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纤维素酶作为一种清洁高效的催化剂在食品、发酵、纺织、日用化工、医药、生物工程等诸多领域得到广泛应用。发酵法制酶的产物中含有大量的水或溶剂,酶的浓缩及纯化是酶制剂生产过程中的重要环节。目前,真空蒸发浓缩、超滤膜浓缩常用于工业大规模生产;冷冻浓缩、离子交换浓缩、凝胶吸水浓缩、喷雾干燥等多用于小批量处理或实验室提取。气体水合物分离作为一门崭新的分离技术具有工艺简单、反应条件温和、无二次污染等优势,在海水淡化、气体分离、果汁浓缩、废水处理等领域具有广阔的应用前景。气体水合物浓缩原理与冷冻浓缩类似,但在0℃以上形成,比冷冻浓缩条件更加温和,适用于热敏性物料的浓缩。 本文自主设计并搭建水合物反应系统,进行了CO2水合物在纤维素酶溶液中的相平衡实验及用于纤维素酶溶液浓缩的实验,研究了纤维素酶溶液-CO2体系中的热力学平衡条件,分析了不同初始条件对CO2水合物生成过程以及对浓缩效果的影响。 首先,实验测定纤维素酶溶液-CO2体系下的相平衡数据。纯水和不同浓度的纤维素酶溶液体系中CO2水合物的热力学实验数据表明:低浓度纤维素酶对CO2水合物生成有促进作用,但具有临界值,本实验的促进临界浓度为1.43 wt%,超过或低于此临界的浓度促进效果均会减弱。浓度过高的纤维素酶会对水合物生成有抑制作用,23.79 wt%的纤维素酶溶液抑制效果显著。 其次,进行纤维素酶溶液中CO2水合物生成动力学研究。选用1.43 wt%的纤维素酶溶液,进行CO2水合物生成实验。研究表明:过压度越高,过冷度越大,越有利于水合物快速大量生成。搅拌能够促进水合物快速生成,缩短诱导时间,但促进作用有限,转速过高反而抑制生成速率。 最后,考察不同溶液浓度、初始压力、过冷度、搅拌转速等初始条件对纤维素酶浓缩效果的影响。选用100 mL,干重质量分数为1.43 wt%的纤维素酶溶液作为浓缩样品,单因素实验结果表明:在初始压力3.82 MPa,冷却温度274.59 K时,可达到本实验的最高浓缩倍率1.27。适当的压力范围内,浓缩率随压力升高而增加,但当浓度过高导致生成的水合物体积远远大于剩余溶液体积时,浓缩效果变差,本实验的最适初始压力为3.82 MPa;搅拌作用下的浓缩效果优于不搅拌,但随着搅拌速率的增加,浓缩率提高的同时夹带现象也更加严重,500 rpm时可获得最高浓缩倍率1.27;水合物法更适合稀溶液的浓缩,初始条件3.8 MPa,274.15 K,500 rpm时,1.43 wt%的纤维素酶浓缩效果最好,浓缩倍率可达1.24倍。