生物工程下游技術(shù) 膜分離概要.ppt

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1、Chapter5膜分離Membraneseparation5.1概述5.2各種膜分離技術(shù)及其原理5.3膜及其特性5.4膜組件5.5膜的操作特性5.6影響膜分離速度的因素5.7膜分離過程5.8膜的污染與清洗5.9膜分離在生物工程中的應(yīng)用5.1概述膜：在一種流體相間有一層薄的凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔開來成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜。膜本身是均一的一相或由兩相以上凝聚物構(gòu)成的復(fù)合體，膜的厚度應(yīng)在0.5mm以下，否則不能稱其為膜，是具有一定選擇性透過的過濾介質(zhì)。膜分離：利用具有一定選擇性透過的過濾介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)分離的技術(shù)

2、。膜分離過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程。膜分離的特點(diǎn)（1）能耗低，無相變（2）操作條件溫和（3）污染難清除，不能耐受極端條件（4）需與其它技術(shù)結(jié)合應(yīng)用按孔徑大小：微濾膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結(jié)構(gòu)：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無機(jī)材料膜5.2各種膜分離技術(shù)及其原理膜分離技術(shù)類型按分離粒子大小進(jìn)行分類：5.2.1反滲透概念：將溶質(zhì)通過一層具有選擇性的半透膜，從溶液中分離出來。分離時的推動力是壓強(qiáng)，由于被分離物質(zhì)的分子量和直徑大小差別及膜孔結(jié)構(gòu)不同，其采用的壓強(qiáng)

3、大小不同。反滲透膜的操作壓力高達(dá)10MPa。膜孔徑范圍在0.0001~0.001μm之間；原理：由于超濾和反滲透過程都是用一種半透膜把兩種不同濃度的溶液隔開（淡水或鹽水），因此都存在滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的種類、濃度和溫度；一般說來，無機(jī)小分子的滲透壓要比有機(jī)大分子溶質(zhì)的滲透壓高得多。滲透是由于存在化學(xué)勢存在梯度而引起的自發(fā)擴(kuò)散現(xiàn)象。溶液中水的化學(xué)勢純水的化學(xué)勢，純水的＝1溶液中<1溶液中水的活度其結(jié)果是水從純水一側(cè)透過半透膜向溶液側(cè)滲透，使后者的液位抬高。如果在溶液一側(cè)施加壓力，外界力做功使溶液中水的化

4、學(xué)勢升高，則純水通過膜的滲透就會逐漸減小，并最終停止（條件？），此時的壓力差就是溶液的滲透壓。π＝RTcB當(dāng)時，水將從溶液一側(cè)向純水一側(cè)移動，此種滲透稱之為反滲透。常見的反滲透基本流程(4種)反滲透的應(yīng)用在凈化和濃縮的全過程中，需要大量清水，同時又伴有大量廢水排出的情況下，通過RO處理后，被凈化的水可返回去重新使用；凈化過程的用水，要求必須采用閉路循環(huán)系統(tǒng)，以進(jìn)行水的再生使用，如宇宙飛船中的水處理；廢水中含有貴重物質(zhì)，可用RO法回收；凡屬不適于加熱或減壓處理的過程，如各種果汁的濃縮等；目前已大規(guī)模用于海水、苦咸水

5、淡化及氨基酸濃縮等。5.2.2超濾適用范圍：截留尺寸為500-2000以上高分子粒子。特點(diǎn)：相態(tài)不變，無需加熱、操作壓力低，泵與管對材料要求不高，可用間歇和連續(xù)操作。主要性能：水通量（Jv），截留率R（%），合適的孔徑尺寸，孔徑的均一性與孔隙率，物理化學(xué)穩(wěn)定性V—透水量，A—膜的有效面積，τ—時間c1—料液中溶質(zhì)濃度，c2—透過液中溶質(zhì)濃度：穿透度（單位時間、單位膜面積的處理量）超濾的基本方程應(yīng)用：生物制品的濃縮和純化：小分子如檸檬酸和抗生素,大分子如多糖、蛋白質(zhì)5.2.3微濾適用范圍：尺寸為0.1-10μm（微

6、米級）的微生物和微粒子的截留與濃縮、凈化與分離特點(diǎn)：相態(tài)不變，無需加熱、操作壓力低，泵與管對材料要求不高，可用間歇和連續(xù)操作。特點(diǎn)：濾膜厚度薄，孔徑均一，空隙率高，因此濾速快，吸附少及無介質(zhì)脫落。主要性能：水通量（Jv），截留率R（%），合適的孔徑尺寸，孔徑的均一性與孔隙率，物理化學(xué)穩(wěn)定性應(yīng)用：DNA、病毒的分離、精制阿斯匹林制劑（提高澄清度）等5.2.4納濾以壓力差為推動力，從溶液中分離300~1000小分子量的膜分離過程，孔徑分布在平均2nm；介于反滲透與超濾膜之間，能截留有機(jī)小分子而使大部分無機(jī)鹽通過特點(diǎn)：

7、（1）在過濾分離過程中，能截留小分子有機(jī)物，并可以同時透析除鹽，集濃縮與透析為一體；（2）操作壓力低納濾膜的性質(zhì)與特點(diǎn)有多層聚合薄膜組成，濾膜為多孔性材料，平均孔徑為2nm，截留分子量范圍在100~200道爾頓之間；同樣要求其具有良好的熱穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性、有機(jī)溶劑穩(wěn)定性；主要產(chǎn)品：MembraneproductsKiryatWeizmann，MPW(以色列)DesalinationSystem(美國)SelRO,DESAL-5,FT-40等系列膜，F(xiàn)ilmtech公司（美國，明尼蘇達(dá)）納米過濾的分離機(jī)理納濾分離

8、機(jī)理與反滲透膜了類似，同樣遵循，基本的膜傳遞方程：行業(yè)處理對象行業(yè)處理對象制藥工業(yè)母液中有效成分的回收抗菌素的分離純化維生素的分離純化氨基酸的脫鹽與純化化工行業(yè)酸堿純化、回收電鍍液中銅的回收食品工業(yè)乳清脫鹽與濃縮苛性堿回收純水制備超高純水水的脫鹽地下水的凈化染料工業(yè)活性染料的脫鹽與回收廢水處理印染廠廢水脫色造紙廠廢水凈化納濾的應(yīng)用5.2.5滲析（透析）：以濃度差為推動力。