Смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной мембраны (варианты)
Владельцы патента RU 2426305:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "СГТУ") (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для разделения белков молочной сыворотки. Смесь для формования мембраны состоит из диацетата целлюлозы в ацетоне и термообработанных при t=200-400°C без доступа кислорода отходов обмолота проса с размером частиц 85 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%: диацетат целлюлозы - 5,0, ацетон - 62,6-68,5, термообработанные отходы обмолота проса - 26,5-32,4. При использовании термообработанных отходов обмолота проса с размером частиц 160 мкм смесь имеет следующее содержание компонентов, мас.%: диацетат целлюлозы - 7,0, ацетон - 67,7-78,5, термообработанные отходы обмолота проса - 14,5-25,3. Изобретение позволяет повысить селективность мембран по сывороточным белкам и их фракциям. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к мембранным материалам и технологиям и может найти широкое применение для разделения многокомпонентных жидкостей, особенно в пищевой промышленности для выделения сывороточных белков и их фракций из молочной сыворотки.
Известна смесь для формования промышленной ультрафильтрационной мембраны УАМ из ацетата целлюлозы и растворителей. Мембрана имеет селективный фильтрующий слой толщиной около 10 нм и крупнопористую основу толщиной 5·104 нм. Мембраны из ацетата целлюлозы являются наиболее совместимыми с пищевыми продуктами /Дубяга В.П. и др. Полимерные мембраны - М.: Химия. - 1981. - 216 с./.
Существенным недостатком мембран из приведенной смеси является их малая проницаемость и селективность, которая не превышает 62% по сывороточным белкам и их фракциям.
Известна смесь для формования ультрафильтрационной мембраны, представляющая собой 5%; 10%; 15% раствор ацетата целлюлозы в ацетоне. Мембрана, получаемая из такой смеси, представляет собой однородную ацетатцеллюлозную мелкопористую пленку толщиной (16-17)·104 нм. Проницаемость при 20°С и давлении 0,2 МПа составляет 0,48-0,72 л/м2·мин. Селективность по белку молочной сыворотки не превышает 72,0% / патент №2093255 РФ, опубл. 20.10.1997/.
При использовании мембраны из такой смеси для ультрафильтрации молочной сыворотки наблюдается недостаточная селективность по отдельным белковым фракциям.
Наиболее близким техническим решением является смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной адсорбционной мембраны, содержащая раствор диацетата целлюлозы в ацетоне и дисперсный наполнитель - активированный древесный уголь при следующем содержании компонентов, мас.%:
| диацетат целлюлозы | 5,0 |
| ацетон | 62,6-68,5 |
| активированный древесный | |
| уголь с размером частиц 85 мкм | 26,5-32,4 |
или
| диацетат целлюлозы | 7,0 |
| ацетон | 67,7-78,5 |
| активированный древесный | |
| уголь с размером частиц 160 мкм | 14,5-25,3 |
/патент №2287929 РФ, опубл., бюл. №33 от 10.05.2006 г./
Основным недостатком технического решения - прототипа является широкий разброс размеров пор и низкая селективность по фракциям сывороточных белков.
При создании изобретения была поставлена задача повышения селективности мембран как по сывороточным белкам, так и по отдельным их фракциям.
Для достижения поставленной задачи и получения технического результата смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной мембраны, содержащая раствор диацетата целлюлозы в растворителе ацетоне и дисперсный наполнитель при следующем содержании компонентов, мас.%:
| диацетат целлюлозы | 5,0 |
| ацетон | 62,6-68,5 |
| дисперсный наполнитель с размером частиц 85 мкм | 26,5-32,4 |
или
| диацетат целлюлозы | 7,0 |
| ацетон | 67,7-78,5 |
| дисперсный наполнитель с размером частиц 160 мкм | 14,5-25,3; |
в качестве дисперсного наполнителя смесь содержит термообработанные при t=200-400°С без доступа кислорода отходы обмолота проса (ООП).
Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом.
Мембраны изготавливаются на основе 5% и 7% растворов диацетата целлюлозы (ДАЦ) в ацетоне. В качестве наполнителя используются термообработанные отходы обмолота проса двух фракций 85 мкм и 160 мкм.
Пример. Для приготовления 5%-ного раствора ДАЦ в ацетоне необходимо взять 5 г ДАЦ и 95 г ацетона.
Плотность ацетона - ρАЦ=0,79 г/мл.
Следовательно, 95 г ацетона составит объем 95 г/0,79 г/мл=120 мл.
Готовится порция раствора в объеме 200 мл:
120 мл ацетона - 5 г ДАЦ
200 мл ацетона - Х г ДАЦ
Х=8,34 г ДАЦ
Для раствора 7% концентрации ДАЦ составляет 11,8 г.
При изготовлении формовочной смеси отмеряется 50 мл раствора ДАЦ в ацетоне, добавляется наполнитель - термообработанные при t=200-400°С без доступа кислорода отходы обмолота проса. В этом диапазоне температур структура частиц наполнителя изменяется незначительно. При температурах ниже 200°С в ООП сохраняется часть неразложившихся органических продуктов, что негативно влияет на структуру мембраны. При температурах выше 400°С начинается деструкция дисперсного наполнителя, приводящая к изменению его химического состава. Затем смесь ДАЦ, ацетона и наполнителя помешивается до образования однородного формовочного раствора, который делится на порции по 10 мл и из них отливаются мембраны. Формование мембран происходит при t=20°С в течение 24 часов. При этом ацетон медленно испаряется из всего объема формовочной смеси с образованием мелкопористой структуры мембраны.
В таблице 1 приведены данные по примерам о составе смеси для формования ацетатцеллюлозных ультрафильтрационных мембран, а также данные о проницаемости и селективности мембран по дистиллированной воде и молочной сыворотке.
Проницаемость мембран определялась проточным методом, а их селективность по белку и отдельным фракциям - химическими методами.
Существенным отличием мембран из заявляемой смеси является их высокая селективность по сывороточным белкам и их фракциям, обусловленная наличием в формовочной смеси термообработанных отходов обмолота проса.
Эта смесь обладает рядом преимуществ перед прототипом:
- увеличивается селективность мембран по сывороточным белкам от 63% до 88%;
- проявляется достаточная селективность мембран по основным фракциям сывороточных белков:
по α-лактальбумину - 62%;
β-лактоглобулину - 78%;
коровьему сывороточному альбумину - 89%;
лактоферрину - 92%;
иммуноглобулину - 97%.
Кроме того, использование в качестве дисперсного наполнителя отходов обмолота проса позволяет существенно снизить затраты на производство наполнителей, а следовательно, и стоимость изделий, а также использовать экологически чистое сырье.
| Таблица 1 | ||||||||
| № п/п | ДАЦ, мас.% | Ацетон, мас.% | Наполнитель - отходы обмолота проса, мас.% | Размер частиц дисперсного напол нителя, мкм |
Порис тость, % |
Селективность по сывороточным белкам, % | Проницаемость, л/м2·ч | |
| По дистиллиро ванной воде |
По молочной сыворотке | |||||||
| 1 | 5 | 84,1 | 10,9 | 85 | 11,85 | 50 | 41,3 | 25,4 |
| 2 | 75,7 | 19,3 | 13,15 | 62 | 70,5 | 52,6 | ||
| 3 | 68,5 | 26,5 | 17,17 | 88 | 114,68 | 91,25 | ||
| 4 | 62,6 | 32,4 | 22,5 | 75 | 250,25 | 212,75 | ||
| 5 | 7 | 85,2 | 7,8 | 160 | 12,7 | 71 | 61,25 | 27,2 |
| 6 | 78,5 | 14,5 | 15,52 | 84 | 94,72 | 34,4 | ||
| 7 | 72,7 | 20,3 | 17,00 | 80 | 120,45 | 48,6 | ||
| 8 | 67,7 | 25,3 | 24,83 | 83 | 156,24 | 64,76 | ||
| Прототип | 11,67 | 63 | 50,5 | 30,57 |
1. Смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной мембраны, состоящая из диацетата целлюлозы в растворителе-ацетоне и дисперсного наполнителя с размером частиц 85 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Диацетат целлюлозы | 5,0 |
| Ацетон | 62,6-68,5 |
| Дисперсный наполнитель с размером частиц 85 мкм | 26,5-32,4, |
отличающаяся тем, что в качестве дисперсного наполнителя содержит термообработанные при t=200-400°C без доступа кислорода отходы обмолота проса.
2. Смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной мембраны, состоящая из диацетата целлюлозы в растворителе-ацетоне и дисперсного наполнителя с размером частиц 160 мкм при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Диацетат целлюлозы | 7,0 |
| Ацетон | 67,7-78,5 |
| Дисперсный наполнитель с размером частиц 160 мкм | 14,5-25,3, |
отличающаяся тем, что в качестве дисперсного наполнителя содержит термообработанные при t=200-400°C без доступа кислорода отходы обмолота проса.
