膜分離技術(shù)副本

膜分離技術(shù)

1、膜分離技術(shù)的原理2、膜分離技術(shù)的分類(lèi)3、膜的種類(lèi)4、膜分離技術(shù)的特點(diǎn)5、膜分離技術(shù)的應(yīng)用1、膜分離技術(shù)的原理

膜分離法系指以壓力為推動(dòng)力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進(jìn)行分離的方法。膜過(guò)濾法的核心是膜本身，膜必須是半透膜，即能透過(guò)一種物質(zhì),而阻礙另一種物質(zhì)。MembraneNomenclatureFeedRetentate(residue)（截留液）Permeate透過(guò)液2、膜分離技術(shù)的類(lèi)型

以分離應(yīng)用領(lǐng)域過(guò)程分類(lèi) 微濾(micro-filtration,MF)

超濾(untra-filtration,UF)

反滲透(reverseosmosis,RO)

透析(Dialysis,DS)

電透析(electro-dialysis,ED)

納米膜分離(NF)

親和過(guò)濾(affinityfiltration,AF)

滲透氣化(pervaporation,PV微濾和超濾

微濾和超濾都是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力，主要用于截留固體微粒和高分子溶質(zhì)。微濾廣泛用于細(xì)胞、菌體等的分離和濃縮，操作壓力通常為0.05-0.5MPa。超濾適用于1-50nm的生物大分子的分離，如蛋白質(zhì)、病毒等。操作壓力常為0.1-1.0MPa。透析和反滲透

透析是以膜兩側(cè)的濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力，從溶液中分離出小分子物質(zhì)的過(guò)程。在生物分離中主要用于蛋白質(zhì)的脫鹽。反滲透是在透析膜濃度高的一側(cè)施加大于滲透壓的壓力，利用膜的篩分性質(zhì)，使?jié)舛容^高的溶液進(jìn)一步濃縮。用于海水淡化，藥物濃縮，純水制造。電滲析

電滲析是利用分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別進(jìn)行分離的膜分離法，可用于小分子電解質(zhì)的分離和溶液的脫鹽。

3、膜的種類(lèi)膜應(yīng)該滿足的特性膜應(yīng)具有較大的透過(guò)速度和較高的選擇性.機(jī)械強(qiáng)度好耐熱、耐化學(xué)試劑、不被細(xì)菌侵襲可以高溫滅菌價(jià)廉等。（1）天然高分子材料種類(lèi)：纖維素衍生物，如醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維優(yōu)點(diǎn)：醋酸纖維的阻鹽能力最強(qiáng)，常用于反滲透膜，也可作超濾膜和微濾膜；再生纖維素可用于制造透析膜和微濾膜。缺點(diǎn)：醋酸纖維膜最高使用溫度和pH范圍有限，在45-50C，pH3-8。（2）合成高分子材料種類(lèi)：聚砜、聚酰胺、聚酰亞胺、聚丙烯晴、聚烯類(lèi)和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用于制造超濾膜。優(yōu)點(diǎn)：耐高溫(70-80C，可達(dá)125C)，pH1-13，耐氯能力強(qiáng)，可調(diào)節(jié)的孔徑寬(1-20nm)；聚酰胺膜的耐壓較高，對(duì)溫度和pH穩(wěn)定性高，壽命長(zhǎng)，常用于反滲透。缺點(diǎn)：但聚砜的耐壓差，壓力極限在0.5-1.0MPa。（3）無(wú)機(jī)材料種類(lèi)：陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。目前實(shí)用化有孔徑>0.1um微濾膜和截留>10kD的超濾膜，其中以陶瓷材料的微濾膜最常用。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，膜厚方向上不對(duì)稱優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐化學(xué)試劑和有機(jī)溶劑。缺點(diǎn)：不易加工，造價(jià)高。（4）復(fù)合材料種類(lèi)：如將含水金屬氧化物（氧化鋯）等膠體微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介質(zhì)表面形成膜，其中沉淀層起篩分作用。優(yōu)點(diǎn)：此膜的通透性大，通過(guò)改變pH值容易形成和除去沉淀層，清洗容易。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差。

制造膜的高分子材料很多，其中在工業(yè)上用得最廣的是醋酸纖維素和聚砜。醋酸纖維素膜的缺點(diǎn)有：最高使用溫度為30℃最適操作PH范圍為4-6，不能超過(guò)2-8的范圍易與氯作用，造成膜的使用壽命降低由于纖維素骨架易受細(xì)菌侵襲，因而難以貯存。聚砜膜的特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，但憎水性強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn)：使用溫度可高達(dá)75℃；使用pH范圍為1-13，耐氯性能好，一般在短期清洗時(shí)，對(duì)氯的耐受量可高達(dá)200mg/L，長(zhǎng)期貯存時(shí)，耐受量達(dá)50mg/L,孔徑范圍寬，截l留分子量從1000至500000的范圍，符合于超濾膜的要求，但不能制成反滲透膜。缺點(diǎn):允許的操作壓力較低，對(duì)于平板膜，極限操作壓力為0.7MPa，對(duì)中空纖維膜0.17MPa。膜清洗A、試劑：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。B、原則：去污能力好，對(duì)膜無(wú)損害，成本最低。C、方法：反向清洗，試劑置換，化學(xué)降解消化。E、預(yù)防：膜的預(yù)處理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液預(yù)處理(調(diào)pH，預(yù)過(guò)濾)，開(kāi)發(fā)抗污染膜，臨界壓力操作等。4、分離技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1)能耗低。膜分離不涉及相變，對(duì)能量要求低，與蒸餾、結(jié)晶和蒸發(fā)相比有較大的差異；2)分離條件溫和，對(duì)于熱敏感物質(zhì)的分離很重要；3)操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊、維修成本低、易于自動(dòng)化。缺點(diǎn)：1)膜面易發(fā)生污染，膜分離性能降低，故需采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法；2)穩(wěn)定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用范圍有限；3)單獨(dú)的膜分離技術(shù)功能有限，需與其他分離技術(shù)連用。

5、膜技術(shù)的應(yīng)用1)細(xì)胞培養(yǎng)基的除菌；2)發(fā)酵液或培養(yǎng)液中細(xì)胞的收集和除去；3)細(xì)胞破碎后碎片的除去；4)目標(biāo)產(chǎn)物部分純化后的濃縮或?yàn)V除小分子溶質(zhì)；5)最終產(chǎn)品的濃縮和洗濾除鹽；6)蛋白質(zhì)的回收、濃縮和純化7)制備用于調(diào)制生物產(chǎn)品和清洗產(chǎn)品容器的無(wú)熱源水；8)膜生物反應(yīng)器。Example1:菌體分離 利用超濾或微濾操作進(jìn)行菌體的錯(cuò)流過(guò)濾分離是膜分離技術(shù)的重要應(yīng)用之一。與傳統(tǒng)濾餅過(guò)濾和硅藻土過(guò)濾相比，錯(cuò)流過(guò)濾具有：1）優(yōu)點(diǎn)：

A透過(guò)通量大；

B濾液澄清，菌體回收率高；

C不須添加助濾劑或絮凝劑，回收的菌體純凈，有利于進(jìn)一步分離操作（如菌體的破碎、胞內(nèi)產(chǎn)物的回收等）。

D適合于大規(guī)模連續(xù)操作；

E易于進(jìn)行無(wú)菌操作，防止雜菌污染。2）缺點(diǎn)： 膜分離的最大問(wèn)題是膜污染引起的膜透過(guò)通量下降。Example2：小分子（500-2KD)生物產(chǎn)品的回收

500-2KD分子的分離去鹽：AA、抗生素、有機(jī)酸和動(dòng)物疫苗等發(fā)酵產(chǎn)品的相對(duì)分子量在2000以下，因此選用MWCO為1-3*104的超濾膜，可以從發(fā)酵液中回收這些小分子發(fā)酵產(chǎn)物，然后利用反滲透技術(shù)進(jìn)行濃縮和除去相對(duì)更小的雜質(zhì)。E