Membraanin modifiointi happo- ja alkoholikäsittelyillä

Tässä diplomityössä tutkittiin alkoholilla ja orgaanisella hapolla tehtävien esikäsittelyiden vaikutusta nanosuodatuskalvon ominaisuuksiin. Työn tarkoituksena oli parantaa nanosuodatuskalvon fraktiointiominaisuuksia sekä kasvattaa monosakkaridien suotautuvuutta. Tarkasteluissa käytetty membraani oli GE Osmonicsin valmistamaa Desal-5 DL nanosuodatuskalvoa, jota modifioitiin erilaisilla maitohappo- ja isopropanoliesikäsittelyillä. Suodatukset tehtiin kahdella erilaisella laboratoriomittakaavan levysuotimella käyttäen malliaineina väkevää sokeriliuosta sekä laimeampaa sokeri-suola-liuosta. Happo- ja alkoholiesikäsiteltyjen kalvojen vuo- ja retentioarvoja verrattiin referensseinä käytettyjen vesiliotettujen kalvojen vastaaviin arvoihin. Puhtaat esikäsitellyt kalvot analysoitiin myös tarkemmin kalvoissa tapahtuneiden muutosten ymmärtämiseksi. Suodatusten ja analyysitulosten perusteella sekä alkoholi- että happoesikäsittelyt paransivat nanosuodatuskalvon ominaisuuksia parantaen sokerivuota, heikentämättä kuitenkaan kalvon fraktiointikykyä eri moolimassan omaavien sokereiden suhteen. Hapolla saavutettiin hieman alkoholikäsittelyä suotuisammat muutokset, mutta molemmilla käsittelyillä haluttujen komponenttien retentio monesti jopa parani referenssikalvoon verrattuna. Havaitut muutokset kalvoissa olivat pääosin fysikaalisia, mutta erityisesti happokäsittely muutti kalvon rakennetta myös kemiallisesti. Molemmat käsittelyt lisäsivät myös tarkasteltavan membraanin hydrofiilisuutta.

In this Master’s thesis, impacts of acid and alcohol modification on properties of nanofiltration membrane were investigated. The aim was to improve the fractionation properties of nanofiltration membranes and to increase the permeation of monosaccharides. Membrane sheets used were Desal-5 DL nanofiltration membranes, manufactured by GE Osmonics and membane sheets were pretreated with different kind of lactic acid and isopropanol solutions. Two different kind of laboratory scale disc filters were also used for filtration of two different feed solutions; thick sugar and more diluted sugar-salt-solution. Sugar fluxes and retention properties of acid and alcohol pretreated membranes were compared to the corresponding values of water soaked reference membranes. Clean, pretreated membranes were also analysed to understand phenomena behind the changed properties. On the strenght of filtration and analysis results, both alcohol and acid pretreatments improved properties of nanofiltration membranes by improving sugar flux without deterioration of fractionation efficiency of sugars with different molecule sizes. Changes achieved by acid treatment were even more positive than those achieved with alcohol, but in both cases retention of desired components even improved compared to the value of reference membrane. Most changes in the membrane structure were physical, but at least acid treatment changed also membrane’s chemical structure. Both treatments also increased hydrophilicity of nanofiltration membrane investigated.