第六章_膜分离技术在生物工程中的应用-1.ppt

第六章膜分离技术在生物工程中的应用
第一节概述
膜分离技术是用半透膜作为选种障碍层,允许某些组分透过而保留混合物中其他组分,从而达到分离目的的技术。它具有设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和节省能量等优点。
膜分离是在20世纪初出现,上世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能,又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征,因此,目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域,产生了巨大的经济效益和社会效益,已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多,在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性。
1960年Loeb和Sourira-jan制备出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称反渗透膜是膜分离技术发展的一个里程碑,使反渗透技术大规模用于水脱盐成为现实。
表液体中可能存在的主要成分
组分
分子量/u
尺寸大小(nm)
组分
分子量/u
尺寸大小(nm)
酵母
103~104
酶
104~106
2~10
细菌
300~104
抗体
300~103
~
胶体
100~103
单糖
200~400
~
病毒
30~300
有机酸
100~500
~
蛋白质
104~106
2~10
无机离子
10~100
~
多糖
104~106
2~10
膜的性能
膜的基本性能包括膜的分离透过特性和物化稳定性两方面。
物化稳定性:膜的空隙率、孔结构、表面特性、机械强度、化学稳定性、允许使用压力、温度、pH值、游离***允许最高浓度以及对有机溶剂和各种化学药品如的抵抗性。其中孔结构和表面特性对使用过程中的膜污染、膜的渗透流率及分离性能具有很大的影响,化学性能如膜的耐压性、耐高温性、耐清洗性、耐生物降解性等在某些工业应用中也非常重要。
分离透过特性:渗透通量、分离效率、通量衰减系数。
渗透通量:单位时间透过单位膜面积的透过物量
分离效率:不同的膜分离过程和分离对象,表示方法不同。如截留率、脱盐率等
通量衰减:由于过程的浓差极化、膜的压密及膜孔堵塞等原因造成的膜渗透通量随时间的减小。
膜分离技术的优点
1、处理效率高,设备易于放大。
2、可在室温或低温下操作,适宜于热敏感物质分离浓缩。
3、化学与机械强度最小,减少失活。
4、无相转变,节能。
5、有相当好选择性,可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的。
6、选择合适膜与操作参数,可得到较高回收率。
7、系统可密闭循环,防止外来污染。
8、不外加化学物,透过液(酸、碱或盐溶液)可循环利用,降低了成本,并减少对环境的污染。