膜分離技術

1、膜分離技術的原理2、膜分離技術的分類3、膜的種類4、膜分離技術的特點5、膜分離技術的應用1、膜分離技術的原理

膜分離法系指以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離的方法。膜過濾法的核心是膜本身，膜必須是半透膜，即能透過一種物質,而阻礙另一種物質。MembraneNomenclatureFeedRetentate(residue)（截留液）Permeate透過液2、膜分離技術的類型

以分離應用領域過程分類 微濾(micro-filtration,MF)

超濾(untra-filtration,UF)

反滲透(reverseosmosis,RO)

透析(Dialysis,DS)

電透析(electro-dialysis,ED)

納米膜分離(NF)

親和過濾(affinityfiltration,AF)

滲透氣化(pervaporation,PV微濾和超濾

微濾和超濾都是利用膜的篩分性質，以壓差為傳質推動力，主要用于截留固體微粒和高分子溶質。微濾廣泛用于細胞、菌體等的分離和濃縮，操作壓力通常為0.05-0.5MPa。超濾適用于1-50nm的生物大分子的分離，如蛋白質、病毒等。操作壓力常為0.1-1.0MPa。透析和反滲透

透析是以膜兩側的濃度差為傳質推動力，從溶液中分離出小分子物質的過程。在生物分離中主要用于蛋白質的脫鹽。反滲透是在透析膜濃度高的一側施加大于滲透壓的壓力，利用膜的篩分性質，使濃度較高的溶液進一步濃縮。用于海水淡化，藥物濃縮，純水制造。電滲析

電滲析是利用分子的荷電性質和分子大小的差別進行分離的膜分離法，可用于小分子電解質的分離和溶液的脫鹽。

3、膜的種類膜應該滿足的特性膜應具有較大的透過速度和較高的選擇性.機械強度好耐熱、耐化學試劑、不被細菌侵襲可以高溫滅菌價廉等。（1）天然高分子材料種類：纖維素衍生物，如醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維優點：醋酸纖維的阻鹽能力最強，常用于反滲透膜，也可作超濾膜和微濾膜；再生纖維素可用于制造透析膜和微濾膜。缺點：醋酸纖維膜最高使用溫度和pH范圍有限，在45-50C，pH3-8。（2）合成高分子材料種類：聚砜、聚酰胺、聚酰亞胺、聚丙烯晴、聚烯類和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用于制造超濾膜。優點：耐高溫(70-80C，可達125C)，pH1-13，耐氯能力強，可調節的孔徑寬(1-20nm)；聚酰胺膜的耐壓較高，對溫度和pH穩定性高，壽命長，常用于反滲透。缺點：但聚砜的耐壓差，壓力極限在0.5-1.0MPa。（3）無機材料種類：陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。目前實用化有孔徑>0.1um微濾膜和截留>10kD的超濾膜，其中以陶瓷材料的微濾膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鋯和鈦等陶瓷微粒燒結而成，膜厚方向上不對稱優點：機械強度高、耐高溫、耐化學試劑和有機溶劑。缺點：不易加工，造價高。（4）復合材料種類：如將含水金屬氧化物（氧化鋯）等膠體微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介質表面形成膜，其中沉淀層起篩分作用。優點：此膜的通透性大，通過改變pH值容易形成和除去沉淀層，清洗容易。缺點：穩定性差。

制造膜的高分子材料很多，其中在工業上用得最廣的是醋酸纖維素和聚砜。醋酸纖維素膜的缺點有：最高使用溫度為30℃最適操作PH范圍為4-6，不能超過2-8的范圍易與氯作用，造成膜的使用壽命降低由于纖維素骨架易受細菌侵襲，因而難以貯存。聚砜膜的特點是穩定性好，但憎水性強。優點：使用溫度可高達75℃；使用pH范圍為1-13，耐氯性能好，一般在短期清洗時，對氯的耐受量可高達200mg/L，長期貯存時，耐受量達50mg/L,孔徑范圍寬，截l留分子量從1000至500000的范圍，符合于超濾膜的要求，但不能制成反滲透膜。缺點:允許的操作壓力較低，對于平板膜，極限操作壓力為0.7MPa，對中空纖維膜0.17MPa。膜清洗A、試劑：水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡合劑、氧化劑和酶溶液等。B、原則：去污能力好，對膜無損害，成本最低。C、方法：反向清洗，試劑置換，化學降解消化。E、預防：膜的預處理(用乙醇浸泡聚砜膜)，料液預處理(調pH，預過濾)，開發抗污染膜，臨界壓力操作等。4、分離技術的特點優點:1)能耗低。膜分離不涉及相變，對能量要求低，與蒸餾、結晶和蒸發相比有較大的差異；2)分離條件溫和，對于熱敏感物質的分離很重要；3)操作方便，結構緊湊、維修成本低、易于自動化。缺點：1)膜面易發生污染，膜分離性能降低，故需采用與工藝相適應的膜面清洗方法；2)穩定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用范圍有限；3)單獨的膜分離技術功能有限，需與其他分離技術連用。

5、膜技術的應用1)細胞培養基的除菌；2)發酵液或培養液中細胞的收集和除去；3)細胞破碎后碎片的除去；4)目標產物部分純化后的濃縮或濾除小分子溶質；5)最終產品的濃縮和洗濾除鹽；6)蛋白質的回收、濃縮和純化7)制備用于調制生物產品和清洗產品容器的無熱源水；8)膜生物反應器。Example1:菌體分離 利用超濾或微濾操作進行菌體的錯流過濾分離是膜分離技術的重要應用之一。與傳統濾餅過濾和硅藻土過濾相比，錯流過濾具有：1）優點：

A透過通量大；

B濾液澄清，菌體回收率高；

C不須添加助濾劑或絮凝劑，回收的菌體純凈，有利于進一步分離操作（如菌體的破碎、胞內產物的回收等）。

D適合于大規模連續操作；

E易于進行無菌操作，防止雜菌污染。2）缺點： 膜分離的最大問題是膜污染引起的膜透過通量下降。Example2：小分子（500-2KD)生物產品的回收

500-2KD分子的分離去鹽：AA、抗生素、有機酸和動物疫苗等發酵產品的相對分子量在2000以下，因此選用MWCO為1-3*104的超濾膜，可以從發酵液中回收這些小分子發酵產物，然后利用反滲透技術進行濃縮和除去相對更小的雜質。E