超滤膜分离技术介绍课件.ppt

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1、超滤膜分离技术介绍2005-12-7超滤膜分离技术简介超滤(简称UF):是以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量一般为1000到50万,孔径为10-100nm。超滤技术是nm数量级进行选择性滤过的分离技术,广泛应用于医药、化学、机械、电子、环保、食品等领域。1.天然药物、注射液的精制2.蛋白、酶、核酸、多糖类药物的浓缩分离3.蛋白质和酶类制剂的超滤脱盐4.不同分子量生化药物的分级分离和纯化5.不能消毒灭菌的制剂超滤除菌6.酒类、饮料的超滤,提高澄清度7.电子工业中高纯水的制备8.环

2、保工程中排放水的处理和回收有用物质超滤膜分离技术特点相对其他分离方法,具有以下特点:1.操作条件温和,无相变化2.不需加热,不需添加任何化学试剂3.操作简单,滤膜可反复多次使用4.可有效滤除药液中微粒、胶体、大分子物质5.可滤除细菌、热原6.能耗少,工艺流程短超滤基本原理溶液体系经加压泵通过超滤膜,在压力作用下在超滤膜表面发生分离,溶剂和其他小分子溶质通过滤膜,大分子溶质和微粒(蛋白质、病毒、细菌、胶体等)被滤膜阻留,从而达到分离、提纯和浓缩的目的。附图:超滤示意图超滤膜的结构特点超滤膜上微孔具有不对称结构,在滤膜的工

3、作面上有一层极薄的致密层,该层上微孔孔径一般小于20-150A,下部为结果相对疏松的支撑层,空隙大于150A。超滤膜的锥形非对称膜结构,可使得以液体在分离过程中大分子溶质随溶液切向流经膜表面时,由于液体的快速流动使得这些物质既不能进入膜面的致密细孔,引起膜的内堵塞,又不会停留在膜面形成表面的堵塞,而小分子物质和溶剂则可在压力驱动下穿过致密层的微孔后,即能顺利穿过下部的疏松支撑层,进入膜的另一侧,从而使超滤膜在连续运行过程中保持相对较为恒定的通透量及分离效果。附图:锥形结构超滤膜示意图基本概念超滤膜孔径规格:非尺寸大小为

4、指标,以分子量截留值为指标。分子量截留值:当溶液中溶质的分子量超过该数值时,采用此膜进行超滤,该溶质可基本被阻留。截留值的意义:截留值为1万的膜应可将溶液中1万分子量以上的溶质绝大多数(90%以上)截留在膜前。但是实际上溶质分子能否通过或者通过多少,还与分子形态、溶液条件及膜孔径的分布差异等有关,即相同分子量的物质被截留的百分率并不完全相同。故而,截留值只是一个名义值,实际工作时还会因为不同溶液而有所差异。超滤及普通滤过的不同相对普通滤过的差异:名称普通滤过超滤孔径微米级纳米级孔结构直孔不对称孔分离对象固-液液-液过滤

5、方式静态压滤错流加压反复使用复杂或者不可可重复使用几个滤过精度的概念:高效滤纸过滤:30-80um垂熔玻璃滤过:1.5-30um微滤滤过精度:0.02-14um超滤滤过精度:10-100nm显著不同点:浓度极化现象浓度极化是指不以浓度差为推动力的传质过程中出现的浓度分布现象,分为两种情况:1.对于一般溶液,在超滤过程中溶剂透过膜时所挟带的溶质由于膜的拦阻在膜前累积,形成高浓度区,这些溶质以浓度差为推动力,借浓度差扩散的方式返回料液主体,从而降低了膜的截留性能。2.对于浓溶液,浓度极化现象使膜表面的溶液浓度增高,由于蛋白

6、、多糖等有亲水基团的大分子溶质在膜表面可形成凝胶层,起到次级膜的作用,对溶剂的流动产生阻力。此时增加压力并不能增加超滤溶剂的通量,只能使凝胶层加厚,所增加的压力都消耗于克服增厚的凝胶层的流动阻力。一般可采用强化搅拌、提高流速、薄层层流等措施降低边界层和凝胶层的厚度,提高溶剂通量。超滤设备的类型1.静止型:静态操作,浓度极化显著2.搅拌型:搅拌操作,可减轻浓度极化3.错流湍动型:液体高速流过膜面,减轻浓度极化4.错流薄层层流型:采用结构变化限制边界层厚度以减轻浓度极化由于工业化生产中需要较大的膜面积,一般采用后2种类型超

7、滤设备。附图:不同类型超滤设备示意图:静态超滤搅拌型超滤错流薄层层流型超滤错流湍动型超滤超滤膜设备的组成超滤膜设备由超滤泵、粗滤设备、超滤膜组件及管道构成。超滤膜组件有板式膜、中空纤维膜、卷式膜、管式膜等类型。目前具用板式膜及中空纤维膜使用的经验。应用中空纤维膜根据药液流向的不同,分为内压式超滤及外压式超滤。中空纤维膜内压式及外压式工作原理内压式膜组件工作原理外压式膜组件工作原理中空纤维膜内压式设备简图:中空纤维膜外压式设备简图:超滤膜材质及常规工作参数膜材料:聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、磺化聚砜、

8、聚酰亚胺、PDC聚砜、聚砜酰胺、等。超滤膜pH使用范围2-13(聚砜膜)1-14(聚醚砜膜)工作温度5-45℃工作压力0.1-0.2MPa超滤速度与膜面积及工作压力等相关超滤膜组件外壳常用材料:ABS工程塑料、不锈钢、有机玻璃等。超滤膜优劣的评判1.强度及韧性2.耐酸碱能力3.耐温范围4.抗污染能力5.微孔均匀程度6.通透量影响超

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