第九章膜分离技术精选.ppt

第九章 膜分离技术 目 录 学习目标 知识要求 1.掌握膜分离原理； 2.掌握各种膜分离技术的影响因素； 3.熟悉现代分离膜制备技术进展； 4.了解各类膜分离技术的应用范围。 能力要求 针对目标体系，熟练选择合适的膜分离体系对目标产品进行分离。 膜分离技术 概念：利用具有一定孔径、化学特性及物理结构的膜，对相关特性的生物大分子或小分子进行分离的方法；其分离过程是以选择透过性膜作为分离介质，通过在膜两侧施加某种推动力（如渗透压差、压力差、蒸气分压差、浓度差、电位差等），使得待分离体系中相关组分 有选择性地 透过膜，从 而达到分离、 提纯和浓缩 的目的。。 膜分离技术优点 占地少，处理效率高，设备易于放大； 条件温和，可在室温或低温下操作，适宜于热敏感物质分离浓缩； 化学与机械剪切作用小，减少失活； 无相转变，节能； 有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的； 系统可密闭循环，防止外来污染；易于和反应或其他分离过程集成和耦合。 膜分离技术分类 膜的发展历史 1748年Abble Nelkt 发现水能自然地扩散到装有酒精的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象； 1827年Dutrochet引入名词渗透（Osmosis）； 1861年Schmidt提出超滤概念； 1864年Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜） 1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并将其应用于微生物、微粒等方面的分离和富集； 1950年W.Juda成功研制了第一张具有实用价值的离子交换膜； 1960年Loeb 和Sourirajan研制出第一张不对称的醋酸纤维素反渗透膜，导致了膜分离技术进入了实用和装置的研制阶段； 1967年以后在美国、丹麦、日本等国出现了多家膜及其组件的生产厂家，逐渐开始了膜分离技术的规模应用。 第一节 透 析 利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜，将含有高分子溶质和其它小分子溶质的溶液与水溶液或缓冲液分隔；由于膜两侧的溶质浓度不同，在浓差的作用下，高分子溶液中的小分子溶质（如无机盐）透过膜向水透渗透，这就是透析。 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质以扩散的形式移动。 透析原理图 制作透析膜的高聚物特点： （1）在使用的溶剂介质中能形成具有一定孔径的分子筛样薄膜。 （2） 在化学特性上惰性，不具有与溶质、溶剂起作用的基团，在分离介质中能抵抗盐、稀酸、稀碱或某些有机溶剂，而不发生化学变化或溶解现象。 （3）有良好的物理性能，包括一定的强度和柔韧性，不易破裂，有良好的再生性能，便于多次重复使用。 自制透析膜： 动物半透膜如猪、牛的膀胱膜、用水洗净，再以乙醚脱脂，即可供用。 羊皮纸膜可将滤纸浸入50％的硫酸15～60分钟，取出铺在板上，以水冲洗制得。 火棉胶膜系将火棉胶溶于乙醚及无水乙醇，涂在板上，干后放置水中即可供用。 蛋白质胶（明胶）膜可用20％明胶涂于细布上，阴干后放水中，再加甲醛使膜凝固，冲洗干净即可供用。 透析法的应用 常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类的小分子杂质， 有时也用于置换样品缓冲液。 由于透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不适于大规模生物分离过程、但在实验室中应用较多。 透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液透析。 微透析探针 第二节 超滤 一、 超滤的特征和用途 超滤技术是一项分子级薄膜分离手段，它以特殊的超滤膜为分离介质，以膜两侧的压力差为推动力，将不同分子量的物质进行选择性分离。超滤膜规格采用截留相对分子质量作为通用指标，而不是膜孔径（2～20nm）。 超滤应用 （一）超滤膜的构造 （二）超滤膜的制造 膜的设计 （三）超滤膜的选择 (四)超滤过程特点及相应装置选用 1.浓差极化现象：外源压力迫使分子量较小的溶质通过薄膜，而大分子被截留于膜表面，并逐渐形成浓度梯度 这就是浓差极化现象。 解决措施： 震动 搅拌 错流 切流 (四)超滤过程特点及相应装置选用 2.超滤装置 四、超滤操作 第三节 微孔膜过滤技术 微孔膜过滤技术简称为微滤，又叫精密过滤，微滤用于截留直径为0.02～10?m的微粒、细菌等，是目前应用最广泛的一种分离分析微细颗粒和超净除菌的手段，也可用于超滤的预处理过程。 一、微孔滤膜 （一）微孔滤膜的种类及特性 一、微孔滤膜 （二）微孔滤膜的制备 （三）微孔滤膜的性质和检测 二、微孔滤膜过滤设备和操作 （一）设备 （二）微孔滤膜过滤设备和操作 1. 滤膜的支持与滤器的密封 2. 过滤系统严密性的检查 3. 滤膜的润湿 4. 过滤速度 5. 过滤系统的清洗和消毒 6. 串滤技术 三、微孔滤膜的应用 第四节 纳滤 一、 纳滤膜的种类和特性