第十一章 膜分离技术.ppt

第十一章 膜分离技术 第十一章 膜分离技术 概述 第一节 膜分离技术与分离膜 第二节 膜分离过程与分离机理 第三节 膜分离技术的关键 第四节 膜分离技术的应用与实例 第五节 新型膜分离技术简介 概述 膜分离现象广泛存在于自然界中。膜分离的过程在我国的利用可追溯到2000多年以前，当时在酿造、烹饪、炼丹和制药等过程中就有“莞蒲厚洒”，“弊箪淡卤”及“海井”的海水淡化等记载。由于受到人类认识能力和当时科技条件的限制，在其后漫长历史进程中对膜技术的理论研究和技术应用并没有得到实质性的突破。 1960年美国加利福尼亚大学的Loeb和Sourirajan研制出第一张可实用的反渗透膜，膜分离技术才进入了大规模工业化应用时代。 目前，膜分离作为一致新型的分离技术已广泛应用于生物产品、医药、食品、生物化工等领域、是药物生产过程中制水、澄清、除菌、精制纯化以及浓缩等加工过程的重要手段。 本章主要讨论制药工业中一些常用膜分离过程的工作原理、传质机理、分离效果、装置及应用情况。 掌握内容： 膜分离过程基本原理和特点； 膜的分类和特点； 几种膜组件的特点； 膜性能的评价方法； 膜污染的危害和控制方法； 渗透现象和浓差极化现象对膜过程的影响 第一节 膜分离技术与分离膜 一、膜分离的特点及分类 膜分离过程是指利用天然的或合的、具有选择透过性的薄膜作为分 离介质，在浓度差、压力差等作用下，使混合液体或气体混合物中的某一或某些 组分选择性地透过膜，已达到分离、分级、提纯或浓缩目的。 1、膜分离的特点 （1）以具有选择透过性的膜分隔两相界面，被膜分隔的两相之间依靠 不同组分透过膜得速率差来实现组分分离。 （2）膜分离过程无相变发生，能耗低，无需外加物质，对环境无二次污染之忧。 （3）分离过程通常在温和条件下完成，适用于热敏性药物的分离、分级、浓缩。 （4）膜组件结构紧凑，处理系统集成化、操作方便；处理过程能耗较低、单机 分离效率高、无污染等优点。 不足之处：在膜使用过程中不可避免地产生浓差极化、膜污染等现象，从而 影响膜的使用寿命，增加操作费用 2、膜的分类 根据驱动力的不同，膜分离过程大致分为三类： 压力 驱动膜过程，浓度差驱动膜分离过程和电力驱动膜过程。 其中压力驱动膜过程又进一步分为：微滤、超滤、纳滤和反渗透。 随着膜制备技术的不断提高，膜分离吉利的研究不断深入以及分离技术与其他技术的广泛结合，膜分离技术得到了迅速发展，逐渐成为药物分离和纯化的重要方法。 二、分离膜 膜是指分隔两相界面并以特定的形式限制和传递 各种物质的分离介质。 （一）膜的种类和结构 1、膜的种类 根据来源不同可分为：天然膜和合成膜。 根据相态不同合成膜可分为：固体膜、液体膜和气体膜，目前大规模工业应用的是固体膜。 根据材质不同固体膜可分为：有机膜和无机膜；按结构又分为致密膜和多孔膜。 根据膜的电荷情况可分为荷电膜和非荷电膜。荷电膜结构中载有固定的正电荷或负电荷。包括离子交换膜、反渗透膜和纳滤膜。离子交换膜又分为阴离子交换膜和阳离子交换膜。 2、膜的结构 根据膜的断面结构及制备过程可分为对称膜、不对称膜和复合膜。 对称膜和不对称膜示意图 （二）膜材料 膜的断面结构示意图 目前使用的分离膜大体上分为三类：天然高分子膜、合成高分子膜和 无机膜。前两者合称为有机高分子膜 。分离过程中对膜的要求是：具有良 好的成膜性、热稳定性好、化学稳定性，耐酸、碱和微生物侵蚀及耐氧化 性能。 1、有机膜材料 （1）天然高分子膜 天然高分子膜主要为纤维素的衍生物，是应用 最早，也是目前应用最多的膜材料。主要用于反渗透、超滤、微滤，在气 体分离和渗透汽化中也有应用。如乙酸纤维、硝酸纤维等，在注射针剂中 药液除菌过滤使用的大多是乙酸纤维膜。 （2）合成有机高分子膜 合成高分子膜材料应用最多，主要有聚砜、 聚酰亚胺、芳香聚酰胺、聚丙烯晴、聚烯烃、聚乙烯醇、尼龙、聚碳酸酯 等。 目前，芳香聚酰胺和杂环类膜材料主要用于反渗透和纳滤。聚酰亚胺 已用于超滤、反渗透和气体分离膜的制备。聚砜是超滤、微滤膜的重要材 料，由于抗压密性和