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超滤膜分离技术介绍 2005-12-7 超滤膜分离技术简介 超滤（简称UF）：是以压力为推动力，利用 超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分 过程。其分子切割量一 般为1000到 50万，孔 径为10-100nm。超滤技术是nm数量级进行选 择性滤过的分离技术，广泛应用于医药、化 学、机械、电子、环保、食品等领域。 1.天然药物、注射液的精制 2.蛋白、酶、核酸、多糖类药物的浓缩分离 3.蛋白质和酶类制剂的超滤脱盐 4.不同分子量生化药物的分级分离和纯化 5.不能消毒灭菌的制剂超滤除菌 6.酒类、饮料的超滤，提高澄清度 7.电子工业中高纯水的制备 8.环保工程中排放水的处理和回收有用物质 超滤膜分离技术特点 相对其他分离方法，具有以下特点： 1.操作条件温和，无相变化 2.不需加热，不需添加任何化学试剂 3.操作简单，滤膜可反复多次使用 4.可有效滤除药液中微粒、胶体、大分子物质 5.可滤除细菌、热原 6.能耗少，工艺流程短 超滤基本原理 溶液体系经加压泵通过超滤膜，在压力作用 下在超滤膜表面发生分离，溶剂和其他小分 子溶质通过滤膜，大分子溶质和微粒（蛋白 质、病毒、细菌、胶体等）被滤膜阻留，从 而达到分离、提纯和浓缩的目的。 附图：超滤示意图 超滤膜的结构特点 超滤膜上微孔具有不对称结构，在滤膜的工 作面上有一层极薄的致密层，该层上微孔孔 径一般小于20-150A，下部为结果相对疏松的 支撑层，空隙大于150A。超滤膜的锥形非对 称膜结构，可使得以液体在分离过程中大分 子溶质随溶液切向流经膜表面时，由于液体 的快速流动使得这些物质既不能进入膜面的 致密细孔，引起膜的内堵塞，又不会停留在 膜面形成表面的堵塞，而小分子物质和溶剂 则可在压力驱动下穿过致密层的微孔后，即 能顺利穿过下部的疏松支撑层，进入膜的另 一侧，从而使超滤膜在连续运行过程中保持 相对较为恒定的通透量及分离效果。 附图：锥形结构超滤膜示意图 基本概念 超滤膜孔径规格：非尺寸大小为指标，以分 子量截留值为指标。 分子量截留值：当溶液中溶质的分子量超过 该数值时，采用此膜进行超滤，该溶质可基 本被阻留。 截留值的意义：截留值为1万的膜应可将溶液 中1万分子量以上的溶质绝大多数（90％以 上）截留在膜前。但是实际上溶质分子能否 通过或者通过多少，还与分子形态、溶液条 件及膜孔径的分布差异等有关，即相同分子 量的物质被截留的百分率并不完全相同。故 而，截留值只是一个名义值，实际工作时还 会因为不同溶液而有所差异。 超滤及普通滤过的不同 相对普通滤过的差异： 名 称 普通滤过 超 滤 孔 径 微米级 纳米级 孔 结 构 直 孔 不对称孔 分离对象 固-液 液-液 过滤方式 静态压滤 错流加压 反复使用 复杂或者不可 可重复使用 几个滤过精度的概念： 高效滤纸过滤： 30-80um 垂熔玻璃滤过： 1.5-30um 微滤滤过精度： 0.02-14um 超滤滤过精度 ： 10-100nm 显著不同点：浓度极化现象 浓度极化是指不以浓度差为推动力的传质过 程中出现的浓度分布现象，分为两种情况： 1.对于一般溶液，在超滤过程中溶剂透过膜时 所挟带的溶质由于膜的拦阻在膜前累积，形 成高浓度区，这些溶质以浓度差为推动力， 借浓度差扩散的方式返回料液主体，从而降 低了膜的截留性能。 2.对于浓溶液，浓度极化现象使膜表面的溶液 浓度增高，由于蛋白、多糖等有亲水基团的 大分子溶质在膜表面可形成凝胶层，起到次 级膜的作用，对溶剂的流动产生阻力。此时 增加压力并不能增加超滤溶剂的通量，只能 使凝胶层加厚，所增加的压力都消耗于克服 增厚的凝胶层的流动阻力。一般可采用强化 搅拌、提高流速、薄层层流等措施降低边界 层和凝胶层的厚度，提高溶剂通量。 超滤设备的类型 1.静止型：静态操作，浓度极化显著 2.搅拌型：搅拌操作，可减轻浓度极化 3.错流湍动型：液体高速流过膜面，减轻浓度 极化 4.错流薄层层流型：采用结构变化限制边界层 厚度以减轻浓度极化 由于工业化生产中需要较大的膜面积，一般 采用后2种类型超滤设备。 附图：不同类型超滤设备示意图： 静态超滤 搅拌型超滤 错流薄层层流型超滤 错流湍动型超滤 超滤膜设备的组成