药物膜分离技术-典型的膜分离技术及应用（制药技术课件）

膜分离技术--超滤超滤—膜分离技术大纲1.超滤和超滤膜的特点2.超滤膜技术应用领域超滤—膜分离技术超滤技术始于1861年，其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，约5～10nm，在0.1～0.5MPa的静压差推动下，截留各种可溶性大分子。

如：多糖、蛋白质、酶等大分子及胶体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。1.超滤和超滤膜的特点超滤—膜分离技术超滤技术的核心部件是超滤膜，分离截留的原理为筛分，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微孔，而大于孔径的微粒则被截留。膜上微孔的尺寸和形状决定膜的分离效率。1.超滤和超滤膜的特点超滤—膜分离技术

超滤膜均为不对称膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纤维状等。1.超滤和超滤膜的特点平板式卷式管式中空纤维状超滤—膜分离技术

超滤膜均为不对称膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纤维状等。超滤膜的结构一般由三层结构组成。(1)最上层的表面活性层，致密而光滑；(2)中间的过渡层；(3)最下面的支撑层，支撑层的作用为起支撑作用，提高膜的机械强度。膜的分离性能主要取决于表面活性层和过度层。1.超滤和超滤膜的特点平板式超滤—膜分离技术中空纤维状超滤膜的外径为0.5～2纳米。直径小，强度高，不需要支撑结构，管内外能承受较大的压力差。此外，单位体积中空纤维状超滤膜的内表面积很大，能有效提高渗透通量。中空纤维管壁上布满微孔，孔径以能截留物质的分子量表达，截留分子量可达几千至几十万。1.超滤和超滤膜的特点超滤—膜分离技术制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纤维素等。超滤膜的工作条件取决于膜的材质，如醋酸纤维素超滤膜适用于pH=3-8，三醋酸纤维素超滤膜适用于pH=2-9，芳香聚酰胺超滤膜适用于pH=5-9，温度0-40℃，而聚醚砜超滤膜的使用温度则可超过100℃。1.超滤和超滤膜的特点超滤—膜分离技术

超滤膜的应用也十分广泛，在作为反渗透预处理、饮用水制备、制药、色素提取、阳极电泳漆和阴极电泳漆的生产、电子工业高纯水的制备、工业废水的处理等众多领域都发挥着重要作用。

是目前应用最广的膜分离过程之一，它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化等。2.超滤膜技术应用超滤—膜分离技术

超滤技术在制药工业中的主要应用：（1）纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净水和医用无菌水等。（2）处理热敏性物质。分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。2.超滤膜技术应用膜分离技术--反渗透反渗透—膜分离技术大纲1.反渗透原理及反渗透膜的特点2.反渗透膜技术应用领域反渗透—膜分离技术1.反渗透原理渗透是自然界一种常见的现象。人类很早以前就已经自觉或不自觉地使用渗透或反渗透分离物质。目前，反渗透技术已经发展成为一种普遍使用的现代分离技术。如：海水和苦咸水的脱盐淡化、超纯水制备、废水处理等方面。（一）反渗透原理及反渗透膜的特点反渗透膜示意图反渗透—膜分离技术1.反渗透原理渗透和反渗透的原理如图所示:如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透（如图a）。这一过程的推动力是低浓度溶液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差，表现为水的渗透压。（一）反渗透原理及反渗透膜的特点渗透与反渗透原理示意图反渗透—膜分离技术1.反渗透原理随着水的渗透，高浓度水溶液一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至H时，渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压（图b）。渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透通量为零。（一）反渗透原理及反渗透膜的特点渗透与反渗透原理示意图反渗透—膜分离技术1.反渗透原理如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧，与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水，将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为反渗透（图c）。（一）反渗透原理及反渗透膜的特点渗透与反渗透原理示意图反渗透—膜分离技术2.反渗透膜的特点反渗透技术所分离的物质的分子量一般小于500，操作压力为2-100MPa。用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜大部分为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质分子。

（一）反渗透原理及反渗透膜的特点渗透与反渗透原理示意图反渗透—膜分离技术2.反渗透膜的特点

制备反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚等。

反渗透膜的分离机理至今尚有许多争论，主要有氢键理论、选择吸附-毛细管流动理论、溶解扩散理论等。（一）反渗透原理及反渗透膜的特点渗透与反渗透原理示意图反渗透—膜分离技术2.反渗透膜的特点反渗透与超滤、微孔过滤的比较。如表所示。反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动力，使溶剂通过膜的分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程。（一）反渗透原理及反渗透膜的特点反渗透、超滤和微滤技术的原理与操作特点比较反渗透—膜分离技术2.反渗透膜的特点

一般来说，分离溶液中分子量低于500的低分子物质，应该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于500的大分子或极细的胶体粒子可以选择超滤膜，而分离溶液中的直径0.1-10微米的粒子应该选微孔膜。（一）反渗透原理及反渗透膜的特点反渗透膜反渗透—膜分离技术（1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水的制备、家用饮水机及直饮水给水系统等；（2）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等；（3）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废液中有用的物质等。（二）反渗透膜技术应用领域反渗透示意图膜分离技术--纳滤纳滤—膜分离技术大纲1.纳滤概念及特点2.纳滤膜技术应用领域纳滤—膜分离技术1.纳滤技术原理纳滤膜是上世纪八十年代在反渗透复合膜基础上开发出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分支，早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。

目前，纳滤膜已从反渗透技术中分离出来，成为独立的分离技术。

纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳滤”。（一）纳滤原理及纳滤膜的特点纳滤膜示意图纳滤—膜分离技术1.纳滤概念纳滤膜的表层比反渗透膜的表层要疏松，但比超滤膜致密。因此制备纳滤膜关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔。（一）纳滤概念及特点纳滤膜示意图纳滤—膜分离技术2.纳滤技术特点

纳滤膜主要用于截留粒径在0.1到1nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压。纳滤膜被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。（一）纳滤概念及特点纳滤膜示意图纳滤—膜分离技术2.纳滤技术特点纳滤填补了超滤与反渗透之间的空白,它能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物,透析被反渗透膜所截留的无机盐。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子的截留率低，对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子。（一）纳滤概念及特点石墨烯纳米筛/碳纳米管纳滤膜选择性分离示意图纳滤—膜分离技术目前关于纳滤膜的研究多集中在应用方面，而有关纳滤膜的制备、性能表征、传质机理等的研究还不够系统、全面。进一步改进纳滤膜的制作工艺，研究膜材料改性，将可极大提高纳滤膜的分离效果与清洗周期。（一）纳滤概念及特点纳滤膜技术纳滤—膜分离技术（1）纳滤技术最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面。由于该技术对低价离子与高价离子的分离特性良好，因此在硬度高、有机物含量高、浊度低的原水处理及高纯水制备中，颇受瞩目；（2）在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面。（二）纳滤膜技术应用领域膜分离技术--电渗析电渗析—膜分离技术大纲1.电渗析和电渗析膜的特点2.电渗析膜技术应用领域电渗析—膜分离技术1.电渗析

在盐的水溶液（如氯化钠溶液）中置入阴、阳两个电极，并施加电场，则溶液中的阳离子将移向阴极，阴离子则移向阳极，这一过程称为电泳。

如果在阴、阳两电极之间插入一张离子交换膜（阳离子交换膜或阴离子交换膜），则阳离子或阴离子会选择性地通过膜，这一过程就称为电渗析。（一）电渗析和电渗析膜的特点电渗析示意图电渗析—膜分离技术1.电渗析电渗析的核心是离子交换膜。在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，实现溶液的淡化、浓缩及钝化；也可通过电渗析实现盐的电解，制备氯气和氢氧化钠等。（一）电渗析和电渗析膜的特点电渗析示意图电渗析—膜分离技术1.电渗析

电渗析装置是由许多只允许阳离子通过的阳离子交换膜K和只允许阴离子通过的阴离子交换膜A组成的这两种交换膜交替地平行排列在两正负电极板之间。

最初，在所有隔室内，阳离子与阴离子的浓度都均匀一致，且成电的平衡状态。如图所示。（一）电渗析和电渗析膜的特点电渗析过程原理图电渗析—膜分离技术1.电渗析特点

（1）优点：能量消耗少；药剂耗量少，环境污染小；设备简单操作方便；设备规模和脱盐浓度范围的适应性大。（一）电渗析和电渗析膜的特点电渗析技术电渗析—膜分离技术1.电渗析特点

（2）缺点①对解离度小的盐类及不解离的物质难以去除掉；②对碳酸根的迁移率较小；③组装技术要求比较高，往往会因为组装不好而影响配水的均匀性；④易产生极化结垢和中性扰乱现象；⑤电渗析器本身的耗水量比较大；⑥电渗析水处理对原水净化处理要求较高，需增加精过滤设备（一）电渗析和电渗析膜的特点电渗析过程原理图电渗析—膜分离技术（1）自电渗析技术问世后，其在苦咸水淡化，饮用水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。（2）用于中草药有效成分的分离和精制：通过电渗析一般可以把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。（二）电渗析膜技术应用领域电渗析—膜分离技术（3）电渗析与反渗透、纳滤等精过滤技术的结合，在电子、制药等行业的高纯水制备中扮演重要角色。（二）电渗析膜技术应用领域膜分离技术--微孔过滤微孔过滤—膜分离技术大纲1.微孔过滤概念及特点2.微孔过滤膜技术应用领域微孔过滤—膜分离技术膜分离技术最重要的组成部分是膜。膜是具有选择性分离功能的材料。膜分离即是利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩。

膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。孔径不同，其分离截留的目标产物也不同。（一）微孔过滤原理及微孔过滤膜的特点各种膜分离示意图微孔过滤—膜分离技术1.微孔过滤概念微孔过滤技术始于十九世纪中叶，是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。实施微孔过滤的膜称为微孔膜。微孔膜是均匀的多孔薄膜，厚度在90-150m左右，过滤粒径在0.025-10微米之间，操作压在0.01-0.2MPa。（一）微孔过滤概念及特点微孔过滤微孔过滤—膜分离技术2.微孔过滤技术特点微孔膜的主要优点：（1）孔径均匀，过滤精度高；（2）孔隙大，流速快。由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍；无吸附或少吸附；（3）无介质脱落。（4）微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。（一）微孔过滤概念及特点微孔过滤—膜分离技术2.微孔过滤技术特点微孔膜的缺点：（1）颗粒容量较小，易被堵塞；（2）使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。（一）微孔过滤概念及特点微孔过滤—膜分离技术微粒和细菌的过滤。

可用于水的高度净化、药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等；

微粒和细菌的检测。微孔膜可作为微粒和细菌的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定；气体、