شماره ركورد
33907
پديد آورنده
محمدحسين اكبرپورطالخونچه
عنوان
ساخت و ارزيابي غشاي پليمري اولترافيلتراسيون براي تخليص پروتئين با هدف بهبود خواص ضدگرفتگي، گزينشپذيري و تراوايي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي- پديدههاي انتقال و فرايند جداسازي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/5
استاد راهنما
تورج محمدي
استاد مشاور
-
دانشكده
دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
جداسازي پروتئينها از مراحل كليدي و حساس در صنايع دارويي، غذايي و زيستي است كه كيفيت نهايي محصولات را به طور مستقيم تحت تأثير قرار ميدهد. فرآيندهاي غشايي اولترافيلتراسيون به دليل بازده بالا، مصرف انرژي پايين و قابليت جداسازي دقيق مولكولهاي پروتئيني، به عنوان يكي از روشهاي موثر و مقرون به صرفه در اين زمينه مطرح شدهاند. با اين حال، مشكلاتي مانند گرفتگي غشا و كاهش عملكرد آنها در طولانيمدت از چالشهاي مهم اين سيستمها به شمار ميآيند كه نيازمند توسعه و بهبود خواص غشاهاست. در اين پژوهش، غشاهاي نانوكامپوزيتي پلياترسولفون به همراه افزودني پليوينيل پيروليدون و ريزساختارهاي چارچوب آلي-فلزي كروم شامل MIL-101(Cr)-NH₂ و زيركونيوم شامل MIP202(Zr) و اصلاح شده آنها با گروه كربوكسيليك در بارگذاريهاي مختلف ساخته و ارزيابي شدند. غشاها با استفاده از روش جدايش فازي با القاي ضدحلال و با حلال N-متيل پيروليدون ساخته شدند و پراش پرتو ايكس (XRD) و طيفسنجي مادون قرمز (FTIR) سنتز موفق و اصلاح موفقيتآميز ريزساختارها و گروههاي عاملي آنها را تاييد كرد به علاوه از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آناليز پراش انرژي پرتو ايكس (EDX) براي بررسي ساختارها و پراكندگي ذرات استفاده شد، خواص سطحي غشاها نيز بررسي شدند و نتايج نشان دادند كه با افزودن ريزساختارها، زبري سطح افزايش و آبدوستي غشاها بهبود يافته است؛ به طوري كه زاويه تماس آب براي غشاهاي حاوي ذرات MIL آميندار و اصلاح شده و همچنين MIP آميندار و اصلاح شده در بارگذاري wt.% 1/0 از °6/64 در غشاي خالص به ترتيب به °8/57، °4/49، °1/58 و °3/51 كاهش يافت. عملكرد فيلتراسيون نيز با افزايش قابل توجه شار آب از 27/131 ليتر بر مترمربع ساعت (LMH) براي غشاي خالص به مقادير 2/166، 7/174، 2/180 و LMH 0/173 براي نمونههاي اصلاح شده بهبود يافت. علاوه بر اين، تخلخل سطحي غشاها بهبود و مقاومت آنها در برابر گرفتگي با افزايش نرخ بازيابي شار از %77 براي غشاي خالص به بيش از %94 براي نمونه حاوي ريزساختارهاي MIP اصلاح شده، ارتقا يافت. همچنين بازده جداسازي پروتئين آلبومين سرم گاوي در نمونههاي اصلاح شده افزايش يافت و بالاترين مقدار براي غشاي حاوي ريزساختارهاي MIP202 برابر با %2/98 ثبت شد. اين نتايج حاكي از آن است كه استفاده از ريزساختارهاي اصلاح سطحي شده چارچوب آلي-فلزي، به طور مؤثري خواص عملكردي غشاهاي اولترافيلتراسيون را براي كاربردهاي تخليص پروتئين بهبود ميبخشد و ميتواند گامي مؤثر در افزايش دوام و كارايي اين سيستمها باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/12
عنوان به انگليسي
Fabrication and Characterization of polymeric ultrafiltration membrane for protein purification with the aim of improving antifouling properties, selectivity and permeability
تاريخ بهره برداري
9/27/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدحسين اكبرپور طالخونچه
چكيده به لاتين
Protein separation is one of the critical and sensitive stages in pharmaceutical, food, and biotechnological industries, directly influencing the final quality of the products. Ultrafiltration membrane processes have emerged as one of the efficient and cost-effective methods in this field due to their high efficiency, low energy consumption, and precise molecular separation capability. However, challenges such as membrane fouling and performance decline over time remain major obstacles, necessitating the development and improvement of membrane properties. In this study, polyethersulfone (PES) nanocomposite membranes containing polyvinylpyrrolidone (PVP) as an additive and metal–organic framework (MOF) microstructures based on chromium (MIL-101(Cr)-NH₂) and zirconium (MIP-202(Zr))—along with their carboxyl-functionalized derivatives—were fabricated and evaluated at various loadings. The membranes were prepared via a non-solvent induced phase separation (NIPS) method using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as solvent. X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) analyses confirmed the successful synthesis and surface modification of the MOF structures and their functional groups. Scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray (EDX) analyses were employed to examine morphology and particle dispersion. Surface property analyses revealed that incorporation of the MOF structures increased surface roughness and enhanced membrane hydrophilicity. The water contact angle decreased from 64.6° for the pristine membrane to 57.8°, 49.4°, 58.1°, and 51.3° for membranes containing amino-functionalized and carboxyl-modified MIL and MIP structures (at 0.1 wt.% loading), respectively. Moreover, water flux significantly increased from 131.27 L·m⁻²·h⁻¹ (LMH) for the pristine membrane to 166.2, 174.7, 180.2, and 173.0 LMH for the modified samples. Additionally, the surface porosity and antifouling resistance were improved, with flux recovery ratio (FRR) increasing from 77% for the pristine membrane to over 94% for the membrane containing the carboxyl-functionalized MIP structures. The bovine serum albumin (BSA) rejection efficiency also increased in the modified membranes, reaching the highest value of 98.2% for the MIP-202(Zr)-based membrane. These results demonstrate that incorporating surface-functionalized MOF microstructures effectively enhances the functional performance of ultrafiltration membranes for protein purification applications and represents a promising step toward improving the durability and efficiency of such systems.
كليدواژه هاي فارسي
اولترافيلتراسيون , تخليص پروتئين , گرفتگي غشايي
كليدواژه هاي لاتين
ultrafiltration , Protein purification , Membrane Fouling
Author
Mohahhad Hosien Akbarpor
SuperVisor
Dr Toraj Mohammadi