一种可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统，包括扩散渗析模块和电渗析模块，扩散渗析模块的出液口与电渗析模块的入口相连。本实用新型专利技术将扩散渗析与电渗析相结合，首次用于蛋白质有机体系中除盐，充分利用丝素蛋白溶液本身的高浓度差，在以浓度差为推动力脱盐效率较高时，使用扩散渗析进行脱盐；在以浓度差为推动力脱盐效率较低时，及时用电渗析替换扩散渗析，以电位差为推动力进行脱盐，既保证了低能耗又保证了高脱盐效率。

Desalination system of a soluble silk fibroin solution

The utility model discloses a desalination system of soluble silk fibroin solution, including diffusion dialysis module and electrodialysis module, and the liquid outlet of the diffusion dialysis module is connected with the entrance of the electrodialysis module. The utility model combines diffusion dialysis with electrodialysis to remove salt in the organic system of protein for the first time, fully utilize the high concentration difference of the silk fibroin solution itself, and use diffusion dialysis to desalinate when the efficiency of desalination is high in the concentration difference as the driving force, and is used in time when the efficiency of desalting is low with the concentration difference as the driving force. Electrodialysis replaced diffusion dialysis and desalted with potential difference as driving force, which ensured low energy consumption and high desalination efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统
本技术涉及蛋白溶液的处理
，特别是涉及一种可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统。
技术介绍
蚕丝由约占总重量75％的丝素蛋白(核心纤维)和25％的丝胶蛋白(外覆和黏结层)组成。丝素蛋白是一种应用前景非常广泛的功能性材料，广泛应用于服装、医学、生物等领域。天然的丝素蛋白不溶于水，但可以溶于强酸、强碱和一些中性盐溶液中。由于强酸强碱会破坏丝素蛋白的蛋白结构，一些中性盐如氯化物和碘化物又对人体有害，所以现在最常用的就是用氯化钙-乙醇-水三元体系来溶解丝素蛋白。用于溶解丝素蛋白的三元体系中盐的浓度高，脱盐成为可溶性丝素蛋白生产中的重要环节。最传统的脱盐方法采用的是透析袋脱盐，该方法耗时长，批量少，费用高。随着膜工程的发展，超滤、纳滤、电渗析等膜技术越来越多地用于脱盐。公开号为CN1392265A和CN102172257A的专利申请中采用纳滤设备脱除丝素蛋白溶液中的高浓度盐，脱盐率分别为98％和90％。公开号为CN101381758A的专利申请中采用超滤和纳滤联用设备脱盐：先用超滤设备分离溶液中的大分子肽段，再采用纳滤设备分离高浓度的盐，脱盐率不超过93.5％。以上设备虽能比传统透析袋脱盐缩短了脱盐时间，但由于超滤和纳滤利用的是丝素蛋白和CaCl2分子量的不同将两者进行分离，所以脱盐率并不高，且分离所依赖的推动力都是压力差，随着丝素蛋白溶液中盐含量逐渐降低，脱盐效率也会逐渐降低，脱盐时间延长，到脱盐的后期，脱盐效率会变得更低。另外，纳滤和超滤所使用的膜孔径非常小，膜表面非常致密，丝素蛋白溶解后的溶液黏度较大，会导致膜流道的堵塞，实际应用时，纳滤膜需要经常清洗，从而会降低脱盐效率，延长脱盐时间。公开号为CN103897021A的专利申请中采用电渗析脱盐制备一种丝肽，最终得到的丝肽中总杂离子含量小于1％。公开号为CN103243145A的专利申请中先利用电渗析脱盐，再使用透析袋过滤，最终脱盐率为99.5％。使用电渗析脱盐虽可大大缩短脱盐时间，同时也可使脱盐率达到接近100％。但是初期的丝素蛋白溶液中CaCl2的浓度达到了400g/L，若使用电渗析设备使脱盐率达到99.5％，其能耗是非常高的。不仅如此，电渗析脱盐自始至终都需要消耗电能，实际上，溶液与去离子水之间有如此高的浓度差，从脱盐开始至相当长的一段时间内没有必要消耗电能。一般情况下，脱盐前丝素蛋白溶液中CaCl2的浓度都在150g/L-300g/L，用电渗析设备来脱盐，不仅会出现脱盐率低、能耗大、脱盐时间过长等问题，而且还存在着电渗析设备需要大电流运行，易发生损坏漏电等危险情况。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种脱盐率高且节能的可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统，包括原料箱、扩散渗析模块和电渗析模块，原料箱有扩散渗析液进口和电渗析原料进口两个进口，及原料出口和电渗析原料出口两个出口，其中，原料箱的扩散渗析液进口和原料出口与扩散渗析模块相连，原料箱的电渗析原料进口和电渗析原料出口与电渗析模块相连。所述扩散渗析模块包括扩散渗析料泵、扩散水泵、扩散渗析器和去离子水箱；扩散渗析器通过扩散渗析料泵与原料箱连接，去离子水箱通过扩散水泵与扩散渗析器连接。所述扩散渗析器设有原料进口、扩散渗析液出口、扩散水进口和扩散水出口；原料进口和扩散渗析液出口分别与原料箱的原料出口和扩散渗析液进口相连；扩散水进口和扩散水出口分别与去离子水箱的水出口和水进口相连。所述原料箱与扩散渗析器之间的管路上还设有原料流量计和原料压力表。所述去离子水箱与扩散渗析器之间的管路上还设有扩散水流量计和扩散水压力表。所述扩散渗析器中原料进口和扩散渗析液出口的位置采取对角线设置；扩散水进口和扩散水出口的位置也采取对角线设置。所述电渗析模块包括电渗析料泵、电渗析水泵、电渗析器和水箱；电渗析器通过电渗析料泵与原料箱连接，水箱通过电渗析水泵与电渗析器连接。所述电渗析器包括纵向交替平行排列的浓缩室和淡化室，所述原料箱的电渗析原料进口与淡化室出口相连；原料箱的电渗析原料出口与浓缩室进口相连；淡化室进口和浓缩室出口分别与水箱的淡水出口和浓水进口相连。所述原料箱与电渗析器之间的管路上还设有一次脱盐溶液流量计和一次脱盐溶液压力表。所述水箱与电渗析器之间的管路上还设有电渗析水流量计和电渗析水压力表。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)本技术的脱盐系统将扩散渗析与电渗析相结合，首次用于蛋白质有机体系中除盐，充分利用丝素蛋白溶液本身的高浓度差，在以浓度差为推动力脱盐效率较高时，使用扩散渗析进行脱盐；在以浓度差为推动力脱盐效率较低时，及时用电渗析替换扩散渗析，以电位差为推动力进行脱盐，既保证了低能耗又保证了高脱盐效率。(2)本技术脱盐系统在扩散渗析时，溶液和去离子水采用逆流方式运行，可以增加接触面积，提高脱盐效率。(3)本技术中去离子水可以在一定范围内循环使用，当溶液的TDS值单位时间内变化较慢时换水即可，最大限度地减少水耗。附图说明图1所示为本技术脱盐系统中扩散渗析脱盐的原理示意图；图2所示为本技术脱盐系统的结构示意图；图3所示为本技术脱盐系统另一种实施方式的结构示意图。具体实施方式本技术提供了一种可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统，即集成扩散渗析模块和电渗析模块进行脱盐。本技术充分利用了丝素蛋白溶液本身的高浓度差，先利用扩散渗析进行初级脱盐，将丝素蛋白溶液中的盐浓度降低到一定程度后，再用电渗析脱盐，充分发挥了两者各自的技术优势，这样既减少了初期浓度较大的溶液对电渗析器中离子交换膜的损害，又减少了这一部分所需要消耗的电能，既高效又节能。由于扩散渗析是利用扩散渗析膜两侧溶液的浓度差为推动力实现脱盐；电渗析则是在外加电场的作用下通过离子的定向移动脱盐，二者结合对丝素蛋白溶液进行脱盐，充分发挥二者的优势，既可以实现高脱盐效率、高脱盐率，又可以确保脱盐过程安全。其中，扩散渗析作为一种以浓度差为推动力的膜分离技术，具有操作简单、低能耗、无二次污染等优势。但目前扩散渗析常常用于回收无机废液中的废酸和废碱，用于丝素蛋白溶液的脱盐还未见报道。这是因为扩散渗析的原理是离子的竞争性扩散，即：在回收废酸时，H+比其它金属阳离子更容易透过阴膜到达水侧，实现酸的分离；在回收废碱时，OH-比其它酸根离子更容易透过膜到达水侧，实现碱的分离。可见，扩散渗析是由于H+和OH-与其它离子之间存在竞争性的分离，更容易透过膜到达水侧，所以目前用于回收废酸和废碱，而未见用于脱盐。本技术中则利用扩散渗析进行脱盐，其核心在于两点：一是扩散渗析膜两侧溶液的浓度差；二是扩散渗析膜的选择透过性。如图1所示，如果扩散渗析模块中的扩散渗析膜为阳离子交换膜，则只允许Ca2+通过，由于溶液中的电荷守恒原理和膜两侧较大的浓度差，Cl-会随着Ca2+的扩散而逐渐扩散到膜的另一侧，从而达到脱盐的目的。本技术中为了有效进行丝素蛋白溶液的脱盐，专门针对丝素蛋白溶液的高黏度，创新地提出在扩散渗析器中设置若干隔板，并在由隔板组成的隔室中填充阳离子交换树脂，这样溶液中的离子在树脂上扩散速度比在水溶液中的快，树脂在流道中也可以起到很好的搅拌作用，使得液膜的厚度减薄，离子扩散的阻力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统，其特征在于，包括原料箱、扩散渗析模块和电渗析模块，原料箱有扩散渗析液进口和电渗析原料进口两个进口，及原料出口和电渗析原料出口两个出口，其中，原料箱的扩散渗析液进口和原料出口与扩散渗析模块相连，原料箱的电渗析原料进口和电渗析原料出口与电渗析模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种可溶性丝素蛋白溶液的脱盐系统，其特征在于，包括原料箱、扩散渗析模块和电渗析模块，原料箱有扩散渗析液进口和电渗析原料进口两个进口，及原料出口和电渗析原料出口两个出口，其中，原料箱的扩散渗析液进口和原料出口与扩散渗析模块相连，原料箱的电渗析原料进口和电渗析原料出口与电渗析模块相连。2.根据权利要求1所述脱盐系统，其特征在于，所述扩散渗析模块包括扩散渗析料泵、扩散水泵、扩散渗析器和去离子水箱；扩散渗析器通过扩散渗析料泵与原料箱连接，去离子水箱通过扩散水泵与扩散渗析器连接。3.根据权利要求2所述脱盐系统，其特征在于，所述扩散渗析器设有原料进口、扩散渗析液出口、扩散水进口和扩散水出口；原料进口和扩散渗析液出口分别与原料箱的原料出口和扩散渗析液进口相连；扩散水进口和扩散水出口分别与去离子水箱的水出口和水进口相连。4.根据权利要求3所述脱盐系统，其特征在于，所述原料箱与扩散渗析器之间的管路上还设有原料流量计和原料压力表。5.根据权利要求4所述脱盐系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红斌，李鹏飞，马军，王济虎，田涛，张彦军，邓桦，刘珍珠，石梅生，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所，
类型：新型
国别省市：天津,12