SU1717198A1 - Способ переноса электронов через искусственную мембрану - Google Patents
Способ переноса электронов через искусственную мембрану Download PDFInfo
- Publication number
- SU1717198A1 SU1717198A1 SU904811894A SU4811894A SU1717198A1 SU 1717198 A1 SU1717198 A1 SU 1717198A1 SU 904811894 A SU904811894 A SU 904811894A SU 4811894 A SU4811894 A SU 4811894A SU 1717198 A1 SU1717198 A1 SU 1717198A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- membrane
- electron
- aqueous solution
- reducing agent
- increase
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к мембранной технологии, а именно к способам транспорта электронов через жидкие мембраны на пористой полимерной основе, и может найти применение в химических процессах дл проведени окислительно-восстановительных реакций. Цель изобретени - увеличение скорости транспорта электронов и уменьшение вымываемости переносчика электронов из мембраны. Способ переноса электронов включает транспорт электронов из водного раствора, содержащего восстановитель , к водному раствору, содержащему окислитель, через микропористую мембрану, содержащую гидрофобный слой и меланины в качестве переносчика электронов. При этом концентрации восстановител и окислител в исходных растворах составл ют 1,25 и 6,25 -10-5 М. с Изобретение позвол ет увеличить скорость Ј транспорта электронов до 8,, по сравнению с 7,96-10 моль/(см2 -ч) по прототипу. 1 табл. СО с
Description
Изобретение относитс к мембранной технологии, а именно к способам транспорта электронов через жидкие мембраны на пористой полимерной основе, и может найти применение в химических процессах дл проведени окислительно-восстановительных реакций.
Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ переноса электронов через жидкую мембрану на пористой полипропиленовой основе. Жидкую фазу мембраны готовили из смеси дифенилового эфира и метилэтилена (массовое соотношение 2:1) с добавлением к смеси подход щих количеств переносчиков электронов:витамина Кз или 2-третбутилантрахинона (ТБАХ). Восстановительный раствор содержал трис(2,2
-бипиридин рутени (II), метилвиологен и 0,100 М этилендиаминтетраацетата (ЭДТА), доведенный до рН 7,0 М с помощью 4 М NaOH. Окислительный раствор содержал комплексы железа (111) с фенантролином или тетраметилфенантролином, или дифенил- фенантролином в 1 М H2S04. В способе был использован температурный диапазон от 20 до 40°С.
При использовании ТБАХ в качестве переносчика электронов максимальна скорость переноса электронов через мембрану составила 6,5 -10 моль/(см -ч) в случае фенантролинового комплекса железа в водном растворе. 1,0 М H2S04 и 7,96-10 6моль/(см2 -ч) дл фенантролинового комплекса железа, растворенного в
Ю 00
си 30%-ного метанола и 1,0 М H2S04. Дл витамина Кз в качестве переносчика максимальна скорость составила 4,20 моль/(см2 -ч). Точность измерени значений скорости ±5%.
Однако по способу проницаемость мембран дл электронов недостаточно высока.
Кроме того, наблюдаетс постепенное вымывание переносчиков электронов из мембран, что приводит к дальнейшему уменьшению проницаемости дл электронов в процессе эксплуатации. Дл сохранени указанных выше значений скорости электронного траспорта необходимо дл каждого цикла переноса электронов готовить свежую мембрану.
Цель изобретени - увеличение скорости транспорта электронов и уменьшение вымываемости переносчика электронов из мембраны.
Поставленна цель достигаетс предлагаемым способом переноса электронов через искусственную мембрану, включающим транспорт электронов из водного раствора, содержащего восстановитель, к водному раствору, содержащему окислитель, через микропористую мембрану, содержащую гидрофобный слой, в котором в качестве переносчика электронов в мембране используют меланины, причём концентраци восстановител в донорном растворе составл ет 1,25 10 4-10 3 М, а концентраци окислител в акцепторном растворе составл ет 6,25-10 6-5-10 5 М.
Меланины представл ют собой продукты окислительной полимеризации тирозина , диоксифенилаланина и катехоламинов. Их получают как из природных продуктов, так и синтетически. Большие количества дешевых препаратов могут быть получены из отходов сельскохоз йственного производства , например из отходов переработки винограда или производства растительного масла.
Ранее способы, где в качестве переносчика электронов использовали бы меланин- содержащие мембраны, не были известны. При разработке данного способа было обнаружено , что меланин, иммобилизованный в жидких мембранах на пористой полимерной основе, способен переносить электрон от донора, наход щегос в водной фазе с одной стороны мембраны, на акцептор электрона, наход щийс в водной фазе с другой стороны мембраны. При дальнейших исследовани х было установлено , что скорость потока электронного зар да в предлагаемом способе значительно выше, чем в известном способе, и при определенных концентраци х донорного и акцепторного растворов достигает почти 10- кратного увеличени . Сопоставление значений удельного сопротивлени мембран , содержащих меланин и без меланина (примеры 1 и 3), показывает, что введение в мембрану меланина приводит к значительному увеличению ее электропроводности , что обусловливает возникающую проницаемость дл электронов. При отсутствии меланина в мембране восстановлени цитохрома с не происходит, так как мембрана непроницаема дл электронов .
В предлагаемом способе восстановление окислител происходит без затрат энергии - только за счет градиента концентрации восстановител .
В предлагаемом способе использовали
как синтетический ДОФА-меланин, так и природный меланин, полученный из сельскохоз йственных отходов.
В качестве пористой полимерной основы могут использоватьс нитроцеллюлозные и ацетатцеллюлозные микрофильтры и другие пористые полимерные матрицы. Им- прегнирующа водонерастворима органическа жидкость может представл ть собой жирные кислоты, их эфиры, фосфолипиды,
растительные масла, длинноцепочечные углеводороды и спирты или смеси водонера- створимых веществ.
П р и м е р 1, ДОФА-меланин (диоксифе- нилаланин-меланин) получали по методике
Arch. Biochem. Biophys., 1980, v.220, Ms 1, p.140-148. 0,05 г ДОФА-меланина суспендировали в 5 см3 фосфатного 0,05 М буфера (). Полученную суспензию наносили на нитроацетатцеллюлозные микрофильтры
пористостью 75% со средним диаметром по 0,45 мкм и толщиной 0,1 мм при20°С. Затем мембрану сушили в потоке теплого воздуха. Высушенную мембрану помещали в сосуд с метилолеатом, через 5 мин извлекали,
давали стечь жидкости с поверхности, после чего закрепл ли мембрану с рабочей площадью 5 3 см2 термостатированной тефлоновой чейке. Диффузионна чейка раздел лась мембраной на две камеры
объемом 20 см кажда , Определенна по увеличению веса масса иммодилизованно- го в мембрану меланина и метилолеа та на 1 г сухой полимерной матрицы равн лась 20 мг/г и 2,4 г/г соответственно. Удельное
сопротивление мембраны на посто нном токе составл ло 0,5 МОм -см2.
В первую камеру заливали 15 мл водного раствора цитохрома с (содержание железа 0,43%, молекул рна масса М 123000,
Серва); содержание цитохрома с М (окислитель). Во вторую камеру помещали 15 мл М водного раствора никоти- намидаденйндинуклеотида натри (НАДН) (восстановитель). Температура 20°С. Кон- центрацию восстановленной формы цитохрома с регистрировали спектрофото- метрически на длине волны 548 нм (альфа-полоса в спектре восстановленного цитохрома с е 2, л/моль -см). Кине- тическа зависимость восстановленной формы цитохрома с спр мл етс в координатах ln(x-x)lnx-(K+K )t, где х - равновесна концентраци восстановленного цитохрома с (при t °°), а х - его текуща концентраци . В данном примере константа скорости псевдопервого пор дка составл ла 3, с . Поток электронов через мембрану (Р) при можно вычислить из значени константы скорости псевдоперво- го пор дка, зна рабочую площадь мембраны (S) и объем водных растворов (V) по следующей формуле:
K-Ci(Q)-V S
где Ci(0) - концентраци окисленной формы цитохрома с. при t 0.
В данном примере поток электронов че- рез мембрану составл л 3,4 моль/ /(см2 -ч). Точность измерени значений скорости в этом и других примерах составл ла ±5%.
Пример 2. В первую камеру той же реакционной чейки заливали 15 мл 5 М водного раствора цитохрома с. Во вторую камеру помещали 15 мл 2, М водного раствора НАДН, Мембрана содержала меланина и метилолеата в тех же коли- чествах, что и в примере 1. Константа скорости псевдопервого пор дка равн лась 1, моль/л-с. Поток электронов через мембрану составл л 1,7- моль/(см2 -ч).
П р и м е р 3 (контрольный). Мембрану получали, как описано выше, однако до пропитки мётилолеатом фильтровали водный раствор, не содержащий меланин. Опыт проводили как в примере 1. Через 3 ч не было обнаружено нарастани восстанов- ленной формы цитохрома с по сравнению с началом пути. Удельное электрическое сопротивление мембраны равн лось в этом случае 8-120 МОм -см2.
П р и м е р 4 (контрольный). Опыт про- водили как в примере 1, однако во вторую камеру помещали водный раствор, не содержащий восстановител (НАДН). Через 3 ч не было обнаружено нарастани восста 0 5 0
5
0
5 0
5 0
5
новленной формы цитохрома с по сравнению с началом пути. Таким образом, в отсутствии восстановител не происходит переноса электронов через мембрану.
П р и м е р 5 (контрольный). Опыт проводили как в примере 1, однако в первой камере отсутствовал цитохром с, а в вторую камеру помещали 15 мл водного раствора М НАДН. Через 3 ч в первой камере не было обнаружено никаких следов (спект- рофотометрически) НАДН. Таким образом, мембрана была непроницаема дл восстановител .
П р и м е р 6. Опыт проводили, как в примере 1, однако мембрана представл ла собой ацетатцеллюлозный микрофильтр Владипор МФА-ЭМ № 1 со средним диаметром пор 0,1 мкм, содержащий 24 мг/г и 2,0 г/г ДОФА-меланина и метилолеата соответственно. В первую камеру заливали 15 мл водного раствора цитохрома с с концентрацией 3 М, а во вторую - 15 мл 8 М НАДН. В данном примере поток электронов через мембрану составл л моль/см2 -ч.
Замена нитроацетатцеллюлозного микрофильтра на ацетатцеллюлозный допустима и позвол ет получить скорость электронного транспорта выше, чем в прототипе .
Пример. Опыт проводили, как в примере 6, однако метилолеат был заменен на децен-1. Во вторую камеру заливали 15 мл М НАДН. В данном примере поток электронов через мембрану составл л 8,3-10 6моль/(см2 -ч).
Замена метилового эфира олеиновой кислоты на децен-1 в данных концентрационных услови х по НАДН и цитохрому с. позвол ет получить скорость электронного транспорта выше, чем в прототипе.
Примерб. Опыт проводили, как в примере 1, однако концентраци НАДН в второй камере составл ла М. Поток электронов через мембрану составл л 68,0 мкмоль/(см -ч).
П р и м е р 9. Опыт проводили, как в примере 1, однако концентраци НАДН в второй камере составл ла 1, М. Поток электронов через мембрану составл л 68,0 мкмоль/(см -ч). Таким образом, нецелесообразно увеличивать концентрацию НАДН выше, чем 10 М, так как скорость электронного транспорта выходит на насыщение (верхний предел по НАДН М).
П р и м е р 10. Опыт проводили, как в примере 1, однако концентраци НАДН во второй камере составл ла 1,25 М. Поток электронов через мембрану составл л
8,5 мкмоль/(см -ч), т.е. выше, чем в прототипе .
П р и м е р 11. Опыт проводили, как в примере 1, однако концентраци НАДН во второй камере составл ла М. Поток электронов через мембрану составл л 6,7 мкмоль/(см -ч), т.е. ниже, чем в прототипе .
П р и м е р 12. Опыт проводили, как в примере 8, однако концентраци цитохрома с в первой камере составл ла б,25-10 6 М. Поток электронов через мембрану составл л 8,5 мкмоль/(см2 -ч).
П р и м е р 13. Опыт проводили, как в примере 8, однако концентраци цитохрома с в первой камере составл ла 5, М. Поток электронов через мембрану составл л 6,7 мкмоль/(см2 -ч), т.е. ниже, чем в прототипе. Таким образом, нижний предел по концентрации цитохрома с составл ет 6,25-КГМ.
Пример14. Опыт проводили, как в примере 8, однако концентраци цитохрома с в первой камере составл ла 6 М. Поток электронов через мембрану составл л 68,0 мкмоль/(см -ч) (та же скорость, что и в примере 8).
Пример 15 (дл подтверждени невымывани переносчика электронов меланина из мембраны). Опыт проводили, как в примере 1, однако использовали мембрану , выдержавшую 10 циклов переноса электронов. Поток электронов через мембрану был равен 3,2 моль/(см2 -ч), т.е. практически не изменилс по сравнению с примером 1.
Результаты по примерам 1-15 приведены в таблице.
0
5
0
5
0
5
Как видно из приведенных данных концентрационный диапазон по восстановителю составл ет 1,25 М, а по окислителю (цитохрому с) 6,25 М. Дальнейшее увеличение концентрации реагентов не приводит к увеличению скорости переноса электронов.
Полученные данные показывают, что предлагаемый способ позвол ет значительно .повысить скорость электронного транспорта: в зависимости от условий проведени процесса скорость достигает значений от 8, до 6,8-10 моль/(см2 -ч) по сравнению с 7,96-10 6 моль/(см2 -ч) в прототипе.
При использовании предлагаемого способа высока прочность закреплени полимерных цепей меланина в мембране приводит к увеличению времени ее жизни и исключает потери меланина и загр знение водных растворов.
Claims (1)
- Формула изобретениСпособ переноса электронов через искусственную мембрану, включающий транспорт электронов из водного раствора, содержащего восстановитель, к водному раствору, содержащему окислитель, через микропористую мембрану, содержащую гидрофобный слой и переносчик электронов , отличающийс тем, что, с целью увеличени скорости транспорта электронов и уменьшени вымываемое™ переносчика электронов из мембраны, в качестве переносчика электронов используют меланины , а концентрации восстановител и окислител в исходных растворах составл ют 1,25-10 -10 3 и 6,25-10 6-5-10 5 М соответственно .0,5 мкм с пропиткой метилолеатом).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904811894A SU1717198A1 (ru) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | Способ переноса электронов через искусственную мембрану |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904811894A SU1717198A1 (ru) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | Способ переноса электронов через искусственную мембрану |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1717198A1 true SU1717198A1 (ru) | 1992-03-07 |
Family
ID=21507018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904811894A SU1717198A1 (ru) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | Способ переноса электронов через искусственную мембрану |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1717198A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464074C2 (ru) * | 2008-01-24 | 2012-10-20 | Ренессанс Энерджи Рисерч Корпорейшн | Мембрана облегченного переноса co2 и способ ее получения |
-
1990
- 1990-04-09 SU SU904811894A patent/SU1717198A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
S.-LJau, D.P.Rillema. D.C.Jackmam, LG.Daignault. Electron transport reactions in immobilized liquid membranes. A.comparision of the carriers Vitamin Кз and 2-tetr-butyl-anthraquinone, - J. of Membrane science, 1988, v 37, p.p.27-43. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464074C2 (ru) * | 2008-01-24 | 2012-10-20 | Ренессанс Энерджи Рисерч Корпорейшн | Мембрана облегченного переноса co2 и способ ее получения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4959135A (en) | Polyalkylamine complexes for ligand extraction and generation | |
Karube et al. | A Rapid Methodd for Estimation of BOD by Using Immobilized Microbial Cells | |
EP0326076B1 (en) | Air dried cellulose acetate membranes | |
Kokufuta et al. | Biochemically controlled thermal phase transition of gels | |
Rony | Hollow fiber enzyme reactors | |
Boonstra et al. | Generation of an electrochemical proton gradient by nitrate respiration in membrane vesicles from anaerobically grown Escherichia coli | |
CA1327774C (en) | Gas permeable electrode for electrochemical system | |
SU1717198A1 (ru) | Способ переноса электронов через искусственную мембрану | |
CN103374562B (zh) | 一种酶固定化方法 | |
CN105435658B (zh) | 一种超分子复合分离膜的制备方法 | |
Yang et al. | Effect of membrane preparation on the lifetime of supported liquid membranes | |
CN106191023B (zh) | 一种壳聚糖/微介分子筛固定化漆酶制备方法、一种含酚废水的降解方法 | |
Oettmeier et al. | Photo-induced electron transfer in chlorophyll containing liposomes | |
Legoy et al. | Cofactor regeneration in immobilized enzyme systems: chemical grafting of functional NAD in the active site of dehydrogenases | |
JPS60185153A (ja) | 固定化酵素膜 | |
Fyles et al. | Biomimetic ion transport: on the mechanism of ion transport by an artificial ion channel mimic | |
Uragami et al. | Studies of syntheses and permeabilities of special polymer membranes: 61. New method for enzyme immobilization by a polyion complex membrane | |
Hirose et al. | Polyvinylhcloride membrane for a glucose sensor | |
JPH06507479A (ja) | センサデバイス | |
EP0265253A2 (en) | Stabilized dispersed enzyme | |
Tojo et al. | Influence of donor solution upon skin permeation of drug | |
Yang et al. | Glucose biosensors based on oxygen electrode with sandwich-type membranes | |
JPS60178358A (ja) | ブドウ糖検出用インキ組成物およびそれを用いて形成された検査体 | |
Ruckenstein et al. | A novel support for the immobilization of lipase and the effects of the details of its preparation on the hydrolysis of triacylglycerides | |
Kuswandi et al. | Polymeric encapsulated membrane for optrodes |