Электрофильтрация - Electrofiltration

Не путать с Электростатический фильтр.

Электрофильтрация это метод, сочетающий мембранная фильтрация и электрофорез в тупиковом процессе.

Электрофильтрация считается подходящим методом для концентрирования и фракционирования биополимеры. Образование пленки на фильтрующей мембране, которая препятствует фильтрации, можно свести к минимуму или полностью избежать путем применения электрическое поле, улучшение фильтрация Производительность и повышение селективности в случае фракционирования. Такой подход значительно снижает затраты на последующая обработка в биопроцессах.

Техника

Рисунок 1: Схематическое изображение камеры электрофильтрации.

Электрофильтрация - это метод разделения и концентрирования коллоидных веществ, например биополимеры. Принцип электрофильтрации основан на наложении электрическое поле по стандарту тупиковая фильтрация. Таким образом, созданная полярность облегчает электрофоретическую силу, противоположную силе сопротивления потока фильтрата, и направляет заряженные биополимеры. Это обеспечивает экстремальное уменьшение образования пленки на микро- или ультрафильтрационных мембранах и сокращение времени фильтрации с нескольких часов по стандарту. фильтрация до нескольких минут путем электрофильтрации. В сравнении с поперечная фильтрация Электрофильтрация не только увеличивает поток пермеата, но также гарантирует снижение напряжения сдвига, что квалифицирует ее как особо мягкий метод отделения биополимеры которые обычно нестабильны.

Перспективность применения в очистке биотехнологических продуктов основана на том, что биополимеры трудны для фильтрации, но, с другой стороны, они обычно заряжаются из-за присутствия амино и карбоксильных групп. Электрофильтрация предназначена для предотвращения образования осадка на фильтре и улучшения кинетики фильтрации трудно фильтруемых продуктов.

В электрофорез частиц и электроосмос становятся необходимыми, когда на процесс фильтрации накладывается электрическое поле. С помощью электрофильтрации обычная фильтрация перекрывается электрическое поле (DC), который работает параллельно направлению потока фильтрата. Когда электрофоретическая сила F_E, противоположно направленный потоку, преодолевает силу гидродинамического сопротивления F_W, заряженные частицы мигрируют из фильтрующей среды, что значительно уменьшает толщину фильтровальный пирог на мембране.

Когда твердые частицы, подлежащие разделению, заряжаются отрицательно, они мигрируют в сторону анод (положительный полюс) и отложите его на расположенную там фильтровальную ткань. В результате на катод На боковой стороне мембраны (отрицательный полюс) имеется только очень тонкая пленка, позволяющая почти всему фильтрату вытекать через эту мембрану.

На рис. 1 представлено схематическое описание камеры электрофильтрации с промывкой. электроды. Для промывочной циркуляции a буферный раствор используется. Этот подход запатентован.^[1]

Фундаментальный

Рисунок 2: Кек ксантана на фильтровальной пластине

Сила гидродинамического сопротивления оценивается по Закон Стокса.

${displaystyle F_{W}=6cdot pi cdot eta cdot { ext{r}}_{H}cdot u }$

Электрофоретическая сила оценивается после Закон Кулона.

${displaystyle F_{E}=4cdot pi cdot varepsilon _{0}cdot varepsilon _{r}cdot { ext{r}}_{H}cdot zeta cdot { ext{E}}}$

В этих уравнениях р_ЧАС представляет гидродинамический радиус коллоиды, ${displaystyle u }$ - скорость электрофоретической миграции, ${displaystyle eta }$ - динамический вязкость решений, ${displaystyle varepsilon _{0}}$ – диэлектрическая постоянная в вакууме, ${displaystyle varepsilon _{r}}$ относительная диэлектрическая проницаемость воды при 298 К, ${displaystyle zeta }$ это дзета-потенциал, E это электрическое поле. Гидродинамический радиус - это сумма радиусов частиц и неподвижной границы раздела с растворителем.

Путем стационарной электрофоретической миграции заряженных коллоиды Электрофоретическая сила и сила гидродинамического сопротивления находятся в равновесии, что описывается следующим образом:

F_W + F_E = 0

Эти эффекты влияют на электрофильтрацию биополимеры, который также мог заряжаться не только силой гидродинамического сопротивления, но и силой электрического поля. Сосредоточение внимания на катод сторона показывает, что на отрицательно заряженные частицы действует сила электрического поля, которая противоположна силе гидродинамического сопротивления. Таким образом, формирование фильтровальный пирог с этой стороны затруднено или в идеальном положении фильтровальный пирог вообще не образуется. В этом случае электрическое поле называют критическим. электрическое поле E_крит. В результате уравновешивания этих сил жидкости, находящиеся под действием электрической силы, становятся заряженными. Помимо приложенного гидравлического давления ∆pH на процесс влияет также электроосмотическое давление. п_е.

Изменение Основное уравнение Дарси, описывающий формирование фильтрационной корки, с электрокинетическими эффектами путем интегрирования в предположении использования констант электроосмотического давления п_е, критическое электрическое поле E_Крит и электрическое поле E результаты: Предыдущие научные работы, проведенные в Кафедра биотехнологической инженерии, Инженерный институт наук о жизни, Университет Карлсруэ продемонстрировали, что электрофильтрация эффективна для концентрации заряженных биополимеры. Очень многообещающие результаты по очистке заряженного полисахарид ксантан уже получены.^[2] На рисунке 2 представлена ​​кекка на фильтре ксантана.

Рекомендации

1. WO 02051874  «Электрофильтрация биополимеров»
2. Хофманн Р., Постен С. (2003). «Улучшение тупиковой фильтрации биополимеров с помощью электрофильтрации под давлением». Химическая инженерия. 58 (17): 3847. Дои:10.1016 / S0009-2509 (03) 00271-9.

Литература

• Воробьев Е., Лебовка Н., (2008). Электротехнологии экстракции из пищевых растений и биоматериалов, ISBN  978-0-387-79373-3.