最新膜分离技术1

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1、第一章膜分离技术一、概述二、膜分离基本知识三、膜分离工艺实施四、常见问题及处理一、概述概念：利用膜的选择性分离功能，在推动力（浓度差、压力差、电位差等）作用下实现料液中不同组分的分离、纯化、浓缩的操作过程。优点：①常温，药物有效成分损失少，适用于热敏性物质，如抗生素、酶、蛋白的分离与浓缩；②无相态变化，能耗低，生产成本约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3~1/8；③无化学变化，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染；④选择性好，只能使某些溶剂或溶质透过；⑤通用性强，处理规模可大可小，可以连续操作也可间歇操作原料液滤液原料液溶剂浓缩液膜分离类型过程示意图膜类型推动力传递机理透过物截留物微

2、滤MF多孔膜压力差~0.1MPa筛分水、溶剂、溶解物悬浮的各种微粒超滤UF非对称膜压力差0.1~1MPa筛分溶剂、离子、小分子胶体及各类大分子反渗透RO非对称膜或复合膜压力差2~10MPa溶剂溶解-扩散水、溶剂悬浮物、溶解物、胶体原料液溶剂浓缩液二、膜分离基本知识（一）膜的结构及分类1.膜应具备的特性：①膜通量大，即在单位时间内膜透过的液体量应足够大；②截留率适宜，要求对杂质有较大的截留率，对药物成分的截留率较低；③机械强度高，耐冲击；④化学稳定性好；⑤抗污染能力强；⑥孔径分布窄，截留效率高；⑦易于维护与更换，能做到随装置规模的改变而改变；⑧自动化水平高。2.分类（1）根据膜

3、断面形态结构对称膜：整个断面的形态结构均匀一致。非对称膜：膜的断面不对称，由活性表层与支撑层组成。分离作用取决于活性表层，活性表层厚0.1~1.5μm，孔径为1~20nm，对分离小分子物质渗透性高，分离选择性好。支撑层呈多孔状，孔径较大，厚度50~250μm，仅起支撑作用。活性表层与支撑层可以是同一种材料，也可以由两种不同的膜材料复合而成。复合膜活性表层薄，流体阻力较小，孔道不易被堵塞，颗粒通常被截留在膜的表面，应用广。非对称膜显微结构（2）根据膜材质分：无机膜、有机膜、混合膜◆无机膜由各类无机材料加工而成，是固态膜。优点：①孔径分布窄、分离效率高，过滤效果稳定；②化学稳定性

4、好，耐酸、碱、有机溶剂；③耐高温，可用蒸汽反冲再生和高温消毒灭菌；④抗微生物污染能力强；⑤机械强度大，可高压反冲洗，再生能力强；⑥无溶出物产生，不产生二次污染，不对分离物料产生负面影响；⑦分离过程简单，能耗低，操作方便；⑧膜使用寿命长。常用无机膜陶瓷膜、不锈钢膜。◆有机膜多由合成高分子材料制得。优点：①品种多，能适应多种需要；②选择性好，对特定的分子有选择透过性，对其它同分子量的大分子有阻拦作用；③成膜性能优异，成本低；④柔韧性好，易于制成各种形状。常用：纤维素类、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酮。◆有机-无机混合膜，兼具有

5、机膜与无机膜的长处。如在无机矿物颗粒(如二氧化锆)中掺入网状结构的有机多孔聚合物(如聚丙烯腈)，形成的有机-无机矿物膜具备有机膜的柔韧性能及无机膜的抗压性能，显著提高孔隙率及水通量。（二）膜分离的类型及机理1．微滤以孔径细小的多孔薄膜为过滤介质，以压力差为推动力，使物料分离的过滤操作。微滤膜孔径0.025～4μm，在推动力作用下，大于膜孔径的溶质或悬浮粒子被截留，小于膜孔径的分子随溶剂一起透过膜。膜上微孔的尺寸与形状决定了膜的筛分性能。适用于过滤悬浮的微生物和微粒。分离机理如下：（1）过筛截留：膜具有截留比其孔径大或孔径相当的微粒等杂质的作用。（2）吸附截留：微滤膜也可以通过

6、物理或化学吸附的方法将尺寸小于孔径的固体微粒截留。（3）架桥截留：固体颗粒在膜孔入口处起架桥作用而使颗粒截留。（4）网络截留：微粒不是被截留在膜的表面，而是被截留在膜的内部。一般通过膜孔通道的曲折而实现截留分离。（5）静电截留：当被分离悬浮液中的微粒带电时，可以采用电荷相反的微滤膜来实现分离。此类微滤过程可以采用孔径比微粒稍大的微滤膜，既可达到分离效果，又可增大通量。2．超滤分离过程与微滤相似，超滤膜的孔径在0.001～0.02μm之间，大于该范围的分子、微粒胶团、细菌等均被截留富集在高压侧，浓度逐渐增大，透过膜的小分子物质存在于渗透液中，实现组分的分离。分离机理：(1)溶质

7、-溶剂-膜材质的相互作用，作用力包括范德华力、静电力、氢键作用力。溶质分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥，进而影响膜对溶质的分离能力；(2)溶质分子尺寸与膜孔尺寸的相对大小，膜的平均孔径和孔径分布等都影响膜的分离特性。3．反渗透渗透压当把两种不同浓度的溶液分别置于半透膜的两侧时，溶剂将自发地穿过半透膜向高浓度溶液侧流动—渗透。如半透膜的一侧为纯水，另一侧为含有盐分溶质的水溶液时，纯水会自发地通过半透膜流入盐水侧。纯水侧的水流入盐水侧，盐水侧的液位上升，当上升到一定高度后，水通过膜的净流量等于零，该过程