CN115475525B - 一种双级超滤提纯生物抑尘剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双级超滤提纯生物抑尘剂的方法，利用发酵液中各物质溶解性、分子形态等物理特性差异，通过双级超滤将目标产物分离提纯。先对发酵液进行离心预处理，分离微生物细胞等不溶物；将离心后的发酵液通过一级超滤膜，分子量大于20kD的多糖、乳酸和聚集形态的生物抑尘剂分子等则被截留；向滞留液中加入甲醇和乙酸乙酯有机溶剂进行稀释，并通过截留分子量大于10kD的超滤膜进一步过滤即可获取液态产物，最后通过旋转蒸发、恒温干燥制备固态纯化物。本提纯方法充分利用发酵液中各组分物理性质差异，可有效提升产物分离提纯效率和纯度，减少分离提纯过程有毒有害物质产生，降低生产工艺成本，可广泛作为生物抑尘材料生产制备过程提纯工艺。
Description
技术领域
本发明属于生物抑尘材料制备领域，尤其涉及一种双级超滤提纯生物抑尘剂的方法。
背景技术
粉尘作为工业生产过程中的伴生产物，容易引发粉尘爆炸事故、导致尘肺病、污染周边环境等危害，严重影响企业安全生产和人民的生命健康。湿式除尘技术作为最主要的粉尘治理方式，是以水基介质为主，润湿、凝并、团聚粉尘，使其快速沉降达到防治粉尘的目的。
生物抑尘剂作为一种新型抑尘材料，是通过生物发酵产生的次级代谢产物，具有界面性能优异、自然条件下可生物降解等优点，能够改善水对粉尘的润湿、凝聚效果，提升降尘效率且对环境无污染。提纯技术是合成生物抑尘剂的关键一环，但多级酸化沉淀、化学试剂萃取等传统生物分离提纯技术存在生产效率和纯度较低、操作工艺复杂、易产生有毒有害物质等缺陷，进而导致目标产物性能降低、生产成本高且污染环境。因此，本发明提出采用双级超滤分离提纯生物抑尘剂。
发明内容
针对上述不足，提供一种双级超滤提纯生物抑尘剂的方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：①生物抑尘剂产生菌株在培养基中完成发酵培养，先将发酵液置于低温中冷藏一段时间后取出，分装至不同离心管中离心，取上清液。②上清液通过蠕动泵抽取经过一级超滤膜进行超滤，经一级超滤浓缩后包含目标物的滞留液留在储液罐中，即为浓缩液；向浓缩液中加入甲醇和乙酸乙酯混合溶液进行稀释，同时反向润洗一级超滤膜；所得溶液在动力装置作用再次透过二级超滤膜，含有目标物的有机溶剂渗透通过超滤膜；③使用清水反复清洗二级超滤膜后，将含有甲醇和乙酸乙酯的滞留液再次超滤，重复此步骤三次。④最后将含有目标物的渗透液置于旋转蒸发仪中减压蒸发，甲醇和乙酸乙酯冷却至回收瓶中，蒸发瓶中目标物经干燥去除水分后制备得到高纯度生物抑尘剂粉体。工艺流程如图1所示：
所述的生物抑尘剂产生菌株在培养基中经发酵培养完成后，将其放置于-4℃～2℃条件下冷藏30min，此时发酵过程不再继续；将发酵液分装至50mL离心管中，装液量不超过离心管的2/3，在相对离心力为10000g条件下离心20min，分离出发酵液中细胞等不溶性物质，留取上清液。
所述的上清液倒入双级超滤储液罐中后，启动控制器，调节抽吸速度，通过蠕动泵抽吸经引流管缓慢经过截留分子量大于20kD的一级超滤膜，控制流动速度先低速后高速，直到滤液中分子量小于20kD，打开排液阀门排出滤液，未通过滤膜的浓缩液留在罐中。
向所述的浓缩液中加入甲醇和乙酸乙酯1∶1混合溶液，稀释比例为1∶10，同时反向润洗一级超滤膜；润洗后更换小孔径陶瓷超滤膜，启动控制器，调节抽吸速度，通过蠕动泵抽吸稀释液经引流管流经截留分子量大于10kD的二级超滤膜；完成一次超滤后用清水清洗二级超滤膜，去除膜上大分子阻塞物；将剩余滞留液再次通过二级超滤膜过滤，进一步回收发酵液中生物抑尘剂；重复过滤三次。汇集上述渗透液，倒入旋转蒸发仪中，在真空度为0.5、温度为50℃条件下进行减压蒸发，甲醇和乙酸乙酯蒸发遇冷凝管液化回收至回收瓶中，蒸发瓶中剩余物干燥去除水分后即可得到高纯度生物抑尘剂粉体。
本发明的特点和优势是：
提出的采用超滤分离提纯生物抑尘剂的方法，具有工艺流程简单、产物分离效率高等特点。与传统的分离提纯技术相比，该发明通过动力装置将发酵液透过不同孔径超滤膜进行双级超滤，促进不同分子量物质的分离，可实现生物抑尘剂的高通量制备，为其工业化生产提供良好的技术基础。
本发明采用双级超滤的方法分离提纯生物抑尘剂，具有产物分离效率高、纯度高的特点。相较于传统的酸化沉淀的方法，双级超滤过程中通过有机溶剂改变生物抑尘剂分子的聚集形态使其分离，可较大程度减少酸化过程中诱发甲醇和与产物产生脂类杂质的概率，提高生物抑尘剂纯度，有效保障生物抑尘剂的结构一致性，使其具有稳定的界面性能。
本发明采用双级超滤分离提纯生物抑尘剂的方法，具有环境友好性。与化学试剂提纯方式相比，本发明根据发酵液中各物质溶解性、分子形态等物理特性差异，采用不同截留分子量的超滤膜对生物发酵液进行提纯，充分利用生物抑尘剂聚集前后分子形态差异，减少化学提纯试剂的使用种类和用量，避免提纯过程毒害物质的产生。
附图说明
图1为双级超滤分离提纯生物抑尘剂工艺流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施案例，对本发明采用的双级超滤分离提纯生物抑尘剂的工艺方法做进一步描述，但本发明不仅限于这些实施案例。
实施案例：一种双级超滤的生物抑尘剂提纯方法，其步骤如下：
首先，生物抑尘剂产生菌株在培养基中经发酵培养完成后，将其放置于-4℃～2℃条件下冷藏30min，此时发酵过程不再继续；将发酵液分装至50mL离心管中，装液量不超过离心管的2/3，在相对离心力为10000g条件下离心20min，分离出发酵液中细胞等不溶性物质，留取上清液。
其次，将离心后的发酵液倒入储液罐中，启动控制器，调节抽吸速度，通过蠕动泵抽吸经引流管缓慢流经截留分子量大于20kD的一级超滤膜，控制流动速度先低速后高速，直到滤液中分子量小于20kD，打开排液阀门排出滤液，一级超滤过程中小分子物质可透过大孔径超滤膜，发酵液中多糖、乳酸、蛋白质和呈聚集形态的生物抑尘剂分子则因超滤膜截留形成浓缩液留在储液罐中。
最后，向浓缩液中加入甲醇和乙酸乙酯1∶1混合溶液，稀释比例为1∶10，同时反向润洗一级超滤膜；润洗后更换小孔径陶瓷超滤膜，启动控制器，调节抽吸速度，通过蠕动泵抽吸稀释液经引流管流经截留分子量大于10kD的二级超滤膜；完成一次超滤后用清水清洗二级超滤膜，去除膜上大分子阻塞物；将剩余滞留液再次通过二级超滤膜过滤，进一步回收发酵液中生物抑尘剂；重复过滤三次。汇集上述渗透液，倒入旋转蒸发仪中，在真空度为0.5、温度为50℃条件下进行减压蒸发，甲醇和乙酸乙酯蒸发遇冷凝管液化回收至回收瓶中，蒸发瓶中剩余物干燥去除水分后即可得到高纯度生物抑尘剂粉体。
Claims (4)
1.一种双级超滤提纯生物抑尘剂的方法，其特征在于：生物抑尘剂产生菌株在培养基中完成发酵培养，先将发酵液置于低温中冷藏一段时间后取出，分装至离心管中离心，取上清液；上清液通过蠕动泵抽取经过一级超滤膜进行超滤，经一级超滤浓缩后包含目标物的滞留液留在储液罐中，即为浓缩液；向浓缩液中加入甲醇和乙酸乙酯混合溶液进行稀释，同时反向润洗一级超滤膜；所得溶液在动力装置作用再次透过二级超滤膜，含有目标物的有机溶剂渗透通过超滤膜；使用清水反复清洗二级超滤膜后，将含有甲醇和乙酸乙酯的滞留液再次超滤，重复此步骤三次；最后将含有目标物的渗透液置于旋转蒸发仪中减压蒸发，甲醇和乙酸乙酯冷却至回收瓶中，蒸发瓶中目标物经干燥去除水分后制备得到高纯度生物抑尘剂粉体；双级超滤提纯装置由控制器、蠕动泵、卫生夹具、陶瓷超滤膜、引流管、流量阀、储液罐组成；其中所述的陶瓷超滤膜分为一级超滤膜和二级超滤膜，一级超滤膜选择20kD以上的截留分子量，二级超滤膜选用10kD以下的截留分子量。
2.根据权利要求1所述的一种采用双级超滤提纯生物抑尘剂的方法，其特征在于：所述的生物抑尘剂产生菌株在培养基中经发酵培养完成后，将其放置于-4℃～2℃条件下冷藏30min，此时发酵过程不再继续；将发酵液分装至50mL离心管中，装液量不超过离心管的2/3，在相对离心力为10000g条件下离心20min，分离出发酵液中细胞等不溶性物质，留取上清液。
3.根据权利要求1所述的一种采用双级超滤提纯生物抑尘剂的方法，其特征在于：所述的上清液倒入双级超滤储液罐中后，启动控制器，调节抽吸速度，通过蠕动泵抽吸经引流管缓慢经过截留分子量大于20kD的一级超滤膜，控制流动速度先低速后高速，直到滤液中分子量小于20kD，打开排液阀门排出滤液，浓缩液留在罐中。
4.根据权利要求1所述的一种采用双级超滤提纯生物抑尘剂的方法，其特征在于：向所述的浓缩液中加入甲醇和乙酸乙酯1∶1混合溶液，稀释比例为1∶10，同时反向润洗一级超滤膜；润洗后更换小孔径陶瓷超滤膜，启动控制器，调节抽吸速度，通过蠕动泵抽吸稀释液经引流管流经截留分子量大于10kD的二级超滤膜；完成一次超滤后用清水清洗二级超滤膜，去除膜上大分子阻塞物；将剩余滞留液再次通过二级超滤膜过滤，进一步回收发酵液中生物抑尘剂；重复过滤三次;汇集上述渗透液，倒入旋转蒸发仪中，在真空度为0.5、温度为50℃条件下进行减压蒸发，甲醇和乙酸乙酯蒸发遇冷凝管液化回收至回收瓶中，蒸发瓶中剩余物干燥去除水分后即可得到高纯度生物抑尘剂粉体。
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