生物分离工程之膜分离过程

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1、1膜分离技术概述膜材料与膜的制造表征膜性能的参数各种膜分离技术及其分离机理2膜分离技术概念：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留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。3概述人类认识到膜的功能源于1748年，然而用于为人类服务是近几十年的事。1960年Loeb和Sourirajan制备出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称膜，是膜分离技术发展的一个里程碑。41925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用30年代微滤40年代透析50年代电渗析60年代反渗透70年代超滤80

2、年代纳滤90年代渗透汽化概述5★膜分离的特点①操作在常温下进行；②是物理过程，不需加入化学试剂；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概述6膜分离技术的重要性膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又有使用简单、易于控制及高效、节能的特点选择适当的膜分离技术，可替代过滤、沉淀、萃取、吸附等多种传统的分离与过滤方法。膜分离技术得到各国重视：国际学术界一致认为“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，近30年膜

3、分离技术，已广泛用于食品、医药、化工及水处理等各个领域。产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。概述7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、渗透蒸发概述8常见膜分离方法按分离粒子大小分类：透析（Dialysis，DS）微滤（Microfiltration，MF）超滤（Ultrafiltration，UF）纳滤（Nanofiltration，NF）反渗透（Reverseosmosis，R

4、O）电渗析（Electrodialysis，ED）渗透气化（Pervaporation，PV）概述9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200Dalton10膜分离法与物质大小（直径）的关系概述RONFUFMFF1117.1膜材料与膜的制造12膜材料的特性对于不同种类的膜都有一个基本要求：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

5、耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要耐酸碱：防止分离过程中，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；成本低；13（一）膜材料天然材料：各种纤维素衍生物人造材料：各种合成高聚物特殊材料：复合膜，无机膜,不锈钢膜，陶瓷膜14醋酸纤维特点：①透过速度大②截留盐的能力强③易于制备④来源丰富⑤不耐温（30℃）⑥pH范围窄，清洗困难⑦与氯作用，寿命降低⑧微生物侵袭⑨适合作反渗透膜15聚砜膜的特点（1）温度范围广（2）pH范围广（3）耐氯能力强（4）孔径范围宽（5)操作压力低（6）适合作超滤膜16芳香聚酰胺类聚酰胺含有酰胺基

6、团（-CO-NH-）,亲水性好,且其机械稳定性、热稳定性及水解稳定性均很好,是最典型的反渗透膜材料之一，但同样不耐氯与醋酸纤维素反渗透膜相比,它具有脱盐率高、通量大、操作压力要求低、pH范围广4-1117近年来开发的新型膜材料复合膜；无机多孔膜；纳米过滤膜。功能高分子膜；聚氨基葡糖18膜材料-不同的膜分离技术透析：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

7、胺19(二）膜的制造要求：（1）透过速度（2）选择性（3）机械强度（4）稳定性20相转变制膜不对称膜通常用相转变法(phaseinversionmethod)制造，其步骤如下：1．将高聚物溶于一种溶剂中；2．将得到溶液浇注成薄膜；3．将薄膜浸入沉淀剂（通常为水或水溶液）中，均匀的高聚物溶液分离成两相，一相为富含高聚物的凝胶，形成膜的骨架，而另一相为富含溶剂的液相，形成膜中空隙。212217.2表征膜性能的参数23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。制造商通常提供这些数据，241.截留率和截断分子量膜对溶

8、质的截留能力以截留率R（rejection）来表示，