生物工程下游技術(shù)膜分離過程的知識

1、5 膜分離過程(membrane separation)知識點：膜分離過程的分類及定義，膜分離機理，膜分離理論，超濾速度的影響因素，超濾膜污染及再生，超濾的操作方式及設(shè)備，膜分離過程的應(yīng)用實例。重點：膜分離過程的分類，概念，實質(zhì)及其適用范圍。超濾膜污染的常規(guī)處理方法，膜分離機理的毛細管流動模型和溶解擴散模型，傳遞理論中過濾模型和濃差極化問題，超濾器的型式及其方式。難點：膜分離機理和傳遞理論。 5.1 概述 (1)膜分離技術(shù)發(fā)展的歷史膜分離技術(shù)已被國際上公認為20世紀末至21世紀中期最有發(fā)展前途、甚至會導(dǎo)致一次工業(yè)革命的重大生產(chǎn)技術(shù)，所以可稱為前沿技術(shù)，是世界各國研究的熱點。如果將20世紀50年

2、代初視為現(xiàn)代高分子膜分離技術(shù)研究的起點，截止現(xiàn)在，其發(fā)展致可分為三個階段：50年代為奠定基礎(chǔ)階段；60年代和70年代為發(fā)展階段， 80年代至今為發(fā)展深化階段。目前，研制和開發(fā)出的分離膜及應(yīng)用技術(shù)有：膜分離技術(shù)在分離物質(zhì)過程中不涉及相變，對能量要求低，因此和蒸餾、結(jié)晶、蒸發(fā)等需要輸入能量的過程有很大差異；膜分離的條件一般都較溫和，對于熱敏性物質(zhì)復(fù)雜的分離過程很重要，這兩個因素使得膜分離成為生化物質(zhì)分離的合適方式。此外它操作方便、結(jié)構(gòu)緊湊、維修費用低、易于自動化，因而是現(xiàn)代分離技術(shù)中一種效率較高的分離手段，在生化分離工程中具有重要作用。(2)膜分離技術(shù)在分離工程中的重要作用存在的問題在操作中膜面會

3、發(fā)生污染，使膜性能降低，故有必要采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法;從目前獲得的膜性能來看，其耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力都是有限的，故使用范圍受限;單獨采用膜分離技術(shù)效果有限，因此往往都將膜分離工藝與其他分離工藝組合起來使用。物質(zhì)的識別與透過；界面；反應(yīng)場。物質(zhì)的識別與透過是使混合物中各組分之間實現(xiàn)分離的內(nèi)在因素；作為界面，膜將透過液和保留液(料液)分為互不混合的兩相；作為反應(yīng)場，膜表面從孔內(nèi)表面含有與特定溶質(zhì)具有相互作用能力的官能團，通過物理作用、化學反應(yīng)或生化反應(yīng)提高膜分離的選擇性和分離速度。生物分離過程中采用的膜分離法主要是利用物質(zhì)之間透過性的差別，而膜材料上固定特殊活性基團，使溶質(zhì)與膜材料

4、發(fā)生某種相互作用來提高膜分離性能的功能膜研究也很多，代表了膜分離技術(shù)的發(fā)展方向。膜在分離過程中具有如下功能膜分離過程的類型膜分離過程可以認為是一種物質(zhì)被透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程，依據(jù)濾膜孔徑的大小而達到物質(zhì)分離的目的，故可按分離粒子或分子的大小予以分類在生物技術(shù)中應(yīng)用的膜分離過程，根據(jù)推動力本質(zhì)的不同，可具體分為四類：以靜壓力差為推動力的過程；以蒸氣分壓差為推動力的過程；以濃度差為推動力的過程；以電位差為推動力的過程以靜壓力差為推動力的膜分離過程以靜壓力差為推動力的膜分離有三種：微濾(MF)、超濾(UF)和反滲透(RO)，它們在粒子或被分離分子的類型上具有差別。(1)微濾 特別適

5、用于微生物、細胞碎片、微細沉淀物和其他在“微米級”范圍的粒子如DNA和病毒等的截留和濃縮。(2)超濾 適用于分離、純化和濃縮一些大分子物質(zhì)，如在溶液中或與親和聚合物相連的蛋白質(zhì)(親和超濾)、多糖、抗生素以及熱原，也可以用來回收細胞和處理膠體懸浮液。(3)反滲透 海水脫鹽、超純水制備，從發(fā)酵液中分離溶劑如乙醇、丁醇和丙酮以及濃縮抗生素、氨基酸等。以蒸氣分壓差為推動力的膜分離過程(1)膜蒸餾(MD) 是在不同溫度下分離兩種水溶液的膜過程，已經(jīng)用于高純水的生產(chǎn)，溶液脫水濃縮和揮發(fā)性有機溶劑的分離，如丙酮和乙醇等。(2)滲透蒸發(fā) 是以蒸氣壓差為推動力的過程，但是在過程中使用的是致密(無孔)的聚合物膜。

6、液體擴散能否透過膜取決于它們在膜材料中的擴散能力。以濃度差為推動力的膜分離過程滲析是一種重要的、以濃度差為推動力的膜分離過程，它最主要的應(yīng)用是血液(人工腎)的解毒，也用在實驗室規(guī)模的酶的純化上，使用的是微孔膜如膠膜管。酶的傳統(tǒng)純化辦法是使用滲析袋，從樣品中除去無用的低相對分子質(zhì)量溶質(zhì)和置換存在于滲透液中的緩沖液，由于在樣品中鹽和有機溶劑的濃度高，滲透壓的結(jié)果導(dǎo)致水向滲透袋內(nèi)遷移，體積增加，所以滲透在除去多余的低相對分子質(zhì)量溶質(zhì)的同時，引進了一個新的緩沖溶液。以電位差為推動力的膜分離過程離子交換膜電滲析(EDTM)，簡稱電滲析，是一個膜分離過程，在該過程中，離子在電勢的驅(qū)動下，通過選擇性滲透膜，

7、從一種溶液向另一種溶液遷移。用于該過程的膜，只有共價結(jié)合的陰或陽離子交換基團。陰離子交換膜只能透過陰離子，陽離子交換膜則只能透過陽離子。將離子交換膜浸入電解質(zhì)溶液，并在膜的兩側(cè)通以電流時，則只有與膜上固定電荷相反的粒子才能通過膜。各種膜分離法的原理和應(yīng)用范圍原理 RO membrane NF membrane UF membrane MF membrane原理動漫納濾在工業(yè)上的應(yīng)用-膜分離法包含著非常豐富的內(nèi)容，在生物分離領(lǐng)域應(yīng)用的膜分離法包括微濾(Microfiltration,MF)、超濾(Ultrafiltration，UF)、反滲透(Reverse osmosis，RO)、透析(Dia

8、lysis，DS)、電滲析(Electrodialysis，ED)和滲透氣化(Pervaporation，PV)等，各種膜分離法的原理和應(yīng)用范圍列于上表。 如圖5.1所示，一個容器中間用一張可透過溶劑(水)，但不能透過溶質(zhì)的膜隔開，兩側(cè)分別加入純水和含溶質(zhì)的水溶液。若膜兩側(cè)壓力相等，在濃差的作用下作為溶劑的水分子從溶質(zhì)濃度低(水濃度高)的一側(cè)(A側(cè)，純水)向濃度高的一側(cè)(B側(cè)，水溶液)透過，這種現(xiàn)象稱為滲透。促使水分子透過的推動力稱為滲透壓。當B側(cè)與A側(cè)之間的壓差等于滲透壓時，兩側(cè)的化學位相等達到平衡狀態(tài)(圖5.1a)，此時兩側(cè)的化學位分別為5.1.1 反滲透圖5.1 滲透與反滲透式中 A，B

9、為A、B兩側(cè)的化學位（kJ/kmol）； pA, pB為A、B兩側(cè)的壓力（kJ/m3）； p，為標準壓力和標準化學位； 1為溶劑（水）的摩爾體積（m3/ kmol） aA，aB為A、B兩側(cè)溶劑的和度。 因為AB，所以可得或其中， pA pB為膜兩側(cè)溶液的滲透壓差。如果A側(cè)為純水，則aA1，上式變?yōu)闉槿芤築的滲透壓。若溶液B為稀溶液，則aB xB 1yB ，其中xB和yB分別為溶劑和溶質(zhì)的摩爾分數(shù)。因為ln(1- yB) yB ，所以或其中cB為溶質(zhì)的摩爾濃度mol/dm3 。從上式可以看出，溶質(zhì)濃度越高，滲透壓越大。如果欲使B側(cè)溶液中的溶劑(水)透過到A側(cè)，在B側(cè)所施加的壓力必須大于此滲透壓，

10、這種操作稱為反滲透(圖5.1b)。一般反滲透的操作壓力常達到幾十個大氣壓。RO膜無明顯的孔道結(jié)構(gòu)，其透過機理尚不十分清楚。目前多采用熱力學方法解釋RO膜的透過機理，而不考慮膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，其中溶解擴散模型簡單實用。該模型假設(shè)溶劑或溶質(zhì)首先溶解在膜中，然后擴散通過RO膜。 與RO膜一樣，超濾(UF)和微濾(MF)都是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差為傳質(zhì)推動力。但與RO膜相比，UF膜和MF膜具有明顯的孔道結(jié)構(gòu)，主要用于截留高分子溶質(zhì)或固體微粒。UF膜的孔徑較MF膜小，主要用于處理不含固形成分的料液，其中相對分子質(zhì)量較小的溶質(zhì)和水分透過膜，而相對分子質(zhì)量較大的溶質(zhì)被截留。因此，超濾是根據(jù)高分子溶質(zhì)之間或高

11、分子與小分子溶質(zhì)之間相對分子質(zhì)量的差別進行分離的方法。超濾過程中，膜兩側(cè)滲透壓差較小，所以操作壓力比反滲透操作低，一般為0.11.0MPa。微濾一般用于懸浮液(粒子粒徑為0.1數(shù)微米)的過濾，在生物分離中，廣泛用于菌體的分離和濃縮。微濾過程中膜兩側(cè)的滲透壓差可忽略不計，由于膜孔徑較大，操作壓力比超濾更小，一般為0.050.5MPa。圖5.2大致給出了RO、UF和MF等膜分離法與物質(zhì)尺寸之間的關(guān)系。可以看出，RO法適用于1nm以下小分子的濃縮；UF法適用于分離或濃縮直徑150nm的生物大分子(蛋白質(zhì)、病毒等)；MF法適用于細胞、細菌和微粒子的分離，目標物質(zhì)的大小范圍為0.110m 。5.1.2

12、超濾和微濾5.2 膜分離法與物質(zhì)大小(直徑)的關(guān)系在超濾和微濾過程中，流體在膜孔道內(nèi)層流動。假設(shè)孔道為圓柱形，孔徑均勻，則透過通量可用根據(jù)動量衡算推導(dǎo)的Hagen-Poiseuille方程表達（溶劑的體積通量）其中，為膜的空隙率，dpore為孔道直徑，p為濾液粘度。由于膜的孔道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔徑不均勻，并且有些孔道還可能是一端封閉的，所以Hagen-Poiseuille方程與實際的超濾或微濾過程差距較大。適用于固定床內(nèi)流體通量與壓降關(guān)系的Carman-Kozeny 方程與實際的超濾或微濾過程更接近，該方程為其中，K為與孔道結(jié)構(gòu)有關(guān)的無因次常數(shù)，S0為孔道比表面積。從上述兩式均可看出，透過通量與壓差

13、成正比，與濾液粘度成反比。這是分析超濾和微濾過程速度的基礎(chǔ)。如圖5.3所示，利用具有一定孔徑大小、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜將含有高分子溶質(zhì)和其他小分子溶質(zhì)的溶液(左側(cè))與純水或緩沖液(右側(cè))分隔，由于膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度不同，在濃差的作用下，左側(cè)高分子溶液中的小分子溶質(zhì)(例如無機鹽)透向右側(cè)，右側(cè)中的水透向左側(cè)，這就是透析。圖5.3所示的透析操作中，通常將右側(cè)純水或緩沖液稱為透析液，所用親水膜稱為透析膜。透析過程中透析膜內(nèi)無流體流動，溶質(zhì)以擴散的形式移動，摩爾透過通量N為N=K0(c1c2) 其中， K0為包括膜內(nèi)擴散和膜兩側(cè)表面液膜傳質(zhì)阻力在內(nèi)的總傳質(zhì)系數(shù)， c1和c2分別為膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度。

14、圖5.3 透析原理5.1.3 透析圖5.3透析膜一般為孔徑510nm的親水膜，例如纖維素膜、聚丙烯氰膜和聚酰胺膜等。生化實驗室中經(jīng)常使用的透析袋直徑為580 mm，將料液裝入透析袋中，封口后浸入到透析液中，一定時間后即可完成透析，必要時需更換透析液。處理量較大時，為提高透析速度，常使用比表面積較大的中空纖維透析裝置(詳見5.3節(jié))。 透析法在臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。在生物分離方面，主要用于生物大分子溶液的脫鹽。由于透析過程以濃差為傳質(zhì)推動力，膜的透過通量很小，不適于大規(guī)模生物分離過程，而在實驗室中應(yīng)用較多。電滲析是利用分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別進行分離的膜分離法，可用于小分子電解

15、質(zhì)(例如氨基酸、有機酸)的分離和溶液的脫鹽。電滲析操作所用的膜材料為離子交換膜，即在膜表面和孔內(nèi)共價鍵合有離子交換基團，如磺酸基(SO-3）等酸性陽離子交換基和季銨基(NR3 )等堿性陰離子交換基。鍵合陰離子交換基的膜稱作陰離子交換膜，鍵合陽離子交換基的膜稱作陽離子交換膜。在電場的作用下，前者選擇性透過陰離子，后者選擇性透過陽離子。5.1.4 電滲析如圖5.4所示，陽離子交換膜C和陰離子交換膜A各兩張交錯排列，將分離器隔成5個小室如圖兩端與膜垂直的方向加電場，即構(gòu)成電滲析裝置。以溶液脫鹽為目的時，料液置于脫鹽室(1、3、5)，另兩室(2、4)內(nèi)放入適當?shù)碾娊庖?。在電場的作用下，電解質(zhì)發(fā)生電泳，

16、由于離子交換膜的選擇性透過特性，脫鹽室的溶液脫鹽，而2、4室的鹽濃度增大。電滲析過程也可連續(xù)操作，此時料液連續(xù)流過脫鹽室(1、3、5)，而低濃度電解液連續(xù)流過2、4室。從脫鹽室出口得到脫鹽的溶液，從2、4室出口得到濃縮的鹽溶液。電滲析在工業(yè)上多用于海水和苦水的淡化以及廢水處理。作為生物分離技術(shù)，電滲析可用于氨基酸和有機酸等生物小分子的分離純化。滲透氣化的原理示于圖5.5。疏水膜的一側(cè)通入料液，另一側(cè)(透過側(cè))抽真空(圖5.5)或通入惰性氣體，使膜兩側(cè)產(chǎn)生溶質(zhì)分壓差。在分壓差的作用下，料液中的溶質(zhì)溶于膜內(nèi)，擴散通過膜，在透過側(cè)發(fā)生氣化，氣化的溶質(zhì)被膜裝置外設(shè)置的冷凝器冷凝回收。因此，滲透氣化法根

17、據(jù)溶質(zhì)間透過膜的速度不同，使混合物得到分離。膜與溶質(zhì)的相互作用決定溶質(zhì)的滲透速度，根據(jù)相似相溶的原理，疏水性較大的溶質(zhì)易溶于疏水膜，因此滲透速度高，在透過一側(cè)得到濃縮。氣化所需的潛熱用外部熱源供給。與前述的反滲透相比，滲透氣化過程中溶質(zhì)發(fā)生相變，透過側(cè)溶質(zhì)以氣體狀態(tài)存在，因此消除了滲透壓的作用，從而使?jié)B透氣化在較低的壓力下進行，適于高濃度混合物的分離。5.1.5 滲透氣化滲透氣化法利用溶質(zhì)之間膜透過性的差別，特別適用于共沸物和揮發(fā)度相差較小的雙組分溶液的分離。例如，利用滲透氣化法濃縮乙醇，由于膜的選擇性透過乙醇的特性、可消除共沸現(xiàn)象，得到高濃度乙醇。因此，滲透氣化又稱膜蒸餾。滲透氣化膜主要為多

18、孔聚乙烯膜、聚丙烯膜和含氟多孔膜等。由于膜材料的進步，80年代以后滲透氣化技術(shù)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在乙醇、丁醇等揮發(fā)性發(fā)酵產(chǎn)物的發(fā)酵分離耦合過程中的應(yīng)用開發(fā)研究非?；钴S。5.2 膜及其特性膜的定義: 在一定流體相中，有一薄層凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜。膜本身是均勻的一相或是由兩相以上凝聚物質(zhì)所構(gòu)成的復(fù)合體。被膜分隔開的流體相物質(zhì)是液體或氣體。膜的厚度在0.5mm以下，否則就不稱為膜。不管膜本身薄到何等程度，至少要具有兩個界面，通過它們分別與兩側(cè)的流體相物質(zhì)接觸，膜可以是完全可透性的，也可以是半透性的但不應(yīng)該是完全不透性的。它的面積可以很大，獨立地存在于流體相間，也可以非常

19、微小而附著于支撐體或載體的微孔隙上。膜還必須具有高度的滲透選擇性，作為一種有效的分離技術(shù)，膜傳遞某物質(zhì)的速度必須比傳遞其他物質(zhì)快。生物分離過程常用的膜分離技術(shù)為超濾、微濾和反滲透。為實現(xiàn)高效率的膜分離操作，對膜材料有如下要求：(1)起過濾作用的有效膜厚度小，超濾和微濾膜的開孔率高，過濾阻力??；(2)膜材料為惰性，不吸附溶質(zhì)(蛋白質(zhì)、細胞等)，從而使膜不易污染，膜孔不易堵塞；(3)適用的pH和溫度范圍廣，耐高溫火茵，耐酸堿清洗劑，穩(wěn)定性高，使用壽命長；(4)容易通過清洗恢復(fù)透過性能；(5)滿足實現(xiàn)分離目的的各種要求，如對菌體細胞的截留、對生物大分子的通透性或截留作用等。目前市售膜的種類很多，主要

20、有天然高分子、合成高分子和無機材料。下面簡要介紹制造超濾、微濾和反滲透膜的各種膜材料。5.2.1 膜材料1.天然高分子材料 主要是纖維素的衍生物，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維素等。其中醋酸纖維膜的截鹽能力強，常用作反滲透膜、也可用作微濾膜和超濾膜。醋酸纖維膜使用最高溫度和pH范圍有限，一般使用溫度低于4550，pH38。再生纖維素可制造透析膜和微濾膜。 2.合成高分子材料 市售膜的大部分為合成高分子膜，種類很多，主要有聚砜、聚丙烯晴、聚酰亞胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等。其中聚砜是最常用的膜材料之一，主要用于制造超濾脂。聚砜膜的特點是耐高溫(一般為7080，有些可高達125度)，適用pH范

21、圍廣(pH113)，耐氯能力強，可調(diào)節(jié)孔徑范圍寬(120nm)。但聚砜膜耐壓能力較低，一般平板膜的操作力極限為0.51.0MPa。聚酰胺膜的耐壓能力較高，對溫度和pH都有很好的穩(wěn)定性，使用壽命較長，常用于反滲透。3 無機材料 主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。目前實用化的無機膜主要有孔徑0.1m以上的微濾膜和截留相對分子質(zhì)量l0kD以上的超濾膜，其中以陶瓷材料的微濾膜最為常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鋯和鈦等陶瓷微粒燒結(jié)而成，膜厚方向不對稱。無機膜的特點是機械強度高，耐高溫、耐化學試劑和耐有機溶劑，但缺點是不易加工，造價較高。 另一類無機微濾膜為動態(tài)膜(dynamic memb

22、rane)，是將含水金屬氧化物(如氧化鋯)等膠體微?；蚓郾┧岬瘸练e在陶瓷管等多孔介質(zhì)表面形成的膜，其中沉積層起篩分作用。動態(tài)膜的特點是透過通量大，通過改變pH值容易形成或除去沉積層，因此清洗比較容易，但缺點是穩(wěn)定性較差。 膜的種類根據(jù)膜的材質(zhì)固體膜液體膜根據(jù)材料來源天然膜合成膜無機材料膜有機高分子膜根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)多孔膜致密膜離子交換膜滲析膜微孔過濾膜超過濾膜反滲透膜滲透汽化膜氣體滲透膜根據(jù)膜的功能 固體膜根據(jù)膜斷面的物理形態(tài)根據(jù)固體膜的形態(tài)對稱膜不對稱膜復(fù)合膜平板膜管式膜中空纖維膜核徑蝕刻膜膜材料種類高分子分離膜材料纖維素衍生物類聚砜類聚酰胺類聚酰亞胺類聚酯類聚烯烴類乙烯類聚合物含硅聚合物含氟

23、聚合物甲殼素類無機膜致密膜多孔膜致密的金屬膜致密的固體電解質(zhì)膜致密的”液體充實固體化“動態(tài)原位形成的致密膜Pd膜及Pd合金膜Ag膜及Ag合金膜氧化鋯膜復(fù)合固體氧化膜多孔負載膜多孔金屬膜，多孔不銹鋼膜多孔Ni膜，多孔Ag膜，多孔Pd膜，多孔Ti膜多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，SiO2膜，ZrO2膜，TiO2膜（多孔玻璃膜分子篩膜，包括碳分子篩）種類具體分類纖維素衍生物類再生纖維素，硝酸纖維素，二醋酸纖維素，三醋酸纖維素，乙基纖維素，其他纖維素衍生物聚砜類雙酚A型聚砜，聚芳醚酚，酚酞型聚醚酚，聚醚酮聚酰胺類脂肪族聚酰胺，聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，交聯(lián)芳香聚酰胺聚酰亞胺類脂肪族二酸聚酰亞胺，全芳香聚酰

24、亞胺，含氟聚酰亞胺聚酯類滌綸，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯聚烯烴類聚乙烯，聚丙烯，聚4-甲基-1-戊烯乙烯類聚合物聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯含硅聚合物聚二甲基硅氧烷，聚三甲基硅氧烷含氟聚合物聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯甲殼素類無1.孔道結(jié)構(gòu) 膜的孔道結(jié)構(gòu)因膜材料和制造方法而異。膜的孔道結(jié)構(gòu)對膜的透過通量、耐污染能力等操作性能具有重要影響。早期的膜多為對稱膜(symmetric membrane)，即膜截面的膜厚方向上孔道結(jié)構(gòu)均勻，如圖5.6所示。對稱膜的傳質(zhì)阻力大，透過通量低，并且容易污染，清洗困難。60年代開發(fā)的不對稱膜解決了上述對稱膜的弊端，從而開創(chuàng)了膜分離技術(shù)發(fā)展的新篇章。如圖

25、5.7所示，不對稱膜(asymmetric membrane)主要由起膜分離作用的表面活性層(0.20.5）和起支撐強化作用的惰性層(50100m)構(gòu)成。惰性層孔徑很大，對透過流體無阻力，由于不對稱膜起膜分離作用的表面活性層很薄，孔徑微細，因此透過通量大、膜孔不易堵塞、容易清洗。日前的超濾和反滲透膜多為不對稱膜。圖5.7a所示的不對稱膜為指狀結(jié)構(gòu)，多用于超濾膜，而反滲透5.2.2 膜的結(jié)構(gòu)特點膜的結(jié)構(gòu)多為海綿狀，如圖5.7b所示。高分子微濾膜以對稱膜為主，即示于圖5.6的彎曲孔道膜。新型無機陶瓷微濾膜多為不對稱膜。另一種微濾膜是采用電子技術(shù)制造的核孔微濾膜(nuclepore membrane

26、)，孔形規(guī)整、孔道直通并呈圓柱形構(gòu)，孔徑分布范圍小，在透過通量、分離性能及耐污染方面均優(yōu)于彎曲孔道型微濾膜，但造價較高。圖5.6 對稱膜的彎曲孔道結(jié)構(gòu)示意圖圖5.7 不對稱膜的截面結(jié)構(gòu)示意圖2.膜的孔道特性膜的孔道特性包括孔徑、孔徑分布和孔隙率。超濾和微濾膜的孔徑、孔徑分布和孔隙率可通過電子顯微鏡直接觀察測定。此外，微濾膜的最大孔徑還可通過泡點法(bubble point method)測量，即在膜表面覆蓋一層水，用水濕潤膜孔，從下面通人空氣，當壓力升高到有穩(wěn)定氣泡冒出時稱為泡點，此時的壓力稱為泡點壓力?；诳諝鈮毫朔砻鎻埩⑺畯哪た酌毠苤型瞥龅膭恿科胶猓傻玫接嬎阕畲罂讖降墓绞街?d

27、max 為最大孔徑；為水的表面張力；為水與膜面的接觸角度；pb 為泡點壓力。因為親水膜可被水完全潤濕，故親水膜的0，cos1，所以， dmax4/ pb除核孔微濾膜的孔徑比較均一外，其他膜的孔徑均有較大的分布范圍。圖5.8為超濾膜孔徑分布之一例。圖5.8 Millipore公司PTGC超濾膜的孔徑分布膜的另一特性是其純水的透過通量，通稱水通量。水通量是在一定的條件下(一般壓力為0.1MPa，溫度為20度)通過測量透過一定量純水所需的時間來測定。表5.2和表5.3分別列出了部分超濾膜和微濾膜的水通量?？梢钥闯鏊侩S著膜的截留分子量（UF膜，表5.2）或膜孔徑(MF膜，表5.3)的增大而增大。同

28、時，膜材料的種類對水通量的影響顯著，不同廠商生產(chǎn)的膜之間水通量的差別也很大。5.2.3 水通量由于純水并非實際物系，因此水通量不能用來衡量和預(yù)測實際料液的透過通量。在實際膜分離操作中，由于溶質(zhì)的吸附、膜孔的堵塞以及后述的濃度極化或凝膠極化現(xiàn)象的產(chǎn)生，都會造成透過的附加阻力，使透過通量大幅度降低。一般來講，在菌體或蛋白質(zhì)的膜分離濃縮過程中，隨著操作的進行，透過通量急劇下降，根據(jù)操作條件和料液性質(zhì)不同，520min即降至最低。許多實驗研究證明，膜孔徑越大，通量下降速度越快，大孔徑微濾膜的穩(wěn)定通量比小孔徑膜小，有時其至微濾膜通量比超濾膜還要小。這主要是由于溶質(zhì)微粒容易進入到孔徑較大的膜孔中堵塞膜孔造

29、成的。如圖5.9所示，在伴隨反洗的酵母懸浮液錯流過濾過程中，存在透過通量最大的微濾膜孔徑。在細菌懸浮液的錯流過濾過程亦有類似現(xiàn)象，最佳膜孔徑與菌體大小有關(guān)。因此，用膜分離法處理含菌體細胞或懸浮微粒的料液時，要根據(jù)料液性質(zhì)選擇膜孔徑適當、不易堵塞、溶質(zhì)吸附作用小的親水膜，這樣不僅可提高分離速度，還可以提高分離質(zhì)量和目標產(chǎn)物的回收率。5.3 膜 組 件 由膜、固定膜的支撐體、間隔物(spacer)以及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個單元(unit)稱為膜組件(membrane module)或膜裝置。膜組件的結(jié)構(gòu)根據(jù)膜的形式而異，目前市售商品膜組件主要有管式、平板式、螺旋卷式和中空纖維(毛細管)式等四

30、種，其中管式和中空纖維式膜組件根據(jù)操作方式不同，又分為內(nèi)壓式和外壓式。1.管式膜組件 管式膜組件是將膜固定在內(nèi)徑1025mm，長約3m的園管狀多孔支撐體上構(gòu)成的，l020根管式膜并聯(lián)(圖a)，或用管線串聯(lián)，收納在筒狀容器內(nèi)即構(gòu)成管式膜組件。管式膜組件的內(nèi)徑較大，結(jié)構(gòu)簡單，適合于處理懸浮物含量較高的料液，分離操作完成后的清洗比較容易。但是管式膜組件單位體積的過濾表面積(即比表面積)在各種膜組件中最小，這是它的主要缺點。2.平板膜組件 平板膜組件與板式換熱器或加壓葉濾機相似，由多枚圓形或長方形平板膜以1mm左有的間隔重疊加工而成，膜間襯設(shè)多孔薄膜，供料液或濾波流動(圖b)。平板膜組件比管式膜組件比

31、表面積大得多。在實驗室中，經(jīng)常使用將一張平板膜固定在容器底部的攪拌槽式過濾器。3.螺旋卷式膜組件 將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔網(wǎng)上(隔網(wǎng)為濾液流路)，兩端密封。兩張膜的上下分別襯設(shè)一張料液隔網(wǎng)(為料液流路)，卷繞在空心管上，空心管用于濾液的回收。 螺旋卷式膜組件的比表面積大，結(jié)構(gòu)簡單，價格較便宜。但缺點是處理懸浮物濃度較高的料液時容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。4.中空纖維(毛細管)式膜組件 中空纖維或毛細管膜組件由數(shù)百至數(shù)百萬根中空纖維膜固定在圓筒形容器內(nèi)構(gòu)成(圖d)。嚴格地講，內(nèi)徑為4080um的膜稱中空纖維膜，而內(nèi)徑為0.252.5mm的膜稱毛細管膜。由于兩種膜組件的結(jié)構(gòu)基本相同，故一般將這兩種膜裝

32、置統(tǒng)稱為中空纖維膜組件。毛細管膜的耐壓能力在1.0 MPa以下，主要用于超濾和微濾；中空纖維膜的耐壓能力較高，常用于反滲透。由于中空纖維膜組件由許多極細的中空纖維構(gòu)成，采用外壓式操作(料液走殼方)時，流動容易形成溝流效應(yīng)(channelling)，凝膠吸附層的控制比較困難；采用內(nèi)壓式操作(料液走腔內(nèi))時，為防止堵塞，需對料液進行預(yù)處理，除去其中的微粒。中空纖維超濾膜組件膜斷面圖 反滲透膜與裝置超濾膜裝置外壓式膜組件結(jié)構(gòu)內(nèi)壓式膜組件結(jié)構(gòu)膜分離設(shè)備流程圖5.4 操作特性5.4.1 濃度極化模型反滲透、超濾和微濾操作各具特點，影響透過通量的因素很多。但這三種膜分離操作的透過通量基本上均可用濃度極化或

33、凝膠極化模型描述。濃度(凝膠)極化模型的要點是：在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表面上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，在膜表面附近濃度升高，如圖5.11所示。這種在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化(concentration polarization)。膜表面附近濃度升高，增大了膜兩側(cè)的滲透壓差，使有效壓差減小，透過通量降低。當膜表面附近的濃度超過溶質(zhì)的溶解度時，溶質(zhì)會析出，形成凝被層。當分離含有菌體、細胞或其他固形成分的料液時，也會在膜表面形成凝膠層。這種現(xiàn)象稱為凝膠極化(gel polarization)。凝膠層的形成對透過產(chǎn)生附加的傳質(zhì)阻力，同此透

34、過通量一般表示為其中，Rm和Rg分別為膜和凝膠層的阻力。若凝膠層僅由高分子物質(zhì)或固形成分構(gòu)成，式中的滲透壓差可忽略不計，因此，討論圖中所示的濃度極化模型。在穩(wěn)態(tài)操作條件下，溶質(zhì)的透過質(zhì)量通量與滯流底層內(nèi)向膜面?zhèn)魉腿苜|(zhì)的通量和向主體溶液反擴散通量之間達到物料平衡，即邊界條件為利用上述邊界條件積分，可得下式上式是生物料液透過通量的濃度極化模型方程，式中D為溶質(zhì)的擴散系數(shù)；虛擬滯流底層厚度；cm為膜表面濃度； cb為主體料液濃度； cp為透過液濃度；k傳質(zhì)系數(shù)。當壓力很高時，溶質(zhì)在膜表面形成凝膠k=D/極化層，此時上式變?yōu)闃O大，透過液濃度很小，可忽略不計，故上式可改寫成cg為凝膠層濃度。形成凝膠層時

35、，溶質(zhì)的透過阻力上式是菌體懸浮液和高壓條件下生物大分子溶液透過通量的凝膠極化模型方程。截留率的概念：截留率(rejection coefficent)表示膜對溶質(zhì)的截留能力，可用小數(shù)或百分數(shù)表示。在實際膜分離過程中，由于存在濃度極化現(xiàn)象，真實截留率為由于膜表面的極化濃度cm不易測定，通常只能測定料液的體積濃度(bulk concentration)，因此常用表觀截留率R，其定義為5.4.2 超濾膜的分子截留作用顯然，如果不存在濃度極化現(xiàn)象，RR0，如果R1，則cp0，即溶質(zhì)完全被截留，不能透過膜；如果R0，則cp cb ，即溶質(zhì)可自由透過膜，不被膜截留。裁留率與分子量之間的關(guān)系稱截斷曲線。通過

36、測定相對分子質(zhì)量不同的球形蛋白質(zhì)或水溶性聚合物的截留率，可獲得膜的截留率與溶質(zhì)相對分子質(zhì)量之間關(guān)系的曲線，即截留曲線，如右圖所示。一般將在截留曲線上截留率為0.90 (90)的溶質(zhì)相對分子質(zhì)量定義為膜的截留相對分子質(zhì)量(relative molecular mass cut-off，MMCO)。截留曲線與截留相對分子質(zhì)量在理想的情況下，超濾膜的截留曲線應(yīng)為通過橫坐標MWCO的一條垂直線，相對分子質(zhì)量小于MWCO的溶質(zhì)截留率為0，大于MWCO的溶質(zhì)截留率為1。但實際上，膜孔徑均有一定的分布范圍，孔徑分布范圍較小則裁留曲線較陡直，反之則斜坦。生產(chǎn)膜的廠商不同，截留率曲線的敏銳程度不同。因此不同廠商

37、生產(chǎn)的兩種MWCO相同的膜，對某一溶質(zhì)的截留率不會相同。此外，同一廠商的不同批號的膜，對同一溶質(zhì)的截留情況也可能不一樣。所以，相同截留相對分子質(zhì)量的超濾膜可能表現(xiàn)完全不同的截留曲線。因此，MWCO只是表征膜特性的一個參數(shù)，不能作為選擇膜的唯一標準。膜的優(yōu)劣應(yīng)從多方面(如孔徑分布、透過通量、耐污染能力等)加以分析和判斷。實際膜分離過程中影響截留率(表觀截留率)的因素很多，除相對分子質(zhì)量外，主要有如下幾個方面： (1)分子特性：相對分子質(zhì)量相同時，呈線狀的分子截留率較低，有支鏈的分子截留率較高，球形分子的截留率最大。對于荷電膜，具有與膜相反電荷的分子截留率較低，反之則較高。若膜對溶質(zhì)具有吸附作用時

38、，溶質(zhì)的截留率增大。 (2)其他高分子溶質(zhì)的影響：當兩種以上的高分子溶質(zhì)共存時，其中某一溶質(zhì)的截留率要高于其單獨存在的情況。這主要是由于濃度極化現(xiàn)象使膜表面的濃度高于主體濃度。 (3)操作條件：溫度升高，粘度下降，則截留率降低。膜面流速增大，則濃度極化現(xiàn)象減輕，截留率減小。此外，當料液的pH值等于某蛋白質(zhì)的等電點時，由于蛋白質(zhì)的凈電荷數(shù)為零，蛋白質(zhì)間的靜電斥力最小，使該蛋白質(zhì)在膜表面形成的凝膠極化層濃度最大，即透過阻力最大。此時，溶質(zhì)的截留率高于其他pH下的截留率。5.5 影響膜分離速度的因素1.操作形式：傳統(tǒng)的過濾操作主要用濾布為過濾介質(zhì)，采用終端過濾(Dead-end filtration

39、)形式回收或除去懸浮物，料液流向與膜面垂直，膜表面的濾餅阻力大，透過通量很低。由于新型膜材料和膜組件的研究開發(fā)，目前的超濾和微濾操作主要采用如右圖所示的錯流過濾(Cross-flow filtration，CFF)形式。錯流過濾操作中，料液的流動方向與膜面平行，流動的剪切作用可大大減輕濃度極化現(xiàn)象或凝膠層厚度，使透過通量維持在較高水平。錯流過濾示意圖 2.流速流速對透過通量的影響反映在傳質(zhì)系數(shù)上，傳質(zhì)系數(shù)隨流速的增大而提高。因此，流速增大，透過通量亦增大。3.壓力當壓力較小時，膜面上尚未形成濃度極化層，Jv與p成正比；當p逐漸增大時，膜面上出現(xiàn)濃度極化現(xiàn)象，Jv的增長速率減慢；當p繼續(xù)增大，出

40、現(xiàn)凝膠層時，由于凝膠層厚度隨壓力增大而增大，所以Jv不再隨p增大，此時的Jv為此流速下的極限值。4.料液濃度透過通量與p的關(guān)系5.6 膜分離過程5.6.1 分離操作1.濃縮以菌體或蛋白質(zhì)濃縮為目的的膜分離一般分圖中所示的三種操作方式，即開路循環(huán)、閉路循環(huán)和連續(xù)濃縮操作。(1)開路循環(huán)：循環(huán)泵R關(guān)閉，全部溶液用給料泵F送回料槽，只有透過液排出到系統(tǒng)之外。設(shè)目標產(chǎn)物的截留率為R，建立料液槽內(nèi)目標產(chǎn)物的物料衡算式其中，V，c和Q分別為料液體積、濃度和透過液流量。因為積分，得到料液濃度隨體積變化方程產(chǎn)物濃縮倍數(shù)CF和收率REC分別為：可見，膜的截留率越大，產(chǎn)物收率和濃縮倍數(shù)越高。開路循環(huán)操作中，循環(huán)液

41、中溶質(zhì)濃度不斷上升，若流量和壓差不變，透過通量將隨操作時間不斷降低。根據(jù)凝膠極化模型方程式，透過液流量可用下式表示c=c0(V0/V)R 例5.1 有濃度為2的蛋白質(zhì)溶液，欲使蛋白質(zhì)分別濃縮至4、10和20，計算不同截留率情況下（R=1.0，0.9，0.7 ， 0.5）蛋白質(zhì)的收率。 解：若濃縮至20，則c/c0 20/2=10，若R=0.9，利用公式得V0/V12.9，得REC77.4。同理可計算其他截留率和濃度情況下的收率，結(jié)果列于表中?？梢姡瑵饪s操作選用的膜應(yīng)對目標產(chǎn)物有足夠大的截留率特別是濃縮程度較高時，否則收率很低， c% R1.00.90.70.5410092.674.340101

42、0083.650.2202010077.437.210 (2)閉路循環(huán)濃縮液(未透過的部分)不返回到料液罐，而是利用循環(huán)泵R送回到膜組件中，形成料液在膜組件中的閉路循環(huán)。閉路循環(huán)操作中，循環(huán)液中目標產(chǎn)物濃度的增加比開路循環(huán)操作快，故透過通量小于開路循環(huán)，但其優(yōu)點是膜組件內(nèi)的流速可不依靠料液泵的供應(yīng)速度進行獨立的優(yōu)化設(shè)計。(3)連續(xù)操作連續(xù)操作是在閉路循環(huán)操作的基礎(chǔ)上，將濃縮液不斷排出到系統(tǒng)之外的操作方式。連續(xù)循環(huán)操作容易實現(xiàn)自動化，節(jié)省人力。但從透過通量的角度考慮，連續(xù)操作在三種濃縮操作方式中效率最低，即通過膜組件的溶質(zhì)濃度一直保持在最高水平(為濃縮產(chǎn)品濃度)，透過通量最小。洗濾(Diafil

43、tration)又稱透析過濾或簡稱透濾。以除去菌體或高分子溶液中的小分子溶質(zhì)為目的時，需采用洗濾操作。圖示為間歇洗濾操作示意圖。洗濾過程中向原料罐連續(xù)加入水或緩沖間歇洗濾操作液，若保持料液量和透過通量不變，則目標產(chǎn)物和小分子溶質(zhì)的物料衡算式為2.洗濾積分上式兩式得s0 ：小分子溶質(zhì)的初始濃度；V：料液體積；s ：洗濾后的小分子溶質(zhì)濃度；VD ：流加水或緩沖液的體積(透過液體積）；Rs ：小分子溶質(zhì)的截留率。c=c0e(R-1)VD/V 從式可知，料液體積V越小，所需洗濾液體積VD越小。因此，洗濾前首先濃縮稀料液，可減少洗濾液用量。但濃縮后，目標產(chǎn)物濃度增大，透過通量下降。所以，存在最佳料液濃度

44、，使洗濾時間最短。設(shè)目標產(chǎn)物的截留率R1，小分子溶質(zhì)的截留率Rs0 ，濃縮后料液體積為V，洗濾過程中其濃度和透過流量不變，目標產(chǎn)物濃度和洗濾時間分別為可得濃縮液濃度為：c*=cg/e時洗濾操作所需時間最短，其中e為自然常數(shù)。例5.2 1000dm3 濃度為2的蛋白質(zhì)溶液中鹽濃度為1，選用的膜組件完全透過鹽而蛋白質(zhì)完全截留，透過流量Q（dm3/h）500 ln(cg/c)， cg 27。欲使蛋白質(zhì)濃縮至20，洗濾使鹽濃度降至0.01，計算濃縮不同程度（4、5、10、20）后所需的洗濾時間。 解：若先濃縮至5，則料液體積降至V400dm3， 洗濾透過流量Q500ln(27/5)843dm3。因為s

45、0/s1/0.01100。所以利用公式t=V/Qln(s0/s)計算的洗濾時間為產(chǎn)2.19h，洗濾體積VD Qt1846dm3。同理，可計算濃縮不同程度后所需的洗濾時間，結(jié)果列于表中?？梢?，濃縮至c cg/e10后的洗濾時間最短。C%Vdm3 VDdm3Q dm3/ht h21000460513013.54540018648432.19102009224971.85201004601503.075.7 膜的污染與清洗 膜分離過程中遇到的最大問題是膜污染(membrane fouling)，膜污染的主要原因來自以下幾個方面。凝膠極化引起的凝膠層，阻力為Rg 。溶質(zhì)在膜表面的吸附層，阻力為Ras

46、。膜孔堵塞，阻力為R 膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附，阻力為Rsp 膜污染不僅造成透過通量的大幅度下降，而且影響目標產(chǎn)物的回收率。為保證膜分離操作高效穩(wěn)定地進行，必須對膜進行定期清洗，除去膜表面及膜孔內(nèi)的污染物，恢復(fù)膜的透過性能。膜的清洗一般選用水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑。具體用何種清洗劑應(yīng)根據(jù)膜的性質(zhì)和污染物的性質(zhì)而決定，即使用的清洗劑要具有良好的去污能力，同時又不能損害膜的過濾性能。因此選擇合適的清洗劑和清洗方法不僅能提高膜的透過性能，而且可延長膜的使用壽命。如果用清水清洗就恢復(fù)膜的透過性能，則不需使用其他清洗劑。對于蛋白質(zhì)的嚴重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如

47、胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果較好。污染膜是否清洗的判據(jù) 根據(jù)膜分離裝置進出口壓力降的變化：根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化：定時清洗：污染膜的常用清洗方法 采用增大流速、逆洗、脈沖流動，超聲波清洗等機械方法。添加酸、堿、酶（蛋白酶）、螯合劑或表面活性劑等起溶解作用的物質(zhì)。添加過氧化氫、高錳酸鉀和次氯酸鹽等起氧化作用的物質(zhì)。添加磷酸鹽和聚磷酸鹽等起滲透作用的物質(zhì)。改變離子強度、pH值和電位等起切斷離子結(jié)合作用的方法。 濃差極化與膜污染的防治方法1、預(yù)處理法2、膜表面改性3、改善膜表面的流體力學條件4、附加場的方法5、反沖6、機械方法7、其他方法膜的清洗方法物理方法化學方法所用的清洗劑水力方法氣

48、液脈沖反沖洗滌循環(huán)洗滌酸堿液表面活性劑螯合劑氧化劑酶化學清洗液酸在去除諸如碳酸鈣和磷酸鈣等鈣基垢、氧化鐵和金屬硫化物方面是有效的。堿清洗溶液包括磷酸鹽、碳酸鹽和氫氧化物。這些溶液可使沉淀物松動、乳化和分散。當去除諸如硅酸鹽等特別難以去除的沉積物時,交替使用堿清洗劑和酸清洗劑。表面活性劑如SDS、吐溫80、Triton、X-100(一種非離子型表面活性劑)等在許多場合有很好的清洗效果，可根據(jù)實際情況加以選擇，但有些陰離子型和非離子型的表面活性劑能同膜結(jié)合造成新的污染在選用時須加以注意。除了強酸和堿外，螯合劑也用于去除污染膜的沉積物。常用的螯合劑有乙二胺四醋酸(EDTA)、磷羧基羧酸、葡萄糖酸和檸

49、檬酸等。其中，葡萄糖酸在強堿溶液中螯合鐵離子(Fe3+)通常是有效的。EDTA常用于溶解堿土金屬硫酸鹽。當NaOH或表面活性劑不起作用時，可以用氯進行清洗，其用量為200400mg/L活性氯(相當于400800mg/LNaClO)，其最適pH為1011。由醋酸纖維等材料制成的膜，由于不能耐高溫和極端pH，在膜通量難以恢復(fù)時，須采用能水解蛋白質(zhì)的含酶清洗劑清洗。但使用酶清洗劑不當會造成新的污染。如采用固定化酶形式，把酶固定在載體上，用含載體液進行清洗，效果很好。內(nèi)壓式中空纖維膜使用 中空纖維膜組件是常用的膜分離設(shè)備，利用中空纖維膜的不對稱性和膜組件的結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)常采用反洗(backflushin

50、g)和循環(huán)清洗。反洗的具體操作方法是，對于內(nèi)壓式中空纖維膜組件，清洗液從殼方通入、與正常膜分離操作(圖a)時的透過方向相反(圖b)。反洗操作中清洗液從膜孔較大的一側(cè)透向膜孔較小的一側(cè)，可除去堵塞膜孔的微粒。將透過液出口密封，可進行循環(huán)清洗(圖c，注意組件上下透過液的方向不同)。一次循環(huán)清洗操作可清洗組件的1/2，將組件a 正常操作b 反洗c 循環(huán)清洗內(nèi)壓式中空纖維膜組件的操作倒置可清洗另一半， 一般反復(fù)順倒兩次，即可使透過通量恢復(fù)到原通量的90以上。圖中是清洗操作對透過質(zhì)量影響示意圖，一般反洗操作適合于回收高價蛋白質(zhì)產(chǎn)物，而循環(huán)清洗適于處理含細胞或固體顆粒的料液。 清洗操作是膜分離過程不可缺少

51、的步驟，但清洗操作是造成膜分離過程成本增高的重要原因。因此，在采用有效的清洗操作的同時，得采取必要的措施防止或減輕膜污染。例如，選用高親水性膜或?qū)δみM行適當?shù)念A(yù)處理(如聚砜膜用乙醇溶液浸泡，醋酸纖維膜用陽離子表面活性劑處理)，均可緩解污染程度。此外，對料液進行適當?shù)捻斕幚?如進行預(yù)過濾、調(diào)節(jié)pH值)，也可相當程度地減輕污染的發(fā)生。 如何防止膜污染以及開發(fā)高效節(jié)能的污染清除技術(shù)是進一步普及膜分離技術(shù)的關(guān)鍵之一，也是產(chǎn)學界孜孜以求的目標。研究表明，膜分離過程存在臨界操作壓力，在臨界壓力以下進行膜分離操作，可長時間維持較高的透過通量。降低對清洗操作的依賴程度，提高膜分離效率。 5.8 應(yīng) 用膜分離法在生物產(chǎn)物的回收和純化方面的應(yīng)用可歸納為以下幾個方面：(1)細胞培養(yǎng)基的除菌；(2)發(fā)酵或培養(yǎng)液中細胞的收集或除去；(3)細胞破碎后碎片的除去；(4)目標產(chǎn)物部分純化后的濃縮或洗濾除去小分子溶質(zhì)；(5)最終產(chǎn)品的濃縮和洗濾除鹽；(6)制備用于調(diào)制生物產(chǎn)品和清洗產(chǎn)品容器的無熱原水。 由此可見，膜分離技術(shù)在生物下游加工過程頻繁使用，因此，膜分離是生物產(chǎn)物分離純化過程必不可少的技術(shù)。以下簡要闡述膜