CÁC CHẤT HOẠT HOÁ SINH HỌC BẰNG MAÌNG MỎNG
Thẩm thấu ngược, siêu lọc, vi lọc, thấm tách, điện thấm tách, bốc hơi qua màng đều thuộc các quá trình phân chia các dung dịch bằng màng mỏng. Các quá trình lọc bằng màng xảy ra ở chế độ công nghệ mềm, điều đó rất quan trọng khi gia công các chất không ổn định. Các phương pháp lọc màng cho phép đồng thời thực hiện các quá trình vừa tinh luyện vừa cô đặc các dung dịch. Ngoài ra chúng còn được tiến hành mà không có sự chuyển pha của sản phẩm gia công và không cần cung cấp nhiệt, chỉ ở nhiệt độ môi trường, có khả năng giảm mất mát đáng kể các chất hoạt hoá sinh học. Các quá trình này cho phép đạt được mức độ cô rất cao (đến 250) và nhận được các chất cô có hàm lượng khô đến 50%. Thiết bị màng lọc tương đối đơn giản, kích thước cơ bản không lớn, tiết kiệm và có thể tự động hoá.
Các màng được ứng dụng để siêu lọc có thể giữ được các phân tử có kích thước từ 5 đến 50 nm, có nghĩa là các phân tử hữu cơ loại lớn. Các màng để thấm thấu ngược giữ được các phân tử có kích thước 2,5 nm
khi hoạt động dưới áp suất chân không (từ 4 đến 10 MPa).
Khả năng phân chia của các màng được xác định bởi khả năng giữ lại các hạt có khối lượng và kích thước phân tử xác định. Trên hình 12.1 nêu sơ đồ lựa chọn phương pháp phân chia các dung dịch phụ thuộc vào đại lượng các hạt có trong chúng.
Nhược điểm của các quá trình
phân chia bằng màng lọc đó là sự cần thiết phải chuẩn bị và tinh chế các dung dịch một cách cẩn thận, xuất hiện sự phân cực nồng độ - xuất hiện nồng độ cao của chất hoà tan ở bề mặt màng lọc và tạo nên một lượng lớn các chất thấm, đòi hỏi phải tận dụng hay tinh chế trước khi xả vào hệ thống kênh thoát.
Lọc muối 1 Lọc đường 10 102 103 104 105 Thẩm thấu ngược Siêu lọc Vi lọc Phân ly cao tốc Lọc truyền thống Lọc đại phân tử Lọc vi nhũ tương Lọc vi khuẩn Hình 12.1. Kích thước các hạt mm
12.1. KỸ THUẬT PHÂN CHIA BẰNG MAÌNG LỌC
Sau hàng triệu năm biến hoá, trong tế bào sinh vật sống đã hình thành phương pháp vạn năng và hoàn thiện để phân chia các dung dịch nhờ màng bán thấm. Ví dụ như vỏ tế bào động và thực vật, nhờ chúng mà sự trao đổi chất giữa tế bào và môi trường bên ngoài được thực hiện.
12.1.1. Các màng siêu lọc
Các màng bán thấm siêu lọc là những màng xốp, trong đó tồn tại hệ rãnh xuyên suốt bảo đảm thẩm thấu pha của các cấu tử trong hỗn hợp bị phân chia. Các lỗ nhỏ trong màng tạo ra hệ thống đường rãnh ngoằn ngoèo liên kết với nhau hay có thể độc lập. Các màng bán thẩm là bộ phận hoạt động cơ bản của thiết bị siêu lọc, cho phép tách các chất hoà tan có khối lượng phân tử trong khoảng 1200 ÷ 3000000. Các màng dùng trong công nhiệp được sản xuất từ các màng xenluloza axetat xốp, dị hướng coú kết cấu hai lớp, gồm lớp bề mặt mỏng với bề dày 0,25 µm đến đệm xốp mịn có bề dày 100 µm. Lớp mịn hoạt hoá của màng sẽ xác định khả năng giữ lại một loại cấu tử trong hỗn hợp được phân chia, trong lớp này xảy ra quá trình phân chia. Vi kết cấu của lớp hoạt hoá với kích thước lỗ được quy định sẽ xác định mức độ cô các chất.
Hiện nay các vật liệu được dùng làm nền cho màng: giấy kim loại, thuỷ tinh xốp, grafít... Yêu cầu cơ bản của các màng nhân tạo như sau: tính lựa chọn cao, tính thấm cao, bền hoá và tính trơ sinh học đối với các dung dịch đem phân ly, tính ổn định trong quá trình hoạt động, độ bền cơ học và tuổi thọ caọ, có khả năng tái sinh và giá thành thấp.
Hiện tại ở Nga đã sản xuất bảy nhãn hiệu màng siêu lọc được sử dụng trong công nghiệp từ xenluloza axetat dạng: YAM - 30, 50 M, 100 M, 150 M, 200 M, 300 M và 500 M, chúng khác nhau bởi đường kính lỗ (từ 2 đến 60 ÷ 70 nm), bởi tính thấm và tính lựa chọn tương ứng. Màng YAM - 30 với đường kính lỗ nhỏ nhất có thể được sử dụng để cô các chất hoạt hoá sinh học có khối lượng phân tử đến 10000, còn màng YAM - 500 với đường kính lớn nhất − để cô các chất có khối lượng phân tử đến 50000. Tuy nhiên khi lựa chọn các màng, ngoài khối lượng phân tử cần phải tính đến yếu tố (không gian, đặc trưng cấu trúc không gian các phân tử của chất đem cô) có ảnh hưởng đến tính lựa chọn của các màng, cũng như khả năng kết tụ của nhiều chất hoạt hoá sinh học. Cho nên đối với mỗi một hệ cụ thể, việc lựa chọn màng được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm.
Các màng lựa chọn dạng YAM từ xenluloza axetat để cô và tinh chế một số enzim bằng phương pháp siêu lọc được nêu ở bảng 12.1.