраны с СО/ в качестве противоиона в два раза превышает проницаемость мембраны с противоионом хлора [99].
Углекислый газ по механизму облегченной диффузии переносится и через катионообменную мембрану, при использовании в качестве переносчика противоионов - катионов этилендиамида:
С02+2 Н^-(С2И4)-МН2 = П3М-(С2114)-ИНС00 ~+ +Н3Ы-(С2Н4)-ИН/ (1.45)
Проницаемость мембраны с противоионами этилендиамида в 20 раз превышает проницаемость мембраны с противоионом натрия [там же].
В последние десятилетия множество публикаций было посвящено математическому моделированию процессов облегченного переноса в мембранах с фиксированными переносчиками [80, 88 - 91, 100-106]. Можно выделить несколько направлений в теоретических исследованиях.
Модель двойной сорбции, изначально разработанная для интерпретации закономерностей сорбции и диффузии газов в стеклополимерах, нашла применение в описании процессов облегченного транспорта [100]. В ее основе лежит предположение о двух способах сорбции вещества мембраной: часть