chapter_4_生物分离--膜分离

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1、第四章膜分离(membraneseparation)本章教学目的与要求（1）掌握膜分离的概念、熟悉膜的功能、膜分离技术的特点（2）掌握超滤、微滤、透析、反渗透等主要膜分离技术的原理、特点、分离操作和应用；（3）了解渗透汽化、电渗析等的定义（4）熟悉各种商品化膜组件（5）熟悉膜分离技术的应用膜料液水小分子大分子透过液膜分离：以选择性透过特性的膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使料液侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的.膜技术简介膜的概念在一种流体相或是在两种流体相之

2、间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体被膜分开的流体相物质是液体或气体膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜膜的功能：物质的识别与透过；（分离的内在因素）相界面；（透过液与料液被分为互不混合的两相）反应场（膜表面及孔内表面的功能基团）。生物分离中的膜分离法主要是利用了膜对物质的识别与透过功能.膜的发展历史第一节各种膜分离法及原理膜分离过程的本质膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而

3、达到物质分离的目的.膜筛分分离机理膜分离技术的类型生物分离中最常用的膜分离技术：超滤、微滤和反渗透、透析。＜0.5nm离子、分子量＜100的有机物0.1~1nm离子、分子量＜100的有机物２nm离子、分子量100-1000的有机物0.001~0.05μm1000~1000,000Da的大分子0.025~14μm0.05~10μm的固体粒子＞10um固体粒子孔径分离对象溶解扩散渗透蒸发筛分反渗透筛分纳滤筛分超滤筛分微滤筛分粒子过滤分离机理分离过程各种膜分离范围一、反渗透(reverseosmosis,RO)渗透和

4、渗透压：渗透：膜（可透过溶剂,不能透过溶质）两侧压力相等时，在浓度差作用下，溶剂从溶质浓度低的一侧向溶质浓度高的一侧透过的现象，称为渗透（a）。渗透压：渗透现象中，促使水分子透过的推动力。渗透平衡：随着水的渗透，高浓度水溶液一侧的液面升高，压力增大，当两侧的压差等于渗透压时，处于渗透平衡状态（ｂ）反渗透(RO)：定义：在溶质浓度高的一侧施加超过渗透压的压力，使溶剂透过膜的操作，为反渗透（c)。RO膜无明显的孔道结构，透过机理尚不十分清楚，多以溶解－扩散模型解释反渗透示意图水分子离子大分子颗粒与胶反渗透的特点：压

5、力差：操作压力大，0.1-10Mpa透过物：水、溶剂截留物：溶质、盐适用于1nm以下小分子（盐、氨基酸、糖）的浓缩1）海水和苦咸水的淡化2）纯水和超纯水的制备3）饮用水的净化4）医药、食品、化工等工业料液的处理和浓缩5）废水处理反渗透的应用领域：二、超滤(UF)和微滤(MF)UF膜和MF膜有明显的孔道结构传质推动力：压力差透过机理：根据膜孔径的大小进行筛分主要用于截留高分子溶质或固体微粒不对称聚合物超滤膜陶瓷微滤膜微滤(MF)膜孔径较大，0.05-10um，适用于悬浮液（菌体细胞、胶体颗粒和悬浮微粒子）的分离，

6、截留物粒径：0.1-10um；操作压力：比UF小，0.05-0.5MPa。膜两侧渗透压可忽略，甚至可在常压下操作。超滤(UF)定义：根据高分子溶质之间或高分子与小分子溶质之间相对分子量的差别进行分离的方法膜孔径：0.001-0.05um，比MF膜小。适用范围：处理不含固形成分料液，分离或浓缩1-50nm的生物大分子（蛋白、酶等）操作压力：膜两侧渗透压较小，操作压力较反渗透低，0.1-1.0MPa，但较MF高膜分离法与物质大小（直径）的关系补充：纳滤（nanofiltration,NF）纳滤膜的特点─纳滤膜孔径为

7、纳米级，介于反渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳滤”。─纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜的要致密得多.─主要用于截留分子量为100-1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过.─具有较小的操作压力（0.5～1.5MPa）。2.纳滤的应用领域海水及苦咸水的淡化；原水处理及高纯水制备；在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产，大大节能；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面；微滤、超滤、纳滤和反渗透（如细胞、颗粒）（如蛋白质、酶）Pressure压力驱动膜分离示意简图三、透析(D

8、ialysis,DS)透析膜：具有一定孔径大小，高分子溶质不能透过，而水和小分子溶质（如无机盐）能透过的亲水膜透析：利用透析膜将料液（含有高分子、小分子溶质）与透析液（纯水或缓冲液）分隔，在浓差作用下，料液中小分子溶质(如无机盐）会透过膜进入透析液，而透析液中的水透过膜进入料液。透析原理图水分子大分子小分子透析膜料液透析液透析操作按照分子大小进行分离。分离取决于透析袋截留的分子量。