上海交大生化分离05膜分离技术01教学提纲.ppt

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1、上海交大生化分离05膜分离技术015.1概论优点:1)、能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、结晶和蒸发相比有较大的差异；2)、分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要；3)、操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。缺点1)、膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相适应的膜面清洗方法；2)、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范围有限；3)、单独的膜分离技术功能有限，需与气他分离技术连用。5.2膜分离技术的类型以推动力的过程分类以浓度差为推动力的过程：A、透析技术(Dialy

2、sis,DS)以电场力为推动力的过程：A、电透析，B、离子交换电透析以静压力差为推动力的过程：A、微滤(microfiltration)，B、超滤(untrafiltration)，C、反渗透(reverseosmosis)以蒸气压差为推动力的过程：A、膜蒸馏，B、渗透蒸馏以分离应用领域过程分类微滤(micro-filtration,MF)超滤(untra-filtration,UF)反渗透(reverseosmosis,RO)透析(Dialysis,DS)电透析(electro-dialysis,ED)纳

3、米膜分离(Selective,RO)亲和过滤(affinityfiltration,AF)渗透气化(pervaporation,PV)5.2膜分离技术的类型膜分离法与物质大小的关系。5.3微滤(MF)原理：筛分，同一般过滤有很大重叠。操作：同一般过滤。膜两侧的渗透压可忽略，操作压在0.05-0.5Mpa。用途：除去0.1um—10um的颗粒，用于细胞、细菌、细胞器的分离。透过流通量Jv(kgm-2s-1)计算：Carman-Kozeny方程：膜的孔隙率，：滤液黏度，K：为与孔道结构有关的无因次常数，S0

4、为孔道比表面积。意义：Jv与压力差p成正比，与滤液的黏度成反比，这是分析微滤过程的理论基础。5.4超滤(UF)原理：筛分操作：一般采用切向流体，以减少固相沉积。膜两侧的渗透压很小，操作压在0.1-1.0MPa。应用：A、高分子溶质之间，以及高分子与小分子溶质之间的分离；B、Pro浓缩，C、病毒的分离和富积，C、回收细胞，处理胶体悬浮液。计算：Carman-Kozeny方程(见上)。优点：A、消除了滤饼的阻力，过滤效率高；B、超滤回收率高；C、滤液的质量好；D、减少处理步骤5.5反渗透(RO)渗透压差条件：

5、极稀溶液。意义：透过液溶质浓度(c2p)方程：v1为溶剂水的摩尔体积(m3/mol)；aA和aB分别为A、B两侧溶剂的活度；为膜两侧的渗透压差;c2为溶质在膜两侧浓度差；p为膜两侧压力差；Lsolute和Lsolvent分别为溶质和溶剂在膜中的渗透系数。意义：5.5反渗透(RO)意义：A、膜的选择性。B、压力的选择性。压力越高，透过液中溶质的浓度越低。因此，提高反渗透的压力有利于实现溶质的高度浓缩，或提高海水淡化质量。应用：A、海水淡化，B、超纯水制备，C、抗生素和氨基酸等浓缩，D、回收有机溶剂，如

6、乙醇、丁醇和丙醇等。5.6透析(DS)原理：浓差扩散操作：用途：A、人工肾，腹膜透析；B、样品脱电解质；C、浓缩富积；D、气体分离(利用透析袋对不同气体的通透性)优点：A、方法和设备简单，价格低廉；B、实验室最常用的样品脱盐方法缺点：A、透析的速度缓慢；B、溶质稀释。5.7电透析(ED，IEED)电透析(Electro-dialysis,ED)原理：在透析的基础上加上直流电，极大加快离子的透析速度。操作：用途：样品快速脱盐。优点：A、设备简单，B、透析速度极快（提高几十倍），C、电流直接指示电透析终点，D、

7、减轻溶质的稀释。终点判断：A、Cl-+Ag+=AgCl;B、电导恒定.5.7离子交换电透析(IEED)机理：透析膜经化学处理后带有正电荷(如季铵基—N+R3)或负电荷基团如(磺酸基—SO-3)。操作：几百对用途：A、海水淡化，B、苦水淡化，C、血浆、IgG、其他蛋白质的分离，D、氨基酸和有机酸分离纯化。优点：可大规模生产缺点：能耗高5.8膜材料的要求生物分离过程中，对膜料要有如下要求：A、起过滤作用的有效膜厚度小，超滤和微滤的孔隙率高，过滤阻力小；B、不吸附被分离物质，从而膜不易污染和堵塞；C、使用的pH

8、和温度范围广，耐高温灭菌，耐酸碱清洗，稳定性高D、使用寿命长：经济；D、易通过清洗恢复透过性能；E、适应性广：满足实现分离的各种要求，如对菌体细胞的截留，对生物大分子的通透性或截留作用。5.9膜材料的种类天然高分子材料种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维优点：醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜。缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，