膜分离（membraneseparation）又称膜过滤◈ღ◈◈， 是指用选择性半透膜作为分离介质层◈ღ◈◈，允许混 合物中某些组分透过而截留其他组分的一种分 离技术◈ღ◈◈。 过滤介质eg: 滤布,400目—74um 膜分离分离物质的范围 推动力 分离机制 微滤（MF） microfiltration 0.02~10μm 压力差1~2atm 筛分颗粒 超滤（UF） ultrafiltration 1000~3000000Da (相当于1-20nm孔径) 压力差2~8atm 筛分分子 纳滤（NF） nanofiltration 1nm左右 (相当于400-1000Da) 压力5~20atm 溶液分子扩散 反渗透（RO） reverse osmosis 400Da以下 压力10~100atm 溶液分子扩散 一尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈、分类 第一节 膜分离过程的分类和特点 分离原理◈ღ◈◈：筛分 溶解分子扩散（膜的极性与分子极性） 截留分子量为450Da的膜冈元厚子◈ღ◈◈，分离以下分子的情况◈ღ◈◈： 1000Da与10 000 Da? 400Da与500 Da？ 具有纳米级孔径操作压力低◈ღ◈◈，又称低压反渗透 对离子具有选择透过性 较好的耐压密性和较强的抗污染能力 水通量高 纳滤的特点◈ღ◈◈： 二◈ღ◈◈、膜分离的特点•操作在常温或低温下进行 •是物理过程◈ღ◈◈，不发生化学反 •多数不发生相变（能耗低）•选择性较高 •可连续化操作 优点◈ღ◈◈： 缺点◈ღ◈◈： •易产生浓差极化◈ღ◈◈，导致 分离性能降低 •膜易污染 •膜寿命有限 •仍是初步纯化的方法 第二节分离膜和膜性能 一◈ღ◈◈、分离膜的类型 按膜孔径大小分 按膜结构分◈ღ◈◈：对称膜和不对称膜 按膜材料分◈ღ◈◈：无机膜和有机膜 二冈元厚子◈ღ◈◈、膜材料醋酸纤维素膜(CA, cellulose acetate) 优点◈ღ◈◈：亲水◈ღ◈◈，截留盐的能力强冈元厚子◈ღ◈◈，透过速度大 缺点◈ღ◈◈：最适pH4-6◈ღ◈◈，不耐氯(或卤代)◈ღ◈◈，易受微生物侵袭◈ღ◈◈， 长期高压易压密 应用◈ღ◈◈：反渗透◈ღ◈◈、超滤◈ღ◈◈、微滤 硝酸纤维素(CN, cellulose nitrate) 再生纤维素（RC, regenerated cellulose） 主要用于透析◈ღ◈◈、超滤和微滤 1.纤维素衍生物 2.聚砜类（PS,poly sulfone） 聚醚砜(poly ether sulfone)等 优点◈ღ◈◈：稳定性好◈ღ◈◈，pH1-13◈ღ◈◈，耐氯◈ღ◈◈，孔径范围宽 缺点◈ღ◈◈：操作压力低 应用◈ღ◈◈：超滤膜及支撑材料 聚酰胺类优点◈ღ◈◈：稳定性好 应用◈ღ◈◈：超滤尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈、反渗透膜 分子中含有酰胺键的一类化合物 常用应用比较◈ღ◈◈：反渗透（CA◈ღ◈◈，聚酰胺）◈ღ◈◈，纳滤（聚酰胺）◈ღ◈◈，超滤（PS） 三冈元厚子◈ღ◈◈、表征膜性能的参数1.水通量◈ღ◈◈：m 表征分离膜性能的参数有孔的特征◈ღ◈◈、水通量◈ღ◈◈、截留相对分子质量◈ღ◈◈、脱盐率冈元厚子◈ღ◈◈、抗压能力◈ღ◈◈、pH使用范围尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈、温度使用范围◈ღ◈◈、 对溶剂的稳定性等◈ღ◈◈。 水通量又称透水率尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈，是指在一定过滤压力（进口压力 和截留液出口压力）下◈ღ◈◈，单位时间内透过单位膜面积的水 的体积冈元厚子◈ღ◈◈。 膜的水通量是衡量膜的污染程度◈ღ◈◈、膜污染清洗后恢复情况及膜 劣化程度的重要参数◈ღ◈◈。 10 2.膜分离效率 ——表示膜对特定组分的截留能力或去除能力 feedretentate permeate Cp 公式(10-3) 注意◈ღ◈◈： •对于超滤膜◈ღ◈◈，膜对某溶质的 截留能力通常用截留率R来 表示◈ღ◈◈。 •对于纳滤膜和反渗透膜◈ღ◈◈，截 留率通常称作脱盐率◈ღ◈◈。 11 影响膜对分子的截留率的因素◈ღ◈◈： •分子的形状◈ღ◈◈：R 球形 线性•吸附作用◈ღ◈◈：吸附冈元厚子◈ღ◈◈，R •其他分子溶质影响◈ღ◈◈：大分子使小分 子截留率增大◈ღ◈◈；若要二者分离完全◈ღ◈◈， 分子量应相差10倍以上◈ღ◈◈。 •温度◈ღ◈◈：T◈ღ◈◈，R •浓度◈ღ◈◈：S •pH◈ღ◈◈：影响分子形状•离子强度◈ღ◈◈：影响分子形状 注意◈ღ◈◈： 微滤膜孔径大小一般直接用um表示◈ღ◈◈； 超滤膜孔径一般用截留相对分子质量来表示◈ღ◈◈； 对于纳滤膜和反渗透膜孔径◈ღ◈◈，一般用脱盐率表示◈ღ◈◈。 12 截留分子量（MWCO,molecular weight cut-off） 相当于一定截留率（一般90%或95%）下的分子量 0.20.4 0.6 0.8 500010000 15000 20000 分子量 Da 截留曲线 95 99 13 4尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈、完整性试验◈ღ◈◈： 膜的完整性是指膜是否完整或泄露尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈。新膜最好进行完整性试验证 实膜完好再投入生产使用◈ღ◈◈。完整性试验方法一般由厂家提供◈ღ◈◈。 14 一◈ღ◈◈、膜分离操作流程 第三节膜分离工艺 水或缓冲液（b）透析模式 进料截留液 （d）多级式（三级） 第一级第二级 第三级 截留液 进料浓截留液 截留液 透过液 （c）多段式（三段） 第一段 第二段 第三段 浓缩液 透过清液 15 二尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈、膜设备（见表10-4） 1.平板式膜组件 16 2.管式膜组件17 卷式膜组件18 中空纤维式膜组件19 三尊龙凯时人生就是博平台◈ღ◈◈、膜分离工艺中常见问题及工艺参数的选择 当溶剂透过膜时◈ღ◈◈，溶质由于透过较慢或不能透过而滞留 在膜上时◈ღ◈◈，膜表面溶质浓度增大◈ღ◈◈，高于主体溶液中溶质浓 度◈ღ◈◈，从而引起溶质从膜表面向主体溶液的扩散◈ღ◈◈，这种现象 称为浓差极化◈ღ◈◈。 （一）浓差极化（concentration polarization） 浓差极化形成的原因20 2.危害 溶质透过量增加 溶剂通过量减少 可能会析出沉淀 膜污染加剧 3.减轻措施 错流过滤 改善操作条件 21 膜的污染膜污染是指被处理物料中的微粒◈ღ◈◈、胶体粒子或溶质 大分子由于与膜存在物理◈ღ◈◈、化学相互作用或机械作用而引 起的在膜表面或膜孔内吸附◈ღ◈◈、沉积或堵塞◈ღ◈◈，使膜透过性等 分离特性发生不可逆变化的现象◈ღ◈◈。 1.膜污染 注意◈ღ◈◈：膜污染与浓差极化是有区别的◈ღ◈◈。 22 2.原因 膜自身结构 膜与溶质的作用 操作工艺 3.减轻膜污染的方法 原料预处理 选择合适的膜组件◈ღ◈◈、膜参数 运行条件选择 23 4.膜污染的清洗（课本P121） 有机溶剂应考虑◈ღ◈◈： •膜的化学性质 •污染物特性 •清洗方法是否符合生产要求 消毒方法◈ღ◈◈：化学消毒为主 保存◈ღ◈◈：保存剂◈ღ◈◈，保存方式 5.消毒和保存 24 （三）膜分离工艺条件选择 pH◈ღ◈◈：影响膜和目的物的荷电性◈ღ◈◈。 离子强度◈ღ◈◈：影响目的物形态◈ღ◈◈，影响膜污染25 第四节 膜分离技术在生物产品生产中的应用 医药中应用26 超滤系统的应用及维护 1.系统清洗◈ღ◈◈、安装 安装顺序◈ღ◈◈：储液罐蠕动泵微滤膜超滤膜储液罐（或透过液收集） 膜的冲洗1）膜表面的冲洗◈ღ◈◈：将截留液管◈ღ◈◈、透过液管置于下水槽◈ღ◈◈，全开截留液阀门 2）膜孔径的冲洗◈ღ◈◈：部分关闭截留液阀门 超滤操作截留液管接至储液罐◈ღ◈◈，注意需要透过液还是截留液 超滤系统的清洗1）清水清洗 2）清洗剂清洗◈ღ◈◈：常用氢氧化钠（0.4mol/L） 3）清水清洗 超滤膜的消毒与保存保存◈ღ◈◈：根据膜材料◈ღ◈◈、易污染的微生物选择 保存方式◈ღ◈◈：在线凯时尊龙app◈ღ◈◈，凯时尊龙◈ღ◈◈！尊龙◈ღ◈◈。膜分离应用