宇宙環境におけるクローズド分離を目指したバイポーラー膜併用電気透析システムの開発

空间环境封闭分离双极膜电渗析系统的研制

基本信息

批准号：
11750664
负责人：
高橋博
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Akita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,バイポーラー膜により生じる電気的な水解離現象を利用し,電気透析槽内に安定なpH勾配を設けるための基礎技術の確立,ならびにその勾配を分離の場として利用することを目的として行われた。電気透析槽内に安定なpH勾配を設けるためには,バイポーラー膜から生成する水素イオンの膜透過速度を槽内の各室間で制御する必要がある。そのため,使用する電解質の種類,濃度の他,電流密度,溶液中に存在する他の物質の影響を明らかにすることが重要であることから,はじめにpH勾配の形成条件と種々の操作条件との関係について調べた。その結果,各室のpHを任意の値に設定するためには,陽イオン交換膜を用いて低pH勾配を形成させる場合には溶液中の陰イオンの濃度が,また陰イオン交換膜を用いて高pH勾配を形成させるためには,溶液中の陽イオンの濃度がpH勾配を形成させるための最も重要な操作条件であることがわかった。次ぎに,上記の手法で得られるpH勾配を各室間で2〜4の範囲になるような条件の下で運転し,分離への応用の一例として酸性アミノ酸であるリシンと中性アミノ酸のメチオニンの相互分離を試みた。リシン,メチオニンとも,pH2付近においては正の荷電を有するため,pHを2に設定した室からは両アミノ酸ともpHを3に設定した室へ透過したが,メチオニンはpHを3に設定した室から他の室へは透過せずリシンのみが選択的に透過した。この結果より,本手法により形成したpH2-4の勾配を用いることにより,リシンとメチオニンの相互分離が良好に達成されることが明らかとなった。以上の結果を基に,溶液の電気的中性条件,溶液の解離平衡,溶液-膜間のイオン交換平衡さらには膜内の透過速度を考慮に入れたモデルを構築し解析を行った。その結果,モデルによる解析値と実験結果は良好に一致し,本手法における任意のpH勾配を形成するための条件,ならびにリシンとメチオニンの分離挙動を予測することが可能となった。

本研究的目的是建立一种基本技术，利用双极膜产生的电水解离现象在电渗析槽内产生稳定的pH梯度，并利用该梯度作为分离位点。为了在电渗析罐中产生稳定的pH梯度，需要控制罐中各室之间的双极膜产生的氢离子的膜渗透速率。因此，澄清所用电解质的类型和浓度以及电流密度和溶液中存在的其他物质的影响非常重要。因此，为了将各室的pH设定为任意值，在使用阳离子交换膜时需要调节溶液中阴离子的浓度以形成低pH梯度，而在使用阴离子交换膜时需要调节溶液中的阴离子浓度。为了形成低pH梯度，为了形成高pH梯度，发现溶液中的阳离子浓度是形成pH梯度的最重要的操作条件。接下来，将通过上述方法获得的pH梯度在各室之间的pH梯度范围为2至4的条件下操作，并且作为应用于分离的示例，使用酸性氨基酸赖氨酸和中性氨基酸蛋氨酸我试图将他们分开。由于赖氨酸和蛋氨酸在 pH 2 附近都带正电荷，因此两种氨基酸都从 pH 2 的室渗透到 pH 3 的室，但蛋氨酸从 pH 3 的室渗透。只有蓖麻毒素选择性渗透，而不渗透到 pH 3 的室。其他房间。结果表明，利用该方法形成的pH 2-4梯度，成功实现了赖氨酸和蛋氨酸的相互分离。基于上述结果，我们构建并分析了一个模型，该模型考虑了溶液的电中性条件、溶液的解离平衡、溶液与膜之间的离子交换平衡以及膜内的渗透速率。结果，使用模型的分析值和实验结果非常吻合，使得可以预测形成任意pH梯度的条件以及使用该方法的赖氨酸和蛋氨酸的分离行为。