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膜别离技术

概念：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性〔孔径大小〕，以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保存混合物中其它组分，从而到达别离目的的技术。

膜别离的特点

①操作在常温下进行；②是物理过程，不需参加化学试剂；③不发生相变化〔因而能耗较低〕；④在很多情况下选择性较高；⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；

⑥设备易放大，可以分批或连续操作。因而在生物产品的处理中占有重要地位

膜的分类

按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜

按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜

按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜

多孔膜与致密膜：前者微滤膜、超滤膜、纳滤膜，后者反渗透膜、渗透蒸发

按别离粒子大小分类：

透析〔Dialysis，DS〕微滤〔Microfiltration，MF〕超滤〔Ultrafiltration，UF〕

纳滤〔Nanofiltration，NF〕反渗透〔Reverseosmosis，RO〕电渗析〔Electrodialysis，ED〕

渗透气化〔Pervaporation，PV〕

截留分子量：

微滤0.02～10μm

透析3000Dalton～几万Dalton

超滤50ｎｍ～10０ｎｍ或5000～50万Dalton

纳滤200～1000Dalton或1nm

反渗透200Dalton

膜材料的特性

对于不同种类的膜都有一个根本要求：

耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压力，一般模操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透膜的压力更高，约为1~10MPa

耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要

耐酸碱：防止别离过程中，以及清洗过程中的水解；

化学相容性：保持膜的稳定性；

生物相容性：防止生物大分子的变性；

本钱低；

透析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、

微滤膜：硝酸/醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯，

超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维

反渗透膜：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺

纳滤膜：聚电解质+聚酰胺、聚醚砜

电渗析：离子交换树脂

渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙烯醇、聚丙稀酰胺

膜的制造

要求：

〔1〕透过速度〔2〕选择性〔3〕机械强度〔4〕稳定性

表征膜性能的参数

截断分子量、水通量、孔的特征、pH适用范围、抗压能力、对热和溶剂的稳定性等。

膜对溶质的截留能力以截留率R〔rejection〕来表示，其定义为

R＝1－Cp／Cb１７－１

式中Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液〔Permeate〕和截留液的浓度。

如R＝1，那么Cp＝0，表示溶质全部被截留；

如R＝0，那么Cp＝Cb，表示溶质能自由透过膜

得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。

质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质别离完全；

反之，斜坦的截断曲线会导致别离不完全。

影响截留率的因素：

分子形状：线状分子易透过，?线?球；

吸附作用：溶质吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径

浓差极化作用：高分子溶质在膜面沉积，使膜阻力?，较小分子溶质的截留率?，别离性能?。

温度/浓度，T?C?，使??，因为膜吸附作用?；

错流速度?，??，因为浓差极化作用?；

pH、离子强度影响蛋白质分子构型，影响?。

水通量

纯水在一定压力，温度(0.35MPa，25℃)下试验，透过水的速度L/h?m2。

JW=W/At

同类膜，孔径?，水通量Jw?。

水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子

溶质会沉积在膜外表，使滤速下降〔约为纯水通量的10%〕

由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。

完整性试验

本法用于试验膜和组件是否完整或渗漏。

将超滤器保存液出口封闭，透过液出口接上一倒置的滴定管。自料液进口处通入一定压力的压缩空气，当到达稳态时，测定气泡逸出速度，如大于规定值，表示膜不合格。

微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点：

①以膜两侧压力差为推动力；②按体积大小而别离；③膜的制造方法、结构和操作方式都类似。

微滤、超滤、纳滤、反渗透区别：

膜孔径：微滤0.1~10?m超滤0.01~0.1?纳滤0.001~0.01?m反渗透小于0.001?m

别离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液别离过程；超滤、纳滤、反渗透为分子级水平的别离；

分理机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗透机理是渗透现象的逆过程：

压差：微滤、超滤和纳滤压力差不需很大0.1~0.6MPa

1、透析

利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜，将含有高分子溶质和其它小分子溶质的溶液与水溶液或缓冲液分隔；由于膜两侧的溶质浓度不同，在浓差的作用下，高分子溶液中的小分子溶质〔如无机盐