膜分離與純化技術(shù)

_、概念膜是具有選擇性分離功能的材料。無機(jī)膜由于各種優(yōu)良性能（如抗高溫、耐酸堿等），已得到廣泛應(yīng)用。由于技術(shù)發(fā)展水平限制，無機(jī)膜主要只有微濾和超濾級別的膜，主要是陶瓷膜和金屬膜。特別是超濾陶瓷膜，已經(jīng)在很多行業(yè)得到應(yīng)用，如重金屬廢水處理與回收。膜技術(shù)是膜分離技術(shù)的簡稱，是仿生物學(xué)膜，通過人工材料（膜材料）實(shí)現(xiàn)不同介質(zhì)分離的技術(shù)，分離的過程多由壓力、濃度差、電勢差等因素驅(qū)動二、 膜處理原理膜分離的基本工藝原理是較為簡單的。在過濾過程中料液通過泵的加壓，料液以一定流速沿著濾膜的表面流過，大于膜截留分子量的物質(zhì)分子不透過膜流回料罐，小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子透過膜，形成透析液。故膜系統(tǒng)都有兩個出口，一是回流液（濃縮液）出口，另一是透析液出口。在單位時間（Hr）單位膜面積（m2）透析液流出的量（L）稱為膜通量（LMH），即過濾速度。影響膜通量的因素有：溫度、壓力、固含量（TDS）、離子濃度、黏度等。由于膜分離過程是一種純物理過程，具有無相變化，節(jié)能、體積小、可拆分等特點(diǎn)，使膜廣泛應(yīng)用在發(fā)酵、制藥、植物提取、化工、水處理工藝過程及環(huán)保行業(yè)中。對不同組成的有機(jī)物，根據(jù)有機(jī)物的分子量，選擇不同的膜，選擇合適的膜工藝，從而達(dá)到最好的膜通量和截留率，進(jìn)而提高生產(chǎn)收率、減少投資規(guī)模和運(yùn)行成本。三、 膜處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1、 在常溫下進(jìn)行有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如抗生素等醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮2、 無相態(tài)變化保持原有的風(fēng)味，能耗極低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/83、 無化學(xué)變化典型的物理分離過程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染4、 選擇性好可在分子級內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能5、 適應(yīng)性強(qiáng)處理規(guī)?？纱罂尚?，可以連續(xù)也可以間隙進(jìn)行，工藝簡單，操作方便，易于自動化

只需電能驅(qū)動，能耗極低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8四、分類根據(jù)膜孔大小可以將膜分為微濾、超濾、納濾和反滲透四種。下表是四種膜之間的比較:微濾超濾納濾反滲透截留顆粒0.1-10微米0.02-0.1微米1~5納米0.1納米截留物質(zhì)懸浮物、細(xì)菌及大分子量膠體等物質(zhì)膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物截留溶解鹽類的能力為20%-98%之間，對可溶性單價離子的去除率彳低于高價離子，一般用于去除地表水中的有機(jī)物和色素，且部分去除溶解鹽截留98%的溶解鹽份及分子里大于100的有機(jī)物。運(yùn)行壓力0.07-0.7MPa0.1-0.7MPa0.35-3MPa0.65~7MPa技術(shù)特點(diǎn)八、、微濾膜能對大直徑的菌體、懸浮固體等進(jìn)行分離。可作為一般料液的澄清、保安過濾、空氣除菌。超濾膜能對大分子有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、細(xì)菌）、膠體、懸浮固體等進(jìn)行分離，廣泛應(yīng)用于料液的澄清、大分子有機(jī)物的分離純化、除熱源。納濾膜能對小分子有機(jī)物等與水、無機(jī)鹽進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)脫鹽與濃縮的同時進(jìn)行。反滲透的截留對象是所有的離子，僅讓水透過膜，對NaCl的截留率在98%以上，出水為無離子水。反滲透法能夠去除可溶性的金屬鹽、有機(jī)物、細(xì)菌、膠體粒子、發(fā)熱物質(zhì)，也即能截留所有的離子。制作標(biāo)準(zhǔn)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，材料、性能、外形尺寸、接口差異很大，不同公司產(chǎn)品不能互換有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，接口、脫鹽率、安裝尺寸相同，不同公司產(chǎn)品可以互換五、主要應(yīng)用1、微濾無菌過濾、細(xì)胞收集、去除細(xì)菌和病毒。具體涉及領(lǐng)域主要有：醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)（明膠、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高純水、城市污水、工業(yè)廢水、飲用水、生物技術(shù)、生物發(fā)酵等。去除菌絲、病毒、熱原；大分子溶液的分離、濃縮、純化和回收，比如蛋白質(zhì)、酶和多肽等。早期的工業(yè)超濾應(yīng)用于廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術(shù)的發(fā)展，如今超濾技術(shù)已經(jīng)涉及食品加工、飲料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物制劑、中藥制劑、臨床醫(yī)學(xué)、印染廢水、食品工業(yè)廢水處理、資源回收、環(huán)境工程等眾多領(lǐng)域。3、 納濾物質(zhì)的純化、濃縮脫鹽和母液回收。納濾的主要應(yīng)用領(lǐng)域涉及：食品工業(yè)、植物深加工、飲料工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、精細(xì)化工、環(huán)保工業(yè)等。4、 反滲透物質(zhì)的純化、濃縮和回收；無菌水的制備。由于反滲透分離技術(shù)的先進(jìn)、高效和節(jié)能的特點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)各個部門都得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于水處理和熱敏感性物質(zhì)的濃縮，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下：食品工業(yè)、牛奶工業(yè)、飲料工業(yè)、植物（農(nóng)產(chǎn)品）深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、制備飲用水、純水、超純水、海水、苦咸水淡化、電力、電子、半導(dǎo)體工業(yè)用水、醫(yī)藥行業(yè)工藝用水、制劑用水、注射用水、無菌無熱源純水、食品飲料工業(yè)、化工及其它工業(yè)的工藝用水、鍋爐用水、洗滌用水及冷卻用水。六、膜分離技術(shù)在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用中藥的化學(xué)成分非常復(fù)雜，通常含有無機(jī)鹽、生物堿、氨基酸、有機(jī)酸、酚類、酮類、皂苷、甾族和萜類化合物以及蛋白質(zhì)、多糖、淀粉、纖維素等，一般來講，高分子量物質(zhì)主要是膠體和纖維素等非藥用性成分或藥用性較差的成分，藥物有效部位的相對分子質(zhì)量一般較小。超濾膜的截留分子量范圍從5000到500,000，而中藥有效成分的分子量大多數(shù)不超過1000，而無效成分如淀粉、蛋白質(zhì)、樹脂等屬于分子量在50,000以上的高分子物