Электрофильтрация - это метод, который объединяет мембранную фильтрацию и электрофорез в тупиковый процесс.
Электрофильтрация считается подходящим методом для концентрирования и фракционирования биополимеров . Образование пленки на фильтрующей мембране, которая препятствует фильтрации, можно минимизировать или полностью избежать путем приложения электрического поля , улучшая характеристики фильтрации и увеличивая селективность в случае фракционирования. Такой подход значительно снижает затраты на последующую переработку в биопроцессах.
Техника [ править ]
Электрофильтрация - это метод разделения и концентрирования коллоидных веществ, например биополимеров . Принцип электрофильтрации основан на наложении электрического поля на стандартную тупиковую фильтрацию . Таким образом, созданная полярность способствует электрофоретической силе, противоположной силе сопротивления потока фильтрата, и направляет заряженные биополимеры . Это обеспечивает резкое уменьшение образования пленки на мембранах микро- или ультрафильтрации и сокращение времени фильтрации с нескольких часов при стандартной фильтрации до нескольких минут при электрофильтрации. По сравнению с поперечной фильтрациейЭлектрофильтрация не только увеличивает поток пермеата, но также гарантирует снижение напряжения сдвига, что квалифицирует ее как особо мягкий метод разделения биополимеров , которые обычно нестабильны.
Перспективное применение в очистке биотехнологических продуктов основано на том факте, что биополимеры трудно фильтровать, но, с другой стороны, они обычно заряжаются из-за наличия амино- и карбоксильных групп. Электрофильтрация предназначена для предотвращения образования осадка на фильтре и улучшения кинетики фильтрации трудно фильтруемых продуктов.
Электрофорез частиц и электроосмоса становится существенным , когда процесс фильтрации накладный с электрическим полем . При электрофильтрации на обычную фильтрацию накладывается электрическое поле (DC), которое действует параллельно направлению потока фильтрата. Когда электрофоретическая сила F E , направленная противоположно потоку, преодолевает силу гидродинамического сопротивления F W , заряженные частицы мигрируют из фильтрующей среды, тем самым значительно уменьшая толщину фильтрационной корки на мембране.
Когда твердые частицы, подлежащие разделению, заряжаются отрицательно, они перемещаются к аноду (положительный полюс) и осаждаются на расположенной там фильтровальной ткани. В результате на мембране катодной стороны (отрицательный полюс) остается только очень тонкая пленка, позволяющая почти всему фильтрату вытекать через эту мембрану.
На рис. 1 представлено схематическое описание камеры электрофильтрации с промывочными электродами . Для промывочной циркуляции используется буферный раствор . Этот подход запатентован. [1]
Фундаментальный [ править ]
Сила гидродинамического сопротивления оценивается по закону Стокса .
Электрофоретическая сила оценивается по закону Кулона .
В этих уравнениях r H представляет гидродинамический радиус коллоидов , - скорость электрофоретической миграции, - динамическую вязкость растворов, - диэлектрическую проницаемость в вакууме, - относительную диэлектрическую проницаемость воды при 298 K, - это дзета-потенциал , E - электрическое поле . Гидродинамический радиус - это сумма радиусов частиц и неподвижной границы раздела растворителей.
Благодаря установившейся электрофоретической миграции заряженных коллоидов электрофоретическая сила и сила гидродинамического сопротивления находятся в равновесии, что описывается следующим образом:
- F W + F E = 0
Эти эффекты влияют на электрофильтрацию биополимеров , которые также могут заряжаться не только за счет силы гидродинамического сопротивления, но и за счет силы электрического поля. Фокусировка на катодной стороне показывает, что на отрицательно заряженные частицы действует сила электрического поля, противоположная силе гидродинамического сопротивления. Таким образом, образование фильтрационной корки на этой стороне затрудняется или, в идеальном случае, фильтровальная корка не образуется вовсе. В этом случае электрическое поле называется критическим электрическим полем 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 P e .
Модификация основного уравнения Дарси , описывающего формирование фильтрационной корки, с электрокинетическими эффектами путем интегрирования в предположении использования констант электроосмотического давления P e , критического электрического поля E krit и электрического поля E. Результаты: Предыдущие научные работы, проведенные в кафедра Биопроцессов, институт инженерии в области наук о жизни, университет Карлсруэ показал , что электрофильтрации эффективны при концентрации заряженных биополимеров . Уже получены очень многообещающие результаты по очистке заряженного полисахарида ксантана . [2] На рис. 2 представлен кек на ксантановом фильтре.
Ссылки [ править ]
- ^ WO 02051874 «электрофильтрация биополимеров»
- Перейти ↑ Hofmann R., Posten C. (2003). «Улучшение тупиковой фильтрации биополимеров с помощью электрофильтрации под давлением». Химическая инженерия . 58 (17): 3847. DOI : 10.1016 / S0009-2509 (03) 00271-9 .
Литература [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме электрофильтрации . |
- Воробьев Е., Лебовка Н., (2008). Электротехнологии для экстракции из пищевых растений и биоматериалов, ISBN 978-0-387-79373-3 .
