文档介绍：膜分离技术
第六章
膜分离技术
第一节膜及其应用
第二节膜分离过程
第三节膜分离过程中的问题及处理
第四节典型膜分离技术
第五节液膜分离技术
第一节膜及其应用
一、膜的分类及性能
可以按不同的方式对膜进行分类:
(1)~14μm;~ (10~200Å);~ (1~10Å);纳米过滤膜,平均直径2nm。
(2)按膜结构分对称性膜,不对称膜、复合膜等。
(3)按材料分为高分子合成聚合物膜,无机材料膜等;
第一节膜及其应用
在实际应用中,面对不同分离对象必须采用相应的膜材料,但对膜的基本要求是共同的,主要有:①耐压:要达到有效的分离,各种功能分离膜的微孔是很小的,为提高各种膜的流量和渗透性,就必须施加压力,例反渗透膜可实现5~15nm微粒分离,所需压差为1380~1890kPa,这就要求膜在一定压力下,不被压破或击穿;②耐温:分离和提纯物质过程的温度范围为0℃~82℃,清洗和蒸汽消毒系统,温度≥110℃;③耐酸碱性:待处理液的偏酸、偏碱严重影响膜的寿命,例醋酸纤维膜使用pH2~8,如偏碱纤维素会水解;④化学相容性:要求膜材料能耐各种化学物质的浸蚀而不致产生膜性能的改变;⑤生物相容性:高分子材料对生物体来说是一个异物,因此必须要求它不使蛋白质和酶发生变性,无抗原性等;⑥低成本。
第一节膜及其应用
二、膜组件
由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元,称膜组件或膜装置。膜组件的结构根据膜的形式而异,目前市售的有四种型式:平板式,管式,中空纤 维式和螺旋卷式,具体结构见图6-1, 6-2, 6-3, 6-4, 它们的优缺点见表6-1。
图6-1 平板式膜组件图6-2 管式膜组件
第一节膜及其应用
图6-3 螺旋卷式膜组件
图6-4 中空纤维式膜组件
第一节膜及其应用
第一节膜及其应用
三、膜在生物技术行业中的应用
膜的种类不同,所应用对象也有所不同,如表6-2所示。由于膜分离技术具有防止杂菌污染和热敏性物质失活等优点,所以在生物工程中应用极为广泛。
第一节膜及其应用
(1)细胞分离和发酵液澄清在细胞分离上应用包括①整细胞收集:错流过滤不仅用于发酵生产中生物量或胞外产物的细胞收集、浓缩和清洗,而且也可用于重组受体大肠杆菌、活微生物细胞、酵母、球菌等的整细胞收集;②细胞碎片分离:例如用错流过滤分离重组大肠杆菌细胞破碎液,可得含人牛氏激素90%的活性组份并除去细胞碎片;③细胞循环发酵:如用酿酒酵母进行乙醇发酵时,使发酵液连续通过膜,膜将细胞截留而让乙醇及起抑制作用的副产物连续排至系统外,从而促进菌体的增殖,提高乙醇的生产能力,使发酵操作连续化。
第一节膜及其应用
(2)除菌和纯化产品采用超滤或反渗透除去医药用水中的热源,较之原来使用的蒸馏过程省能方便,如英国制药公司于1981年初建设的带有反渗透法去热源原的游离水生产装置要比传统的蒸馏法优越得多,盐的去除率也在95%以上。同样在氨基酸生产工艺中,使用超滤法能除菌或去热源。
(3)酶、蛋白质等大分子物质的浓缩和精制采用超滤技术将粗酶液进行处理,低分子和盐类可以与水一起从膜孔渗除,酶被浓缩和精制,目前已达实用化分离的酶有细菌蛋白酶、戊基葡糖苷酶、粗制凝乳酶、凝乳酶、果胶酶、胰蛋白酶、葡萄糖氧化酶,肝素以及β-半乳糖苷酶等,采用超滤法后可大大简化工序,不仅可节能、降低操作成本,还可防止酶的失活,从而大大提高了酶的收率。