生物分離工程膜分離

關于生物分離工程膜分離生物分離過程的一般流程原料液細胞分離(離心，過濾)細胞－胞內產物路線一路線二細胞破碎碎片分離路線一A路線一B清液－胞外產物粗分離(鹽析、萃取、超過濾等)純化(層析、電泳)脫鹽(凝膠過濾、超過濾)濃縮(超過濾)精制(結晶、干燥)包含體溶解(加鹽酸胍、脲)復性第2頁,共31頁，2024年2月25日，星期天主要內容第一節(jié)膜分離技術概述第二節(jié)膜材料及其特性第三節(jié)膜組件第四節(jié)應用第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)膜分離技術概述一、基本概念膜分離

(membraneseparation)利用具有一定選擇透過特性的過濾介質進行物質的分離純化，是人類最早應用的分離技術之一，如酒的過濾，中草藥的提取等。第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

所謂的膜，是指在一種流體相內或在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產生傳質作用。膜的特性：

◆不管膜多薄,它必須有兩個界面。這兩個界面分別與兩側的流體相接觸；

◆膜傳質有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質透過，而不允許其它物質透過。膜(Membrane)是什么？有何特性？第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天膜分離過程原理：以選擇性透膜為分離介質，通過在膜兩邊施加一個推動力（如濃度差、壓力差或電位差等）時，使原料側組分選擇性地透過膜，以達到分離提純的目的。通常膜原料側稱為膜上游，透過側稱為膜下游。膜上游

透膜

膜下游選擇性透膜第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天二、膜的種類陽離子膜陰離子膜分離膜高分子膜液體膜生物膜帶電膜非帶電膜微濾膜超濾膜反滲透膜納米濾膜第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天三、膜分離的特點①高效；②節(jié)能；③設備易放大，可以分批或連續(xù)操作；④無污染；因而在生物產品的處理中占有重要地位。第8頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)膜材料及其特性1.按膜的材料分類

表1膜材料的分類一、膜材料的類型第9頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2.按膜的分離原理及適用范圍分類

根據分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分為微孔膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。3.按膜的形態(tài)分類

按膜的形狀分為平板膜(FlatMembrane)、管式膜(TubularMembrane)和中空纖維膜(HollowFiber)。第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天4.按膜的結構分類（1）對稱膜(SymmetricMembrane)

（2）非對稱膜(AsymmetricMembrane)

（3）復合膜(CompositeMembrane)＊結構與方向無關＊可以是致密的，或是多孔的，膜透量?。饕糜陔姖B析和個別氣體分離

＊有一個很薄的單比較致密的分離層和多孔支撐層＊高傳質和良好的機械強度；被脫除的物質大都在其表面，易于清除。第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天二、主要市售膜材料有機高分子材料

無機材料天然高分子材料合成高分子材料膜材料第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天三、膜的結構特性1.孔道特性包括孔徑、孔徑分布和孔隙率2.膜的另一特性是其純水的透過通量，通稱水通量。第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個單元稱為膜組件。工業(yè)上應用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內壓式和外壓式兩種。第三節(jié)膜組件(MembraneModule)第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天(1)板框式(Plate-and-Frame)膜組件板框式是最早使用的一種膜組件。其設計類似于常規(guī)的板框過濾裝置。第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天海水從上部進入組件后，沿膜表面逐層流動，其中純水透過膜到達膜的另一側，經支撐板上的小孔聚集在邊緣的導流管后排出，而未透過的濃縮咸水從下部排出。在多孔支撐板兩側覆以平板膜，采用密封環(huán)和兩個端板密封，壓緊。第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天截留液透過液料液平板式膜組件第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天平板式構造第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內側或外側，將數根膜管組裝在一起。(2)管式(Tubular)膜組件第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天內壓管式：多孔管膜料液外壓管式：料液內壓式：膜涂在管內，料液由管內走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。管式膜組件第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天(3)螺旋卷式(SpiralWound)膜組件

卷式納濾膜濃縮設備(生產型)

第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天由中間為多孔支撐板，兩側是膜的“膜袋”裝配而成，膜袋的三個邊粘封，另一邊與一根多孔中心管連接。組裝時在膜袋上鋪一層網狀材料（隔網），繞中心管卷成柱狀再放入壓力容器內。原料進入組件后，在隔網中的流道沿平行于中心管方向流動，而透過物進入膜袋后旋轉著沿螺旋方向流動，最后匯集在中心收集管中再排出。第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天(4)中空纖維(HollowFiber)膜組件將大量的中空纖維安裝在一個管狀容器內,中空纖維的一端以環(huán)氧樹脂與管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一端流人,沿纖維外側平行于纖維束流動,透過液則滲透通過中空纖維壁進入內腔,然后從纖維在環(huán)氧樹脂的固封頭的開端引出,原液則從膜組件的另一端流出。中空纖維膜組件的最大特點是單位裝填膜面積比所有其他組件大,最高可達到30000m2/m3。中空纖維膜組件也分為外壓式和內壓式。第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共31頁，2024年2月25日，星期天各種膜組件的傳質特性和綜合性能的比較分別見下表。第27頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)應用

膜分離法在生物產物的回收和純化方面的應用：?細胞培養(yǎng)基的除菌；?發(fā)酵或培養(yǎng)液中細胞的收集或除去；?細胞破碎后碎片的除去；?目標產物部分純化后的濃縮或洗濾除去小分子溶質；?最終產品的濃縮和洗濾處鹽；?制備用于調制生物產品和清洗產品容器的無熱原水。第29頁,共31頁，2024年2月25日，星期天參考文獻[1]童欣,張皓.膜分離技術在天然產物中的應用[J].生物技術世界.2015(03)[2]翟小玲,黎志堅,徐娟,蔣莉娟,許招懂.膜分離技術在痔炎消顆粒制備中的應用[J].中成藥.2016(03)[3]王紹堃,孫暉,王喜軍.膜分離技術及其在中藥提取分離中的應用[J].世界中西醫(yī)結合雜志.2011(12)[4]凌關庭.生花生中油脂和食用蛋白制品的水抽提——膜分離生產法[J].食品科學.1983(03)[5]周秀琴.膜分離法的開發(fā)應用[J].發(fā)酵科技通訊.2003(03)[6]崔洪友.膜分離處理印染廢水研究進展[J].世界科技研究與發(fā)展.