生物分离工程膜分离.pptx

会计学内容简介第一节膜分离技术概论概论第二节膜分离原理及分类几种膜分离技术的分离范围常用膜分离技术的基本特征各种膜分离方法的应用范围2.1.2按膜分离过程的推动力划分膜的分类（1）渗透膜反渗透法处理污水反渗透压的计算膜的分类（2）微滤(MF)和超滤超滤(UF)膜的分类（3）透析(DS)透析法的应用膜的分类（4）电渗析膜正极阴离子交换膜负极电渗析原理离子交换膜和离子交换树脂的区别疏水膜的一侧通入料液，另一侧抽真空或通入惰性气体，使膜两侧产生溶质分压差。在分压差的作用下，料液中的溶质溶于膜内（溶解差异），扩散通过膜，在透过侧发生气化，气化的溶质被膜装置外设置的冷凝器冷凝回收。

发生了相变，消除了渗透压

适用于：高浓度混合物的分离，特别适用于共沸物和挥发度相差较小的双组分溶液的分离

渗透蒸发原理示意图膜的分类（6）亲和膜传统的研究中，膜分离和亲和分离是2个平行发展的研究方向，在生物分子的分离和纯化方面各具特色，但也存在着一些不可克服的技术缺陷。
膜分离过程设备简单，易于放大，成本低，分离速度快，可连续操作，但选择性低；而亲和分离的选择性和特异性较强，但不宜放大。
由膜与亲和分离相结合的亲和膜分离技术，可发挥二者的特色，具有处理量大、选择性强、易于放大等显著优点。膜亲和过滤法包括两种情况：
1.将亲和配基（与产物具特异亲和力）与膜化学结合，制得亲和膜，膜过滤时，产物与膜孔壁上的配基结合被截留，未结合的杂质透过，膜经洗涤后在适宜的条件下洗脱，使复合物解离，产物透过膜，达到分离和浓缩目的。
2.将产物结合到亲和载体（具特异亲和能力的高分子水溶性或非水溶性聚合物）上，形成大分子复合物，在合适孔径的膜上被截留，未结合的杂质透过，然后再将产物从聚合物上洗脱下来，透过膜，而亲和载体被截留循环使用。纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种，以适应在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演变发展而来的。
膜组器于80年代中期商品化。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来。
纳滤(NF，Nanofiltration)是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。
纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间，截断分子量范围约为MWCO300～1000，能截留透过超滤膜的那部分有机小分子，透过无机盐和水。纳滤膜的特点筛分：对Na+和Cl-等单价离子的截留率较低，但对Ca2+、Mg2+、SO42-截留率高，对色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（２00-1000）物质可进行分级分离，实现高相对分子量和低相对分子量有机物的分离，
道南（Donnan）效应：纳滤膜本体带有电荷性，对相同电荷的分子（阳离子）具有较高的截留率。
低压力下仍具有较高脱盐性能；
分离分子量相差不大但带相反电荷的小分子（短肽、氨基酸、抗生素）。纳滤膜分离机理示意图2.2膜分离理论具体过程包括：
①溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解。
②溶质和溶剂之间没有相互作用，它们在各自化学位差的推动下仅以分子扩散方式（不存在溶质和溶剂的对流传递）通过反渗透膜的活性层。
③溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。反渗透膜的表皮层没有孔道。物质的渗透能力，取决于它在膜中的溶解度和扩散系数。
符号说明对溶质（组分2）来说，其摩尔通量为透过液浓度（J2/J1)随压力升高而降低
溶解扩散模型适用于均匀的膜，能适合无机盐的反
渗透过程，但对有机物常不能适用。就这些方面说来，
优先吸附－毛细孔流动模型比较优越。（2）孔模型颗粒床层的特性可用空隙率、当量直径等物理量来描述。依照圆形管的当量直径定义，当量直径为：床层空隙中的滤液流速u1与按整个
床层截面积计算的滤液平均流速u关系为：反渗透：优先吸附-毛细孔流动模型（有孔学说）（4）浓差级化模型-动力学模型浓度(凝胶)极化模型
适应范围：反渗透、超滤和微滤。
浓度极化模型：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高，见图。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象谓之浓度极化或浓差极化(concen-trationpolarization)。
凝胶极化模型：膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧的渗透压差，使有效压差减小，透过通量降低。当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。即使分离含有菌体、细胞和其他固形成分的料液时，也会在膜表面形成凝胶层。这种现象谓之凝胶极化(gelpolarization)。凝胶层的形成随主体流动进入微元薄层的速度JvC应等于透过膜的通量与反扩散速度之和，故有如果溶质完全被截留，Cp=0上式就可以写成克服浓差极化的方法第三节膜材料3.2膜材料的种类(3)无机材料
种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化有孔径>0.1um微滤膜和截留>