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生物分离工程-膜分离
汇报人：AA
2024-01-25
膜分离技术概述
膜材料与制备
膜分离过程及设备
生物大分子分离应用实例
细胞培养液澄清处理技术
废水处理与资源化利用
总结与展望
目录
膜分离技术概述
定义
膜分离技术是利用膜的选择性透过性能，对料液中的不同组分进行分离、纯化、浓缩的过程。
原理
膜分离过程以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，原料侧组分选择性地透过膜，在膜的另一侧被富集，从而达到分离、提纯的目的。
A
B
C
D
自20世纪初发现膜分离现象以来，随着材料科学、制膜技术和工艺过程的不断发展和完善，膜分离技术已经广泛应用于各个领域。
发展历程
目前，膜分离技术已经成为解决水资源、能源、环境等领域重大问题的共性技术之一。随着新材料、新工艺的不断涌现，以及应用领域对分离性能要求的不断提高，膜分离技术将继续保持快速发展势头。同时，针对特定应用领域的定制化膜材料和膜组件的开发也将成为未来发展的重要方向。
现状
膜材料与制备
1
2
3
如聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈等，具有良好的成膜性和化学稳定性，广泛应用于微滤、超滤和纳滤等膜分离过程。
聚合物膜
由氧化铝、氧化锆等无机材料制成，具有优异的化学稳定性和热稳定性，适用于高温、高压和腐蚀性环境下的膜分离。
陶瓷膜
如不锈钢、钛合金等金属材料制成的膜，具有优异的机械强度和耐腐蚀性，适用于特殊条件下的膜分离过程。
金属膜
将聚合物溶液浸没于非溶剂中，通过相分离形成膜结构，再经干燥得到成品膜。
浸没沉淀法
热致相分离法
拉伸法
利用聚合物在高温下的溶解性，通过降温使聚合物溶液发生相分离，形成膜结构。
将聚合物溶液或熔融态聚合物进行拉伸，形成具有微孔结构的膜。
03
02
01
耐污染性
反映膜在长期使用过程中抵抗污染的能力。
热稳定性
考察膜在高温环境下的性能变化。
化学稳定性
考察膜在酸、碱、有机溶剂等化学环境下的稳定性。
分离性能
包括截留率、通量等，反映膜对目标物质的分离效果。
机械性能
如拉伸强度、断裂伸长率等，反映膜的耐用性和使用寿命。
膜分离过程及设备
利用组分在膜中的溶解度和扩散系数的差异实现分离，通常用于有机溶剂和水的分离。
渗透汽化原理
具有高选择性和高通量的特点，常用的膜材料包括聚乙烯、聚丙烯等。
渗透汽化膜
主要包括膜组件、加热器、冷凝器等，其中膜组件是核心部分，其设计和制造对分离效果至关重要。
渗透汽化设备
利用超滤膜的微孔结构，根据物质的大小和形状实现分离，主要用于大分子物质与溶剂的分离。
超滤原理
具有特定的孔径分布和截留分子量，常用的膜材料包括聚砜、聚醚砜等。
超滤膜
主要包括超滤膜组件、泵、压力表、流量计等，其中膜组件的清洗和再生是超滤过程中的重要环节。
超滤设备
生物大分子分离应用实例
03
电泳法
在电场作用下，利用蛋白质分子的电荷和大小差异进行分离。
01
超滤法
利用超滤膜对蛋白质分子进行选择性分离，去除小分子杂质，达到纯化的目的。
02
亲和层析法
利用蛋白质与特定配体之间的亲和力，将目标蛋白质从混合物中分离出来。
细胞培养液澄清处理技术
细胞培养液主要由基础培养基、细胞生长因子、血清、抗生素等组成，为细胞生长提供必要的营养和生长环境。
组成
细胞培养液具有高营养、高含固量、复杂成分等特点，同时可能含有细胞碎片、蛋白质、多糖等杂质。
特点
利用重力作用使细胞碎片等杂质自然沉降，但处理时间长，效果不稳定。
自然沉降法
采用滤纸、滤膜等机械过滤方式去除杂质，但易堵塞，且难以处理微小颗粒。
机械过滤法
通过高速旋转产生的离心力将杂质与培养液分离，分离效果好但操作复杂，成本较高。
离心分离法
原理
膜法澄清技术利用特殊材质的膜对培养液进行过滤，根据膜孔径大小可选择性地去除杂质，达到澄清的目的。膜分离过程为物理过程，不涉及化学反应。
膜法澄清技术可实现高效、快速的分离过程，提高处理效率。
通过选择合适的膜材质和孔径大小，可实现选择性分离，保留目标成分。
膜法澄清技术操作简便，易于实现自动化和连续化生产。
与传统澄清方法相比，膜法澄清技术具有较低的能耗和废弃物产生，符合绿色环保要求。
1.高效分离
3.操作简便
4.节能环保
2.选择性分离
废水处理与资源化利用
来自制造业、化工、石油等行业的废水，含有大量有毒有害物质，如重金属、有机污染物等，对环境和人类健康造成严重威胁。
工业废水
来自居民生活、商业设施等场所的废水，含有大量有机物、营养盐和微生物，未经处理排放会导致水体富营养化和病原菌传播。
生活污水
来自农田灌溉、畜禽养殖等农业生产活动的废水，含有农药、化肥残留和畜禽粪便等污染物，对水体和土壤环境造成污染。
农业废水
物理法
通过沉淀、过滤、吸附等手段去除废水中的悬浮物和部分有机物，但难以处
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