膜分离技术副本

膜分离技术

1、膜分离技术的原理2、膜分离技术的分类3、膜的种类4、膜分离技术的特点5、膜分离技术的应用1、膜分离技术的原理

膜分离法系指以压力为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离的方法。膜过滤法的核心是膜本身，膜必须是半透膜，即能透过一种物质,而阻碍另一种物质。MembraneNomenclatureFeedRetentate(residue)（截留液）Permeate透过液2、膜分离技术的类型

以分离应用领域过程分类 微滤(micro-filtration,MF)

超滤(untra-filtration,UF)

反渗透(reverseosmosis,RO)

透析(Dialysis,DS)

电透析(electro-dialysis,ED)

纳米膜分离(NF)

亲和过滤(affinityfiltration,AF)

渗透气化(pervaporation,PV微滤和超滤

微滤和超滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，主要用于截留固体微粒和高分子溶质。微滤广泛用于细胞、菌体等的分离和浓缩，操作压力通常为0.05-0.5MPa。超滤适用于1-50nm的生物大分子的分离，如蛋白质、病毒等。操作压力常为0.1-1.0MPa。透析和反渗透

透析是以膜两侧的浓度差为传质推动力，从溶液中分离出小分子物质的过程。在生物分离中主要用于蛋白质的脱盐。反渗透是在透析膜浓度高的一侧施加大于渗透压的压力，利用膜的筛分性质，使浓度较高的溶液进一步浓缩。用于海水淡化，药物浓缩，纯水制造。电渗析

电渗析是利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法，可用于小分子电解质的分离和溶液的脱盐。

3、膜的种类膜应该满足的特性膜应具有较大的透过速度和较高的选择性.机械强度好耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭可以高温灭菌价廉等。（1）天然高分子材料种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维优点：醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜。缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在45-50C，pH3-8。（2）合成高分子材料种类：聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯晴、聚烯类和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用于制造超滤膜。优点：耐高温(70-80C，可达125C)，pH1-13，耐氯能力强，可调节的孔径宽(1-20nm)；聚酰胺膜的耐压较高，对温度和pH稳定性高，寿命长，常用于反渗透。缺点：但聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa。（3）无机材料种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化有孔径>0.1um微滤膜和截留>10kD的超滤膜，其中以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向上不对称优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。缺点：不易加工，造价高。（4）复合材料种类：如将含水金属氧化物（氧化锆）等胶体微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介质表面形成膜，其中沉淀层起筛分作用。优点：此膜的通透性大，通过改变pH值容易形成和除去沉淀层，清洗容易。缺点：稳定性差。

制造膜的高分子材料很多，其中在工业上用得最广的是醋酸纤维素和聚砜。醋酸纤维素膜的缺点有：最高使用温度为30℃最适操作PH范围为4-6，不能超过2-8的范围易与氯作用，造成膜的使用寿命降低由于纤维素骨架易受细菌侵袭，因而难以贮存。聚砜膜的特点是稳定性好，但憎水性强。优点：使用温度可高达75℃；使用pH范围为1-13，耐氯性能好，一般在短期清洗时，对氯的耐受量可高达200mg/L，长期贮存时，耐受量达50mg/L,孔径范围宽，截l留分子量从1000至500000的范围，符合于超滤膜的要求，但不能制成反渗透膜。缺点:允许的操作压力较低，对于平板膜，极限操作压力为0.7MPa，对中空纤维膜0.17MPa。膜清洗A、试剂：水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等。B、原则：去污能力好，对膜无损害，成本最低。C、方法：反向清洗，试剂置换，化学降解消化。E、预防：膜的预处理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液预处理(调pH，预过滤)，开发抗污染膜，临界压力操作等。4、分离技术的特点优点:1)能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、结晶和蒸发相比有较大的差异；2)分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要；3)操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。缺点：1)膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相适应的膜面清洗方法；2)稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范围有限；3)单独的膜分离技术功能有限，需与其他分离技术连用。

5、膜技术的应用1)细胞培养基的除菌；2)发酵液或培养液中细胞的收集和除去；3)细胞破碎后碎片的除去；4)目标产物部分纯化后的浓缩或滤除小分子溶质；5)最终产品的浓缩和洗滤除盐；6)蛋白质的回收、浓缩和纯化7)制备用于调制生物产品和清洗产品容器的无热源水；8)膜生物反应器。Example1:菌体分离 利用超滤或微滤操作进行菌体的错流过滤分离是膜分离技术的重要应用之一。与传统滤饼过滤和硅藻土过滤相比，错流过滤具有：1）优点：

A透过通量大；

B滤液澄清，菌体回收率高；

C不须添加助滤剂或絮凝剂，回收的菌体纯净，有利于进一步分离操作（如菌体的破碎、胞内产物的回收等）。

D适合于大规模连续操作；

E易于进行无菌操作，防止杂菌污染。2）缺点： 膜分离的最大问题是膜污染引起的膜透过通量下降。Example2：小分子（500-2KD)生物产品的回收

500-2KD分子的分离去盐：AA、抗生素、有机酸和动物疫苗等发酵产品的相对分子量在2000以下，因此选用MWCO为1-3*104的超滤膜，可以从发酵液中回收这些小分子发酵产物，然后利用反渗透技术进行浓缩和除去相对更小的杂质。E