膜截留分子量自动分析仪制造技术

一种膜截留分子量自动分析仪，包含料液单元(1)，膜分离单元(2)，滤液采样单元(3)，浓度分析单元(4)，以及控制、数据采集与计算单元(5)等五部分。其中，料液单元(1)可自动选取基准物溶液作为料液；膜分离单元(2)实现料液的错流过滤并获得滤液；滤液采样单元(3)可自动选取滤液样品；浓度分析单元(4)可测定滤液浓度；控制、数据采集与计算单元(5)控制各单元的自动化运行并实现结果的计算。

Membrane interception molecular weight automatic analyzer

A membrane interception molecular weight automatic analyzer consists of a material liquid unit (1), a membrane separation unit (2), a filtrate sampling unit (3), a concentration analysis unit (4), and five parts, such as control, data acquisition and calculation unit (5), etc. Among them, the material liquid unit (1) can automatically select the reference solution as the material liquid; the membrane separation unit (2) realizes the filtration of the fluid flow and the filtrate; the filtrate sampling unit (3) can automatically select the filtrate sample; the concentration analysis unit (4) can determine the filtrate concentration; control, data acquisition and calculation unit (5) control the automatic transport of each unit. The calculation of the results.

【技术实现步骤摘要】
膜截留分子量自动分析仪
本专利涉及超滤和纳滤膜截留分子量的检测仪器以及相关操作工艺，用于快速、准确地检测膜过滤与分离材料的截留分子量。技术背景超滤膜一般是指孔径在10-100nm的多孔过滤膜，有机超滤膜材料主要聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚醋酸纤维素等高分子材料，无机超滤膜则主要是氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化硅、复合氧化物等陶瓷材料。纳滤膜的孔径一般为0.1-10nm。超滤和纳滤膜在水处理工业中应用广泛，如海水淡化、饮用水净化、废水处理等，还被大量用于化工、医药、食品中的分离过程。随着超滤和纳滤膜的广泛应用和相关产业的快速增长，世界各国都十分重视膜的新生产工艺和新材料的开发，高性能、低成本超滤和纳滤膜的开发与生产已成为行业竞争的热点。无论是膜新材料的开发还是膜生产质量控制都离不开膜分离性能的检测。目前，超滤和纳滤膜过滤性能的评价指标主要有纯水通量、截留分子量(MWCO，Molecularweightcut-off，又称切割分子量)、孔径分布、反冲洗性能、装填面积、Zeta电位等。其中，截留分子量是最能直接反映超滤和纳滤膜截留效果的重要指标，而超滤膜的截留性能通常还可以通过孔径分布来检测。超滤膜孔径分布的测试方法主要是液液置换法，其他测孔方法如泡点法(又称毛细流动法、泡压法、气液法)、BET法、压汞法、电子显微镜法都不适用或有极大限制。液液置换法与泡点法的基本原理相似，都是先将超滤膜用润湿剂充分润湿，然后用压缩气体或另一种与润湿剂互不相溶的液体将润湿剂顶出并打通膜孔道。其中，孔径越大则需要的开孔压力越小，亦即孔径与开孔压力成反比，根据开孔压力和润湿剂的界面张力就可以计算孔径。由于两种液体之间的界面张力远小于气液界面张力，因此泡点法一般不适宜测量100nm以下的孔径，亦即泡点法一般不适用于超滤膜。尽管从计算公式上来说，只要将测试压力提高10倍就可以测量10nm以下的孔径，但是实际操作中并不可行，其原因在于：高压测试不仅导致密封困难、孔道内气阻高、气体消耗大、测量误差大等问题，而且对样品强度提出很高要求，例如测量10nm孔径所需测试压力至少需要5MPa，这样的高压足以导致样品变形甚至损坏；市面上大部分超滤膜都是柔性的聚合物材料，高压测试时很容易因样品受压变形而导致测试结果失真。针对液液置换法，由于手动操作的重现性差，必须通过专业仪器进行自动化操作，南京高谦功能材料公司开发了国内首台全自动超滤膜孔径分析仪。虽然液液置换法可以测定更小的孔径，但是在测定纳滤膜孔径时仍受到极大限制。截留分子量法可以检测各种膜(包括纳滤膜)的截留性能，其测试结果与泡点法和液液置换法之间也可以根据实践经验进行相互估算[CalvoJI，PeinadorRI，PrádanosP，etal.Liquid-liquiddisplacementporometrytoestimatethemolecularweightcut-offofultrafiltrationmembranes.Desalination，2011，268268(13)：174-181.]。截留分子量的常规检测方法是：先测定膜对一系列已知分子量基准物质的截留率(即被膜截留的溶质占溶液中该溶质总量的百分率)，然后绘制截留率-分子量关系曲线，当截留率为90％时所对应基准物质的分子量即为该膜的截留分子量。截留分子量测试结果的准确性很大程度上取决于基准物质的选取、检测方法的选用以及截留率值的准确性。用于截留分子量检测的基准物质应具备如下条件：纯度高，分子结构明确；分子量分布窄、分子量覆盖范围广；物理化学性质稳定、不易被膜材料吸附；分子形状最好呈球形(线型分子截留率要远远低于同分子量的球形分子)；价廉易得等。目前，国内外截留分子量检测标准规定的基准物主要是聚乙二醇、蛋白质和葡聚糖[HY/T050-1999，中空纤维超滤膜测试方法；ASTME1343-90(2001)，Standardtestmethodformolecularweightcutoffevaluationofflatsheetultrafiltrationmembranes；GB/T32360-2015，超滤膜测试方法]。根据行业标准HY/T050-1999，用于测量超滤膜截留性能的基准物为聚乙二醇(分子量6000、10000、20000Da)、细胞色素C(分子量13000Da)、卵清蛋白(分子量45000Da)、牛血清蛋白(分子量67000Da)。这些基准物可测试的截留分子量范围仅限于6000-67000Da，且在不同基准物测得的截留分子量之间无可比性差[吴金克，王彬.超滤膜截留性能测定方法.天津化工，2000(2)：24-26；董声华，郑领英.不同标准物表征超滤膜截留性能的比较.水处理技术，1993(6)：319-323；鄢忠森，瞿芳术，梁恒等.利用葡聚糖和蛋白质进行超滤膜切割分子量测试对比研究.膜科学与技术，2015，35(3)：44-50；刘廷惠.超滤发展中的主要问题.水处理技术，1988，14(4)：193-197.]，其应用受到了极大限制。此外，蛋白质还容易被超滤膜吸附、测试成本高昂。相对而言，葡聚糖是更理想的基准物，其分子量分布范围宽(10000-2500000Da)、膜吸附少、化学性质稳定，赢得了大部分研究者的青睐[潘献辉，王晓楠，张艳萍等.超滤膜截留性能检测用基准物质研究与应用进展.膜科学与技术，2013，33(2)：103-108；田燕，董声华，林一铮.中空纤维超滤膜截留率测定规范化方法的研讨.水处理技术，1994，20(4)：192-196.]。以葡聚糖为基准物检测截留分子量的方式有两种。一是凝胶色谱法，即用不同分子量葡聚糖的混合溶液进行单次超滤，通过凝胶色谱测定超滤前后混合液中各分子量葡聚糖的浓度变化[董声华，田燕，杨兰娜等.凝胶色谱法测量切割分子量分布表征超滤膜.水处理技术，1990，16(4)：323-327；BottinoA，CapannelliG，ImperatoA，etal.Ultrafiltrationofhydrosolublepolymers：Effectofoperatingconditionsontheperformanceofthemembrane.JournalofMembraneScience，1984，21(3)：247-267；董声华，郑领英.凝胶色谱法表征我国几种有代表性超滤膜的截留率-分子量曲线.水处理技术，1991，17(4)：268-271.]。凝胶色谱法虽然便捷，但分析仪器昂贵、难以推广。另一种方法更易被市场接受，即用不同分子量葡聚糖的溶液依次进行超滤实验，分别测定超滤前后各葡聚糖溶液的浓度变化并算得截留率。该法的测定对象为单分子量葡聚糖，测定方法简单，包括浊度法、分光光度法和COD法等。戴海平等[戴海平，张惠新，梁福海等.用葡聚糖测定超滤膜切割分子量的简易方法.膜科学与技术，2005，25(4)：63-65.]提出的浊度法是通过“水提醇沉”的原理，加入乙醇使多糖发生沉淀，从而导致浊度的增加。当葡聚糖溶液与乙醇等体积混合并在室温下保持30min时，溶液浊度与葡聚糖浓度呈线性关系。分光光度法(即硫酸-苯酚法)是经典的多糖定量检测方法，葡聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膜截留分子量自动分析仪，包含料液单元(1)，膜分离单元(2)，滤液采样单元(3)，浓度分析单元(4)，以及控制、数据采集与计算单元(5)等五部分；料液单元(1)自动选取基准物溶液作为料液，膜分离单元(2)实现料液的错流过滤并获得滤液，滤液采样单元(3)自动选取滤液样品，浓度分析单元(4)测定滤液浓度，控制、数据采集与计算单元(5)控制各单元的自动化运行并实现结果的计算；料液单元(1)主要包括取样器(101)、纯水瓶(102)、料液瓶(103)、进料管(104)和出料管(105)；膜分离单元(2)主要包括恒流泵(201)、膜前压力传感器(202)、膜分离器(203)、膜后压力传感器(204)、电动调节阀(205)和流量计(206)；滤液采样单元(3)主要包括取样器(301)、电动转台(302)、样品杯(303)、采样管(304)、纯水瓶(305)和废液瓶(306)；浓度分析单元(4)主要包括纯水瓶(401)、注射泵(402)、多通切换阀(403)、电动开关阀(404)、暗室(405)、反应池(406)、光度分析光源(407)、光强感应器(408)、浊度分析光源(409)、浊度光强感应器(410)、化学试剂瓶(411)、废液瓶(412)和储液盘管(413)；控制、数据采集与计算单元(5)主要包括电脑(501)和通讯附件(502)。...

【技术特征摘要】
1.一种膜截留分子量自动分析仪，包含料液单元(1)，膜分离单元(2)，滤液采样单元(3)，浓度分析单元(4)，以及控制、数据采集与计算单元(5)等五部分；料液单元(1)自动选取基准物溶液作为料液，膜分离单元(2)实现料液的错流过滤并获得滤液，滤液采样单元(3)自动选取滤液样品，浓度分析单元(4)测定滤液浓度，控制、数据采集与计算单元(5)控制各单元的自动化运行并实现结果的计算；料液单元(1)主要包括取样器(101)、纯水瓶(102)、料液瓶(103)、进料管(104)和出料管(105)；膜分离单元(2)主要包括恒流泵(201)、膜前压力传感器(202)、膜分离器(203)、膜后压力传感器(204)、电动调节阀(205)和流量计(206)；滤液采样单元(3)主要包括取样器(301)、电动转台(302)、样品杯(303)、采样管(304)、纯水瓶(305)和废液瓶(306)；浓度分析单元(4)主要包括纯水瓶(401)、注射泵(402)、多通切换阀(403)、电动开关阀(404)、暗室(405)、反应池(406)、光度分析光源(407)、光强感应器(408)、浊度分析光源(409)、浊度光强感应器(410)、化学试剂瓶(411)、废液瓶(412)和储液盘管(413)；控制、数据采集与计算单元(5)主要包括电脑(501)和通讯附件(502)。2.根据权利要求1所述的膜截留分子量自动分析仪，其特征在于：通过取样器(101)选取的料液以错流过滤的方式被打入膜分离器(203)，用恒流泵(201)和电动调节阀(205)控制流量与跨膜压差，回流液返回原来的料液瓶(103)，滤液由样品杯(303)收集，然后恒流泵(201)将管路中的料液全部抽吸回料液瓶(103)。3.根据权利要求2所述的膜截留分子量自动分析仪，其特征在于：为防止不同料液之间的污染，每次在选取料液前，使用恒流泵(201)从纯水瓶(102)中抽水并把水当作料液来运行，从滤液侧流出的清洗水则进入废液瓶(306)，纯水瓶(102)中的初始水量不低于500ml；为提高清洗效果，纯水瓶(102)也可设置2-3个，以实现多遍清洗；或者，纯水瓶(102)与料液瓶(103)的个数相等，每次清洗时都自动选择新的纯水瓶。4.根据权利要求2所述的膜截留分子量自动分析仪，其特征在于：恒流泵(201)具备双向输液功能。5.根据权利要求2所述的膜截留分子量自动分析仪，其特征在于：取样器(101)选取料液或纯水时，进料管(104)口需伸入液面下，而出料...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦，卜亚亮，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京高谦功能材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32