膜分离与纯化技术

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1、一、概念膜是具有选择性分离功能的材料。无机膜由于各种优良性能（如抗高温、耐酸碱等），已得到广泛应用。由于技术发展水平限制，无机膜主要只有微滤和超滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。特别是超滤陶瓷膜，已经在很多行业得到应用，如重金属废水处理与回收。膜技术是膜分离技术的简称，是仿生物学膜，通过人工材料（膜材料）实现不同介质分离的技术，分离的过程多由压力、浓度差、电势差等因素驱动二、膜处理原理膜分离的基本工艺原理是较为简单的。在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分

2、子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口。在单位时间（Hr）单位膜面积（m2）透析液流出的量（L）称为膜通量（LMH），即过滤速度。影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量（TDS）、离子浓度、黏度等。由于膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选择不同的膜，选择合适的膜工艺，从

3、而达到最好的膜通量和截留率，进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。三、膜处理技术的优点1、在常温下进行有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩2、无相态变化保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/83、无化学变化典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染4、选择性好可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能5、适应性强处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化6、能耗低只需电能

4、驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8四、分类根据膜孔大小可以将膜分为微滤、超滤、纳滤和反渗透四种。下表是四种膜之间的比较：微滤超滤纳滤反渗透截留颗粒0.1-10微米0.02-0.1微米1~5纳米0.1纳米截留物质悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，一般用于去除地表水中的有机物和色素，且部分去除溶解盐截留98%的溶解盐份及分子量大于100的有机物。运行压力0.07-0.7MPa

5、0.1-0.7MPa0.35-3MPa0.65~7MPa技术特点微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截

6、留所有的离子。制作标准无统一标准，材料、性能、外形尺寸、接口差异很大，不同公司产品不能互换有统一标准，接口、脱盐率、安装尺寸相同，不同公司产品可以互换五、主要应用1、微滤无菌过滤、细胞收集、去除细菌和病毒。具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。2、超滤去除菌丝、病毒、热原；大分子溶液的分离、浓缩、纯化和回收，比如蛋白质、酶和多肽等。早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术

7、已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。3、纳滤物质的纯化、浓缩脱盐和母液回收。纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等。4、反渗透物质的纯化、浓缩和回收；无菌水的制备。由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品

8、）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。六、膜分离技术在中药生产中的应用中药的化学成分非常复杂，通常含有无机盐、生物碱、氨基酸、有机酸、酚类、酮类、皂苷、甾族和萜类化合物以及蛋白质、多糖、淀粉、纤维素等，一般来讲，高分子量物质主要是胶体和纤维素