膜分离·渗析课件

1、透析Dialysis崔振宇2022/8/29内容IntroductionMaterialsStructure and properties结构及性能表征Applications应用Introduction透析的目的-借助这种扩散速度的差，使A侧两组分以上的溶质得以分离这里所说的不是溶剂和溶质的分离（浓缩），而是溶质之间的分离浓度差（化学位）是这种分离过程的唯一推动力 透析与超滤的共同点和不同点共同点都可以从高分子溶液中去除小分子溶质不同点驱动力(force) 透析-膜两侧溶液的浓度差 超滤-膜两侧的压力差透过物 透析过程-小分子溶质本身的净流 超滤-小分子溶质和溶剂结合的混合流因为透析过程的推

2、动力是浓度梯度，故随透析过程的进行，其速度不断下降-必须提高被处理原液和透析液的循环量，其透析速度慢于以压力为驱动力的过程The characteristics of dialysis1. 分离目的-大分子溶质溶液脱小分子；小分子溶质溶液脱大分子2. 截留物的尺寸-0.001-1m(工业0.02m,人工肾0.005m )3. 透过膜的物质:微小溶质,较小溶质4. 推动力: 浓度差5. 传质/选择性机理:微孔膜中的筛分,受阻扩散6. 供料和渗透物的相态: 液体7. 流动形式: 多采用“错流”8. 膜类型：非对称膜、离子交换膜1913年Abel用火棉胶膜成功地进行了透析试验1938年Thathim

3、er以赛璐玢纸膜作为透析膜进行 了人工肾试验1943年Kolff使用醋酸纤维素膜制成人工肾进行血 液透析治疗尿毒症获得成功1965年Cordis-Dow公司研制成功乙基纤维素中空 纤维膜，使透析器大为小型化1975年日本旭化成公司和西德的ENKA-Glanzstoff 公司均开发出了铜氨人造丝中空纤维膜， 使透析膜性能得到进一步改善。development荷电膜Charged Membrane 高分子膜非荷电膜Non Charged Membrane分类离子交换膜 利用溶质分子的大小差异 聚合形式聚合物材质临床应用商品化线性缩聚聚酰胺聚碳酸酯-聚醚聚砜聚醚砜磺化聚砜HFHFHF、HDFHFHF

4、线性缩聚再生纤维素醋酸纤维素三醋酸纤维素HFHD、HDFHD、HDF、HF线性加成聚丙烯聚丙烯腈聚丙烯聚丙烯腈-甲代烯丙基磺酸钠聚乙烯-聚乙烯醇聚甲基丙烯酸甲酯聚电解质HDF、HFHDFHDF、HD、HFHD、HDFHF无机玻璃HFHD-血液渗析；HF-血液过滤；HDF-血液渗析过滤。 1纤维素类膜 是研究开发最早、应用最广泛的血液透析膜将纤维素溶于氧化铜铵溶液中，然后挤压成膜，可制成含有铜铵基团的铜氨纤维素膜，其商品名称为铜仿膜铜仿膜是传统的血液透析膜，市场占有率最大，它的生物相容性和药理安全性以及可靠性已得到确认但由于膜激活补体，可造成白细胞暂时性下降，血中氧分压下降，出现过敏综合症等反应

5、，长期使用此膜，血液中2微球蛋白显著提高，因此其血液相容性有待提高 目前已开发出内径为200m，壁厚为15m的大孔径三醋酸纤维素中空纤维透析膜，该膜具有较高的超滤速率，能有效地去除2微球蛋白及其它中低分子量的有害物质用叔胺基、羟基、磺酸基和磷酸酯基对纤维素进行取代改性后制备的膜可降低白细胞减少症，并提高膜的血液相容性 2聚丙烯腈膜聚丙烯腈膜对中等分子量物质的去除能力强，超滤速度大，是目前少数已临床使用的合成聚合物膜之一日本的Asahi医学公司，首先将聚丙烯腈制成中空纤维膜，并用于血液透析和血液透析过滤东华大学用聚丙烯腈纺制出中空纤维膜，并组装成血液透析器，已通过临床应用2聚丙烯腈膜缺点：膜的脆

6、性较大，机械强度差、不耐高温消毒、干态膜的透水性能明显下降改进 日本东丽公司采用重均分子量为20万的聚丙烯腈制备中空纤维膜，其机械强度有明显的提高，可耐反冲洗，从而提高了膜组件的使用寿命3聚砜膜聚砜，化学稳定性好（硫原子处于最高的氧化价，存在苯环）-可在pH值为113的范围内使用；可在128下进行热灭菌处理，可在90下长期使用；具有一定的抗水解性和抗氧化性；具有较好的柔韧性和足够的力学性能用于血液净化的聚砜膜主要为不对称中空纤维膜，最早由美国Amicom公司研制成功。其致密层厚度可低于1m，孔径为24nm4聚碳酸酯膜聚碳酸酯的主链结构易于调整，与不同比率的聚醚缩聚形成嵌段共聚物所制备的膜，具有

7、一定的亲-疏水特性对尿素、维生素B12和水的透过率均高于再生纤维素膜，生物相容性介于铜仿纤维素膜和聚丙烯腈膜之间聚碳酸酯-聚醚嵌段共聚物最初用于血液透析膜，后来由于改变了合成过程，提高了膜的过滤效率，也适用于血液过滤和超滤-血液透析过程。5.聚酰胺膜 由于某些聚酰胺具有对蛋白质吸附的性质，因此将聚酰胺膜用于血液透析时必须有所选择对水的通透性良好机械强度好，具有优良的血液相容性，对补体激活小、蛋白吸附及凝血性小可与聚乙烯吡咯烷酮共混制成一定亲-疏水性的血液透析、血液过滤膜无论是低通量还是高通量聚酰胺系列膜，90%的内毒素都能扩散透过膜，对2微球蛋白的透过量也比较高；对白蛋白的吸附量低于0.1%，

8、在血液过滤过程中，总蛋白的损失仅为0.05g/L 7聚乙烯醇膜聚乙烯醇通常由聚醋酸乙烯醇解制得，产品性能与分子量及残留的乙酰基团的含量有关聚乙烯醇为水溶性聚合物，因此可通过先进行适当的交联或交联前先共聚的方法制备透析膜。与其共聚的单体有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、乙烯等最成功的是由日本开发的乙烯-乙烯醇共聚物非对称膜，其外层致密、内层多孔，孔径为10-70nm。用该膜制成的血液透析器对2微球蛋白的去除能力很强，常被应用于血液透析、血浆置换和洗滤（Diafiltration） 8. 其它聚醚嵌段共聚物膜聚乙烯吡咯烷酮膜聚丙烯酸甲酯膜聚苯乙烯膜聚多肽膜聚电解质膜等上述材料尚未获得较为广泛的

9、应用 生物相容性 透析膜在使用过程直接与活体组织或血液接触，因此要求两者有良好的相互关系，即材料对于活体要有生物相容性生物相容性是生物对材料的生化反应，主要包括血液相容性；组织相容性；免疫反应等生物相容性 血液相容性包括的内容很广，主要指膜材料与血液接触时不引起凝血和血小板的粘着和凝聚，没有破坏血液中有形成分的溶血现象，也就是不产生凝血和溶血。组织相容性是指活体与材料接触时活体组织不发生炎症和排拒，而材料本身不发生钙沉淀。生物相容性 广义上讲是指患者直接引起的一系列反应，其中血与膜的反应是决定生物相容性最重要的方面；膜的形式和通透性可促使或预防热源反应；透析液的成分和温度、抗凝血剂的种类，直接

10、影响患者的血液动力学和膜介导反应的严重程度；交换率和交换方法也影响患者血液动力学的稳定性。应用1人工肾（血液透析装置）肾脏功能：对血液进行过滤，排泄尿素、肌酐、尿酸、胍的衍生物等代谢产物及某些毒物和药物，调节体内水、电解质和酸碱平衡；调节血压，激活维生素D；分泌血管活性物质和促红细胞生成素等。肾功能衰竭可造成新陈代谢物质在体内沉积，产生代谢紊乱，从而引起尿毒症，危及人的生命。肾脏患者，治疗手段以人工肾和/或肾脏移植为主，并辅以药物治疗。人工肾是临床上用于治疗急、慢性肾功能衰竭的最有效的常规肾脏替代疗法。人工肾工作原理 血液透析是借助于血液透析机与患者建立体外循环的过程透析机依靠具有特殊通透性的

11、透析膜分隔血液和透析液，利用膜两测液体溶质的浓度差及膜孔径大小的差异，使血液中小于膜孔截留分子量的溶质扩散、渗透通过滤膜，以除去患者血液中的代谢小分子废物和毒物调节水和电解质平衡以及酸碱平衡人工肾依靠透析膜，使血液中的代谢产物进入到由外界引入的已配制好的透析液中，并通过透析膜达到电解质的平衡，经过透析处理解毒后的血液回到人体的静脉中，而需排泄的物质则引出弃去，与人体肾脏相比，透析器起到了人工肾的作用 人工肾工作原理 人工肾构成由透析器、透析液供给装置和自动监护装置三部分组成，通过血液回路把人体与透析型人工肾连接起来透析器是人工肾的关键部件之一，血液透析过程就在透析器中进行 在血液透析过程中，动

12、脉中的血液通过半透膜与透析液相接触，凭借液体间的浓度差，血液与透析液进行物质交换，即尿毒症病因物质从血液中经半透膜扩散进入透析液，而透析液中含有的人体必需的物质则扩散进入血液。交换后的血液经静脉返回体内，而有害物质则随透析液排出体外 血液透析回路以血液透析过程为例，对血液净化过程作简单介绍 中空纤维透析器的基本结构如图所示。将一束中空纤维置于外壳中，组装成中空纤维透析器。透析器上下共有四个管口，中间的两个进出口为血液通路，两旁的进出口为透析液通路。透析时，血液在中空纤维内流动，透析液在纤维外侧流动，一般血液与透析液呈逆向流动，通过中空纤维管壁进行透析。压榨(碱)液的回收在粘胶纤维生产中，压榨液

13、约为纤维产量的1822倍，压榨液的碱浓度为1617，还含有大量的半纤维素、树脂和机械杂质。2.工业应用透析法回收压榨液中NaOH 中空纤维透析器的膜材料由聚乙烯醇制成。经预处理过的压榨液和软水分别由压榨液和软水进口管进入透析器，在膜的两侧反向流动，压榨液中的NaOH不断进入软水中。残余液出透析器后进入废液槽，经处理后排放；项目压榨液水入口出口入口出口流量/（L/min）1.41.84.133.9NaOH含量/(g/L)2152.6076半纤维素含量/(g/L)2619.800.2压榨液的透析回收结果软水出口管流出的水溶液中NaOH含量为48，经回收液槽后，进入调整槽调整浓度后作为浸渍液回用压榨

14、液中NaOH的回收率可达98%。3.钢铁酸洗废液中回收硫酸 钢材加工需要预先除去表面的氧化铁。现在广泛采用硫酸（或盐酸）溶液酸洗法。在酸洗过程中，溶液中硫酸亚铁含量不断增加，当达到200g/L以上时，酸洗效果明显降低，成为废液，而废液中硫酸含量高达50g/L，必须经过处理才能排放。目前，硫酸酸洗废液大都采用石灰中和后排放或者冷却结晶回收铁矾及硫酸的处理方法。采用石灰中和法，不但不能回收有用物质，而且增加了废渣的处理问题。用冷却结晶法虽可回收铁矾和硫酸，但处理的成本高，经济上不合算。而采用扩散渗析和离子交换膜电解相结合的工艺是技术上、经济上可行的 采用扩散渗析法和离子交换膜电解组合工艺处理酸洗废

15、液的流程如图所示在电解槽中，以稀硫酸溶液为阳极液，以透析液为阴极液。在直流电场作用下，阳极室中硫酸浓度不断升高，而阴极上不断沉积出电解纯铁，这样可同时达到回收硫酸和铁的目的 4.酒精饮料脱醇 中空纤维透析器可以进行啤酒脱醇。啤酒在中空纤维内侧流过、透析液(水)通过中空纤维外侧逆向而流，醇的脱除率可达40。该法虽优于精馏法，但在脱酒精的同时会把某些低分子组分一起脱除，而影响酒的芳香度和风味。有人建议在透析液中加人啤酒中的芳香成分，以保持啤酒的原有风味。由于透析过程的传质推动力是膜两侧物料中组份的浓度差，受体系本身条件的限制，透析过程的传质速度慢，且透析膜的选择性低，对于化学性质相似或分子大小相近的溶质体系很难用透析法分离，