第六章膜分离过程

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1、2021/5/231第六章第六章 膜分离过程膜分离过程Membrane separation2021/5/232膜分离技术膜分离技术膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。移率不同而实现分离的一种技术。用用半透膜半透膜作为选择障碍层，允许某些组作为选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中其它组份，从而分透过而保留混合物中其它组份，从而达到分离目的的技术。达到分离目的的技术。2021/5/233膜膜料液

2、料液水水小分子小分子大分子大分子渗透液渗透液定义：定义：在流体相之间有一层薄的在流体相之间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜薄层物质称为膜。“21“21世纪的多数工业中，世纪的多数工业中，膜技术扮演着战略的角色膜技术扮演着战略的角色”“谁掌握了膜技术，谁就谁掌握了膜技术，谁就掌握了掌握了2121世纪的未来世纪的未来”一、膜的简介一、膜的简介2021/5/234膜的用途膜的用途浓缩：浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因目的产物以低浓度形式存在，因此需要除去溶剂；（截留物为产物）此需要除去溶剂；（截留物为产物）纯化：纯化：

3、除去杂质；除去杂质；分离：分离：将混合物分成两种或多种目的产将混合物分成两种或多种目的产物；物；反应促进：反应促进：把化学反应或生化反应的产把化学反应或生化反应的产物连续取出，能提高反应速率或提高产物连续取出，能提高反应速率或提高产品质量。品质量。2021/5/235膜的应用膜海水淡化海水淡化工业废水处理工业废水处理城市废水资源化城市废水资源化天然气天然气生物质利用生物质利用能源能源水资源水资源传统工业传统工业生态环境生态环境除尘除尘COCO2 2 控制控制制制 药药食食 品品化工与石化化工与石化电电 子子冶冶 金金燃料电池燃料电池洁净燃烧洁净燃烧2021/5/236膜分离的特点：膜分离的特点

4、：无相变、低能耗无相变、低能耗 高效率、污染小高效率、污染小工艺简单、操作方便工艺简单、操作方便浓缩与纯化同时进行浓缩与纯化同时进行浓缩液浓缩液进料液进料液渗透液渗透液2021/5/237(1)对称膜：对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则；结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则；(2)非对称膜：非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表皮的分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待分离浓缩液；多孔性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待分离浓缩液；多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。的支持层只起支

5、撑作用，使膜具有必要的机械强度。(3)复合膜：复合膜：选择性膜层选择性膜层(活性膜层活性膜层)沉积于具有微孔的底膜沉积于具有微孔的底膜(支撑层支撑层)表表面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选择性的面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层而且受微孔支撑层的影响。表面薄层而且受微孔支撑层的影响。(4)荷电膜：荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。(5)液膜：液膜：将在有关章节中讨论。将在有关章节中讨论。(6)微孔膜：微孔膜：孔径为孔径为0.0520微米的膜。微米的膜。(7)动态膜：动态膜：在多孔

6、介质在多孔介质(如陶瓷管如陶瓷管)上沉积一层颗粒物上沉积一层颗粒物(如氧化锆如氧化锆)作为作为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。膜的分类膜的分类2021/5/238图1 对称膜 图2 非对称膜2021/5/239图3 对称膜 图4 非对称膜2021/5/2310二、膜分离过程的类型二、膜分离过程的类型膜分离过程的实质是物质透过或被截留膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类。而可以按分

7、离粒子大小进行分类。2021/5/2311膜分离过程的类型膜分离过程的类型1.透析：透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能透过的亲水膜将溶质溶液与纯水分隔，在浓差的作透过的亲水膜将溶质溶液与纯水分隔，在浓差的作用下，小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。用下，小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。透析膜：透析膜：孔径孔径5-10nm,实验室中常用透析袋实验室中常用透析袋应用：应用：脱盐，血液透析脱盐，血液透析u特点：特点：以浓差为推动力，膜透以浓差为推动力，膜透过通量很小，不适于大规模生物过通量很小，不适于大规模生物分离过程，多在实验室中应用。分离过程，多在

8、实验室中应用。2021/5/2312蛋白质透析蛋白质透析2021/5/2313 透析袋透析简单装置。透析袋透析简单装置。A:A:透析夹，透析夹，B:B:透析，透析，C:C:透析示意图透析示意图 2021/5/23142.微滤微滤（Microfiltration,MF）：l 以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使力，使不溶性物质不溶性物质得以分离的操作。得以分离的操作。l 孔径分布范围在孔径分布范围在0.02514m之间，截留之间，截留直径为直径为0.02m 0.02m 10m 10m大小的粒子。大小的粒子。l 可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培可应用于

9、消毒、澄清、细胞收集等。如培养基液养基液菌体分离与浓缩菌体分离与浓缩，产品消毒，产品消毒。2021/5/2315无流动操作渗透液原料液 微滤微滤(MicrofiltrationMicrofiltration，MF)MF)一种静态过滤，随过滤一种静态过滤，随过滤时间延长，膜面上截流沉积时间延长，膜面上截流沉积不溶物，引起水流阻力增大，不溶物，引起水流阻力增大，透水速率下降，直至微孔全透水速率下降，直至微孔全被堵塞；被堵塞；2021/5/23163.超滤超滤（Ultrafiltration,UF UF）：l分离介质同上，但孔径更小，为分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02 0.001-0

10、.02 mm，分离推动力仍为压力差，截断分子量可，分离推动力仍为压力差，截断分子量可变化。变化。l适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、浓缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热浓缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热原，原，在生物工程中应用最广。在生物工程中应用最广。2021/5/2317 一种动态过程，由泵提供推动力，在膜表一种动态过程，由泵提供推动力，在膜表面产生两个分力：一个是垂直于膜面的法向分面产生两个分力：一个是垂直于膜面的法向分力，使水分子透过膜面，另一个是于膜面平行力，使水分子透过膜面，另一个是于膜面平行的切向力，把膜面截流物冲掉。的切向

11、力，把膜面截流物冲掉。超滤原理的示意图超滤原理的示意图 2021/5/2318常规过滤常规过滤(A)(A)和超滤和超滤(B)(B)的示意图的示意图 A AB2021/5/23194.反渗透反渗透（Reverse osmosis,RO）:渗透和渗透压：渗透和渗透压：渗透：渗透：膜（不能透过溶质）膜（不能透过溶质）两侧压力相等时，在浓度差两侧压力相等时，在浓度差作用下，溶剂从溶质浓度低作用下，溶剂从溶质浓度低的一侧向溶质浓度高的一侧的一侧向溶质浓度高的一侧透过的现象。透过的现象。渗透压：渗透压：渗透现象中，促使渗透现象中，促使水分子透过的推动力。水分子透过的推动力。2021/5/2320反渗透：反

12、渗透：定义：在溶质浓度高的定义：在溶质浓度高的一侧施加超过渗透压的一侧施加超过渗透压的压力，使溶剂透过膜的压力，使溶剂透过膜的操作。操作。是一种以压力差为推动是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径剂的膜分离操作，孔径范围在范围在0.11 nm之间之间。2021/5/2321其基本原理为溶解扩散。在高于溶液渗透压其基本原理为溶解扩散。在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有溶液中的大分子、小分子有机物及无机所有溶液中的大分子、小分子有机物及无机物全被截留住。物全被截留住。主要用于海水脱盐，纯水制造以

13、及小分子产主要用于海水脱盐，纯水制造以及小分子产品如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。品如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。2021/5/2322膜法海水淡化膜法海水淡化分离方法分离方法反渗透反渗透低温多效低温多效多级闪蒸多级闪蒸能耗能耗(kWh/m3)3.5710几种分离方法能耗比较几种分离方法能耗比较2021/5/2323嵊泗嵊泗1000吨吨/日反渗透海水淡化装置日反渗透海水淡化装置2021/5/23242021/5/2325巴黎瓦兹河梅巴黎瓦兹河梅里市里市1414万立方万立方米米/天的纳滤天的纳滤厂，每天为巴厂，每天为巴黎附近黎附近5050万居万居民提供民提供1414万吨万吨饮用水饮用水2021/5/232

14、6微滤 2021/5/23272021/5/23285.电渗析：电渗析：以电位差为推动力，利用离子以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。富集电解质的膜分离操作。在直流电场的作用下，由于离子交换膜在直流电场的作用下，由于离子交换膜的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩，的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩，分离推动力是分离推动力是静电引力静电引力。2021/5/23291-半透膜半透膜 2-搅拌器搅拌器 3-溶液溶液 4-铂电极铂电极 5,6-进出水管进出水管电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理，电渗析的应用：海水和苦水的

15、淡化、废水处理，氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化2021/5/23306.气体渗透：气体渗透：气体膜分离是利用膜对某些气体组分具有选择气体膜分离是利用膜对某些气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。的目的。其渗透机理为：气体分子在压力作用下，首先其渗透机理为：气体分子在压力作用下，首先在膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩散、在膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩散、脱溶、逸出。脱溶、逸出。应用应用:空气中各种气体在透过膜壁时具有不同的空气中各种气体在透过膜壁时具有不同的渗透速率，使得当压缩空气经过

16、滤器进入分离渗透速率，使得当压缩空气经过滤器进入分离器时，氧气、水蒸气及少量的二氧化碳快速透器时，氧气、水蒸气及少量的二氧化碳快速透过膜的高压侧，而氮气透过膜的相对速率慢而过膜的高压侧，而氮气透过膜的相对速率慢而滞留在膜的内侧被富集，从而产生干燥的氮气。滞留在膜的内侧被富集，从而产生干燥的氮气。2021/5/2331气体渗透分离空气中的氮气体渗透分离空气中的氮2021/5/23322021/5/2333膜分离过程的类型膜分离过程的类型2021/5/2334 三、膜材料三、膜材料膜材料的特性膜材料的特性对于不同种类的膜都有一个基本要求对于不同种类的膜都有一个基本要求：（1）耐压：耐压：膜孔径小，

17、要保持高通量就必须施加较膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压力，一般膜操作的压力范围在高的压力，一般膜操作的压力范围在0.1-0.5 MPa0.1-0.5 MPa，反渗透膜的压力更高，约为反渗透膜的压力更高，约为1-10MPa1-10MPa；（2）耐高温耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要；高通量带来的温度升高和清洗的需要；（3）耐酸碱：耐酸碱：防止分离过程中以及清洗过程中的水防止分离过程中以及清洗过程中的水解；解；（4）化学相容性：化学相容性：保持膜的稳定性；保持膜的稳定性；（5）生物相容性：生物相容性：防止生物大分子的变性；防止生物大分子的变性；（6）成本低。成本低。2021/5/

18、2335不同膜材料的特点与应用不同膜材料的特点与应用 醋酸纤维素和聚砜应用最广醋酸纤维素和聚砜应用最广2021/5/2336 膜的制造方法膜的制造方法1 1相转变法：相转变法：浇铸液浇铸液支持物上铺开支持物上铺开蒸发部分溶剂蒸发部分溶剂凝凝 胶形成胶形成热处理热处理(退火退火)；2 2烧结法：烧结法：膜材料粉膜材料粉模具内模具内严格控制温度和压力严格控制温度和压力 由由 软变熔软变熔 形成多孔体形成多孔体 机械加工；机械加工；3 3核径迹法：核径迹法：厚为厚为5-155-15 m m薄膜薄膜粒子粒子(如如a a粒子或中子粒子或中子)照射照射 化学键断裂形成径迹化学键断裂形成径迹酸碱液腐蚀酸碱液

19、腐蚀形成孔道；形成孔道；4 4拉伸法：拉伸法：晶态聚烯烃晶态聚烯烃在低熔融温度下挤压成膜在低熔融温度下挤压成膜 延伸延伸 得到高的熔融应力得到高的熔融应力无张力条件下退火无张力条件下退火拉伸；拉伸；5 5复合膜的制备：复合膜的制备：是相转变膜的继续发展，制造非常薄的特是相转变膜的继续发展，制造非常薄的特 征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。2021/5/23372021/5/2338四、各种膜组件四、各种膜组件由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这些部件的容器构成的一个单元。些部件的容器构成的一个单元。目前市售商品膜组件

20、主要有：管式目前市售商品膜组件主要有：管式、中空中空纤维纤维、螺旋卷绕式螺旋卷绕式、平板式平板式共同的特点共同的特点尽可能大的膜表面积尽可能大的膜表面积可靠的支撑装置可靠的支撑装置可引出透过液可引出透过液膜表面浓度差极化达到最小膜表面浓度差极化达到最小2021/5/23391、管式膜组件、管式膜组件特点：特点：结构简单、适应性强、压力结构简单、适应性强、压力损失少，处理量大、清洗安损失少，处理量大、清洗安装方便、可耐受高压，用途装方便、可耐受高压，用途较板式广泛。较板式广泛。u结构结构：将膜固定在圆管状：将膜固定在圆管状支撑体上构成管式膜，管式支撑体上构成管式膜，管式膜并联或串联，收纳在筒状膜

21、并联或串联，收纳在筒状容器内即构成管式膜组件。容器内即构成管式膜组件。2021/5/2340管式陶瓷超滤膜组件管式陶瓷超滤膜组件2021/5/23412、平板式膜组件、平板式膜组件结构：结构：与板式换热器或加压叶滤机相似。由与板式换热器或加压叶滤机相似。由多枚平板膜间隔重叠加工而成，膜间衬设多孔多枚平板膜间隔重叠加工而成，膜间衬设多孔薄膜，供料液或滤液流动。薄膜，供料液或滤液流动。特点特点：过滤板相对独立、过滤面积大、结构紧过滤板相对独立、过滤面积大、结构紧凑、便于清洗、检修和换膜。但耐受压力低，凑、便于清洗、检修和换膜。但耐受压力低，适于超滤单元操作。适于超滤单元操作。2021/5/2342

22、板式膜组件板式膜组件2021/5/23433、螺旋卷式膜组件、螺旋卷式膜组件结构：结构：将两张平板膜固定在多孔性滤液隔网将两张平板膜固定在多孔性滤液隔网上，两端密封，膜上下分别衬设一张料液隔网，上，两端密封，膜上下分别衬设一张料液隔网，卷绕在空心管上构成。卷绕在空心管上构成。特点：特点：优点：优点：比表比表 面积大，结面积大，结 构简单，价构简单，价 格较便宜；格较便宜；缺点：缺点：处理处理 悬浮物浓度悬浮物浓度 较高的料液较高的料液 时易堵塞。时易堵塞。2021/5/2344超滤超滤微滤卷式膜组件超滤超滤微滤卷式膜组件2021/5/2345 特点是膜堆积密度大、结构紧凑，适合低粘度、渗透产量

23、大、特点是膜堆积密度大、结构紧凑，适合低粘度、渗透产量大、浓缩倍数较低的料液处理和水处理。浓缩倍数较低的料液处理和水处理。卷式膜分离器（工业用）卷式膜分离器（工业用）2021/5/23464、中空纤维式膜组件、中空纤维式膜组件结构：结构：由数百至数百万根中空纤维膜（内径由数百至数百万根中空纤维膜（内径4080 m)或毛细管膜（内径或毛细管膜（内径0.252.5mm）固）固定在圆筒形容器内构成。定在圆筒形容器内构成。特点：特点：优点：优点：比表面积比表面积最大，可方便地进最大，可方便地进行反洗，造价低，行反洗，造价低，工业上普遍使用工业上普遍使用。缺点：缺点：易堵塞，易堵塞，对料液要求高对料液要

24、求高。2021/5/2347中空纤维膜分离器（工业用）中空纤维膜分离器（工业用）2021/5/23485、纳米膜过滤技术、纳米膜过滤技术介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小分子而使大部分无机盐通过。分子而使大部分无机盐通过。特点：特点：（1 1）在过滤分离过程中，能截留小分子有）在过滤分离过程中，能截留小分子有机物，并可以同时透析除盐，集机物，并可以同时透析除盐，集浓缩与透浓缩与透析析为一体；为一体；（2 2）操作压力比反渗透低很多。）操作压力比反渗透低很多。2021/5/2349纳滤的应用行行 业业处理对象处理对象行行 业业处理对象处理对象制药工业制药工业

25、母液中有效成分的回收母液中有效成分的回收抗菌素的分离纯化抗菌素的分离纯化维生素的分离纯化维生素的分离纯化氨基酸的脱盐与纯化氨基酸的脱盐与纯化化工行业化工行业酸碱纯化、回收酸碱纯化、回收电镀液中铜的回收电镀液中铜的回收食品工业食品工业乳清脱盐与浓缩乳清脱盐与浓缩苛性碱回收苛性碱回收纯水制备纯水制备超高纯水超高纯水水的脱盐水的脱盐地下水的净化地下水的净化染料工业染料工业活性染料的脱盐与回收活性染料的脱盐与回收废水处理废水处理印染厂废水脱色印染厂废水脱色造纸厂废水净化造纸厂废水净化2021/5/23506、膜亲和过滤法、膜亲和过滤法膜亲和过滤法是传统膜分离技术与亲和分离技膜亲和过滤法是传统膜分离技术

26、与亲和分离技术的集成，是一种十分有效的分离方法。术的集成，是一种十分有效的分离方法。内容：内容：包括两个分支包括两个分支（1）亲和膜分离：）亲和膜分离：制备带有亲和配基的分离膜，制备带有亲和配基的分离膜，直接进行产物分离；直接进行产物分离；（2）亲和）亲和-错流膜过滤：错流膜过滤：将水溶性或非水溶性的将水溶性或非水溶性的高分子亲和载体与产物进行特异性反应，然后高分子亲和载体与产物进行特异性反应，然后进行错流过滤。进行错流过滤。2021/5/2351亲和膜分离技术要点亲和膜分离技术要点分离膜的改性：分离膜的改性：通过化学改性，在载体表面连接上通过化学改性，在载体表面连接上一条一条“手臂链手臂链”

27、（大于三个碳原子）；（大于三个碳原子）；亲和膜制备：亲和膜制备：选用合适的配基，与手臂链相连，构选用合适的配基，与手臂链相连，构成带有亲和配基的分离介质；成带有亲和配基的分离介质；亲和络合：亲和络合：将混合物缓慢地通过膜，使要分离的物将混合物缓慢地通过膜，使要分离的物质与亲和配基产生特异性作用，形成配基与配位物质与亲和配基产生特异性作用，形成配基与配位物的复合体；的复合体；洗脱：洗脱：改变条件改变条件（洗脱液组成洗脱液组成、pH、离子强度、温离子强度、温度等），使复合物解离；度等），使复合物解离；亲和膜再生：亲和膜再生：洗涤、再生、平衡，以备下次操作使洗涤、再生、平衡，以备下次操作使用。用。2

28、021/5/2352亲和膜分离操作方式亲和膜分离操作方式亲和超滤过程（分离目标物的同时，浓缩其亲和超滤过程（分离目标物的同时，浓缩其他成分）他成分）2021/5/2353五、膜分离过程在生物工程中的应用五、膜分离过程在生物工程中的应用过程过程应用对象应用对象实例实例微滤微滤消毒、澄清收集细胞消毒、澄清收集细胞培养悬浮液除菌，产品消毒，培养悬浮液除菌，产品消毒，细胞收集细胞收集超滤超滤大分子物质分离大分子物质分离酶及蛋白质的分离、浓缩、纯酶及蛋白质的分离、浓缩、纯化，血浆分离、脱盐、去热原，化，血浆分离、脱盐、去热原，膜反应器膜反应器纳滤纳滤小分子物质分离小分子物质分离糖，二价盐、游离酸的分离糖

29、，二价盐、游离酸的分离反渗透反渗透小分子物质浓缩小分子物质浓缩单加盐、非游离酸的分离单加盐、非游离酸的分离透析透析小分子有机物和无机离子小分子有机物和无机离子脱除小分子有机物或无机离子脱除小分子有机物或无机离子2021/5/2354六、膜分离技术应考虑的问题六、膜分离技术应考虑的问题1 1、截留分子量、截留分子量(MWCO)截留曲线：测定分子量不截留曲线：测定分子量不同的球形蛋白质或水溶性同的球形蛋白质或水溶性聚合物的截留率，所得到聚合物的截留率，所得到的膜的截留率与溶质分子的膜的截留率与溶质分子量之间关系的曲线。量之间关系的曲线。MWCO只是表征膜特性的一个参数，不能作只是表征膜特性的一个参

30、数，不能作 为选择膜的唯一标准。应从多方面为选择膜的唯一标准。应从多方面(如孔径分如孔径分 布、耐污染能力等布、耐污染能力等)综合考虑。综合考虑。一般将在截留曲线上截留率为一般将在截留曲线上截留率为0.90的溶质分子的溶质分子 量定义为膜的截留分子量。量定义为膜的截留分子量。2021/5/2355实际膜分离过程中影响截留率的因素：实际膜分离过程中影响截留率的因素：溶质分子量溶质分子量分子特性分子特性不同分子截留率大小顺序：球形带支链不同分子截留率大小顺序：球形带支链线性；线性；对于荷电膜，与膜相反电荷的分子截留率对于荷电膜，与膜相反电荷的分子截留率较低；较低；若膜对溶质有吸附作用，截留率增大。

31、若膜对溶质有吸附作用，截留率增大。其他高分子溶质的影响其他高分子溶质的影响其他高分子溶质的存在使溶质截留率增大。其他高分子溶质的存在使溶质截留率增大。操作条件操作条件膜面流速提高，截留率降低；膜面流速提高，截留率降低；2021/5/2356膜分离技术应考虑的问题2 2、浓差极化、浓差极化:在膜分离过程中，膜表面上在膜分离过程中，膜表面上溶质浓度高于主体溶质浓度的现象。如下溶质浓度高于主体溶质浓度的现象。如下图：图：2021/5/2357浓差极化浓差极化:它对水的透过起着阻碍作用它对水的透过起着阻碍作用。所以浓差极化会所以浓差极化会降低膜的透水率；降低膜的透水率；结垢阻塞结垢阻塞。为了减少浓差极

32、化，通常采用错流操作，为了减少浓差极化，通常采用错流操作，使悬浮液在过滤介质表面作切向流动，利用流使悬浮液在过滤介质表面作切向流动，利用流体的剪切作用将过滤介质表面的固体移走。体的剪切作用将过滤介质表面的固体移走。2021/5/23583 3、污染、污染:由于溶质与膜的相互作用而在膜表面和孔内吸附，由于溶质与膜的相互作用而在膜表面和孔内吸附，或因浓差极化，溶质在膜表面产生沉淀或结晶，或因浓差极化，溶质在膜表面产生沉淀或结晶，形成形成“凝胶层凝胶层”引起膜性能变化的现象。引起膜性能变化的现象。是一个不可逆过程。通常它受到膜的化学特征、是一个不可逆过程。通常它受到膜的化学特征、蛋白质种类、溶液的蛋

33、白质种类、溶液的pHpH值、无机盐浓度、温度等值、无机盐浓度、温度等因素的影响。因素的影响。影响影响:透过通量大幅度下降；降低目标产物的回透过通量大幅度下降；降低目标产物的回收率。收率。膜污染是膜技术应用的最大限制因素。膜污染是膜技术应用的最大限制因素。膜分离技术应考虑的问题2021/5/2359 防止或减轻膜污染的措施：防止或减轻膜污染的措施：对料液进行预处理；对料液进行预处理；对膜进行预处理；对膜进行预处理；改变操作条件。改变操作条件。2021/5/2360 4、膜的清洗膜的清洗:膜污染造成膜透水量随运行时间增长膜污染造成膜透水量随运行时间增长而下降。清洗的方法通常可分为物理方法而下降。清

34、洗的方法通常可分为物理方法与化学方法。与化学方法。l 物理方法物理方法：一般指用高速流水冲洗。一般指用高速流水冲洗。l 化学清洗化学清洗：通常是用化学清洗剂对膜进行通常是用化学清洗剂对膜进行清洗。清洗。膜分离技术应考虑的问题2021/5/2361清洗剂：清洗剂：水、盐溶液、稀酸、稀碱、表水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、面活性剂、醇、醇、络合剂、氧化剂和酶溶络合剂、氧化剂和酶溶液等。液等。清洗剂选用要求：清洗剂选用要求：优先考虑水；优先考虑水；温水温水具有良好的去污能力；具有良好的去污能力；不损害膜的过滤性能。不损害膜的过滤性能。2021/5/2362中空纤维膜组件常采用反洗和循环清洗。中空

35、纤维膜组件常采用反洗和循环清洗。2021/5/2363七、膜生物反应器七、膜生物反应器定义：定义：膜分离过程与生物反应过程耦合膜分离过程与生物反应过程耦合的生物反应装置。的生物反应装置。应用于动植物细胞高密度培养、微生物应用于动植物细胞高密度培养、微生物发酵和酶反应过程。发酵和酶反应过程。2021/5/2364八、膜分离技术的前景八、膜分离技术的前景 由于膜分高技术具有的高效、节能、设备简单、由于膜分高技术具有的高效、节能、设备简单、操作方便、适合生物制品处理筹优点，因而在操作方便、适合生物制品处理筹优点，因而在下游技术中，其作用日益受到重视。下游技术中，其作用日益受到重视。20052005年

36、，我国膜市场需求在年，我国膜市场需求在5050亿元以上，年均亿元以上，年均增速继续保持在增速继续保持在1515左右，预计左右，预计20152015年，膜市年，膜市场需求可望超过场需求可望超过200200亿元，将占到世界总量的亿元，将占到世界总量的10101515。2021/5/2365膜技术用于生物质资源开发膜生物反应器技术取得间歇发酵可提高反应器效率膜生物反应器技术取得间歇发酵可提高反应器效率15158080倍倍渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能6060生产装置总投资为传统分离方法总投资的生产装置总投资为传统分离方法总投资的404080%80%650 k

37、cal/l130 kcal/l7 wt%乙醇乙醇1380 kcal/l42 wt%乙醇乙醇93 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇980 kcal/l350 kcal/l(90%ES)(33%ES)纤维素纤维素发酵发酵蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏脱水脱水透醇膜透醇膜60 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇透水膜透水膜传统过程传统过程:发酵速发酵速率低、能耗大率低、能耗大膜生物反应膜生物反应器：器：实现连实现连续生产，降续生产，降低操作成本低操作成本2021/5/2366生化制药生化制药（工艺比较）工艺比较）膜工艺膜工艺活性炭吸附 生物发酵液 酸化 离子交换 板框过滤 浓缩结晶 离心 产品板框过滤 浓缩结晶生物发酵液 酸化 离心 产品 膜过滤 离交吸附2021/5/2367谢谢！谢谢！部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！