第三章-膜分離

第三章膜分離第一節(jié)概述＞＞第二節(jié)納濾＞＞第三節(jié)超濾＞＞第四節(jié)微濾＞＞第五節(jié)反滲透＞＞第六節(jié)其它膜分離技術(shù)＞＞第一節(jié)概述一、膜分離及其特點(diǎn)

1、膜分離概念用天然的或合成的、具有選擇透過(guò)性的薄膜為分離介質(zhì)，進(jìn)行物質(zhì)分離的操作叫膜分離（membraneseparation）。膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力（壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）時(shí)，原料側(cè)液體或氣體混合物中的某一或某些組分選擇性透過(guò)膜，從而達(dá)到分離、分級(jí)、純化或富集的目的。膜可以是大孔、微孔或致密孔，只有微孔、致密孔具有滲透選擇性，大孔膜多用作微孔膜、致密膜的支撐體。

膜上游

透膜

膜下游選擇性透膜膜原料側(cè)稱(chēng)為膜上游，透過(guò)側(cè)稱(chēng)為膜下游。

2、膜分離特點(diǎn)：（1）多數(shù)膜分離無(wú)相變化，能耗極低。

（2）一般無(wú)需從外界加入其它物質(zhì)，從而可節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。（3）可使分離與濃縮，分離與反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，提高了分離效率。（4）一般常溫下進(jìn)行，適于熱敏性物質(zhì)。

（5）適應(yīng)范圍廣，不僅適用病毒、細(xì)菌到微粒廣泛范圍的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的分離，還使用于許多理化性質(zhì)相近的化合物構(gòu)成的混合物的分離及其它一些特殊溶液體系的分離。（6）分離規(guī)模和處理能力可在很大范圍內(nèi)變化，而其效率運(yùn)行費(fèi)用變化都不大。（7）操作方便，可頻繁啟停工作，易自控和維修，可直接插入已有的生產(chǎn)工藝流程。缺點(diǎn)：產(chǎn)生濃差極化（濃度極化）和膜污染。二、膜分離物質(zhì)傳遞方式及分離機(jī)理

1、物質(zhì)傳遞方式（1）被動(dòng)傳遞。物質(zhì)由高化學(xué)位相側(cè)向低化學(xué)位相側(cè)傳遞?；瘜W(xué)位差（壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）是物質(zhì)傳遞的推動(dòng)力。被動(dòng)傳遞最常見(jiàn)。（2）促進(jìn)傳遞。膜內(nèi)有載體，在高化學(xué)位側(cè)載體同被傳遞物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在低化學(xué)位一側(cè)被傳遞物與載體釋放開(kāi)。促進(jìn)傳遞有很高選擇性。（3）主動(dòng)傳遞。膜中載體與被傳物在低化學(xué)位一側(cè)反應(yīng)并釋放能量。被傳物由低化學(xué)位側(cè)傳到高化學(xué)位側(cè)，逆化學(xué)位梯度方向傳遞。

2、物質(zhì)分離機(jī)理篩分模型、溶解—擴(kuò)散模型、孔流模型

（1）篩分模型。假定膜表面有無(wú)數(shù)微孔，微孔孔徑分布均勻，大于孔徑的物質(zhì)被截留，小于膜孔徑的穿過(guò)膜介質(zhì)而達(dá)到分離目的。篩分機(jī)理依據(jù)分子大小差異分離，常用于微濾、超濾中。

（2）溶解—擴(kuò)散模型。溶質(zhì)和溶劑在膜相中溶解度和擴(kuò)散性的差異。適用于致密膜的納濾過(guò)程。①溶質(zhì)和溶劑在料液側(cè)表面外吸附和溶解。②它們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差推動(dòng)下僅以分子擴(kuò)散方式（不存在分子之間相互作用）通過(guò)膜。③溶質(zhì)和溶劑在膜透過(guò)液側(cè)表面解吸。（3）孔流模型。流體通過(guò)膜孔的流動(dòng)被認(rèn)為是毛細(xì)管內(nèi)的層流。三、分離膜

1、膜定義及實(shí)用膜須具備的基本條件（1）膜定義。兩相之間一個(gè)不連續(xù)的區(qū)間，并以特定的形式限制和傳遞各種化學(xué)物質(zhì)?！皡^(qū)間”不同于通常的相界面（氣液、氣固、液固）。此定義屬宏觀范疇，并沒(méi)涉及膜的結(jié)構(gòu)。（2）膜兩個(gè)基本特性：①無(wú)論多薄必須具備兩個(gè)界面。②膜具有選擇透過(guò)性。

膜可以是天然的或合成的，勻相的或非均相的，對(duì)稱(chēng)型或非對(duì)稱(chēng)型，固體的、液體的或氣體的，電中性的或荷電的。（3）膜作用：①物質(zhì)的識(shí)別和透過(guò)。實(shí)現(xiàn)分離的內(nèi)在因素。②相界面。將透過(guò)液、保留液分開(kāi)。③反應(yīng)場(chǎng)。通過(guò)膜表面孔表面上的官能團(tuán)反應(yīng)，提高分離選擇性和速度。

（4）實(shí)用膜應(yīng)具備的基本條件：

分離性、透過(guò)性、

物理化學(xué)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性①分離性。對(duì)被分離混合物具有選擇透過(guò)性，即具有分離能力；分離能力要適中，因分離性能與滲透性能相互關(guān)聯(lián)。②透過(guò)性。是膜處理能力的主要標(biāo)志，希望達(dá)到所需要的分離率之后，透過(guò)量愈大愈好。

膜透過(guò)性能、分離能力取決于膜化學(xué)材料、膜形態(tài)結(jié)構(gòu)及被分離混合物體系的化學(xué)物理特性，操作因素對(duì)膜透過(guò)性影響比對(duì)分離能力影響要大得多。③物理化學(xué)穩(wěn)定性?！袄匣?、壓密、污染等。耐熱、酸、堿、抗氧化、抗微生物分解、親水、疏水、電性能、毒性、機(jī)械強(qiáng)度等。④經(jīng)濟(jì)性。價(jià)格取決于膜材料和制造工藝兩方面。

適度的分離力，較高的透過(guò)量，較好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，便宜的價(jià)格。

2、膜的分類(lèi)及形態(tài)結(jié)構(gòu)按來(lái)源分：生物膜、合成膜

按相態(tài)分：液膜、固膜

按材料分：有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜

按是否有孔分：無(wú)孔膜（致密膜）、多孔膜

按結(jié)構(gòu)形態(tài)分：對(duì)稱(chēng)膜、不對(duì)稱(chēng)膜

膜孔道結(jié)構(gòu)：①?gòu)澢椎澜Y(jié)構(gòu)②指狀孔道結(jié)構(gòu)③海綿狀孔道結(jié)構(gòu)膜的孔徑、表皮性質(zhì)決定分離性能，厚度決定傳質(zhì)速率。

（1）對(duì)稱(chēng)膜，又叫勻質(zhì)膜。指斷面的形態(tài)結(jié)構(gòu)勻一、各向同性的致密膜或多孔膜，物質(zhì)在膜中各處滲透率相同。常用勻質(zhì)膜有荷電膜和液膜①荷電膜：高度的溶脹膠載著固定的正電荷或負(fù)電荷，包括離子交換膜、荷電的滲析膜、反滲透膜、納濾膜、超濾膜、微濾膜等。②液膜：乳狀液膜和支撐液膜。

（2）不對(duì)稱(chēng)膜：斷面形態(tài)呈不同的層次結(jié)構(gòu)。①非復(fù)合膜：膜表層、底層同一種材料。②復(fù)合膜：表層、底層為不同材料。由表層（活性膜層）和底層（多孔支撐層）構(gòu)成。3、膜材料及膜的選擇（1）膜材料①纖維素衍生物及再生纖維素：

纖維素分子量大，分解溫度前沒(méi)有熔點(diǎn)，不溶于一般溶劑，經(jīng)化學(xué)改性，生成纖維素醚、纖維素酯等，分子量大大降低，能溶于一般溶劑。如醋酸纖維素（CA）、三醋酸纖維素（TCA）、硝酸纖維素（CN）等。纖維素衍生物親水性好、成孔性好、來(lái)源廣、成本低，但耐酸、堿、有機(jī)溶劑能力差。

再生纖維素：纖維素也能溶于某些溶劑，如銅氨溶液、二硫化碳等。溶解過(guò)程中纖維素發(fā)生降解，成膜過(guò)程中又恢復(fù)到纖維素結(jié)構(gòu)。②聚砜類(lèi)：雙酚A型聚砜、聚砜酰胺、酚酞型聚醚砜、酚酞型聚醚酮等。聚砜類(lèi)高強(qiáng)度、耐酸、耐堿，但不耐有機(jī)溶劑。③聚酰胺類(lèi)及雜環(huán)含氮高聚物：聚酰亞胺耐高溫，耐溶劑，具有高強(qiáng)度。④聚酯類(lèi)、聚烯烴：如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯膜等。⑤乙烯類(lèi)高聚物：如聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯等。⑥含氟高聚物：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯等。

（2）膜選擇依據(jù)：①膜本身的物化性質(zhì)；②膜與應(yīng)用體系的相互作用關(guān)系。（3）膜材料開(kāi)發(fā)需做以下進(jìn)一步探索①繼續(xù)開(kāi)發(fā)功能高分子材料。合成新的功能高分子材料，膜表面進(jìn)行物理化學(xué)改性。②開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)膜材料，如陶瓷膜、微孔玻璃膜、金屬膜、碳分子篩膜等。③加強(qiáng)仿生膜的應(yīng)用基礎(chǔ)研究4、膜性能表示法（1）膜的物化穩(wěn)定性

強(qiáng)度、允許使用壓力、溫度、PH值及對(duì)各種有機(jī)溶劑和化學(xué)品的抵抗性。（2）膜的分離透過(guò)性

①分離效率：用脫除率（截留率）表示

或用分離系數(shù)表示

②滲透通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位膜面積的透過(guò)物量。③通量衰減系數(shù)：由于濃差極化、壓密、膜孔堵塞等原因使?jié)B透通量衰減。

t——時(shí)間，Jt

——t時(shí)間后的滲透通量，J0——初始滲透通量，m——通量衰減系數(shù)。雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系作直線，斜率m為通量衰減系數(shù)。希望分離效率高、滲透通量大，但實(shí)際上兩者往往存在矛盾。四、膜組件及膜系統(tǒng)

1、膜組件將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等通過(guò)一定方式組裝構(gòu)成的單元。

2、膜組件形式①板框式；②螺旋卷式；③管式；④中空纖維式

板框式和卷式膜組件使用平板膜。螺旋卷式膜組件中原料沿平行于中心管的軸向流過(guò)圓柱狀膜組件，透過(guò)物沿徑向旋轉(zhuǎn)流向中心管。

管式和中空纖維式膜組件使用管式膜，又可分內(nèi)壓式和外壓式兩種。

外壓式膜澆鑄在多孔支撐管外側(cè)面。

內(nèi)壓式膜澆鑄在多孔支撐管內(nèi)側(cè)面。中空纖維式膜組件應(yīng)用方式中空纖維式膜組件進(jìn)出料示意圖

3、性能良好膜組件應(yīng)具備的條件（1）對(duì)膜有足夠的機(jī)械支撐，并可使原料相與透過(guò)相嚴(yán)格區(qū)分。（2）在能耗最小條件下，使原料相在膜面上流動(dòng)均勻合理，以減少濃差極化。（3）盡可能高的填裝密度（即單位體積的膜組件中具有較高的有效膜面積），并使膜安裝更換方便。（4）裝置牢固、安全可靠、價(jià)格低廉、易于維修。無(wú)機(jī)陶瓷膜設(shè)備4、膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要目的：①確定膜組件適宜的操作方式；②優(yōu)化膜分離工藝流程。（2）膜分離操作方式：濃縮操作和洗濾操作；死端操作和錯(cuò)流操作；連續(xù)操作和間歇操作：①濃縮操作：以菌體或蛋白質(zhì)濃縮為目的。②洗濾操作，又叫透濾操作：以除去菌體或高分子溶液中小分子為目的。

濃縮操作示意圖洗濾操作示意圖多級(jí)串聯(lián)連續(xù)操作

①死端（dead-end）操作：所有原料液被強(qiáng)制通過(guò)膜，原料液流向與膜面垂直。膜面被截流組分不斷增加，使得滲透通量不斷減少。微濾常采用。死端操作目標(biāo)物回收率高，但滲透通量衰減嚴(yán)重②錯(cuò)流（crossflow）操作：原料進(jìn)入膜組件平行流過(guò)膜表面。沿膜組件不同位置，原料組成逐漸變化錯(cuò)流操作有利控制膜污染，但回收率低。錯(cuò)流操作原料流分成兩股：滲透物流和截留物流

錯(cuò)流操作又可分為并流、逆流、滲透物全混錯(cuò)流、完全混合四種方式。逆流效果最好，其次是全混錯(cuò)流和并流，完全混合效果最差。膜組件的流體流動(dòng)導(dǎo)向（3）膜分離工藝流程：①單級(jí)過(guò)程：膜組件以串聯(lián)或并聯(lián)方式連在一起構(gòu)成級(jí)。只有一個(gè)級(jí)的分離操作過(guò)程叫單級(jí)過(guò)程。②多級(jí)過(guò)程：多個(gè)級(jí)串聯(lián)在一起的分離過(guò)程叫多級(jí)過(guò)程。①單程系統(tǒng)：原料液沒(méi)有循環(huán)使用，原料體積在整個(gè)流程內(nèi)逐漸減少。②循環(huán)系統(tǒng)：原料液多次流過(guò)每一級(jí)。循環(huán)系統(tǒng)比單程系統(tǒng)更具有靈活性。在多級(jí)單程操作中，可把膜組件設(shè)計(jì)成“錐形”可以彌補(bǔ)原料體積的減少。兩級(jí)循環(huán)系統(tǒng)一級(jí)一段連續(xù)式工藝流程1-料液貯槽；2-泵；3-膜組件一級(jí)多段連續(xù)式工藝流程

部分循環(huán)式工藝流程全循環(huán)式工藝流程五、影響膜分離因素

1、影響膜分離性能和分離速度的因素（1）膜性能：孔徑大小及分布、結(jié)構(gòu)、材料、荷電及密度、組分在膜中溶解擴(kuò)散性、表面形狀等。（2）物料性能：溶質(zhì)的分子粒徑、極性、電荷、離子濃度（影響滲透壓）、道南（Donnan）離子效應(yīng)、濃差極化等。（3）操作方式：壓力、流速、時(shí)間、溶質(zhì)回收率、PH值、溫度、初始通量和臨界通量等。

初始通量>臨界通量：出現(xiàn)明顯膜污染，滲透通量衰減。

初始通量<臨界通量：滲透通量不隨時(shí)間衰減。2、膜分離過(guò)程的濃差極化和凝膠極化（1）概念。膜分離操作過(guò)程中被截留的溶質(zhì)在膜上游一側(cè)表面積累，造成膜表面到主體流之間的濃度梯度。當(dāng)溶質(zhì)在膜表面濃度超過(guò)主體溶液中濃度時(shí)，引起溶質(zhì)從膜表面通過(guò)邊界層向主體流擴(kuò)散，此現(xiàn)象叫濃差極化（濃度極化）；當(dāng)溶質(zhì)在膜表面濃度超過(guò)飽和濃度（溶解度）時(shí)，膜表面出現(xiàn)凝膠層，此現(xiàn)象叫凝膠極化。出現(xiàn)濃差極化后，膜的分離性能和傳遞性能迅速衰減。濃差極化凝膠極化濃差極化邊界層中的濃度分布凝膠層的形成（2）濃差極化改善對(duì)策。除工藝設(shè)計(jì)充分注意外，在具體運(yùn)行過(guò)程中可采取以下措施：①增大流速。設(shè)法增大流體流過(guò)膜表面的線速度②填料法：將29~100

m的小球（玻璃或甲基丙烯酸甲酯）放入被處理的原料中，以減少膜邊界層的厚度，增大透過(guò)速度。填料法對(duì)板框式和螺旋卷式組件不適合，因有堵塞流道的危險(xiǎn)。③脈沖法：使液流在脈沖條件下通過(guò)膜分離裝置④攪拌法。⑤增設(shè)湍流促進(jìn)器：可用強(qiáng)化流態(tài)的多種障礙物，如對(duì)管式、中空纖維式組件可裝螺旋檔板，對(duì)板式、螺旋卷式組件可內(nèi)襯網(wǎng)柵。

3、膜污染和劣化（1）概念①膜污染：在膜表面上形成附著層或孔堵塞等外部因素導(dǎo)致膜性能變化，滲透通量下降，不能發(fā)揮應(yīng)有的效能。膜污染一般可通過(guò)某種清洗方法得以恢復(fù)。②膜劣化：膜自身發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化等內(nèi)部因素導(dǎo)致膜性能的變化。

化學(xué)劣化、生物劣化：一般膜通透量增加，截留率減少。

物理劣化：一般透過(guò)量減少，截留率增加。膜的污染和劣化的分類(lèi)及其成因（2）影響膜污染因素：①膜類(lèi)型（材料、結(jié)構(gòu)、孔徑、表面性能、粗糙度等）。②物料性能。

③膜及物料的預(yù)處理。④操作條件（壓力、速度等）。（3）預(yù)防和減輕膜污染、膜劣化措施①預(yù)處理法：膜預(yù)處理、料液預(yù)處理，如熱處理、調(diào)PH值、加整合劑（EDTA等）、氯化、活性碳吸附、化學(xué)凈化、預(yù)微濾、預(yù)超濾、化學(xué)改性等。②操作方式優(yōu)化：如控制初始滲透通量、反向操作模式、脈動(dòng)流、鼓泡、振動(dòng)膜組件、超聲照射等。③膜組件結(jié)構(gòu)優(yōu)化。④膜組件清洗。⑤抗污染及抗劣化膜制備：根據(jù)具體要求有目的地進(jìn)行。膜組件清洗方法：

水力清洗、機(jī)械清洗、電清洗、化學(xué)清洗①水力清洗：清洗水可用進(jìn)料液或透過(guò)液，可用一定頻率交替加壓、減壓和改變流向。②機(jī)械清洗：海綿球清洗或刷洗，常用于內(nèi)壓式管膜清洗。水力使海綿球在管內(nèi)膜表面流動(dòng)，除去膜表面污物，對(duì)軟質(zhì)污物較好，但對(duì)硬質(zhì)污物時(shí)易使膜表面。③電清洗：給膜施加電場(chǎng)，但該方法需用導(dǎo)電膜，并在裝置上配有電極。④化學(xué)清洗：稀酸、稀堿、表面活性劑、混合劑、氧化劑、酶制劑等，可單獨(dú)使用，也可復(fù)配使用，但注意不能損傷膜。清洗方法選擇取決于膜種類(lèi)與構(gòu)型、膜耐化學(xué)試劑能力、污染物種類(lèi)等。如用清水清洗可恢復(fù)膜透過(guò)性，盡量不用其它方法。清洗操作方式：①反洗；②循環(huán)清洗第二節(jié)濾納納濾膜是一種表層孔徑處于納米級(jí)范圍的分離膜，其孔徑介于反滲透膜和超濾膜之間。利用納濾膜進(jìn)行物質(zhì)分離的操作叫納濾（nanofiltration，NF）。它是一種壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程，借助外界能量或化學(xué)位差推動(dòng)。納濾膜膜材料主要有醋酸纖維素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳族聚酰胺復(fù)合材料以及一些無(wú)機(jī)材料等。芳族聚酰胺應(yīng)用最多。

荷正電膜：可選擇地分離多價(jià)陰離子，應(yīng)用較少

荷負(fù)電膜：可選擇地分離多價(jià)陽(yáng)離子。

荷雙極膜：同時(shí)選擇分離多價(jià)陰離子和多價(jià)陽(yáng)離子一、納濾過(guò)程特點(diǎn)

1、具有納米級(jí)孔徑。分離對(duì)象主要為粒徑1nm左右的物質(zhì)，適合于相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)百到2000的物質(zhì)的分離。

2、操作壓力低，相對(duì)于反滲透膜而言。反滲透膜一般幾個(gè)到幾十個(gè)MPa

，納濾膜一般1個(gè)MPa左右。

3、功能多樣化。

4、較好的耐壓密性和較強(qiáng)的抗污染能力。因其多為復(fù)合膜及荷電膜。二、納濾膜傳質(zhì)機(jī)理目前沒(méi)能確切清楚

（1）對(duì)于非荷電分子：篩濾或粒徑排斥是分離主要原因。

（2）對(duì)于荷電物質(zhì)：篩濾和靜電排斥是分離主要原因。三、納濾膜污染

微濾：孔徑較大，常用于截留溶液中懸浮顆粒，污染不嚴(yán)重。

超濾：有孔膜，常用于分離大分子、小顆粒、膠體乳液等，受濃差極比影響大，污染主要由濃差極化引起。

反滲透：無(wú)孔膜，截留物大多為鹽類(lèi)，污染主要原因是膜面對(duì)溶質(zhì)的吸附和沉積作用。

納濾：介于有孔無(wú)孔膜之間，濃差極化，膜面吸附，粒子沉積均是污染原因。

另外靜電效應(yīng)也是污染原因之一。影響納濾膜污染因素：

（1）溶質(zhì)濃度

（2）溶液PH值

（3）溫度

（4）流速和流型

（5）濃差極化四、納濾的應(yīng)用

1、納濾應(yīng)用領(lǐng)域納濾主要用于小分子物質(zhì)的分離（1）高分子量與低分子量有機(jī)物的分離；（2）有機(jī)物與小分子無(wú)機(jī)物的分離；（3）溶液中不同價(jià)態(tài)離子的分離；（4）鹽與對(duì)應(yīng)酸的分離；（5）對(duì)單價(jià)鹽并不要求有很高截留率的分離等。

2、納濾應(yīng)用實(shí)例（1）低聚糖分離精制。（2）多肽和氨基酸的分離純化。（3）抗生素分離純化。（4）其它制藥工業(yè)去無(wú)機(jī)鹽。（5）飲用水制備。軟化和脫除水中有機(jī)物。（6）超純水制備。去除雜質(zhì)顆粒、細(xì)菌殘骸、降低TOC到5ng/g以下。納濾膜截留氨基酸與多肽機(jī)理示意圖第三節(jié)超濾一、超濾基本原理

1、概念利用超濾膜進(jìn)行物質(zhì)分離的操作叫超濾（ultrofiltration，UF），它是利用膜的篩分作用將溶液中大于膜孔徑的大分子溶質(zhì)截留，使這些溶質(zhì)與溶劑及小分子組分分離的膜分離過(guò)程。膜孔大小、形狀對(duì)分離起主要作用，膜的物化性質(zhì)對(duì)分離性能影響不是很大。超濾膜孔大小常用被截留分子的分子量（MWCO）大小來(lái)表征，據(jù)截留分子量可近似估計(jì)膜孔的大小。MWCO與孔徑的關(guān)系超濾的基本原理

一般穩(wěn)態(tài)條件下，超濾滲透通量的大小隨溫度和進(jìn)料速度的升高而增加，但隨進(jìn)料分子的濃度和尺寸的增加而減少。

2、超濾過(guò)程的強(qiáng)化超濾過(guò)程中主要障礙是濃差極化和膜的污染

強(qiáng)化措施：①錯(cuò)流設(shè)計(jì)②提高流速③其它措施，如采取脈沖、機(jī)械刮除、表面改性、抗污染膜等。二、超濾膜組件超濾膜組件類(lèi)型（1）簡(jiǎn)便微型濃縮器。用于微量樣品處理，無(wú)需加壓、抽真空等外加設(shè)備，適于實(shí)驗(yàn)室用。（2）磁力攪拌式超濾器。加壓與攪拌同時(shí)進(jìn)行，可增加膜通量，延緩濃差極化。適于蛋白質(zhì)、多肽、多糖等的濃縮和脫鹽。（3）盒式超濾器。（4）卷式超濾器。（5）膜堆式超濾器。（6）中空纖維超濾器。中空纖維超濾有機(jī)膜三、超濾應(yīng)用

1、生物大分子的分離純化

蛋白質(zhì)、多肽、多糖等生物大分子被截流，抗生素等小分子透過(guò)膜孔被分離。

2、中藥有效成分和有效部位的分離純化。

3、制藥工業(yè)中除去熱原

熱原（pyrogen）又稱(chēng)內(nèi)毒素（endotoxin），它是一種脂多糖物質(zhì)（lipopolysaccharide，LPS），產(chǎn)生于革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞外壁，分子質(zhì)量數(shù)萬(wàn)到幾百萬(wàn)不等。脂多糖終端結(jié)構(gòu)類(lèi)脂A也是熱原，分子量大約2000?！俺瑸V+吸附”法除熱原，超濾除去大分子熱原，吸附劑除去小分子熱原。第四節(jié)微濾一、微濾基本原理

1、概念利用微濾膜進(jìn)行物質(zhì)分離的操作叫微濾（microfiltration，MF）。它是利用微濾膜孔的篩分作用，在靜壓推動(dòng)下，將濾液中大于孔徑的微粒、細(xì)菌及懸浮物質(zhì)等截留下來(lái)，從而達(dá)到除去微粒、澄清溶液的目的，。一般認(rèn)為微濾以篩分機(jī)理為主，吸附和電性能也有影響。

微濾、超濾、納濾、反滲透相比，微濾分離粒徑最大，應(yīng)用范圍最廣。

2、微濾類(lèi)型（1）按微粒被截留位置分：①表層過(guò)濾：微粒直徑大于孔徑或與孔徑相近，微粒被截留在膜表面并堵塞膜孔。②深層過(guò)濾：微粒直徑小于孔徑，微粒進(jìn)入膜的深層而被截留除去。（2）按料液流動(dòng)方向分：①死端微濾：待澄清液體在壓力差推動(dòng)下垂直透過(guò)膜，而微粒被膜截留，在膜表面形成濾餅，濾餅隨時(shí)間延長(zhǎng)而增厚。②錯(cuò)流微濾：濾液沿膜表面切線方向流動(dòng)，在壓力差推動(dòng)下，錯(cuò)流滲透過(guò)膜。濾餅層不會(huì)無(wú)限增厚，相對(duì)較薄。錯(cuò)流微濾可有效控制濃差極化和濾餅形成。

3、膜截留機(jī)理（1）膜表面截留

①機(jī)械截留作用：微粒粒徑大小或與孔徑相當(dāng)，利用篩分機(jī)理使微粒留在膜表面。②物理作用或吸附截留作用：吸附及電性能的影響使微粒留在膜表面。③架橋作用。（2）膜內(nèi)部截留

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留使微粒留在膜內(nèi)部。二、微濾應(yīng)用目前在所有膜分離過(guò)程中應(yīng)用最普遍。（1）制藥工業(yè)用水和氣體制備。清潔用水、注射用水、各類(lèi)藥液、需凈化的氣體、蒸汽等。

0.22

m孔徑微濾膜可截留細(xì)菌。

（2）中藥水提液的精制。（3）純水制備。①反滲透或電滲透前過(guò)濾去除細(xì)小懸浮物質(zhì)。②離子交換柱后，去除樹(shù)脂碎片或細(xì)菌等雜質(zhì)。（4）其它。生物化學(xué)、微生物學(xué)中收集細(xì)菌、酶、蛋白質(zhì)、蟲(chóng)卵等。第五節(jié)反滲透一、反滲透基本原理

1、滲透（osmosis）用一張可透過(guò)溶劑（水）、但不能透過(guò)溶質(zhì)的膜將不同的溶液隔開(kāi)。若兩側(cè)壓力相等，在濃度差作用下溶劑（水）分子從溶質(zhì)濃度低（溶劑濃度高）一側(cè)向溶質(zhì)濃度高（溶劑濃度低）一側(cè)透過(guò)稱(chēng)為滲透。滲透的傳質(zhì)推動(dòng)力為滲透壓，濃度越高滲透壓越大。

2、反滲透（reverseosmosis，RO）若給溶質(zhì)濃度高的一側(cè)施加壓力，兩側(cè)形成壓力差，當(dāng)壓力差大于滲透壓時(shí)，溶質(zhì)濃度高一側(cè)的溶劑（水）向溶質(zhì)濃度低的一側(cè)透過(guò)，稱(chēng)為反滲透。反滲透利用半透膜的選擇透過(guò)性，透過(guò)溶劑（通常是水）截留溶質(zhì)，以?xún)蓚?cè)靜壓力差為推動(dòng)力，克服滲透壓。反滲透膜無(wú)明顯孔道結(jié)構(gòu)，透過(guò)機(jī)理不十分清楚，多用溶解——擴(kuò)散模型解釋。（a）滲透（b）滲透平衡（c）反滲透二、反滲透應(yīng)用反滲透主要用于小分子物質(zhì)的濃縮

1、溶劑純化。滲透物為產(chǎn)物。

2、溶質(zhì)濃縮，截留物為產(chǎn)物。超濾和反滲透的組合膜分離法與物質(zhì)大?。ㄖ睆剑┑年P(guān)系第六節(jié)其它膜分離技術(shù)一、透析與電滲析

1、透析（dialysis）利用一定孔徑大小的親水膜（透析膜

）將含有高分子溶質(zhì)和小分子溶質(zhì)的溶液與純水或緩沖液隔開(kāi)，在濃度差作用下，高分子溶質(zhì)中的小分子溶質(zhì)（如無(wú)機(jī)鹽）透過(guò)膜，進(jìn)入純水或緩沖液中，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離，此分離操作稱(chēng)透析。透析過(guò)程中濃度差為推動(dòng)力，主要以擴(kuò)散形式，所以透過(guò)通量很小。透析主要用于脫除小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)離子。透析示意圖

2、電滲析（electrodialysis，ED）利用離子交換膜和直流電場(chǎng)的作用，從水溶液或其它不帶電組分中分離帶電離子組分稱(chēng)電滲析。電滲析利用電荷性質(zhì)和分子大小進(jìn)行分離。

陽(yáng)膜由帶負(fù)電荷的酸性活性基團(tuán)（如磺酸基等）的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂構(gòu)成，選擇性使陽(yáng)離子通過(guò)，而陰離子不能透過(guò)。

陰膜由帶正電荷的堿性活性基團(tuán)（如氨基等）的陰離子交換樹(shù)脂構(gòu)成，選擇性地使陰離子通過(guò)，而陽(yáng)離子不能透過(guò)。正負(fù)兩極間交替平行放置陽(yáng)膜和陰膜，依次構(gòu)成濃縮室和淡化室。離子遷移是其主要傳遞過(guò)程。電滲析應(yīng)用：（1）水的純化。如海水、苦咸水、自然水等純化制造飲用水。（2）海水、鹽鹵水濃縮制鹽。（3）廢水處理。（4）脫除有機(jī)物中鹽分，脫除或中和有機(jī)物中酸，分離氨基酸、有機(jī)酸等生物小分子。電滲析示意圖電滲淅器二、膜蒸餾、滲透蒸餾與滲透汽化

1、膜蒸餾（membranedistillation，MD）兩種不同溫度水溶液被疏水微孔膜隔開(kāi)，兩側(cè)水溶液都不能透過(guò)膜，只有蒸汽分子能通過(guò)膜。蒸汽壓差使蒸汽分子從高蒸汽壓側(cè)傳向低蒸汽壓側(cè)，此分離操作稱(chēng)膜蒸餾。

膜蒸餾過(guò)程

（1）高溫側(cè)溶液在膜面蒸發(fā)形成蒸汽分子。（2）蒸汽分子通過(guò)疏水膜進(jìn)入低溫側(cè)。（3）低溫側(cè)蒸汽分子冷凝溶入液相。膜蒸餾可以處理極高濃度的水溶液。膜只是屏障作用，選擇透過(guò)性由氣——液平衡決定。膜的疏水性、微孔性很重要。膜蒸餾應(yīng)用：主要用于處理含有無(wú)機(jī)質(zhì)的水溶液，可以以滲透物為目標(biāo)產(chǎn)物，也可以以截留物為目標(biāo)產(chǎn)物。（1）超純水生產(chǎn)。（2）海水、苦堿水淡化。（3）揮發(fā)性有機(jī)酸脫除。（4）揮發(fā)性生物產(chǎn)品濃縮、回收和脫除。

2、滲透蒸餾（osmosisdistillation，OD）

滲