生物工程下游技术 膜分离概要.ppt

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1、Chapter5膜分离Membraneseparation5.1概述5.2各种膜分离技术及其原理5.3膜及其特性5.4膜组件5.5膜的操作特性5.6影响膜分离速度的因素5.7膜分离过程5.8膜的污染与清洗5.9膜分离在生物工程中的应用5.1概述膜：在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体，膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜，是具有一定选择性透过的过滤介质。膜分离：利用具有一定选择性透过的过滤介质进行物质分离的技术

2、。膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程。膜分离的特点（1）能耗低，无相变（2）操作条件温和（3）污染难清除，不能耐受极端条件（4）需与其它技术结合应用按孔径大小：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5.2各种膜分离技术及其原理膜分离技术类型按分离粒子大小进行分类：5.2.1反渗透概念：将溶质通过一层具有选择性的半透膜，从溶液中分离出来。分离时的推动力是压强，由于被分离物质的分子量和直径大小差别及膜孔结构不同，其采用的压强

3、大小不同。反渗透膜的操作压力高达10MPa。膜孔径范围在0.0001~0.001μm之间；原理：由于超滤和反渗透过程都是用一种半透膜把两种不同浓度的溶液隔开（淡水或盐水），因此都存在渗透压。渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度；一般说来，无机小分子的渗透压要比有机大分子溶质的渗透压高得多。渗透是由于存在化学势存在梯度而引起的自发扩散现象。溶液中水的化学势纯水的化学势，纯水的＝1溶液中<1溶液中水的活度其结果是水从纯水一侧透过半透膜向溶液侧渗透，使后者的液位抬高。如果在溶液一侧施加压力，外界力做功使溶液中水的化

4、学势升高，则纯水通过膜的渗透就会逐渐减小，并最终停止（条件？），此时的压力差就是溶液的渗透压。π＝RTcB当时，水将从溶液一侧向纯水一侧移动，此种渗透称之为反渗透。常见的反渗透基本流程(4种)反渗透的应用在净化和浓缩的全过程中，需要大量清水，同时又伴有大量废水排出的情况下，通过RO处理后，被净化的水可返回去重新使用；净化过程的用水，要求必须采用闭路循环系统，以进行水的再生使用，如宇宙飞船中的水处理；废水中含有贵重物质，可用RO法回收；凡属不适于加热或减压处理的过程，如各种果汁的浓缩等；目前已大规模用于海水、苦咸水

5、淡化及氨基酸浓缩等。5.2.2超滤适用范围：截留尺寸为500-2000以上高分子粒子。特点：相态不变，无需加热、操作压力低，泵与管对材料要求不高，可用间歇和连续操作。主要性能：水通量（Jv），截留率R（%），合适的孔径尺寸，孔径的均一性与孔隙率，物理化学稳定性V—透水量，A—膜的有效面积，τ—时间c1—料液中溶质浓度，c2—透过液中溶质浓度：穿透度（单位时间、单位膜面积的处理量）超滤的基本方程应用：生物制品的浓缩和纯化：小分子如柠檬酸和抗生素,大分子如多糖、蛋白质5.2.3微滤适用范围：尺寸为0.1-10μm（微

6、米级）的微生物和微粒子的截留与浓缩、净化与分离特点：相态不变，无需加热、操作压力低，泵与管对材料要求不高，可用间歇和连续操作。特点：滤膜厚度薄，孔径均一，空隙率高，因此滤速快，吸附少及无介质脱落。主要性能：水通量（Jv），截留率R（%），合适的孔径尺寸，孔径的均一性与孔隙率，物理化学稳定性应用：DNA、病毒的分离、精制阿斯匹林制剂（提高澄清度）等5.2.4纳滤以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm；介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小分子而使大部分无机盐通过特点：

7、（1）在过滤分离过程中，能截留小分子有机物，并可以同时透析除盐，集浓缩与透析为一体；（2）操作压力低纳滤膜的性质与特点有多层聚合薄膜组成，滤膜为多孔性材料，平均孔径为2nm，截留分子量范围在100~200道尔顿之间；同样要求其具有良好的热稳定性、pH稳定性、有机溶剂稳定性；主要产品：MembraneproductsKiryatWeizmann，MPW(以色列)DesalinationSystem(美国)SelRO,DESAL-5,FT-40等系列膜，Filmtech公司（美国，明尼苏达）纳米过滤的分离机理纳滤分离

8、机理与反渗透膜了类似，同样遵循，基本的膜传递方程：行业处理对象行业处理对象制药工业母液中有效成分的回收抗菌素的分离纯化维生素的分离纯化氨基酸的脱盐与纯化化工行业酸碱纯化、回收电镀液中铜的回收食品工业乳清脱盐与浓缩苛性碱回收纯水制备超高纯水水的脱盐地下水的净化染料工业活性染料的脱盐与回收废水处理印染厂废水脱色造纸厂废水净化纳滤的应用5.2.5渗析（透析）：以浓度差为推动力。