天然药物提取工艺课件膜分离技术

1、 第三章第三章 新型分离技术新型分离技术在天然产物提取中的应用在天然产物提取中的应用膜分离技术：是用膜作为选择障碍层，在分膜分离技术：是用膜作为选择障碍层，在分子水平上、不同粒径、不同性质的混合物质子水平上、不同粒径、不同性质的混合物质在通过膜时，允许在通过膜时，允许某些组分透过而保留混合某些组分透过而保留混合物中其他组分物中其他组分，从而达到分离的技术。，从而达到分离的技术。第二节第二节 膜分离技术膜分离技术 一、膜的分类一、膜的分类 1. 按分离机理按分离机理 (1) 具有所需孔径的膜：具有所需孔径的膜：分离原理与筛网、分离原理与筛网、滤纸滤纸 (2) 无孔膜无孔膜: 分离原理类似于萃取；

2、分离原理类似于萃取； 由于被分离物与高分子膜的亲合性强，由于被分离物与高分子膜的亲合性强，进入膜分子间隙的粒子经溶解扩散后，进入膜分子间隙的粒子经溶解扩散后，可从膜的另一侧被分离出来。可从膜的另一侧被分离出来。1. 按分离机理按分离机理 (3) 具有反应性官能团作用的膜：具有反应性官能团作用的膜： 离子交换膜。离子交换膜。 一、膜的分类一、膜的分类 1. 按分离机理分按分离机理分 (1)具有所需孔径的膜具有所需孔径的膜 (2)无孔膜无孔膜 (3)具有反应性官能团作用的膜具有反应性官能团作用的膜 2. 按分离的推动力分按分离的推动力分 3. 按膜的孔径大小分按膜的孔径大小分 微滤膜、超滤膜、纳滤

3、膜和反渗透膜等。微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。 一、膜的分类一、膜的分类 4. 按膜的结构形态分按膜的结构形态分 (1) 普通形状的片面膜普通形状的片面膜 (2) 卷成螺旋形的袋状膜卷成螺旋形的袋状膜 (3) 空心丝膜空心丝膜 5. 按膜的物理形态分按膜的物理形态分 分为固膜、液膜和气膜三类分为固膜、液膜和气膜三类 6. 根据膜的材料分根据膜的材料分 依据材料的不同，可分为无机膜和有机膜。依据材料的不同，可分为无机膜和有机膜。 二、膜性能二、膜性能 指膜的指膜的物化稳定性和膜的分离透过物化稳定性和膜的分离透过特性。特性。 1. 膜的物化稳定性膜的物化稳定性 主要取决于主要取决于构成膜的高

4、分子材料构成膜的高分子材料。 1. 膜的物化稳定性膜的物化稳定性 膜的物化稳定性的主要指标是膜的物化稳定性的主要指标是:膜材料、膜材料、膜允许使用的最高压力、膜允许使用的最高压力、温度范围、温度范围、适用的适用的pH范围，范围，以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等以及对有机溶剂等化学药品的抵抗性等 二、膜二、膜 性能性能通常指膜的通常指膜的物化稳定性物化稳定性和和膜的分离透过特性膜的分离透过特性。 1. 膜的物化稳定性膜的物化稳定性 (1) 膜的膜的抗氧化抗氧化和和抗水解性能抗水解性能 既取决于被分离溶液的性质，既取决于被分离溶液的性质， 也取决于膜材料的化学结构。也取决于膜材料的化学结构。 氧

5、化、水解的最终结果：氧化、水解的最终结果： 使膜的色泽加深、发硬变脆，使膜的色泽加深、发硬变脆， 其化学结构与形态结构也受破坏。其化学结构与形态结构也受破坏。膜的水解和氧化是同时发生的膜的水解和氧化是同时发生的 如：如：常用的芳香聚酰胺系膜，分子链中常用的芳香聚酰胺系膜，分子链中的的CONH，在酸、碱催化作用下会，在酸、碱催化作用下会发生发生CN键断裂生成羧酸或羧酸盐，从键断裂生成羧酸或羧酸盐，从而使溶液的而使溶液的pH发生变化。发生变化。如何提高膜的抗水解性能如何提高膜的抗水解性能：尽量减少高分子材料中易水解的基团。尽量减少高分子材料中易水解的基团。(2)膜的耐热性和机械强度膜的耐热性和机械

6、强度 a. 膜的耐热性：膜的耐热性： 取决于高分子材料的化学结构；取决于高分子材料的化学结构； 由于水在膜中的渗透，部分削弱了高分由于水在膜中的渗透，部分削弱了高分子之间的作用力，使膜的耐热力低于纯高子之间的作用力，使膜的耐热力低于纯高分子材料的耐热性。分子材料的耐热性。 提高膜的耐热性的意义提高膜的耐热性的意义： 改善膜的分离特性；有利于膜的高温灭菌改善膜的分离特性；有利于膜的高温灭菌(2) 膜的耐热性和机械强度膜的耐热性和机械强度 b. 膜的机械强度：膜的机械强度： 是高分子材料力学的体现；是高分子材料力学的体现；2.2.膜的分离透过特性膜的分离透过特性 ( (不同的膜，不同表示法不同的膜

7、，不同表示法) )(1) 反渗透膜：反渗透膜： 主要是通过主要是通过溶质分离率、溶剂透过、流速溶质分离率、溶剂透过、流速流量衰减系数流量衰减系数三个参数来表明使用性能。三个参数来表明使用性能。a. 溶质分离率溶质分离率：截留率，通过反渗透膜从截留率，通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质的百分比。系统进水中去除可溶性杂质的百分比。b.b.溶剂透过速度溶剂透过速度：对水溶液可称为透水率对水溶液可称为透水率 或水通量，是指反渗透或水通量，是指反渗透 系统的产能，即单位时系统的产能，即单位时 间内透过膜水量。间内透过膜水量。c.c.流量衰减系数流量衰减系数：是指膜因压密和浓差极是指膜因压密和浓差极

8、化而引起的膜透过速度化而引起的膜透过速度 随时间衰减的程度。随时间衰减的程度。(2) 超过滤膜超过滤膜 用截留相对分子质量来表征膜对不同相用截留相对分子质量来表征膜对不同相对分子质量溶质的分离能力。对分子质量溶质的分离能力。a.截留相对分子质量截留相对分子质量：指阻留率达：指阻留率达90以以上的最小被截留物质的相对分子质量。上的最小被截留物质的相对分子质量。(2) 超过滤膜超过滤膜 用截留相对分子质量来表征膜对不同相用截留相对分子质量来表征膜对不同相对分子质量溶质的分离能力。对分子质量溶质的分离能力。b.透过速度：透过速度：通常用在一定压力下每分钟通常用在一定压力下每分钟通过单位膜面积的液体量

9、来表示；表示通过单位膜面积的液体量来表示；表示法同反渗透的透过速度。法同反渗透的透过速度。(3) 微孔滤膜微孔滤膜a.孔径：以最大孔径为准；孔径：以最大孔径为准；b.孔隙率及水萃取率：孔隙率及水萃取率：孔隙率：微孔滤膜孔隙总体积与滤膜总体孔隙率：微孔滤膜孔隙总体积与滤膜总体积之比；积之比；8090；孔隙率孔隙率=（湿重（湿重-干重）干重）/膜体积膜体积(3) 微孔滤膜微孔滤膜c.厚度和重量：厚度一般为厚度和重量：厚度一般为120-150m 相对密度相对密度5mg/cm2；d.透过速度：一般在膜两侧压差为透过速度：一般在膜两侧压差为 1.1X105Pa；微孔滤膜操作中应注意的事项：微孔滤膜操作中

10、应注意的事项： a.滤膜的支持和滤器的密封；滤膜的支持和滤器的密封； b.过滤系统严密性的检查：过滤系统严密性的检查： c.滤膜的润湿；滤膜的润湿； d.透过速度；透过速度； e.过滤系统的清洗与消毒。过滤系统的清洗与消毒。 三、膜三、膜 材材 料料 膜材料的化学性质膜材料的化学性质膜分离性能因素膜分离性能因素 膜的结构膜的结构 三、膜三、膜 材材 料料 对膜材料的要求：对膜材料的要求： 良好的成膜性、热稳定性、良好的成膜性、热稳定性、 化学稳定性，耐酸碱腐蚀和化学稳定性，耐酸碱腐蚀和 微生物侵蚀，耐氧化性能。微生物侵蚀，耐氧化性能。已用作膜材料的主要聚合物有以下几类：已用作膜材料的主要聚合物

11、有以下几类：（1）纤维素类：二醋酸纤维素）纤维素类：二醋酸纤维素(CA)， 三醋酸纤维素三醋酸纤维素(CTA)；（2）聚酰胺类：芳香聚酰胺（）聚酰胺类：芳香聚酰胺（PI），）， 尼龙尼龙66（NY-66）；）；（3）芳香杂环类：聚苯并咪唑（）芳香杂环类：聚苯并咪唑（PBI），）， 聚酰亚胺（聚酰亚胺（PMDA）；）；（4）聚砜类：聚砜（）聚砜类：聚砜（PS），）， 聚砜酰胺（聚砜酰胺（PSA）；）； 1.1.高分子膜材料高分子膜材料 1.1.高分子膜材料高分子膜材料 已用作膜材料的主要聚合物有以下几类：已用作膜材料的主要聚合物有以下几类：（5）硅橡胶类：聚乙烯级三甲基硅烷）硅橡胶类：聚乙烯级三

12、甲基硅烷 （PVTMS）；）；（6）聚烯烃类：聚乙烯醇（）聚烯烃类：聚乙烯醇（PVA），）， 聚丙烯腈（聚丙烯腈（PAN）；）；（7）含氟高分子：聚四氟乙烯（）含氟高分子：聚四氟乙烯（PTFE）；）；（8）其他类型：聚碳酸酯等；）其他类型：聚碳酸酯等；其中其中纤维素类膜材料纤维素类膜材料是应用最早，也是目前应用是应用最早，也是目前应用最多的；最多的；2.2.无机膜无机膜 多以金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻多以金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃为材料璃为材料优点：优点：高温下稳定；膜机械性稳定；化学高温下稳定；膜机械性稳定；化学性质稳定；特别耐有机溶剂；允许苛刻性质稳定；特别耐有机溶剂；允许苛刻条

13、件的清洗操作；物料透过量大；污染条件的清洗操作；物料透过量大；污染少等。少等。缺点缺点：膜脆、易碎，需特殊构型和组件体膜脆、易碎，需特殊构型和组件体系；费用较高；密封复杂等。系；费用较高；密封复杂等。 四、膜四、膜 组组 件件1.膜组件膜组件 (module)是将一定面积膜以某些形式组装成的器件。是将一定面积膜以某些形式组装成的器件。常用有常用有5种：管式、毛细管式、中空纤维、种：管式、毛细管式、中空纤维、板框式和卷式。板框式和卷式。 四、膜四、膜 组组 件件2.膜组件的选择膜组件的选择 a.造价对其能否进入工业应用；造价对其能否进入工业应用； b.抗污染能力；抗污染能力； c.膜材料能否制成组件所使用的膜；膜材料能否制成组件所使用的膜； d.组件的结构能否适用于高压操作等。组件的结构能否适用于高压操作等。 3. 膜分离的选择：膜分离的选择： a.根据要分离的对象确定合适的膜材料；根据要分离的对象确定合适的膜材料； b.考查膜的性能；考查膜的性能； c.选择适宜的组件与装置；选择适宜的组件与装置； d.确定最佳的使