黄酮高选择性分离膜及传质机制的研究

论文摘要

黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一大类化合物,数量种类繁多,且结构类型复杂多样。根据其结构的不同,黄酮化合物具有不同的生物活性和生理作用。采用传统分离方法无法实现对结构类似化合物的精确分离,膜分离方法也存在着选择性低的不足。分子印迹膜技术是在分子印迹技术和膜分离技术上发展起来的一种新型分离技术,能够实现对黄酮类化合物分子的专一性分离。但分子印迹膜技术的制备工艺复杂,可重复性差。而将制备好的分子印迹材料填充到聚合物中制备填充膜的技术则克服了这些缺点。因此,本文采用填充膜技术通过填充已合成好的分子印迹材料后制备出在水相中能够对复杂体系中某一特定物质具有专一识别功能的高选择性分离膜,同时对膜的透过机制及传质模型进行了研究。依据分子印迹技术原理,以氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体,正硅酸乙酯为交联剂,木犀草素为模板分子,制备出木犀草素分子印迹材料。然后将其大量填充到聚砜材料中,采用相转化法制备出高选择性分离膜。该选择性分离膜在0.15MPa时通量可达到170.4L/(m2·h),在298.15K时,结合量为30.3mg/g,分离系数可达10.78。对该膜进行扫描电镜测试,结果表明高选择性分离膜中存在较为规整的孔结构,且与模板分子在大小和形状上相匹配。利用Material Studio软件模拟分子之间的相互作用,结果显示模板分子与聚合物材料之间存在多氢键的协同作用,且在水和乙醇极性溶液中能形成复合物。对该膜的结合性热力学和动力学进行分析,结果显示膜内孔穴与模板分子之间的匹配性较好,在构象和能量上都有利于模板分子的分离,进而能够实现对模板分子的专一性分离。本文还对该选择性分离膜的选择透过性机制进行了探讨,分析了膜内可能存在的孔道形式。从Piletsky提出的“门”模型出发,提出了分子印迹平板膜传质数学模型,并认为膜的表皮层对于模板分子的分离起到了重要作用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 黄酮类化合物的分离
• 1.1.1 黄酮类化合物及其特点
• 1.1.2 黄酮类化合物的分离方法
• 1.1.3 膜分离技术在天然产物分离中的应用
• 1.2 聚合物膜的填充改性
• 1.3 分子印迹技术
• 1.4 分子印迹膜技术
• 1.4.1 分子印迹膜的分类
• 1.4.2 分子印迹膜的制备方法
• 1.4.3 分子印迹膜的识别机理
• 1.4.4 分子印迹膜的传质机理
• 1.4.5 分子印迹膜的不足
• 1.5 计算机模拟在分子印迹领域的应用
• 1.6 本论文的工作和意义
• 第二章 木犀草素分子印迹材料的制备
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 分子印迹材料的制备与表征
• 2.2.1 试验流程图
• 2.2.2 功能前驱物的制备
• 2.2.3 分子印迹材料的制备
• 2.2.4 紫外光谱分析
• 2.2.5 分子印迹材料的表征
• 2.2.6 分子印迹材料吸附动力学的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 单体的选择
• 2.3.2 模板分子与功能单体之间的配比
• 2.3.3 木犀草素分子印迹材料的合成
• 2.3.4 分子印迹材料的TEM 表征
• 2.3.5 FTIR 表征
• 2.3.6 分子印迹材料的结合动力学行为
• 2.3.7 分子印迹材料的孔结构分析
• 2.3.8 分子印迹材料的分子模拟研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 高选择性分离膜的制备及分离机制的探讨
• 3.1 实验试剂及仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 高选择性分离膜的制备与表征
• 3.2.1 高选择性分离膜（HSM）的制备
• 3.2.2 高选择性分离膜形态的测定
• 3.2.3 膜表面水静态接触角测定
• 3.2.4 膜的性能评价
• 3.2.5 膜的振荡吸附与透过分离实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 高选择性分离膜的制备条件的考察
• 3.3.2 高选择性分离膜的透过性能分析
• 3.3.3 高选择性分离膜的结合动力学及热力学分析
• 3.3.4 高选择性分离膜的表面形态和结构
• 3.3.5 高选择性分离膜的分离机制的探讨
• 3.4 本章小结
• 第四章 高选择性分离膜的传质分离模型的建立
• 4.1 模型的建立
• 4.1.1 模板分子在高选择性分离膜中的扩散
• 4.1.2 非模板分子在高选择性分离膜中的扩散
• 4.2 扩散系数的求解
• 4.2.1 模板分子在高选择性分离膜中的扩散系数
• 4.2.2 非模板分子在高选择性分离膜中的扩散系数
• 4.3 边界条件
• 4.4 方程的求解
• 4.4.1 分子在膜中的扩散
• 4.5 数值解结果
• 4.5.1 模板分子在高选择性分离膜中的扩散情况
• 4.5.2 非模板分子在高选择性分离膜中的扩散情况
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表的论文和科研情况说明
• 附录
• 致谢