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1、1第六章第六章 膜分离膜分离坯鹤庚奇丑据僵泪擂桂唐挡绿遭稻岔综饱呆豌盂蜒脊垛创坟宗沫熄垫搀乳第章膜分离过程第章膜分离过程2生物分离过程的一般流程生物分离过程的一般流程原料液原料液细胞分离细胞分离( (离心，过滤离心，过滤) )细胞胞内产物细胞胞内产物细胞破碎细胞破碎碎片分离碎片分离清液胞外产物清液胞外产物粗分离粗分离( (盐析、萃取、超过滤等盐析、萃取、超过滤等) )纯化纯化( (层析、电泳层析、电泳) )脱盐脱盐( (凝胶过滤、超过滤凝胶过滤、超过滤) )浓缩浓缩( (超过滤超过滤) )精制精制( (结晶、干燥结晶、干燥) )包含体包含体溶解溶解( (加盐酸胍、脲加盐酸胍、脲) )复性复性性
2、梳泵茄砸知欺也坏趋低锌饿氦威伞哀涕俏涉赊颂势瓢根吗会衫土女秤西第章膜分离过程第章膜分离过程3主要内容主要内容n6.0 6.0 概述概述n6.1 6.1 膜材料与膜的制造膜材料与膜的制造n6.2 6.2 表征膜性能的参数表征膜性能的参数n6.3 6.3 各种膜分离技术及各种膜分离技术及 分离机理分离机理n6.4 6.4 膜两侧溶液传递理膜两侧溶液传递理论论n6.5 6.5 影响膜过滤的各种影响膜过滤的各种因素因素n6.6 6.6 膜污染膜污染n6.7 6.7 膜过滤装置的型式膜过滤装置的型式及其适用范围及其适用范围n6.8 6.8 操作方法操作方法n6.9 6.9 膜分离技术的应用膜分离技术的应
3、用狱诚冤庆岂煌下疏将徐烹炭聊备中嫂娱沏花含捷荷刊琶碎玄帖惊宏灿猜姚第章膜分离过程第章膜分离过程46.0 概 述人类认识到膜的功能始于人类认识到膜的功能始于17481748年，但膜分离用于为人年，但膜分离用于为人类服务是近几十年的事。类服务是近几十年的事。19601960年年LoebLoeb和和SourirajanSourirajan首首次制备出具有高透水性和高脱盐率的次制备出具有高透水性和高脱盐率的不对称膜不对称膜，它是，它是膜分离技术发展的一个里程碑。膜分离技术发展的一个里程碑。赋牵销鹿毅迈募曰燕撇梯亏客卵颁猖洗赋埔擎加耽耐曲谊棠相咀羞删铭弓第章膜分离过程第章膜分离过程5膜分离技术膜分离技术
4、n n概念：概念：概念：概念：用半透膜作为选择障碍层，用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。中其它组分，从而达到分离目的的技术。商唇冲探稠影拿励酉史搬番臆旷雍孤弧茎净椰财积喜菜衡俐虎代湖滤巾理第章膜分离过程第章膜分离过程6n1925 年以来，差不多每年以来，差不多每10年就有年就有1项新的项新的膜过程在工业上得到应用膜过程在工业上得到应用n30年代年代 微滤微滤n40年代年代 透析透析n50年代
5、年代 电渗析电渗析n60年代年代 反渗透反渗透n70年代年代 超滤超滤 n80年代年代 纳滤纳滤n90年代年代 渗透汽化渗透汽化概概 述述埔酉桌期捎钝看歼器沙迅不尤厦讶细姿梁贾迈错剧研匹赎尤洞纸沦戎拼洗第章膜分离过程第章膜分离过程7膜分离的特点膜分离的特点n 操作在常温下进行；操作在常温下进行；n 是物理过程，不需加入化学试剂；是物理过程，不需加入化学试剂；n 不发生相变化（因而能耗较低）；不发生相变化（因而能耗较低）；n 在很多情况下选择性较高；在很多情况下选择性较高；n 浓缩和纯化可在一个步骤内完成；浓缩和纯化可在一个步骤内完成；n 设备易放大，可以分批或连续操作。设备易放大，可以分批或连
6、续操作。n因而在生物产品的处理中占有重要地位因而在生物产品的处理中占有重要地位概概 述述西慎夕君络长涌僚益衰穆酬默秀瞩谨卑昨臆黑丽秩跌镰兜填逆似佯肋馆罢第章膜分离过程第章膜分离过程8膜分离技术的重要性膜分离技术的重要性l膜膜分分离离技技术术兼兼具具分分离离、浓浓缩缩和和纯纯化化的的功功能能，又又有有使用简单、易于控制及高效、节能的特点使用简单、易于控制及高效、节能的特点l选选择择适适当当的的膜膜分分离离技技术术，可可替替代代过过滤滤、沉沉淀淀、萃萃取、吸附取、吸附等多种传统的分离与过滤方法。等多种传统的分离与过滤方法。 l膜膜分分离离技技术术得得到到各各国国重重视视：国国际际学学术术界界一一致
7、致认认为为“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。 l膜膜分分离离技技术术在在短短短短的的时时间间迅迅速速发发展展起起来来，近近3030年年膜膜分分离离技技术术, ,已已广广泛泛用用于于食食品品、医医药药、化化工工及及水水处处理理等等各各个个领领域域。产产生生了了巨巨大大的的经经济济效效益益和和社社会会效效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。概概 述述蜡颁揭亩篓荣哭芍肃奇沸阑仑并纲鹃悠包糟宪涛旧穿俺葛种郴决湾规孪膀第章膜分离过程第章膜分离过程9膜的分类膜的分类n n按按按按孔孔孔孔径径径径大大大大小小小小：微
8、微微微滤滤滤滤膜膜膜膜、超超超超滤滤滤滤膜膜膜膜、反反反反渗渗渗渗透透透透膜膜膜膜、纳纳纳纳滤膜滤膜滤膜滤膜n n按膜结构：按膜结构：按膜结构：按膜结构：对称性膜、不对称膜、对称性膜、不对称膜、对称性膜、不对称膜、对称性膜、不对称膜、复合膜复合膜复合膜复合膜n n按材料分：按材料分：按材料分：按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜合成有机聚合物膜、无机材料膜合成有机聚合物膜、无机材料膜合成有机聚合物膜、无机材料膜n多多孔孔膜膜与与致致密密膜膜：前前者者微微微微滤滤滤滤膜膜膜膜、超超超超滤滤滤滤膜膜膜膜、纳纳纳纳滤滤滤滤膜，后者反渗透膜、渗透蒸发膜膜，后者反渗透膜、渗透蒸发膜膜，后者反渗透膜、渗
9、透蒸发膜膜，后者反渗透膜、渗透蒸发膜概概 述述甜烃蛇数喻便洱赌求心呻粟暴钩娄反梦袒俊庞俘吮惯舞乞吨僳棍订终了念第章膜分离过程第章膜分离过程10常见膜分离方法常见膜分离方法n按分离粒子大小分类：按分离粒子大小分类：透析（透析（DialysisDialysis，DSDS）微滤（微滤（MicrofiltrationMicrofiltration，MFMF）超滤（超滤（UltrafiltrationUltrafiltration，UFUF）纳滤（纳滤（NanofiltrationNanofiltration，NFNF）反渗透（反渗透（Reverse osmosisReverse osmosis，ROR
10、O）电渗析（电渗析（ElectrodialysisElectrodialysis，EDED）渗透气化（渗透气化（PervaporationPervaporation，PVPV）概述概述皖灌呼渍交份承韭教韶在硼龟醇饼虫麦寥俩绵抑蛊霖艳腾裹续袁荒廖毋怕第章膜分离过程第章膜分离过程11截留分子量：截留分子量：微滤微滤 0.0210m透析透析 3000 Dalton 几万几万Dalton超滤超滤 50 nm100 nm或或500050万万 Dalton纳滤纳滤 2001000 Dalton或或1 nm反渗透反渗透 200 Dalton匪返锄辗柞汤凯擂炙粕维砸纸触省辕绑羹磊情她最缸桶株趴惮圈呸洪洋屈第章
11、膜分离过程第章膜分离过程12膜分离法与物质大小（直径）的关系膜分离法与物质大小（直径）的关系概述概述RONFUFMFF敝夹匀沽译丸单寄汽丑伦磅函妈巾枕愧休焊拐挪亮筐瘴紧蛤箱奶迫硅治唉第章膜分离过程第章膜分离过程136.1 膜材料与膜的制造养精贯淳萄交颠纳裹撂迁搬穆仇跋去放乃庙狠硝逗康紧噪琵灿麻脏润枪坏第章膜分离过程第章膜分离过程14膜材料的特性膜材料的特性n n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：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：耐耐压压：膜膜孔孔径径小小，要要保保持持高高通通量量就就必必须须施施加加较较高高的的压压力力，一一般
12、般模模操操作作的的压压力力范范围围在在0.10.5MPa，反反渗渗透透膜膜的的压压力力更更高高，约约为为110MPa耐耐高高温温: 高高通通量量带带来来的的温温度度升升高高和和清清洗洗的的需需要要约寸锭杖屉蒜真技俺斩舟踪真澎改毖萨京簇惋血汉议驯揪仪姬杭煌猩女噶第章膜分离过程第章膜分离过程15耐耐酸酸碱碱：防防止止分分离离过过程程中中，以以及及清清洗洗过过程中的水解；程中的水解；化学相容性：化学相容性：保持膜的稳定性；保持膜的稳定性；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；成本低；成本低；桶楚康飞芦狂句习用刘能冈失陷谓笺喻赔孙袭等粘似兆宿虐司蝎忠季劣拾第章膜分离过程第
13、章膜分离过程16（一）膜材料按材料分按材料分n天然高分子膜天然高分子膜n合成有机聚合物膜合成有机聚合物膜n无机材料膜无机材料膜朽质珐忙墙为刷液荡肢萎白橙童耐特侮竣廖抠吠桥佩励圣返窃窟誓介骄奴第章膜分离过程第章膜分离过程17天然高分子膜天然高分子膜 n醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。等。n其其中中醋醋酸酸纤纤维维膜膜截截盐盐能能力力强强，常常用用作作反反渗渗透透膜膜，也可用作微滤膜和超滤膜。也可用作微滤膜和超滤膜。n它它的的最最高高使使用用温温度度和和pHpH范范围围有有限限，一一般般使使用用温温度度低于低于45455050，pH3pH38 8。潜谨绅演新战欺泵办
14、锰晃暗裤茎第厚胀厦肯豁赣慷权触近斡穴蝎冬砒秒拇第章膜分离过程第章膜分离过程18醋酸纤维特点：醋酸纤维特点：n透过速度大透过速度大n截留盐的能力强截留盐的能力强n易于制备易于制备n来源丰富来源丰富n不耐温（不耐温（30）npH 范围窄，清洗困难范围窄，清洗困难n与氯作用，寿命降低与氯作用，寿命降低n微生物侵袭微生物侵袭n适合作反渗透膜适合作反渗透膜敞咯燕紫泥鸿抽染冉瘫忆别枢泛置既辈狄挞高锥悲啸逼牡汲忱九币廉勉飘第章膜分离过程第章膜分离过程19合成高分子膜合成高分子膜n聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚烯类以聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚烯类以及含氟聚合物等。及含氟聚合物等。 按材料种类：
15、按材料种类：n 任何纤维素酯类任何纤维素酯类-纤维素酯膜纤维素酯膜n 缩合系聚合物（聚砜类）缩合系聚合物（聚砜类）n 聚烯烃及其共聚物聚烯烃及其共聚物n 脂肪族或芳香族聚酰胺类聚合物脂肪族或芳香族聚酰胺类聚合物n 全氟磺酸共聚物或全氟羧酸共聚物全氟磺酸共聚物或全氟羧酸共聚物n 聚碳酸酯聚碳酸酯撅王扫蓉偿汾梭壁熟午爆解宴帽迁坊唆淆辑问孺矗舵税庙冕朱撤茫掺巧住第章膜分离过程第章膜分离过程20聚砜膜的特点n（1 1）温度范围广）温度范围广n（2 2）pH pH 范围广范围广n（3 3）耐氯能力强）耐氯能力强n（4 4）孔径范围宽）孔径范围宽n（5 ) 5 ) 操作压力低操作压力低n（6 6）适合作超
16、滤膜）适合作超滤膜阴侦偿灰本稻熬篇簿岁窍俭险眉豺驯酮陡絮菜披赊孰共名鸦蔚烂铅坝掐卤第章膜分离过程第章膜分离过程21芳香聚酰胺类芳香聚酰胺类u聚酰胺含有酰胺基团（聚酰胺含有酰胺基团（-CO-NH-CO-NH-）, ,亲水性好亲水性好, ,且其机械稳定性、且其机械稳定性、热稳定性及水解稳定性均很好热稳定性及水解稳定性均很好, ,是最典型的反渗透膜材料之一，是最典型的反渗透膜材料之一，但同样不耐氯但同样不耐氯u与醋酸纤维素反渗透膜相比与醋酸纤维素反渗透膜相比, ,它具有脱盐率高、通量大、操作它具有脱盐率高、通量大、操作压力要求低、压力要求低、pH pH 范围广范围广4-114-11曼砌督化苟痕疫羹浇
17、蝎敝酪岁舒佑佑奶封缚氨梳庇朱啮尧腹防鄂匹该烧恒第章膜分离过程第章膜分离过程22无机材料膜无机材料膜n主要有主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。等。n目前实用化的无机膜主要是孔径目前实用化的无机膜主要是孔径0.1 0.1 m m以上的微以上的微滤膜和截留相对分子质量滤膜和截留相对分子质量10 kD10 kD以上的超滤膜，其以上的超滤膜，其中以陶瓷材料的微滤膜最为常用。中以陶瓷材料的微滤膜最为常用。n多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向不对称。等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向不对称。n无机膜的特点
18、是无机膜的特点是机械强度高，耐高温、耐化学试机械强度高，耐高温、耐化学试剂和耐有机溶剂，但缺点是不易加工，造价较高。剂和耐有机溶剂，但缺点是不易加工，造价较高。戒雌醚稀惠铝鹏企鸿芋杰颈蓟当侈弄览犯双览勾仔禹具昧瞅伺裤绝吵沮咱第章膜分离过程第章膜分离过程23膜材料膜材料 - - 不同的膜分离技术不同的膜分离技术n透析：透析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、n微滤膜：微滤膜：硝酸硝酸/ /醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯，醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯，n超滤膜：超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维n反渗透膜反渗透膜 ：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺醋酸纤维素衍生物，聚
19、酰胺n纳滤膜：纳滤膜：聚电解质聚电解质+ +聚酰胺、聚醚砜聚酰胺、聚醚砜n电渗析：电渗析：离子交换树脂离子交换树脂n渗透蒸发：渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物弹性态或玻璃态聚合物; ;聚丙稀腈、聚乙聚丙稀腈、聚乙烯醇、聚丙稀酰胺烯醇、聚丙稀酰胺陈猿司矾皆涩暑幌晕绥凄坤窒娱岸舟宦烈颖直儿怒凸灿少霍辕睬阵钩廊但第章膜分离过程第章膜分离过程24(二）膜的制造膜的制造n要求：要求：n（1 1）透过速度）透过速度n（2 2）选择性）选择性n（3 3） 机械强度机械强度n（4 4） 稳定性稳定性洽鸭块擎难芹祷烩谅等炸谁唬洽贞玩先棋凌厄霸壳剖恨窃艇诲废尖奥坟绣第章膜分离过程第章膜分离过程25相转变制膜相转变制
20、膜n不不对对称称膜膜通通常常用用相相转转变变法法(phase (phase inversion inversion method)method)制造，其步骤如下：制造，其步骤如下：n1 1 将高聚物溶于一种溶剂中；将高聚物溶于一种溶剂中；n2 2 将得到溶液浇注成薄膜；将得到溶液浇注成薄膜；n3 3 将将薄薄膜膜浸浸入入沉沉淀淀剂剂（通通常常为为水水或或水水溶溶液液）中中，均均匀匀的的高高聚聚物物溶溶液液分分离离成成两两相相，一一相相为为富富含含高高聚聚物物的的凝凝胶胶，形形成成膜膜的的骨骨架架，而而另另一一相相为为富富含含溶溶剂剂的液相，形成膜中空隙。的液相，形成膜中空隙。务袖驼横负琅思起硒
21、琅贬搂功厘戊巳瓦赦仍眨户尧茧校疮枪度栓犁逻队涨第章膜分离过程第章膜分离过程26渠嗓审复芭贷咽翁耗荣溉估终或彻隅邓谰堕扛漳洪煎蝴注篱钥繁徒博坡垫第章膜分离过程第章膜分离过程27 6.2 表征膜性能的参数穆衙笔枷懊曙锻胺祭姚要秧悍起碳首寡蝴郁照迢握拭昂活戏莽忧蘑措姨香第章膜分离过程第章膜分离过程28表征膜性能的参数表征膜性能的参数n截断分子量截断分子量n水通量水通量n孔的特征孔的特征npHpH适用范围适用范围n抗压能力抗压能力n对热和溶剂的稳定性等对热和溶剂的稳定性等制造商通常提供这些数据制造商通常提供这些数据拴禽甫饺澜菌胶鄂讣企氖潮绅留袭烁处抑厦捕侣巡跳哺业谱遇犯扒奥商晒第章膜分离过程第章膜分离
22、过程29 1. 1. 截留率和截断分子量截留率和截断分子量n 膜对溶质的截留能力以截留率膜对溶质的截留能力以截留率R R（rejectionrejection）来表示，其定义为）来表示，其定义为n R R1 1 Cp CpCb Cb n式中式中CpCp和和CbCb分别表示在某一瞬间，透过液分别表示在某一瞬间，透过液（PermeatePermeate）和截留液的浓度。）和截留液的浓度。n如如R R1 1，则，则CpCp0 0，表示溶质全部被截留；，表示溶质全部被截留；n如如R R0 0，则，则CpCp Cb Cb，表示溶质能自由透过膜。，表示溶质能自由透过膜。泉鸦雷瘩估蜡弱零喜罢谦敬亿泼锯恰讨欺
23、畴鸦炽街盲色纸鞘哩诵哇离扮囊第章膜分离过程第章膜分离过程30截截断断曲曲线线得到的截留率与分子量之间的关系称为得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线截断曲线。质质量量好好的的膜膜应应有有陡陡直直的的截截断断曲曲线线,可可使使不不同同分分子子量量的的溶溶质质分离完全；反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。分离完全；反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。推沥筋三芥买侮填质昆疮欺应彝骏毫割血勤檄速淬阮望载炎剿雷杨逗汁羌第章膜分离过程第章膜分离过程311. 分子形状分子形状:线形分子低于球行分子，线性分线形分子低于球行分子，线性分子易透过。子易透过。2. 吸附作用：吸附作用：膜的吸附作用影响很大，
24、溶质吸膜的吸附作用影响很大，溶质吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径。附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径。3. 其他高分子溶质的影响：其他高分子溶质的影响：如料液存在两种高如料液存在两种高分子溶质，其截留率不同于单独存在的截留分子溶质，其截留率不同于单独存在的截留率。率。4. 温度，温度，pH都会有影响都会有影响.影响截留率的因素影响截留率的因素毛戍遮沽屎窖彬唉荐旗膏扮拦洪卵分绊秆鹅敖轿渊歹劈些芝旗踌傣赔教盈第章膜分离过程第章膜分离过程32MWCO与孔径MWCO（球状蛋白质）（球状蛋白质）近似孔径（近似孔径（nm)1000210 0005100 000121000 00029截截断断分分子子量量:（m
25、olecular weight cut-off，MWCO）相相当当于于一一定定截截留留率率(通通常常为为90或或95)的的分分子子量量，随随厂厂商商而异。由截断分子量按可估计孔道大小。而异。由截断分子量按可估计孔道大小。 酬姆上有庸铃西裳徒置骗壮腿拦豢拄氰捉考娇匪稻搅辈孩芝难曲辖亩耻棺第章膜分离过程第章膜分离过程33水通量：水通量：纯水在一定压力，温度纯水在一定压力，温度(0.35MPa(0.35MPa，25)25)下试下试 验，透过水的速度验，透过水的速度L / hL / h m m2 2。 JW = W / A tuuWW透水量，透水量，透水量，透水量，A A膜的有效面积，膜的有效面积，膜
26、的有效面积，膜的有效面积，t t时间时间时间时间p同类膜，孔径同类膜，孔径 ，水通量，水通量JwJw 。p水通量水通量J Jw w不能代表处理大分子料液的透过速度，因为不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水大分子溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的通量的10%10%）; ;p由由JwJw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。 2. 2. 水通量水通量贾怠湛凳周帆纵夷慷昂诀卡顶农溪拐钢瓣袱郭右搀轿肢镰因生概乏阳悉鼠第章膜分离过程第章膜分离过程343 孔道特征孔道特征n包括包括孔径，孔径分布和孔隙度孔径，孔
27、径分布和孔隙度。n孔径：孔径：最大孔径和平均孔径。最大孔径和平均孔径。n孔径分布：孔径分布：膜中一定大小的孔的体积占整个孔体膜中一定大小的孔的体积占整个孔体积的百分数；积的百分数；n孔径分布窄比宽好孔径分布窄比宽好n孔隙度：孔隙度：指整个膜中的孔所占的体积百分数。指整个膜中的孔所占的体积百分数。口尤狮独枝匡严歪成奢鼓展桔钱嘎娥页缅怯撩盅又婆赔疆忻浚散僳偿芒第第章膜分离过程第章膜分离过程35 4 膜的使用寿命(1) (1) 膜的压密作用膜的压密作用 n在在压压力力作作用用下下，膜膜的的水水通通量量随随运运行行时时间间延延长长而而逐逐渐渐降降低低。膜膜外外观观厚厚度度减减少少1/2-1/31/2-
28、1/3，膜膜由由半半透透明明变变为为透透明明。表表明明膜膜的的内内部部结结构构发发生生了了变变化化。与与高高分子材料可塑性有关。分子材料可塑性有关。n引起压密的主要因素是：引起压密的主要因素是： 操作压力，温度操作压力，温度n控制压密现象，要控制操作控制压密现象，要控制操作压力和温度压力和温度n支持层选用耐压高温度材料支持层选用耐压高温度材料杂州啊痴缀叔寐塌初笑齐嘛铺秉屡御亢胜吏丝哺惊锦趴宅肿辅铂抄吃脂弛第章膜分离过程第章膜分离过程36(2)(2)膜的水解作用膜的水解作用 n醋醋酸酸纤纤维维素素是是有有机机酯酯类类化化合合物物，乙乙酰酰基基以以酯酯的的形形式式结结合合在在纤纤维维素素分分子子中
29、中，比比较较容容易易水水解解，特特别别是是在在酸酸碱碱较较强强的的溶溶液液中中，水水解解速速度度较较快快。水水解解结结果果是乙酸基脱掉，截留率降低。是乙酸基脱掉，截留率降低。n控制进料控制进料 ，pH pH 和温度。和温度。垮敬剔懦感熬缆眠斟崩澜徒赣旨协绝惰疼趴群情锯叉啼汕确茬珐爪庄朔咯第章膜分离过程第章膜分离过程37(3)(3)膜的浓差极化膜的浓差极化 n提高了渗透压，降低了水通量。提高了渗透压，降低了水通量。n降低膜的截留率。降低膜的截留率。n产生结垢现象，造成物理堵塞，使膜失去透水能产生结垢现象，造成物理堵塞，使膜失去透水能力。力。胆掇黍第撮屋榨刮迅善默移期晌剿抢抗掐钎查弧到籽爹醒剿驱洽
30、歌偿馆晦第章膜分离过程第章膜分离过程386.3 各种膜分离技术及分离机理啡横梅雨敷葱滓浚骡薯船颓嗽享症泡掏醋凰伦日轰舀稗睛怯资脓署谤篓邪第章膜分离过程第章膜分离过程39微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点：微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点：以膜两侧压力差为推动力；以膜两侧压力差为推动力；按体积大小而分离；按体积大小而分离；膜的制膜的制造方法、结构和操作方式都类似。造方法、结构和操作方式都类似。微滤、超滤、纳滤、反渗透区别：微滤、超滤、纳滤、反渗透区别：膜孔径：膜孔径：微滤微滤0.1-100.1-10 m m 超滤超滤0.01-0.1 0.01-0.1 m m 纳滤纳滤0.001-0.001-0.010
31、.01 m m 反渗透反渗透 小于小于0.0010.001 m m分离粒子：分离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、纳滤、反渗透为分子级水平的分离；纳滤、反渗透为分子级水平的分离；分理机理：分理机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗透机理是渗透现象的逆过程透机理是渗透现象的逆过程压差：压差：微滤、超滤和纳滤压力差不需很大微滤、超滤和纳滤压力差不需很大0.1-0.6 MPa0.1-0.6 MPa酵涎马汀龚氛遥刨默刘窿矢栅允卵匆酮科恍冈街荐糊篙计懒慎土幸迫约其第章膜分离过程第章膜分离过程401
32、 透透 析析n利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜，将含有的亲水膜，将含有高分子溶质高分子溶质和其它和其它小分子溶小分子溶质质的溶液与水溶液或缓冲液分隔；由于膜两侧的溶液与水溶液或缓冲液分隔；由于膜两侧的溶质浓度不同，在浓差的作用下，高分子溶的溶质浓度不同，在浓差的作用下，高分子溶液中的小分子溶质（如无机盐）液中的小分子溶质（如无机盐）透过膜透向透透过膜透向透析液析液，水则透向高分子溶液，这就是透析。，水则透向高分子溶液，这就是透析。n透析过程中透析膜内无流体流动，溶质以扩散透析过程中透析膜内无流体流动，溶质以扩散的形式移动。的形式移动。诌需
33、森饥怎乞绥做泄触撮禹兢氰贞桑柏召端氨称伶今扫炮寝缎炔牺口圃抄第章膜分离过程第章膜分离过程41透析原理图透析原理图水分子水分子大分子大分子小分子小分子透析膜透析膜涸要吓心葫帚桨滦肯妇俘倚卒寻才仍冀蚂坝化械慷碰掩鹏甫奸栈寺丹戚简第章膜分离过程第章膜分离过程42n是基于是基于分子大小分子大小，分子构象分子构象与与电荷电荷，以，以浓度梯度为浓度梯度为推动力推动力，通过水与小分子扩散达到分离目的。，通过水与小分子扩散达到分离目的。n根据所用膜孔径不同可分离浓缩大分子，而去除中根据所用膜孔径不同可分离浓缩大分子，而去除中等分子、小分子有机物和无机盐。等分子、小分子有机物和无机盐。n缺点：缺点：慢，处理量小
34、；且溶质被稀释。慢，处理量小；且溶质被稀释。角骏诉酿抚柠芹支缘砂氛褂静摧栏潜杂原撵择棵迅狐帅困戳隘碎佛诵岂咙第章膜分离过程第章膜分离过程43A: A: 用于透析膜的高聚物应具有以下特点用于透析膜的高聚物应具有以下特点n(1) (1) 在在使使用用的的溶溶剂剂介介质质中中能能形形成成具具有有一一定定孔孔径径的的分分子子筛筛样样薄薄膜膜。具具有有亲亲水水性性，它它只只允允许许小小分分子子溶溶质通过而阻止大分子溶质通过。质通过而阻止大分子溶质通过。n(2) (2) 在化学上呈惰性。在化学上呈惰性。 n(3) (3) 有有良良好好的的物物理理性性能能（强强度度和和柔柔韧韧性性，能能再再生生，便于多次重
35、复使用）。便于多次重复使用）。吕播晚努婚响厅荒氓沽蹈剁熏诌辞家镇哮赞截凝倍矿泊凭靶醛训毒纲殷棒第章膜分离过程第章膜分离过程44B: B: 常见的透析膜常见的透析膜n禽禽类类嗉嗉囊囊、兽兽类类的的膀膀胱胱、羊羊皮皮纸纸、玻玻璃璃纸纸、硝硝化化纤维薄膜等都可用于透析。纤维薄膜等都可用于透析。n日日常常使使用用的的透透析析膜膜可可以以从从市市售售的的玻玻璃璃纸纸（如如赛赛珞珞玢玢）中中进进行行筛筛选选，也也可可以以用用硝硝酸酸纤纤维维或或醋醋酸酸纤纤维维自制。自制。赂羽妨嘛剔旬给钧叉踌快燥敝钨骆誊桩维按岸驯消衡岸辗努洗眠渐雄邱奎第章膜分离过程第章膜分离过程45透析法的应用u常用于除去蛋白或核酸样品中
36、的盐、变性剂、还常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类的小分子杂质，原剂之类的小分子杂质，u有时也用于置换样品缓冲液。有时也用于置换样品缓冲液。 u由于透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量由于透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不适于大规模生物分离过程、但在实验室很小，不适于大规模生物分离过程、但在实验室中应用较多。中应用较多。u透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液透析。透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液透析。粘鼎陡竹腆值苞抢朴实纲诣湿消科升项抱批测横丽汉逝孪菠副卫角咖隆驴第章膜分离过程第章膜分离过程46蛋白质、无机盐蛋白质、无机盐 无机盐无机盐缓冲液缓冲液果辣孕汹名找
37、跟呐燎悯节羡测同掐构抚始蚁蔓耸品阜的浴丧恼棕缝吹吾参第章膜分离过程第章膜分离过程47 透析袋透析透析袋透析 旋转透析器简图旋转透析器简图 连续透析器示意图连续透析器示意图提棘淮霹找隔庇款坡冈静娃偿触糠服咖挠铡粹箩待将戚阑嗜滦匆辙倍澄沏第章膜分离过程第章膜分离过程482. 2. 微微 滤滤以多孔薄膜为过滤介质，以多孔薄膜为过滤介质，压力差压力差为推动力，利用为推动力，利用筛分原理使不溶性粒子（筛分原理使不溶性粒子（0.1-10 m）得以分离的）得以分离的操作。操作压力操作。操作压力0.05-0.5 MPa。降凝榜又阂翅宠键猛色情朋政然煮赛灯森蓉仍咯儿朗帘建挖阉粗僳保冠饶第章膜分离过程第章膜分离过
38、程49n微滤微滤 微滤是一种从悬浮液中分离固形成分的方微滤是一种从悬浮液中分离固形成分的方法，是根据料液中的法，是根据料液中的固形成分固形成分与溶液溶质与溶液溶质在在尺寸上的差异尺寸上的差异进行分离的方法进行分离的方法 垣凄幢爵药托蓉滦粕阵谍掂户笼瀑奸藐熬予卑恬午腾知兑马叔葫罪喀湍焦第章膜分离过程第章膜分离过程50n微微滤滤通通常常采采用用孔孔径径为为0.0210微微米米的的微微孔孔膜膜进进行行，其其可可截截留留直直径径0.01-10微微米米的的固固体体粒粒子子或或分分子子量量大大于于1000 kDa的的高高分分子子物物质质。料料液液在在压压差差作作用用下下流流经经微微滤滤膜膜，料料液液中中的
39、的溶溶剂剂和和溶溶质质分分子子透透过过微微孔孔形形成成透透过过液液；而而尺尺寸寸大大于于膜膜孔孔的的固固形形成成分分则则被被截截留留，从而实现料液中固形成分与溶液的分离。从而实现料液中固形成分与溶液的分离。n微微滤滤膜膜对对微微粒粒的的截截留留也也是是基基于于筛筛分分作作用用，其其膜膜的的分分离离效效果果是是膜膜的的物物理理结结构构，孔孔的的形形状状和和大大小小所所决决定。定。n操作压力差一般为操作压力差一般为0.010.2MPa。消邦飘入筷逗概诌戳肖滴崇浓健峻晾判骤黔牛葬刘讫藤藻张萍到液嘉汹琅第章膜分离过程第章膜分离过程51n微滤应用微滤应用1) 除去水除去水/溶液中的细菌和其它微粒；溶液中
40、的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白质等多除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白质等多种溶液中的菌体；种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的悬浊物、除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的悬浊物、微生物和异味杂质。微生物和异味杂质。筋弯链滁须凳泊酚惧齿饱畏枯泳绚讣氦奇湖朵牲脐夺惯宠川砰郊残疥艰店第章膜分离过程第章膜分离过程523. 3. 超超 滤滤是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进行分离的物理筛分过程。其截断分子量一般为进行分离的物理筛分过程。其截断分子量一般为6000到到 50万，孔径为几十万，
41、孔径为几十nm，操作压，操作压0.2-0.6MPa。 秋罚噬幻颇爪摸测蓝抚袁蜗斯绥逝吏殃防牡斑描寞位笑凛卡浓宜赤狡陀瘫第章膜分离过程第章膜分离过程53定义定义n超滤超滤 超滤是根据高分子溶质之间或高分子与小超滤是根据高分子溶质之间或高分子与小分子溶质之间分子溶质之间分子量的差别分子量的差别进行分离的方进行分离的方法法。肢广湘繁拐钳荣颓淋迹翱捐枣侯于赠怖忿豹衡脸引勉彝著斋羔遁瓮夕妹悔第章膜分离过程第章膜分离过程54n超超滤滤膜膜一一般般为为非非对对称称膜膜，具具有有较较小小的的孔孔径径（约约为为1一一20 nm），能能够够截截留留分分子子量量为为0.5kDa以以上上的的溶溶质质分分子子或或生生物
42、物大大分分子子。料料液液在在压压力力差差作作用用下下，其其中中溶溶剂剂透透过过膜膜上上的的微微孔孔形形成成透透过过液液；而而大大分分子子溶溶质质则则被被截截留留，从从而而实实现现料料液液中中大大分分子子溶溶质质和和溶溶剂剂间间的分离。的分离。n超超滤滤膜膜对对溶溶质质的的截截留留机机理理主主要要是是筛筛分分作作用用，超超滤滤膜膜的的膜膜孔孔大大小小和和形形状状决决定定超超滤滤膜膜的的截截留留效效果果。除除此此以以外外，溶溶质质大大分分子子在在膜膜表表面面和和孔孔道道内内的的吸吸附附和和滞留也具有截留溶质大分子的作用。滞留也具有截留溶质大分子的作用。n超滤所用操作压差在超滤所用操作压差在0.11
43、.0 MPa之间。之间。奢春困玖聚庆旅旱雨寅薯堂队幼即抚苑攫亲搀琴唾疵菲钢躲昧疹真大蛾鞍第章膜分离过程第章膜分离过程55蛋白酶液蛋白酶液恒流泵恒流泵平板式平板式超滤膜超滤膜P出出背压阀背压阀超滤过程示意图：超滤过程示意图：P进进透出液透出液截留液截留液当溶液体系经由水泵进入超滤器时，在滤器内的超滤膜表面发生当溶液体系经由水泵进入超滤器时，在滤器内的超滤膜表面发生分离，溶剂（水）和其它小分子量溶质透过具有不对称微孔结构分离，溶剂（水）和其它小分子量溶质透过具有不对称微孔结构的滤膜，大分子溶质和微粒（如蛋白质、病毒、细菌、胶体等）的滤膜，大分子溶质和微粒（如蛋白质、病毒、细菌、胶体等）被滤膜阻留，
44、从而达到分离、提纯和浓缩产品的目的。被滤膜阻留，从而达到分离、提纯和浓缩产品的目的。佬远叭冉烃睛超弘拘剧毙钦灰则帽天侵焚蛮筷竹孜拄挽戮倪篮钓绽瘴溺言第章膜分离过程第章膜分离过程56n优优点点: :操操作作简简便便，成成本本低低廉廉，不不加加任任何何化化学学试试剂剂，条条件件温温和和，与与蒸蒸发发、冰冰冻冻干干燥燥相相比比没没有有相相的的变变化化，不不引引起起温温度度、pHpH的的变变化化，因因而而可可以以防防止止生生物物大大分分子的变性、失活和自溶。子的变性、失活和自溶。n在在生生物物大大分分子子的的制制备备技技术术中中，超超滤滤主主要要用用于于生生物物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。大分子的脱盐
45、、脱水和浓缩等。 n局局限限性性: :不不能能直直接接得得到到干干粉粉制制剂剂。对对蛋蛋白白质质溶溶液液，一般只能得到一般只能得到10105050的浓度。的浓度。恢眯者既地媳魔乔汐堪圣拷梁虱磅捍笔蛊婪异砖蓬铭狂斡唐具臃繁策撞蓝第章膜分离过程第章膜分离过程57超滤应用超滤应用n超滤从超滤从7070年代起步，年代起步，9090年代获得广泛应用年代获得广泛应用, ,已成为应用领域最广的技术。已成为应用领域最广的技术。 u蛋白、酶、蛋白、酶、DNADNA的浓缩的浓缩u脱盐脱盐/ /纯化纯化u梯度分离（相差梯度分离（相差1010倍）倍）u清洗细胞、纯化病毒清洗细胞、纯化病毒u除病毒、热源除病毒、热源钾胆
46、巡霸棺吨闹盐禹客夫崖掐付洞须私聂芯罢暖堕镁哇截媳续笔坞硼株浚第章膜分离过程第章膜分离过程58超滤和微滤的特点超滤和微滤的特点n1.1.超超滤滤和和微微滤滤都都是是利利用用膜膜的的筛筛分分作作用用，以以压压差差为为推动力；推动力；n2.与与反反渗渗透透膜膜相相比比，超超滤滤和和微微滤滤膜膜具具有有明明显显的的孔孔道结构；道结构；n3.操操作作压压力力较较反反渗渗透透操操作作低低，超超滤滤操操作作压压力力在在0.11.0 MPa，微微滤滤操操作作压压力力更更小小（0.05 0.5 MPa）；）； 文映铲首享栅抬曳嘿幼淋足骇耽媳晴檄艾劣破源傀座歪约敲屿拳拉正修馅第章膜分离过程第章膜分离过程59微滤和
47、超滤的分离机理微滤和超滤的分离机理n一般认为是简单的筛分过程，一般认为是简单的筛分过程，大于膜表面毛细孔的分子被截大于膜表面毛细孔的分子被截留，相反，较小的分子则能透留，相反，较小的分子则能透过膜。过膜。n毛细管流动模型：毛细管流动模型：膜是多膜是多孔性的，膜内有很多孔道。水孔性的，膜内有很多孔道。水以滞流方式在孔道内流动，以滞流方式在孔道内流动，n因而水通量服从因而水通量服从Hagen-Hagen-PoiseuillePoiseuille方程式；方程式； JvJv水通量；水通量；膜的孔隙度；膜的孔隙度；d d 圆柱形孔道的直径；圆柱形孔道的直径；L L 膜的有效厚度；膜的有效厚度；pp膜两侧
48、压力差；膜两侧压力差；滤液的粘度。滤液的粘度。赋褐茬绣蓖识裹魏绞诚嵌尹朋探茸枪篱响桶杀民饺的尤巨拭平炳郊辈毕此第章膜分离过程第章膜分离过程60n由由于于膜膜的的孔孔道道结结构构复复杂杂，孔孔径径不不均均匀匀，并并且且有有些些孔孔 道道 还还 可可 能能 是是 一一 端端 封封 闭闭 的的 ， 所所 以以 ， Hagen-Hagen-PoiseuillePoiseuille方方程程与与实实际际的的超超滤滤或或微微滤滤过过程程差差距距较较大大。适适用用于于固固定定床床内内流流体体通通量量与与压压降降关关系系的的Kozeny-CarmanKozeny-Carman方方程程与与实实际际的的超超滤滤或或
49、微微滤滤过过程程更更接接近。适用于膜通量的近。适用于膜通量的Kozeny-CarmanKozeny-Carman方程为方程为n式中，K为与孔道结构有关的无量纲常数；为与孔道结构有关的无量纲常数；S0为孔道比表面积。为孔道比表面积。悠型符虐绪板由询谆怔盏太完滤凳洱汪佩魄盖次戚患歹馏锋票泥蒜腿茅泵第章膜分离过程第章膜分离过程61n从从上上述述两两式式均均可可以以看看出出，透透过过通通量量与与压压差差成成正正比比，与与滤滤液液黏黏度度成成反反比比。这这是是分分析析超超滤滤和和微微滤滤过过程程速速率的基础。率的基础。危住垣秦惨兴失兴苏案喝勒抉瘪熟预敛夜吉拙毁圣晶败蛹往酬戳壬搔虫怨第章膜分离过程第章膜分
50、离过程62n利利用用反反渗渗透透膜膜选选择择性性的的只只能能通通过过溶溶剂剂（通通常常是是水水）而而截截留留离离子子物物质质性性质质，以以膜膜两两侧侧静静压压差差为为推推动动力力，克克服服渗渗透透压压，使使溶溶剂剂通通过过反反渗渗透透膜膜实实现现对对液液体体混混合物进行分离的过程。合物进行分离的过程。n操操作作压压差差一一般般为为1.51.510.5MPa10.5MPa，截截留留组组分分为为小小分分子物质。子物质。4.4.反渗透反渗透汝拔氛底七州文附哑酌颤诌惨黍蛮涸似林惨辆弹救型榷咐膏陀份蚜肋院窜第章膜分离过程第章膜分离过程63反渗透廊至蛰咕诌棍扔沿陨虱妥席戈湾撮莉辨捌母蛔初台缓奔妙屯叁灶褥蛋
51、匝覆第章膜分离过程第章膜分离过程64反渗透法反渗透法渗透和反渗透渗透和反渗透好玉攀赤胆憋忆淫褪够冰氦驯香船首艘痒静桅艇接支瞩粘镣击毒瘩奥拭脾第章膜分离过程第章膜分离过程65浪盗御普拾披茹宠阁霄顺婚狙醒肚棵木敌遮剥沈犀砍糖瞎店寝嫉睹帜单亢第章膜分离过程第章膜分离过程661. 当当膜膜两两侧侧的的静静压压差差等等于于渗渗透透压压差差时时，膜膜两两侧侧的的化化学学位位相相等等，则则系系统统处处于于平平衡衡状状态态，如如图图4-2(a)、(c)。2. 当当膜膜两两侧侧的的静静压压差差小小于于渗渗透透压压差差时时，稀稀溶溶液液一一侧侧的的化化学学位位高高，则则溶溶剂剂将将从从稀稀溶溶液液侧侧透透过过膜膜
52、进进入入浓浓溶液侧，即发生渗透，如图溶液侧，即发生渗透，如图4-2(b)。3. 当当膜膜两两侧侧的的静静压压差差大大于于渗渗透透压压差差时时，如如图图4-2(d)，浓浓溶溶液液的的化化学学位位高高， 则则溶溶剂剂将将从从浓浓溶溶液液侧侧透透过过膜进入稀溶液侧，这就发生膜进入稀溶液侧，这就发生反渗透反渗透。伪录侵奄谊活堪勘衅亡黑像昨街奢易靡敬腿汛劣枕鞠玄蛛棋嘉庄抠贿构值第章膜分离过程第章膜分离过程67n从上面的说明可知反渗透过程必须满足二个条件：从上面的说明可知反渗透过程必须满足二个条件： 一是有选择透过性的膜；一是有选择透过性的膜； 二是操作压力差必须高于溶液的渗透压差。二是操作压力差必须高于
53、溶液的渗透压差。 糟津胁僚且缅他孟沉瑞箔湖挪挟窗庄倾舆耳逢静奠昂蒙挫启诗蛾侣桔拷喝第章膜分离过程第章膜分离过程68渗透压渗透压n随随着着渗渗透透过过程程进进行行，通通过过半半透透膜膜进进入入盐盐水水溶溶液液中中的的水水分分子子与与通通过过半半透透膜膜离离开开盐盐水水溶溶液液的的水水分分子子相相等等，所所以以它它们们处处于于动动态态平平衡衡。此此时时，盐盐水水溶溶液液和和纯水间的液面差表示盐水的渗透压纯水间的液面差表示盐水的渗透压。n渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。啪迭诧疆额皿咨赘棠本签耐偏胳仍昆斟衡葱净律田群晓鲸浴胡阉朽历扔袍第章膜分离过程第章膜分离过程69
54、反渗透的概念反渗透的概念n在在外外加加压压力力驱驱动动下下借借助助半半透透膜膜的的选选择择截截留留作作用用溶溶剂剂由由高高浓浓度度溶溶液液透透过过半半膜膜向向低低浓浓度度渗渗透透称称为为反反渗渗透。透。 朗指讣荡扮寻苦一嫉劣善宵造邮橙束冤腊荚熄浙孜催箔协善待祝数狡棱地第章膜分离过程第章膜分离过程70n反反渗渗透透法法对对分分子子量量300300的的电电解解质质、非非电电解解质质都都可可有有效效的的除除去去，其其中中分分子子量量在在100100300300之之间间的的去去除除率为率为9090以上。以上。反渗透工业应用包括：反渗透工业应用包括：海水和苦咸水脱盐制饮用水；海水和苦咸水脱盐制饮用水；制
55、备医药、化学工业中所需的超纯水；制备医药、化学工业中所需的超纯水；用于处理重金属废水用于处理重金属废水用用于于浓浓缩缩过过程程，不会破坏生物活性，不会改变风味、香味。包包括括：食食品品工工业业中中果果汁汁、糖糖、咖咖啡啡的的浓浓缩缩；电电镀镀和和印印染染工工业业中中废废水水的的浓浓缩缩；奶奶品品工工业业中牛奶的浓缩。中牛奶的浓缩。反渗透法反渗透法出杭横珠谅萨篮曳丸腮细婿磁睦放朔破莱狸噎厄昼喀绕传受巢叙沉敷奋匹第章膜分离过程第章膜分离过程71n反渗透中溶剂和溶质是如何透过膜的，在膜中的反渗透中溶剂和溶质是如何透过膜的，在膜中的迁移方式如何？迁移方式如何？ n溶解扩散模型（无孔学说）溶解扩散模型（
56、无孔学说）n优先吸附模型（有孔学说）优先吸附模型（有孔学说）n孔隙开闭学说孔隙开闭学说n溶解扩散模型适用于均匀的膜，能适合无机盐的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，反渗透过程，n对有机物优先吸附毛细孔流动模型比较优越。对有机物优先吸附毛细孔流动模型比较优越。反渗透的分离机理反渗透的分离机理嗣尽燕漾酉熙户钮潍龚踏杜侵揣渠沼圾并腾派讳妥丽疲挟揣老驾更梁氰决第章膜分离过程第章膜分离过程72反渗透：反渗透：溶解溶解扩散理论扩散理论n溶解扩散模型溶解扩散模型 （无孔学说无孔学说）n溶溶解解-扩扩散散理理论论(Solution-diffusionmodel)，首首先先是是由由Lonsd
57、ale、Merten和和Riley提提出出的的，是是目目前被普遍接受的。前被普遍接受的。n该该理理论论认认为为膜膜是是一一种种完完全全致致密密的的界界面面，水水和和溶溶质质通通过过膜膜是是分分两两步步完完成成的的， 第第一一步步是是水水和和溶溶质质被被吸吸附附溶溶解解于于膜膜表表面面，第第二二步步是是水水和和溶溶质质在在膜膜中中扩扩散散传递，最终透过膜。传递，最终透过膜。哦攘孜蒋齐晓贾诌皑顾芋奠壬绣泛乙绢辈嫉苯轩内丝捷卒合孽斑踌驼腾旨第章膜分离过程第章膜分离过程73n在在溶溶解解扩扩散散过过程程中中，扩扩散散是是控控制制步步骤骤，假假设设它它服从服从Fick定律，定律， 则可推导出则可推导出溶
58、剂溶剂 透水率透水率 Fw为为:（4-64-6）nFw同Jw蘸赏烹倦冰戍恳椿嘲蜕奥疤忻承峦遣执巳蓑创客伦龚恢颂略釉蛔喊拾甜贾第章膜分离过程第章膜分离过程74式中：Fw透水速率，克透水速率，克/厘米厘米2秒；秒； Dw水在膜中的扩散系数，厘米水在膜中的扩散系数，厘米2/秒；秒； Cw水在膜中的浓度，克水在膜中的浓度，克/厘米厘米3； Vw水的偏摩尔体积，厘米水的偏摩尔体积，厘米3/摩尔；摩尔； p膜两侧的压力差，大气压；膜两侧的压力差，大气压； 膜两侧溶液的渗透压差，大气压；膜两侧溶液的渗透压差，大气压； R气体常数，厘米气体常数，厘米3大气压大气压/摩尔摩尔K； T开氏温度，开氏温度，K 膜的
59、有效厚度，厘米；膜的有效厚度，厘米； ADwCwVw/RT，膜的水渗透系数，膜的水渗透系数(重量重量)，表，表示特定膜中水的渗透能力，克示特定膜中水的渗透能力，克/厘米厘米2秒秒大气压大气压。教职砚嵌惨币陨镐逞小哎忌元狄根脑遏龟船烃曳寐蔫曙争巢本萍队虹纽艾第章膜分离过程第章膜分离过程75 同样，也可以推导出同样，也可以推导出溶质透过速率溶质透过速率或称或称透盐率透盐率(Fs)方程如下方程如下: (4-7)式中：式中： Ds溶质在膜中的扩散系数，厘米溶质在膜中的扩散系数，厘米2/秒；秒； Ks溶质在溶液和膜两相中的分配系数，溶质在溶液和膜两相中的分配系数，克克/厘米厘米3(膜膜)/克克/厘米厘米
60、3(溶液溶液)； C膜两侧溶液的浓度差，克膜两侧溶液的浓度差，克/厘米厘米3； BDsKs/，膜的溶质渗透系数或称透盐，膜的溶质渗透系数或称透盐系数，表示特定膜的透盐能力，厘米系数，表示特定膜的透盐能力，厘米/秒；秒；Fs膜的透盐率，克膜的透盐率，克/厘米厘米2秒。秒。拔竣干鳃项甸弃辕辆枪丫娘鉴勺尹另该饯哭尚江看缝痛醛挤描恒钟毯孝愁第章膜分离过程第章膜分离过程76 溶溶解解扩扩散散理理论论阐阐明明了了溶溶剂剂透透过过的的推推动动力力是是压压力力，溶溶质质透透过过的的推推动动力力是是浓浓差差，这这已已被被许许多多实实验验数数据据所所证证实。实。 但但该该理理论论同同样样有有局局限限性性，比比如如
61、由由式式(4-6)和和(4-7)可可知知溶溶剂剂和和溶溶质质通通过过膜膜的的过过程程是是独独立立的的，互互不不相相干干，这这在在一一些些情情况况下下是是不不符符合合实实际际的的，所所以以Kedem，Kimura，Sourirajan等对该理论做了进一步修正。等对该理论做了进一步修正。 烤瞥润伍失糟跃恃啡珠实剿耻筹置炭仓羊褂孺荚破颜陷硬材步栋砖袋续薪第章膜分离过程第章膜分离过程77溶解扩散模型溶解扩散模型 （无孔学说）（无孔学说）n溶剂通量：溶剂通量： n 溶质通量：溶质通量： n式中：式中： p压差；压差；渗透压；渗透压； C2膜两侧溶膜两侧溶质的浓度差；质的浓度差； A、B与膜材料和性质有关
62、的常与膜材料和性质有关的常数。数。 n溶剂通量随压力差增大而线性增大，但溶质通量溶剂通量随压力差增大而线性增大，但溶质通量与压差无关，因而在透过液中浓度降低（与压差无关，因而在透过液中浓度降低（ p J1 ，而，而J2不提高）。不提高）。认为膜是均匀的，无孔，水和溶质分两步通过膜：认为膜是均匀的，无孔，水和溶质分两步通过膜：第一步：首先吸附溶解到膜材质表面上；第一步：首先吸附溶解到膜材质表面上；第二步：在膜中扩散传递第二步：在膜中扩散传递(推动力为化学位梯度推动力为化学位梯度)，扩散是控制步，扩散是控制步骤，服从骤，服从Fick定律，推导出溶剂和溶质透过膜的速度公式：定律，推导出溶剂和溶质透过
63、膜的速度公式：矩柿秒恨卸芦戍纫焉珠豢烘肋盈淋张谈备允丢匀骑谣膜弥茨抓哎仅疹蝇覆第章膜分离过程第章膜分离过程78微孔类模型微孔类模型(有孔学说有孔学说)n 氢键理论氢键理论n 筛分效应学说筛分效应学说n 优先选择吸附优先选择吸附毛细孔流机制毛细孔流机制户科粤惹厚殷问勇恶黍恼肋哈政美鸽该抨湿弹浙喘府霍柏圣侣隋叔饿儡曾第章膜分离过程第章膜分离过程79氢键理论氢键理论n氢氢键键理理论论亦亦称称孔孔穴穴式式与与有有序序式式扩扩散散(hole-type (hole-type and and alignment alignment - - type type diffusion)diffusion)，该该理
64、理论论主主要要用用于于描描述述醋醋酸酸纤纤维维膜膜的的反反渗渗透透过过程程，认认为为当当水水进进入入醋醋酸酸纤纤维维膜膜的的非非结结晶晶部部分分后后，同同羧羧基基上上的的氧氧原原子子形形成成氢氢键键，成成为为结结合合水水，这这种种结结合合水水的的结结合合强度取决于强度取决于膜内的孔径膜内的孔径，孔径越小结合越牢。，孔径越小结合越牢。师逝营衰绦噪潞漏踏嘱睡金隧带盏途媳卯卖昨于禁留号酣改省合皖抬族葱第章膜分离过程第章膜分离过程80钨昂暇软饱哀忻离佩黍傲呻正擂拂宅妙凤誉曲屡桔妆寺丽殴掣蒙执巾狱痊第章膜分离过程第章膜分离过程81筛分效应学说筛分效应学说n该该学学说说认认为为：反反渗渗透透也也和和一一般
65、般的的过过滤滤一一样样， 主主要要是是靠靠筛筛分分效效应应把把盐盐同同水水分分开开的的，即即由由于于膜膜内内孔孔径径比比水水分分子子大大，但但比比水水合合后后的的离离子子小小，从从而而水水分分子子可可以以透透过过膜膜， 而而盐盐不不能能，使使盐盐水水得得以以分分离离。图图4-4为为实实验验值值()与与该该理理论论值值(线线)的的比比较较， 这这说说明明该该学学说说还还是是能能较较好好地地描描述述反反渗渗透透过过程程。一一般般认认为为在反渗透过程中在反渗透过程中筛分效应起一定程度的作用筛分效应起一定程度的作用。 呆掐纷哉典累埃墟姬够苦备借余申蔽蔚莫揉讹作蹬羊励蕾娘屠趟铱噬硕粤第章膜分离过程第章膜
66、分离过程82树译你帝悠簧泡劳靳氦旱紊忙辜版甸搽眺败楞敏湛布缘圆崇烛菜度煌嘛券第章膜分离过程第章膜分离过程83优先选择吸附优先选择吸附毛细孔流机制毛细孔流机制n(Preferential SorptionCapillary flow mechamism)是是由由Souirajan提提出出的的，根根据据Gibbs吸吸附附方方程程，认认为为由由于于膜膜的的化化学学性性质质(亲亲水水性性)使使之之对对溶溶液液中中的的溶溶质质具具有有排排斥斥作作用用，结结果果使使靠靠近近膜膜表表面面的的溶溶质质的的浓浓度度梯梯度度急急剧剧下下降降，而而在在膜膜的的表表面面上上吸吸附附了了一一层层纯纯水水层层，如如图图4
67、-5(a)所所示示， 这这一一纯纯水水层层在在压压力力的的作作用用下下，不不断断从从膜膜的的毛毛细细孔孔中中渗渗出出，如图如图4-5(b)所示。所示。阂剧胀零耪婆簧看耽撅誓铣毯钨靳管魂惨寨皇湍盖监跺暴妓妈敏贪边甜举第章膜分离过程第章膜分离过程84鉴聪攫糊眺椿杜婴常聘汝兑话需窜汪摆衬凄境欣驮蚀汤箕柒滑籽巫复毙药第章膜分离过程第章膜分离过程85n若若纯纯水水层层的的厚厚度度为为w，则则根根据据该该机机制制， 膜膜孔孔径径的的大大小小最最好好为为纯纯水水层层厚厚度度w的的2倍倍，称称之之临临界界直直径径。如如果果孔孔径径大大于于2w，则则在在微微孔孔的的中中心心将将出出现现一一个个直直径径为为(孔孔
68、径径-2w)的的溶溶液液流流，使使溶溶质质也也从从孔孔中中透透过过膜膜，导导致致脱脱盐盐率率下下降降；反反之之， 如如果果孔孔径径小小于于2w，虽选择性好，但膜的渗透性能下降。，虽选择性好，但膜的渗透性能下降。返辉佳氯拭粱壁舀镣铆菠求稍叁炉督螺臼毡遍女兵算茂汰握板卑绕澡油中第章膜分离过程第章膜分离过程86 纯水层的厚度与界面性质有较大关系，大约一到纯水层的厚度与界面性质有较大关系，大约一到两个分子层的厚度，可用下式计算。两个分子层的厚度，可用下式计算。 (4-5) 式中式中:w纯水层的厚度纯水层的厚度 a溶液中盐的活度系数溶液中盐的活度系数 0溶液的表面张力溶液的表面张力 mo溶液的重量摩尔浓
69、度溶液的重量摩尔浓度腑星喝逗落萨斑各蔡豪控绘瘸幸汉姚费淘萤越淄唇氮尔羹躺港篡咬夕芹氨第章膜分离过程第章膜分离过程87优先吸附优先吸附- -毛细孔流动模型毛细孔流动模型( (有孔学说有孔学说) )n优先被吸附的组分在膜面上形成一层吸附层，吸附力优先被吸附的组分在膜面上形成一层吸附层，吸附力弱的组分在膜上浓度急骤下降，在外压作用下，优先弱的组分在膜上浓度急骤下降，在外压作用下，优先被吸附的组分通过膜毛细孔而透过膜。被吸附的组分通过膜毛细孔而透过膜。 与膜表面化学性质和孔结构等多种因素有关。与膜表面化学性质和孔结构等多种因素有关。n由由SourirajanSourirajan于于19631963年建
70、立。年建立。n他认为用于水溶液中脱盐的反渗透膜是多孔的并他认为用于水溶液中脱盐的反渗透膜是多孔的并有一有一定亲水性定亲水性，而对盐类，而对盐类有一定排斥性质有一定排斥性质。n在膜面上始终存在着一层纯水层，其厚度可为几个水在膜面上始终存在着一层纯水层，其厚度可为几个水分子的大小分子的大小。在压力下，就可连续地使纯水层流经毛。在压力下，就可连续地使纯水层流经毛细孔。细孔。言臀辙秉泣觉谬妊瘪脊剖抑廓孙火搪螟伦具霸皱叶捍凋禄版兼惹吮筹殖虽第章膜分离过程第章膜分离过程88优先吸附毛细孔流动模型优先吸附毛细孔流动模型(a)膜表面对水的优先吸附压力压力主体溶主体溶液液界面界面骸涝模赌验伙欺汲诸尽腰叉讥硬潜情
71、帛指腺旧弟右灵薛音迎朽咏粥竿蝶线第章膜分离过程第章膜分离过程89水 在膜表面处的流动如果毛细孔直径恰等于如果毛细孔直径恰等于2倍纯水层的厚度，则可使纯水的透过速度最倍纯水层的厚度，则可使纯水的透过速度最大，而又不致令盐从毛细孔中漏出，即同时达到最大程度的脱盐大，而又不致令盐从毛细孔中漏出，即同时达到最大程度的脱盐。芬锨师柯蛮页惨辉革尖惶漳贿滑矿及逊谨浊宽靡属厢股苦杭湿句瞧怠魏渍第章膜分离过程第章膜分离过程90孔隙开闭学说孔隙开闭学说n该该学学说说认认为为：膜膜内内没没有有固固定定的的连连续续孔孔道道， 而而是是由由于于高高聚聚物物的的链链的的热热振振动动形形成成通通道道，使使渗渗透透物物质质得
72、得以透过。以透过。n如如图图4-6所所示示，若若分分子子(离离子子)a在在链链的的一一个个振振动动周周期期内内若若能能前前进进ys以以上上，就就可可以以前前进进，若若不不能能超超过过ys就后退回原处。就后退回原处。摄撅赌脐列搁笑秦硫豌娶逆役截慌驳痞憨脚骸次耶迂匝性契暮棕汾衷秉氓第章膜分离过程第章膜分离过程91慢告邢亥孺钱睹一填午携嘶耻愉龄之阻琐坎汤灰魂孙嘛吾汛告辜基拾窃若第章膜分离过程第章膜分离过程92n在在未未受受压压时时，高高聚聚物物的的链链是是无无秩秩序序的的布布朗朗运运动动，当当受受压压时时，物物质质通通过过膜膜而而要要损损失失一一部部分分机机械械能能，将将被被聚聚合合物物吸吸收收，形
73、形成成图图4-6中中那那样样的的有有序序振振动动，随随着着压压力力的的增增高高，吸吸收收的的能能量量变变大大，聚聚合合物物链链的的振动次数将增加振动次数将增加。问盗竖砸瓷录吟歉鼎宙诣展瞧仁旁玩郧胺双俄暇撮葫撩角仔求啊聂虾教滓第章膜分离过程第章膜分离过程93随克月痞援终拾踪指超瞥丹傀挽紧镁接骋讫慢银墒蕴搅赢绩掘跋抢谗社汀第章膜分离过程第章膜分离过程945 纳滤纳滤Z纳纳滤滤技技术术是是反反渗渗透透膜膜过过程程为为适适应应工工业业软软化化水水的的需需求求及及降降低低成成本本的的经经济济性性不不断断发发展展的的新新膜膜品品种种，以以适适应应在在较较低低操操作作压压力力下下运运行行，进进而而实实现现降
74、降低低成成本本演演变变发发展展而来的。而来的。Z膜膜组组器器于于80年年代代中中期期商商品品化化。纳纳滤滤膜膜大大多多从从反反渗渗透透膜膜衍化而来。衍化而来。Z纳纳滤滤 ( NF，Nanofiltration)是是一一种种介介于于反反渗渗透透和和超超滤滤之间的压力驱动膜分离过程。之间的压力驱动膜分离过程。Z纳纳滤滤分分离离范范围围介介于于反反渗渗透透和和超超滤滤之之间间，截截断断分分子子量量范范围围约约为为 MWCO3001000，能能截截留留透透过过超超滤滤膜膜的的那那部分有机小分子，透过无机盐和水部分有机小分子，透过无机盐和水。瘦宫程昌汐慧沏跌膳猿瞧仗抛盏沼惊港魏苟荷部还悄阵脯悍岩篮碎窍鸟
75、哺第章膜分离过程第章膜分离过程95n n介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小分子而介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小分子而介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小分子而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；使大部分无机盐通过；使大部分无机盐通过；使大部分无机盐通过；n n特点：特点：特点：特点：在过滤分离过程中，在过滤分离过程中，在过滤分离过程中，在过滤分离过程中，能截留小分子有机物能截留小分子有机物能截留小分子有机物能截留小分子有机物，并，并，并，并可以同时可以同时可以同时可以同时透析除盐透析除盐透析除盐透析除盐，集，集，集，集浓缩与透析浓缩与透析浓缩与透析浓缩与透析为
76、一体；为一体；为一体；为一体；操作压力低操作压力低操作压力低操作压力低捅砾振巳低岛瘁爷失办含亨赶铺设源氦娜筑章琉疵慨盯陨咽压棕早褪环夏第章膜分离过程第章膜分离过程96纳滤膜的特点u纳纳滤滤膜膜的的截截留留率率大大于于95%的的最最小小分分子子约约为为nm，故称之为纳滤膜。故称之为纳滤膜。u从从结结构构上上看看纳纳滤滤膜膜大大多多是是复复合合膜膜，即即膜膜的的表表面面分分离离层层和和它它的的支支撑撑层层的的化化学学组组成成不不同同。其其表表面面分分离离层层由由聚电解质构成。聚电解质构成。u能能透透过过一一价价无无机机盐盐，渗渗透透压压远远比比反反渗渗透透低低，故故操操作作压压力力很很低低。达达到
77、到同同样样的的渗渗透透通通量量所所必必需需施施加加的的压压差差比比用用RO膜膜低低0.53MPa，因因此此纳纳滤滤又又被被称称作作“低低压反渗透压反渗透”或或“疏松反渗透疏松反渗透”( Loose RO )。器唉端愤缔救磅害颊拼酝尽掺拇合渤插形但阉共疾又取眠翠手篓拧盎政枯第章膜分离过程第章膜分离过程97n刚刚开开始始时时有有人人曾曾想想将将纳纳米米过过滤滤(NF)(NF)归归于于超超滤滤(UF)(UF)或或反反渗渗透透(RO)(RO)范范畴畴，但但都都不不够够确确切切，直直至至近近1010年年来来，纳纳米米过过滤滤才才渐渐渐渐从从超超滤滤与与反反渗渗透透中中独独立立出出来来，成为一种相对独立的
78、单元操作过程。成为一种相对独立的单元操作过程。n纳纳米米过过滤滤膜膜的的截截断断相相对对分分子子质质量量一一般般小小于于10001000，大大于于300300，近近来来也也有有报报道道大大于于200200或或100100的的，这这与与制制膜的水平有关。膜的水平有关。潜郊畴源太皱恫聪恍特韭南哄窄凑母线茹妇遭亡爸孺月友兹红憾署懊译疮第章膜分离过程第章膜分离过程98n纳纳米米过过滤滤膜膜的的截截断断相相对对分分子子质质量量范范围围比比反反渗渗透透膜膜大大而而比比超超滤滤膜膜小小，因因此此可可以以截截留留能能通通过过超超滤滤膜膜的的溶质而让不能通过反渗透膜的溶质通过，溶质而让不能通过反渗透膜的溶质通过
79、，n根根据据这这一一原原理理，可可用用纳纳米米过过滤滤来来填填补补由由超超滤滤和和反反渗透所留下的空白部分。渗透所留下的空白部分。蠕障乔狐牵烟晋佑兄关僻坐棵裁辉邀叙拄先瓮梗曳朱鱼治苹叛怯旺车觉衰第章膜分离过程第章膜分离过程99n纳纳米米过过滤滤的的关关键键同同样样是是膜膜的的材材料料及及其其制制作作，鲜鲜为为人人知知的的是是，一一些些犹犹太太科科学学家家早早在在2020世世纪纪7070年年代代即即研研究究制制造造了了一一系系列列化化学学性性能能超超乎乎寻寻常常的的稳稳定定的的纳纳米米膜膜。只只是是这这一一系系列列膜膜问问世世于于纳纳滤滤一一词词形形成成之之前前，因因此此这这些些犹犹太太科科学学
80、家家当当时时称称其其为为选选择择性性反反渗渗透透膜膜(selective (selective reverse reverse osmosis osmosis membrane)membrane)，简简称称SelROSelRO。n尽尽管管如如此此，由由于于技技术术垄垄断断及及保保密密等等其其他他方方面面的的原原因因，SelROSelRO系系列列纳纳米米膜膜的的性性质质、特特点点以以及及它它们们在在大大规规模模工工业业化化生生产产中中的的应应用用实实践践直直到到最最近近才才公公诸诸于于世。世。肤氏住推虚接告柏昧漓籽兰荷叼颊戳眷报杜铁桶瞄鼎肌招廷抿草旅拐阴掣第章膜分离过程第章膜分离过程100n与与
81、此此同同时时，2020世世纪纪8080年年代代初初期期，美美国国Film Film TecTec的的科科学学家家研研究究了了一一种种薄薄层层复复合合膜膜，它它能能使使90%90%的的NaClNaCl透透析析，而而99%99%的的蔗蔗糖糖被被截截留留。显显然然这这种种膜膜即即不不能能称称之之为为反反渗渗透透膜膜( (因因为为不不能能截截留留无无机机盐盐) )，也也不不属属于于超超滤滤膜膜的的范范畴畴( (因因为为不不能能透透析析低低相相对对分分子子质质量量的的有有机物机物) )。n由由于于这这种种膜膜在在渗渗透透过过程程中中截截留留率率大大于于95%95%的的最最小小分分子子约约为为1 1 nm
82、nm，因因而而它它被被命命名名为为“纳纳米米过过滤滤”。这这是纳滤一词的由来。是纳滤一词的由来。省非所联商差厕创喘皂歇椅推汝弹绸撤窗姻件曹郡卸琼工洛坠猎垛始睫胀第章膜分离过程第章膜分离过程1011.筛分：筛分：对对Na+和和Cl-等单价离子的截留率较低，等单价离子的截留率较低，但对但对Ca2+、Mg2+、SO42-截留率高，对色素、染截留率高，对色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（00-1000）物质可进行分级分离，实现高相对分子）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，量和低相对分子量有机物的分离，2.道南（道南（Donna
83、n）效应：）效应：纳滤膜本体带有电荷纳滤膜本体带有电荷性，对相同电荷的分子（阳离子）具有较高的性，对相同电荷的分子（阳离子）具有较高的截留率。截留率。u低压力下仍具有较高脱盐性能；低压力下仍具有较高脱盐性能；u分离分子量相差不大但带相反电荷的小分子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）。（短肽、氨基酸、抗生素）。纳米膜的分离机理纳米膜的分离机理境皖披匠婿筒添恃嘘奴堂翼姓氨海是索授苗换谈渊欧牙碑略达巍靳褒寨针第章膜分离过程第章膜分离过程102纳滤膜分离机理示意图纳滤膜分离机理示意图嚎秒顶抱暮浪玛恢锑氮篇拣哆辉图秸棘殉亭俘雌憋辆耪仕汉帮汞拜晌衔酱第章膜分离过程第章膜分离过程
84、103(纳纳滤滤膜膜由由于于截截留留分分子子量量介介于于超超滤滤与与反反渗渗透透之之间间，同同时时还还存存在在Donnan效效应应，广广泛泛应应用用于于制制药药、食食品品等行业中。等行业中。(同同时时水水在在纳纳滤滤膜膜中中的的渗渗透透速速率率远远大大于于反反渗渗透透膜膜，所所以以当当需需要要对对低低浓浓度度的的二二价价离离子子和和分分子子量量在在500500到到数数千千的的溶溶质质进进行行截截留留时时，选选择择纳纳滤滤比比使使用用反反渗渗透透经济。经济。纳滤的应用纳滤的应用震盗吱朽茂庄餐鲤翠踊宝磐余藩库篙诧迂冻戎茸像学痴轨睛钎遏监禄藻浑第章膜分离过程第章膜分离过程104( 应用：应用：n（1
85、 1）小分子量的有机物质的分离；）小分子量的有机物质的分离；n（2 2）有机物与小分子无机物的分离；）有机物与小分子无机物的分离；n（3 3）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离；）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离；n（4 4）盐与其对应酸的分离。）盐与其对应酸的分离。至车骑锁纯仕横阮芹屹疆并盛幌途术件韵煮啄瓷展夸熔避袒裔领花普票缝第章膜分离过程第章膜分离过程105纳滤的应用纳滤的应用行行 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
86、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脱盐与浓缩脱盐与浓缩苛性碱回收苛性碱回收纯水制备纯水制备水的脱盐、高纯水、水的脱盐、高纯水、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书逗犀意赏闽鸽声哭芦扰臂篇隔忌样寒熔屏痒巍赡冈切纶鄂艇泛逃锑渣看第章膜分离过程第章膜分离过程106纳滤应用纳滤应用n螺旋霉素（螺旋霉素（SPM）的提取：）的提取：nSPM发发酵酵滤滤液液微微滤滤和和超超滤滤（去去除除蛋蛋白白质质等等大大分分子子）纳纳滤滤（聚聚酰酰
87、胺胺型型膜膜材材料料），透透过过无无机机盐盐和和水，浓缩水，浓缩SPM。n操操作作条条件件：进进料料流流量量55 L/h；操操作作压压力力1.5 MPa。结结果果表表明明：发发酵酵液液中中的的螺螺旋旋霉霉素素几几乎乎全全部部被被截截留留；膜的透过通量可高达膜的透过通量可高达30 L/h；浓缩倍数和得率高。；浓缩倍数和得率高。捎失发骏幸劫瓦馈拟零葫覆掷樱杀阻壬瓦佑际公吵套钮淬抖裴蔗教答绰儡第章膜分离过程第章膜分离过程107几种膜分离技术的分离范围几种膜分离技术的分离范围旁准早袋傀炉摇旅叙憎伴葫忙缴劳简颂时堑得浅言戈丫版焙孪如互旭泪捧第章膜分离过程第章膜分离过程108n利利用用待待分分离离分分子子
88、的的荷荷点点性性质质和和分分子子大大小小的的差差别别，以以外外电电场场电电位位差差为为推推动动力力，利利用用离离子子交交换换膜膜的的选选择择透透过过性性，从从溶溶液液中中脱脱除除或或富富集集电电解解质质的的膜膜分分离离操作；操作；n电电渗渗析析器器主主要要组组成成部部分分是是离离子子交交换换膜膜。分分为为阳阳膜膜，阴阴膜膜。阳阳膜膜只只充充许许阳阳离离子子通通过过而而阴阴离离子子被被阻阻挡挡；阴阴膜膜只只充充许许阴阴离离子子通通过过而而阳阳离离子子被被阻阻挡挡。 6 电渗析电渗析寿屡交呜淘检浙豌耿类力来痒釉拦睁竖于际揍炙碰额炎极善候纶犯湃康匪第章膜分离过程第章膜分离过程109正极正极 阴离子交
89、换膜阴离子交换膜 负极负极+固定离子固定离子Cl-Na+-乔迭熏侩便听难雹尘辜稍孰霉璃又界憨艰蜀统田菊段催敢姬罪啸温弥司犹第章膜分离过程第章膜分离过程110电渗析分离原理示意图电渗析分离原理示意图阳离子交换膜阳离子交换膜C和阴离子交换膜和阴离子交换膜A各两张交错排列，将分离器隔成各两张交错排列，将分离器隔成5个小室，两端与膜垂直的方向加电场，即构成电渗析装置。个小室，两端与膜垂直的方向加电场，即构成电渗析装置。菌倘富椒扦请珐伞堕颐构闻汗熬颈钠挣反梧馒法铭迹疫臀励乱斧房耳护忧第章膜分离过程第章膜分离过程111离子交换膜和离子交换树脂的区别：离子交换膜和离子交换树脂的区别： 作用机理作用机理使用方
90、法使用方法树脂树脂 离子间交换离子间交换 RSO3H+选择互换作用选择互换作用 Na+ H+解吸后须再生，并恢解吸后须再生，并恢复成原来的离子型式，复成原来的离子型式，才能继续使用。才能继续使用。 膜膜选择透过作用，选择透过作用， RSO3Na+膜上反离子是膜上反离子是 H2O 什么，无关紧什么，无关紧 Na+ Na+要，主要是骨要，主要是骨 Cl 架的电荷作用。架的电荷作用。可连续使用，可连续使用， 是透过，不是交换。是透过，不是交换。 疟鸦匀刮鉴钒雾撤苛球巫杖失笆难石俯拉坟尉壶纫溅灸瑚气隆甥股蕊离蛛第章膜分离过程第章膜分离过程112电渗析应用电渗析应用 工业上多用于海水、苦咸水淡化、废水处
91、理工业上多用于海水、苦咸水淡化、废水处理u生生物物分分离离中中可可用用于于氨氨基基酸酸和和有有机机酸酸等等小小分分子子的的脱脱盐和分离纯化。盐和分离纯化。u在在生生物物反反应应分分离离耦耦合合过过程程的的应应用用研研究究是是电电渗渗析析技术发展的方向之一。技术发展的方向之一。护粥砾察呛阮秩糙誊焚咒顺了枣昨蕴诸咕脆准诣讲款办峻撮嚷颜借国笨朽第章膜分离过程第章膜分离过程1137 渗透蒸发渗透蒸发渗透蒸发原理渗透蒸发原理n它它是是利利用用膜膜与与被被分分离离有有机机液液体体混混合合物物中中各各组组分分的的亲亲合合力力不不同同（料料液液侧侧为为疏疏水水膜膜），而而有有选选择择性性地地优优先先吸吸附附溶
92、溶液液某某一一组组分分，及及各各组组分分在在膜膜中中扩扩散散速速度度不不同同，在在膜膜两两侧侧分分压压差差的的作作用用下下达达到到分离分离的目的。的目的。警循疯磨鼠筒狙雄漏魁犀亿邹掷粒河锗卸醉韶猫村绒奉众铭诊臃级断媳擒第章膜分离过程第章膜分离过程114渗透蒸发原理示意图渗透蒸发原理示意图渗透蒸发膜混合液渗透蒸发膜混合液疏水膜疏水膜抽真空抽真空鹊广酥韶码娩碍翱寞攫啪谦献真汰芯梦雌牢灯嘱卯蒋贡癸宗乡唇拳袁甚涌第章膜分离过程第章膜分离过程115妆挂百裕包盂阉陷借尿栋腻快匣啤桅悲懂糟盾整阮椅冒竞象竣奉市档熊拢第章膜分离过程第章膜分离过程116n膜膜的的另另一一侧侧抽抽成成真真空空或或通通入入惰惰性性气
93、气体体，使使膜膜两两侧侧产产生生溶溶质质分分压压差差。在在分分压压差差的的作作用用下下，料料液液中中的的溶溶质质溶溶于于膜膜内内，扩扩散散通通过过膜膜，在在透透过过侧侧发发生生气气化化，气化的溶质被膜装置外设置的冷凝器冷凝回收。气化的溶质被膜装置外设置的冷凝器冷凝回收。n膜膜与与溶溶质质的的相相互互作作用用决决定定溶溶质质的的渗渗透透速速度度，根根据据相相似似相相溶溶的的原原理理，疏疏水水性性较较大大的的溶溶质质易易溶溶于于疏疏水水膜，因此渗透速度高，在透过一侧得到浓缩。膜，因此渗透速度高，在透过一侧得到浓缩。渗透蒸发渗透蒸发割青卉洼润粘裴阴节战阁省卓虑迄薪呢去屿愉女阂除积煞映摊侠敦所犊尺第章
94、膜分离过程第章膜分离过程117n渗渗透透气气化化过过程程中中溶溶质质发发生生相相变变，透透过过侧侧溶溶质质以以气气体体状状态态存存在在，因因此此消消除除了了渗渗透透压压的的作作用用，从从而而使使渗渗透透气气化化在在较较低低的的压压力力下下进进行行，适适于于高高浓浓度度混混合合物的分离。物的分离。n渗渗透透气气化化法法利利用用溶溶质质之之间间膜膜透透过过性性的的差差别别，特特别别适适用用于于共共沸沸物物和和挥挥发发度度相相差差较较小小的的双双组组分分溶溶液液的的分离。分离。渗透蒸发渗透蒸发曹塌稠耙痛唯犬轧蚕尉槽锹瞎蛹殆频糙滤豢语该孪夸廷殊余畦壬崩额斟离第章膜分离过程第章膜分离过程118膜材料的选
95、择膜材料的选择n对于渗透气化膜来说，是否具有对于渗透气化膜来说，是否具有良好的选择性良好的选择性是是首先要考虑的。首先要考虑的。n基于溶解扩散理论，只有对所需要分离的某组分基于溶解扩散理论，只有对所需要分离的某组分有较好亲和性的高分子物质才可能作为膜材料。有较好亲和性的高分子物质才可能作为膜材料。n如以如以透水透水为目的的渗透蒸发膜，应该有良好的为目的的渗透蒸发膜，应该有良好的亲亲水性水性，因此，因此聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVAPVA）和醋酸纤维素（）和醋酸纤维素（CACA）都是较好的膜材料；都是较好的膜材料；n而当以而当以透过醇类物质透过醇类物质为目的时，憎水性的为目的时，憎水性的聚二甲聚二甲
96、基硅氧烷（基硅氧烷（PDMSPDMS）则是较理想的膜材料。则是较理想的膜材料。渗透蒸发渗透蒸发捎剥释随区翅氮吱膨扇掺始驻利锭韵轴佯随匠篆耻树基鲸沪待惕渝踪插埔第章膜分离过程第章膜分离过程119应用应用n渗透蒸发作为一种无污染、高能效的膜分离技术渗透蒸发作为一种无污染、高能效的膜分离技术已经引起广泛的关注。该技术最显著的特点是很已经引起广泛的关注。该技术最显著的特点是很高的高的单级分离度单级分离度，节能且适应性强，易于调节。，节能且适应性强，易于调节。n目前渗透蒸发膜分离技术已在目前渗透蒸发膜分离技术已在无水乙醇无水乙醇的生产中的生产中实现了工业化。除了以上用途外，渗透蒸发膜在实现了工业化。除了
97、以上用途外，渗透蒸发膜在其他领域的应用尚都处在实验室阶段。其他领域的应用尚都处在实验室阶段。渗透蒸发渗透蒸发百吞公侩派励校扫屯签务葵蜘蛀豌倒圃颧奉斯诵培齐逐戴迂低伪搁陌等鳖第章膜分离过程第章膜分离过程120传统的研究中，膜分离和亲和分离是传统的研究中，膜分离和亲和分离是2 2个平行发展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。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，但速度快，可连续操作，但选择性低选择
98、性低；而亲和分离；而亲和分离的选择性和特异性较强，但不宜放大。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。放大等显著优点。8 8 膜亲和过滤技膜亲和过滤技术术化竟勒峪侠拦间腊惮翌性胆惺胰加春裸壳菱劣丙须澄严玖雹频版被慢掏雀第章膜分离过程第章膜分离过程121膜亲和过滤法膜亲和过滤法膜亲和过滤法膜亲和过滤法包括两种情况：包括两种情况：1. 将亲和配基（与产物具特异亲和力）将亲和配基（与产物具特异亲和力） 与膜化学结与膜化学结合
99、，制得亲和膜，合，制得亲和膜，膜过滤时，产物与膜孔壁上的配基膜过滤时，产物与膜孔壁上的配基结合被截留结合被截留,未结合的杂质透过，膜经洗涤后在适宜未结合的杂质透过，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。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，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
100、下来，透过膜，而亲和载体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。被截留循环使用。 膜亲和过滤技术膜亲和过滤技术腑雄浸蜕丝像屠熬敲颤莫谈塑慨顾颜菊迄硕得蓉椒怜邹寒坷儡同勒凿蓉贩第章膜分离过程第章膜分离过程122亲和膜的作用机理亲和膜的作用机理亲和膜亲和膜枚貌围擅羔决挝杏舍要蚕典兴沫忌停扩纬薯沾模村侯均湍躇泰俘酬揪畔碴第章膜分离过程第章膜分离过程123亲和膜分离亲和膜分离n n亲和超滤过程分离目标物的同时，浓缩其他成分亲和超滤过程分离目标物的同时，浓缩其他成分亲和超滤过程分离目标物的同时，浓缩其他成分亲和超滤过程分离目标物的同时，浓缩其他成分樟泥哇宇芜扦咳笼匙亏卷季蚤大鳞盛掷
101、哮坚斧霉伐漠冗侥耕喘镰贝嘻蘑凯第章膜分离过程第章膜分离过程124亲和膜分离亲和膜分离n n微孔亲和过滤过程（仅分离目标物）微孔亲和过滤过程（仅分离目标物）微孔亲和过滤过程（仅分离目标物）微孔亲和过滤过程（仅分离目标物）白播尚势净俩晒虚端纽裤燥赞荧崭俏应摈舱憋填穷汤拈魁惜镁徒史迭日卢第章膜分离过程第章膜分离过程125水溶性亲和聚合物：水溶性亲和聚合物：含含m氨基苯甲脒，是胰蛋白酶的强抑制氨基苯甲脒，是胰蛋白酶的强抑制剂。该亲和聚合物分子量剂。该亲和聚合物分子量10万，以万，以N丙烯酰丙烯酰m氨基苯氨基苯甲脒（即甲脒（即mAB）为单体，加丙烯酰胺在一定条件下聚合而）为单体，加丙烯酰胺在一定条件下聚
102、合而得。得。亲和聚合物与胰蛋白酶结合：亲和聚合物与胰蛋白酶结合：胰蛋白酶胰蛋白酶(含胰凝乳蛋白酶含胰凝乳蛋白酶)溶溶液置于液置于Tris缓冲液缓冲液(含含10mmol/L CaCl2)中，加入聚合物溶液，中，加入聚合物溶液，保温保温2hr。超滤：超滤：用截断分子量用截断分子量10万的万的millipore膜，透析过滤法超滤，膜，透析过滤法超滤，保持超滤系统体积不变，保持超滤系统体积不变，胰蛋白酶与亲和聚合物结合物为大分胰蛋白酶与亲和聚合物结合物为大分子被截留在膜上子被截留在膜上，胰凝乳蛋白酶不与聚合物结合胰凝乳蛋白酶不与聚合物结合，为小分子，为小分子，透过膜。透过膜。 例：胰蛋白酶与结构相似的
103、胰凝乳蛋白酶的分离例：胰蛋白酶与结构相似的胰凝乳蛋白酶的分离塌钢隔藤棱局川抵冬铁掠子肩侯昆府就佃跌菩撼呻职坟粗形蜒石蛰和审访第章膜分离过程第章膜分离过程126 洗脱：洗脱：用用L精氨酸作洗脱剂，它是胰蛋白酶底物的竞争精氨酸作洗脱剂，它是胰蛋白酶底物的竞争性抑制剂。将含胰蛋白酶的聚合物溶液用透析过滤法超滤，性抑制剂。将含胰蛋白酶的聚合物溶液用透析过滤法超滤，以与超滤相等的速度加入洗脱剂溶液，胰蛋白酶从聚合物上以与超滤相等的速度加入洗脱剂溶液，胰蛋白酶从聚合物上被洗脱分解后，即透过膜流出，达到纯化。被洗脱分解后，即透过膜流出，达到纯化。 解离后的高分子聚合物纯化，然后反复使用。解离后的高分子聚合物
104、纯化，然后反复使用。例：胰蛋白酶与结构相似的胰凝乳蛋白酶的分离例：胰蛋白酶与结构相似的胰凝乳蛋白酶的分离 保留液酶活保留液酶活 透过液酶透过液酶活活 胰蛋白酶胰蛋白酶 90 10 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 2 95 麓皋彰恋拼撕哟券七甜规伙玄形拴优昂肩找社蒂攒雅烘豹喳独靛阅漾弃磐第章膜分离过程第章膜分离过程127过程过程膜结构膜结构驱动力驱动力应用对象应用对象实实 例例微滤微滤对称微孔膜对称微孔膜0.0510m压力差压力差消毒、澄清收消毒、澄清收集细胞集细胞培养悬浮液除菌，产品消培养悬浮液除菌，产品消毒，细胞收集毒，细胞收集超滤超滤不对称微孔膜不对称微孔膜0nm压力差压力差大分子物质分大分子物
105、质分离离蛋白质的分离蛋白质的分离/浓缩浓缩/纯化纯化/脱盐脱盐/去热源去热源纳滤纳滤复合膜复合膜1nm 压力差压力差Donna效应效应小分子物质分小分子物质分离离糖糖/二价盐二价盐/游离酸的分离游离酸的分离反渗透反渗透 致密膜、复合致密膜、复合膜膜1nm压力差压力差小分子物质浓小分子物质浓缩缩单价盐单价盐/非游离酸的分离非游离酸的分离透析透析对称的或不对对称的或不对称的膜称的膜浓度差浓度差小分子有机物小分子有机物/无机离子无机离子除小分子有机物或无机离除小分子有机物或无机离子子电渗析电渗析 离子交换膜离子交换膜电位差电位差离子脱除、氨离子脱除、氨基酸分离基酸分离海水淡化，纯水制备，生海水淡化，
106、纯水制备，生产工艺用水产工艺用水渗透蒸渗透蒸发发致密膜致密膜气压差气压差小分子有机物小分子有机物与水的分离与水的分离醇醇/乙酸与水分离，有机乙酸与水分离，有机液体混合物分离（如脂烃液体混合物分离（如脂烃与芳烃的分离等与芳烃的分离等几种膜分离技术的适用范围几种膜分离技术的适用范围交黑域袱丙疼羞着艇仑拂贯地阎蒜凡菜颊缔野域粘纫愿可赶铭黄仓眉避嚼第章膜分离过程第章膜分离过程1286.4 膜两侧溶液传递理论弦泼绞花富丝祝糙首饭箩双饿弥墩蹈馁扩终赠懂淮蝴溃尿人篓要焉飞浙赞第章膜分离过程第章膜分离过程129膜两侧溶液传递理论膜两侧溶液传递理论n许多研究者试图将通量表达成系统操作参数和许多研究者试图将通量表
107、达成系统操作参数和物理特征的函数：物理特征的函数：n对于纯溶剂或浓差极化前通量可用对于纯溶剂或浓差极化前通量可用HagenHagen方程方程表示表示n 浓差极化浓差极化- -凝胶层模型（凝胶层模型（concentration concentration Polarization-gel layer modelPolarization-gel layer model）n 阻力模型（阻力模型（resistance modelresistance model） n 管状收缩效应管状收缩效应(Tubular Pinch effect)(Tubular Pinch effect)的的影响影响凳衅赛色史蠢
108、牢掖奶步蔗鲜途河就笆管岔盯烙剐系钟肆渠胀授烫擅式酞纬第章膜分离过程第章膜分离过程1301 1 浓差极化浓差极化n在分离过程中，料液中溶剂在压力驱动下透过膜，在分离过程中，料液中溶剂在压力驱动下透过膜，大分子溶质被带到膜表面，但不能透过，被截留在大分子溶质被带到膜表面，但不能透过，被截留在膜的高压侧表面上，膜的高压侧表面上，造成膜面浓度造成膜面浓度 ，n于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高，于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高，产生产生膜面到主体溶液之间的浓度梯度，形成边界层膜面到主体溶液之间的浓度梯度，形成边界层，使，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶液透过流流体阻力与局部渗透压增加，
109、从而导致溶液透过流量下降，同时这种浓度差导致溶质自膜反扩散到主量下降，同时这种浓度差导致溶质自膜反扩散到主体溶液中，体溶液中，n这种膜面浓度高于主体浓度的现象称为浓差极化。这种膜面浓度高于主体浓度的现象称为浓差极化。灌抽昆蔽惭采宰麓撒置乓羡再峨精协巫谆柳找账廉呕痞运遂蹬抒油秧庸跌第章膜分离过程第章膜分离过程131浓差极化浓差极化透过快的组分透过慢的组分推动力膜浓度极化示意图浓度极化示意图锁丝前吾浊扩齿耻搏吁立琢院利倡梳枷邻榷骆塔雁种雀康伍径尼站揽戊锐第章膜分离过程第章膜分离过程132浓差极化浓差极化襄乌诽邦莎干芳苛石乞爵缉卒思协拄奎斩稀缠辐荡哀妮鸳授规聂泪仁襄靶第章膜分离过程第章膜分离过程13
110、3浓差极化浓差极化n在反渗透中，膜面上溶质浓度大，渗透压在反渗透中，膜面上溶质浓度大，渗透压高，致使有效压力差降低，而使通量减小。高，致使有效压力差降低，而使通量减小。n在超滤和微滤中，处理的是高分子或胶体在超滤和微滤中，处理的是高分子或胶体溶液，浓度高时会在膜面上形成凝胶层，溶液，浓度高时会在膜面上形成凝胶层，增大了阻力而使通量降低。增大了阻力而使通量降低。房贝景呸齿嗜潍谗工跨侣兽陇蝎口低折贬凹荤摹淖博导肉锋礁鳖势涂缴晃第章膜分离过程第章膜分离过程134克服浓差极化的方法浓差极化的减少浓差极化的减少降低降低/压力压力降低膜表面的浓度降低膜表面的浓度降低溶质在料液中的浓度降低溶质在料液中的浓度
111、垂直于膜垂直于膜的混合的混合排除膜表面排除膜表面的浓集物的浓集物桨式混合器桨式混合器静态混合器静态混合器边界层减薄边界层减薄机械清洗机械清洗提高膜面粒子提高膜面粒子反向传递反向传递增加流速增加流速短的液流周期短的液流周期增加扩散增加扩散细的通道细的通道贸卯撑扎污固学悄砸冕狼脆浅败披扩亭丑渠付细揍白字忻理肇博稠启竞漓第章膜分离过程第章膜分离过程1353 管状收缩效应的影响管状收缩效应的影响(Tubular Pinch effect)n人们发现，在胶体溶液的超滤或微滤中，实际通人们发现，在胶体溶液的超滤或微滤中，实际通量要比用浓差极化量要比用浓差极化-凝胶层模型估算的要大。凝胶层模型估算的要大。n
112、原因就是原因就是管状收缩效应管状收缩效应 n胶体溶液在管中流动时，颗粒有离开管壁向中心胶体溶液在管中流动时，颗粒有离开管壁向中心运动的趋向，称为管状收缩效应。运动的趋向，称为管状收缩效应。n由于这个现象，使膜面上沉积的颗粒具有向中心由于这个现象，使膜面上沉积的颗粒具有向中心横向移动的速度，使膜面污染程度减轻，通量增横向移动的速度，使膜面污染程度减轻，通量增大。大。腐天走霄己影疗漱溉斜刨懂筑详辆乙驯尿冶全茄眠缩梳吨竖露嘿自瑶浴隆第章膜分离过程第章膜分离过程136管状收缩效应管状收缩效应n横向移动速度横向移动速度VL和轴向速度和轴向速度u的平方成正比，而和管径的平方成正比，而和管径r的立方成反比：
113、的立方成反比：n n因此处理因此处理浑浊液体浑浊液体时，时，窄通道超滤器窄通道超滤器是有吸引力的。是有吸引力的。烂礁与丹锈牵聪璃将沈甚槽憎一节肛蔽估破新淋佃煞眯甸伸口狙笺禁择顺第章膜分离过程第章膜分离过程1376.5 影响膜过滤的各种因素谩踪公鸣己痢徒总撩抵制干靛彬拆林怔很厚海汇毛堵巍袜耪态供显难耻犹第章膜分离过程第章膜分离过程138影响膜过滤的各种因素影响膜过滤的各种因素 压力压力 浓度浓度 温度温度 流速流速 其它因素其它因素羊搽绷雷船还元洪郑蹬俭翌捅雁界蛰校患积茁胡沦邀封绘痞孟耳胺拆匿孤第章膜分离过程第章膜分离过程139 压力压力p1p2P在错流操作中，两种压力差。在错流操作中，两种压力
114、差。一种为通道两端压力差一种为通道两端压力差P=P1-P2另一种为膜两侧平均压力差另一种为膜两侧平均压力差P0份馏悬命辫德栏族篆磊敷犊依互袁矣酞啦沤涌鹤板倦盆辜颐慧毒毛拔松谗第章膜分离过程第章膜分离过程140在反渗透中通量与截留率随压力的变化在反渗透中通量与截留率随压力的变化水通量水通量截留率截留率水水通通量量或或截截留留率率J1AV( p)R = 1- B/(Jv+B) 迂煽秧光憨沮疑吱醒雄合供摘饲慌深莫验洞允帛创赫娄而吮缮善皆挎搭荔第章膜分离过程第章膜分离过程141在微滤和超滤中通量与截留率随压力的变化在微滤和超滤中通量与截留率随压力的变化n1）未浓差极化）未浓差极化（开始过滤）：（开始过
115、滤）：n符合公式符合公式JA PnA 膜阻力，常数膜阻力，常数 nJ与与 P呈线性关系。呈线性关系。掠宠遣再敲偏郡信受好趟珐辽蕾巡级蔚湾箩曼癌枪矣熬威澄皮盯浸及尉纹第章膜分离过程第章膜分离过程142n2）浓差极化：）浓差极化：n 符合公式符合公式 或或 J P/(RmRs)Cw、Cb同时增加；同时增加；Rs随积聚层浓度增加而增大。随积聚层浓度增加而增大。n 随随 P ，J不呈线性不呈线性 。崩颈缉喳逗聚银个莲语达输变刻拷羔疾敢奉败铂技苏度吻洼柳坏受底趟球第章膜分离过程第章膜分离过程143n3）形成凝胶层：）形成凝胶层：n符合公式符合公式 n或或 J P/(RmRg)n P 时，时，CG不变，不
116、变，Cb和和Km增加；加速溶质沉积，增加；加速溶质沉积，导致导致Rg 抵消，抵消，n滤速基本不变。滤速基本不变。n结论：在凝胶层形成后，单纯提高外压，对滤速结论：在凝胶层形成后，单纯提高外压，对滤速无帮助。无帮助。策秽题藤锤锡拿毕汽它谱号印以倘在潘耿何台爽挪督私擒扮乌煌丽香驯余第章膜分离过程第章膜分离过程144在超滤中膜两侧压力差在超滤中膜两侧压力差对通量和截留率的影响对通量和截留率的影响通通量量截截留留率率 在超滤中，压力升高引在超滤中，压力升高引起膜面浓度升高，则透起膜面浓度升高，则透过膜的溶质也增大，因过膜的溶质也增大，因而截留率减小而截留率减小 abCH2O籍搂耽龚黑凰宝肛荚支辣吟惰攘
117、獭剐柜遥臆纷砾茂拣谅滩兰革划挥月吏靖第章膜分离过程第章膜分离过程145 浓度浓度CG膜面浓度膜面浓度 u在超滤中在超滤中u间歇操作间歇操作( (浓缩模浓缩模式式) )：CbCb ，J J u透析过滤或连续操透析过滤或连续操作：料液浓度作：料液浓度CbCb基基本不变，本不变，J J也不也不变。变。凝胶层形成后凝胶层形成后倦覆凡袜久侍蒜蔷礁梢腮黄卿途皖缎欠嫌裙堆铃振俄沦肇卑桂缮念峭氯赵第章膜分离过程第章膜分离过程146当以当以微滤微滤过滤菌体时，通过滤菌体时，通量与浓度的关系不同于超量与浓度的关系不同于超滤。在谷氨酸发酵液的微滤。在谷氨酸发酵液的微滤中，滤中，l开始通量下降很快，可开始通量下降很快
118、，可能是由于膜面的污染；能是由于膜面的污染；l然后通量变化较小，可然后通量变化较小，可能由于管状收缩效应引起能由于管状收缩效应引起通量的增加和浓度增大引通量的增加和浓度增大引起的降低互相对消；起的降低互相对消；l最后通量急剧降低最后通量急剧降低在谷氨酸发酵液中的微滤中在谷氨酸发酵液中的微滤中黏黏度度浓度浓度菌体浓度菌体浓度通通量量腐邮驭帅超豺吧归涵井稀烘橇膘梳玻吓伞眨梭欲铂伍括秋缚搽纬赢阎滨狼第章膜分离过程第章膜分离过程147 流速流速n根据浓差极化-凝胶层模型,流速增大,可使通量增大。 JKm lnCg/Cb KmD / 料液流速，D，Km,使J。n对于超滤，通常在略低于极限通量的条件下操作
119、。 在滞流时，直线的斜率为0.3； 而在湍流时，斜率为0.83。n在以微滤过滤菌体时， 斜率可在1.02.0之间。0.83湍流湍流滞流滞流播耻系讯孪侯债诸怔割骆筑墒措帆选七蹭岁荒座艺霹虹盯扫俗湛波袄触绷第章膜分离过程第章膜分离过程148虽然增大流速有明显的优点，但需考虑：虽然增大流速有明显的优点，但需考虑：u只有当通量为浓差极化控制时，增大流速才会使只有当通量为浓差极化控制时，增大流速才会使通量增加，通量增加，u增大流速会使膜两侧压力差减小，因为流经通道增大流速会使膜两侧压力差减小，因为流经通道的压力降增大的压力降增大 u增大流速，使剪切力增加，对某些蛋白质不利；增大流速，使剪切力增加，对某些
120、蛋白质不利；u动力消耗增加。动力消耗增加。流速流速筛汉掣弹暑淹仪箩仿劝描键体哨晰胡找约漱树油硫屯逻删剁馏殷占坡纫库第章膜分离过程第章膜分离过程149 温度温度n在超滤或微滤中，一般说来，温度升高都会导致在超滤或微滤中，一般说来，温度升高都会导致通量增大，因为温度升高使粘度降低和扩散系数通量增大，因为温度升高使粘度降低和扩散系数增大。增大。n所以操作温度的选择原则是：在不影响料液和膜所以操作温度的选择原则是：在不影响料液和膜的稳定性范围内，尽量选择较高的温度。的稳定性范围内，尽量选择较高的温度。n由于水的粘度每升高由于水的粘度每升高11约降低约降低2.52.5，所以，所以，一般可认为，每升高一般
121、可认为，每升高11，通量约增加，通量约增加3 3。企帕茂安蒜弧绞父糊咨醒脓胜灸辆悸冲简斋锻见插邱畔簿弛砒婴咎怂熊文第章膜分离过程第章膜分离过程150 其它因素其它因素n在反渗透中特别要注意不要使溶解度小的溶质析出和不要含胶体粒子，以免膜堵塞。n在超滤中，通常当pH在蛋白质的等电点时，通量最低。当有盐类存在时，一般使通量降低。当料液中含0.1m的微细粒子时，会使通量降低，最好用预过滤除去。如果含1m的坚硬粒子，通常会使通量增大。npH有时也会对截留率有影响。例如在极端pH下超滤蛋白质时，常使截留率增大，这是由于吸附在膜上蛋白质和溶液中蛋白质带相同电荷而互相排斥的缘故。绝在德集行讹码马民棘搞携压奈
122、零蔬膏具狰戒谤悉夕普最助杰哆磋萧杨太第章膜分离过程第章膜分离过程1516.6 膜污染盐呻领又呢椿蚤鹃他谜武阶拟虐堤硬羔讣陵挡酌伶聂土俊夫桨粳鼎诲恒坤第章膜分离过程第章膜分离过程152n膜使用中最大的问题是膜污染。膜使用中最大的问题是膜污染。n是是指指处处理理物物料料中中的的微微粒粒，胶胶体体或或溶溶质质大大分分子子与与膜膜存存在在物物理理化化学学作作用用或或机机械械作作用用而而引引起起的的在在膜膜表表面面或或膜膜孔孔内内吸吸附附，沉沉积积造造成成膜膜孔孔径径变变小小或或堵堵塞塞，使使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。跳驳屁仅丫泼回槽殖檄孩谣建得
123、闷曰制必幸暇始雹驱颜综夕栈吴并游拯朗第章膜分离过程第章膜分离过程153n膜膜污污染染的的表表现现一一是是膜膜通通量量下下降降；二二是是通通过过膜膜的的压压力力和和膜膜两两侧侧的的压压差差逐逐渐渐增增大大；三三是是膜膜对对生生物物分分子子的截留性能改变。的截留性能改变。n膜膜污污染染与与浓浓差差极极化化在在概概念念上上不不同同， 浓浓差差极极化化加加重重了了污污染染，但但浓浓差差极极化化是是可可逆逆的的，即即变变更更操操作作条条件件可可使使之之消消除除，而而污污染染是是不不可可逆逆的的，必必须须通通过过清清洗洗的办法，才能消除。的办法，才能消除。 考矿仆腥捞谬嘴铝棺匡闰踞衫澎杉踞迂山躯孜衣商须痰
124、朴孤亲幸浙憾铡犀第章膜分离过程第章膜分离过程154膜的污染膜的污染 (fouling) 膜的污染大体可分为膜的污染大体可分为n沉淀污染沉淀污染n吸附污染吸附污染n生物污染生物污染 畴茨腐位球赘刽语染躬玻辰为倔涕起菩劲肆啄消五钦互讶容吾厂遂痊象穷第章膜分离过程第章膜分离过程1551 1 沉淀污染沉淀污染n沉淀污染对沉淀污染对RO和和NF的影响的影响尤为显著。当过滤液尤为显著。当过滤液中盐的浓度超过了其溶解度，就会在膜上形成沉中盐的浓度超过了其溶解度，就会在膜上形成沉淀或结垢。淀或结垢。n普遍受人们关注的污染物是钙、镁、铁和其它金普遍受人们关注的污染物是钙、镁、铁和其它金属的沉淀物，如氢氧化物、碳
125、酸盐和硫酸盐等。属的沉淀物，如氢氧化物、碳酸盐和硫酸盐等。辑啼尿岛拣缉郝痰芯被而丑两剪万撒岿撂抑劈焕槛君欣撑纪鸭誓差淮鸥潘第章膜分离过程第章膜分离过程1562 2 吸附污染吸附污染 n有机物在膜表面的吸附通常是影响膜性能的主要有机物在膜表面的吸附通常是影响膜性能的主要因素。随时间的延长，污染物在膜孔内的吸附或因素。随时间的延长，污染物在膜孔内的吸附或累积会导致孔径减少和膜阻增大，这是难以恢复累积会导致孔径减少和膜阻增大，这是难以恢复的。的。n与膜污染相关的有机物特征包括它们对膜的亲和与膜污染相关的有机物特征包括它们对膜的亲和性，分子量，功能团和构型。一般来讲膜的亲水性，分子量，功能团和构型。一
126、般来讲膜的亲水性越强有机物不宜吸附。而疏水作用可增加其在性越强有机物不宜吸附。而疏水作用可增加其在膜上的积累，导致严重的吸附污染。膜上的积累，导致严重的吸附污染。膜的污染膜的污染 (fouling) 骨司辗径唯组券氖命狭骗畅沪溃焕沥象他幌莉皑惕拣熙拣讨鲁营节斌欣帐第章膜分离过程第章膜分离过程1573 生物污染生物污染n是指微生物在膜内积累，从而影响系统性能的现象。是指微生物在膜内积累，从而影响系统性能的现象。n膜组件内部潮湿阴暗，是一个微生物生长的理想环境，膜组件内部潮湿阴暗，是一个微生物生长的理想环境，n微生物粘附和生长形成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白微生物粘附和生长形成生物膜。老化生物
127、膜主要分解成蛋白质、核酸、多糖酯等，强烈吸附在膜面上引起膜表面改性。质、核酸、多糖酯等，强烈吸附在膜面上引起膜表面改性。n微生物生物膜，可直接微生物生物膜，可直接( (通过酶作用通过酶作用) )或间接或间接( (通过局部通过局部pHpH或或还原电势作用还原电势作用) )降解膜材料，造成膜寿命缩短，膜结构完整降解膜材料，造成膜寿命缩短，膜结构完整性被破坏。性被破坏。 n细菌对不同聚合物粘附速率大不相同。如聚酰胺膜比醋酸纤细菌对不同聚合物粘附速率大不相同。如聚酰胺膜比醋酸纤维素膜更易受细菌污染。所以，生物亲和性被降低和易清洗维素膜更易受细菌污染。所以，生物亲和性被降低和易清洗的聚合物为材质的分离膜
128、，会阻碍生物膜的生长。的聚合物为材质的分离膜，会阻碍生物膜的生长。膜的污染膜的污染 (fouling) 生板掠二气纪量鲜谎淌锐勤渍舍乱贬倒戳绚灵虽紫仪盛胸羌尚须厩汪酝钮第章膜分离过程第章膜分离过程158防止膜污染的方法防止膜污染的方法n可以通过控制膜污染影响因素，减少膜污染的危害，可以通过控制膜污染影响因素，减少膜污染的危害，延长膜的有效操作时间，减少清洗频率，提高生产延长膜的有效操作时间，减少清洗频率，提高生产能力和效率，因此在用微滤，超滤分离，浓缩细胞，能力和效率，因此在用微滤，超滤分离，浓缩细胞，菌体或大分子产物时，必须注意以下几点菌体或大分子产物时，必须注意以下几点: :n进料液的预处
129、理：预过滤、进料液的预处理：预过滤、pH及金属离子控制；及金属离子控制；n选择合适的膜材料：减轻膜的吸附；选择合适的膜材料：减轻膜的吸附；n改善操作条件：加大流速。改善操作条件：加大流速。虞桨甘雀厨王咬椭咱殷甄槽辆灼挥业氟啥残夏卓羔西约时旨绒串卿王鲁终第章膜分离过程第章膜分离过程159膜污染的清洗方法化学法化学法选择清洗剂要注意三点：选择清洗剂要注意三点：n1 1要尽量判别是何种物质引起污染；要尽量判别是何种物质引起污染；n2 2清洗剂要不致于对膜或装置有损害，清洗剂要不致于对膜或装置有损害，n3 3要符合产品要求。要符合产品要求。惨眺裂那形淤琶已苦瞳浦仍严闪硝噪据榷浮爷手矛窝谴掖碾榴淄园锄爷
130、肾第章膜分离过程第章膜分离过程160化学法常用的清洗剂有：化学法常用的清洗剂有：n1NaOH：发酵工业中用得很普遍，浓度为发酵工业中用得很普遍，浓度为0.11.0 mol/L。它能水解蛋白质，皂化脂肪和对某些生。它能水解蛋白质，皂化脂肪和对某些生物高分子起溶解作用。物高分子起溶解作用。n2酸：酸：如如HNO3、H3PO4 和和HCl。用于去除无机污。用于去除无机污染物，如钙和镁盐。对不锈钢装置不能用染物，如钙和镁盐。对不锈钢装置不能用HCl。柠。柠檬酸对含铁污染物有效。檬酸对含铁污染物有效。n3表面活性剂：表面活性剂：主要对生物高分子、主要对生物高分子、 油脂等起乳油脂等起乳化、分散、干扰细菌
131、在膜上的粘附。常用的化、分散、干扰细菌在膜上的粘附。常用的SDS和和Triton X-100，有较好的去蛋白质和油脂等作用。，有较好的去蛋白质和油脂等作用。膜污染的清洗方法仟辊蛙寂胸痢澄峡邮米垃窖尸鸡增谎照呸烩碌垣烛傈郎胯踩圣奶武观礁瞒第章膜分离过程第章膜分离过程161n4氧化剂：氧化剂：氯有较强的氧化能力。当氯有较强的氧化能力。当NaOH或表或表面活性剂不起作用时，可以用氯，其用量为面活性剂不起作用时，可以用氯，其用量为10-6mg/L活性氯，其最适活性氯，其最适pH为为1011。n5酶：酶：酶本身是蛋白质，酶本身是蛋白质， 能用其他清洗剂就酶。能用其他清洗剂就酶。但如要去除多糖时，淀粉酶有
132、一定作用的。但如要去除多糖时，淀粉酶有一定作用的。n6有机溶剂：有机溶剂：由于有机溶剂对膜和装置有不良作由于有机溶剂对膜和装置有不良作用，因而很少采用。用，因而很少采用。20-50乙醇可用于膜装置的乙醇可用于膜装置的灭菌和去除油脂或硅氧烷消泡剂，但使用时系统灭菌和去除油脂或硅氧烷消泡剂，但使用时系统必须符合防爆要求。必须符合防爆要求。膜污染的清洗方法击灿窄背缀始锻翅腆税因音报又嘛愚丧菩则酶恬聊康蓟稍允平踩脖抿固彤第章膜分离过程第章膜分离过程162物理法：物理法：n海绵球擦洗海绵球擦洗n热水法热水法n反冲洗和循环清洗反冲洗和循环清洗膜污染的清洗方法浚诗载像可窿劳念馅征帐忱桩铃扣肮唇桌瞥郡违伯咬字
133、蔬耻念跟站电顶妈第章膜分离过程第章膜分离过程163超滤液超滤液保留液保留液透过液透过液超滤超滤循环清洗循环清洗清洗液出口清洗液出口清洗液入口清洗液入口清洗液出口清洗液出口逆洗逆洗清洗液入口清洗液入口清洗液出口清洗液出口膜污染的清洗方式利用膜的不对称性和膜组件的结构特点进行清洗利用膜的不对称性和膜组件的结构特点进行清洗啦荧茂鹤辊掉盔瞒额蹭排图搐栏槽愉萍袜敷葱佬口示脾汛强卒福仑八汀馁第章膜分离过程第章膜分离过程1646.7 膜过滤装置的型式及其适用范围吧缉缝秃陶激撰申缕礼罢晚层纲疫吻诅欠巴肖驴热敛笨侄桌寝翘讼拔钱昆第章膜分离过程第章膜分离过程165膜过滤装置膜过滤装置u目前生产的膜过滤装置都由膜组
134、件目前生产的膜过滤装置都由膜组件(Module)(Module)构成，构成，u膜膜组组件件：有有膜膜、固固定定膜膜的的支支撑撑体体、间间隔隔物物以以及及容容纳纳这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。一个良好的模件应具备下列条件：个良好的模件应具备下列条件：1.膜面切线方向速度快，有高剪切率，以减少浓差极化膜面切线方向速度快，有高剪切率，以减少浓差极化2.膜的装载密度，即单位体积中所含膜面积比较大；膜的装载密度，即单位体积中所含膜面积比较大；3.拆洗和膜的更换比较方便，拆洗和膜的更换比较方便，4.保留体积小，且无死角。保留体积小，且无死角。5.具有可靠的膜支撑装置具有可靠的
135、膜支撑装置 婿背拍晓敲库湛爵属奢饲欣府菩吕吕哉扔叼凶漫蔚后拿淡嗅拈颗炽酌泻欧第章膜分离过程第章膜分离过程166 膜过滤装置的型式及其适用范围膜过滤装置的型式及其适用范围常见的膜过滤装置有四种类型：常见的膜过滤装置有四种类型： 管式管式 中空纤维式中空纤维式 平板式平板式 卷式（螺旋式）卷式（螺旋式）豫夏田皖肠粪韶部瘸坷拈询范辽仪伪乱嫉喘始魁仁氢涡赊诬映坍杠吠烤粥第章膜分离过程第章膜分离过程1671) 1) 平板式膜组件平板式膜组件 这这类类膜膜器器件件的的结结构构与与常常用用的的板板框框压压滤滤机机类类似似，由由膜膜、支承板、隔板交替重叠支承板、隔板交替重叠组成。组成。滤滤膜膜复复合合在在刚刚
136、性性多多孔孔支支撑撑板板上上，料料液液从从膜膜面面流流过过时时，透过液从支撑板的下部孔道中汇集排出。透过液从支撑板的下部孔道中汇集排出。为为减减小小浓浓差差极极化化，滤滤板板的的表表面面为为凸凸凹凹形形，以以形形成成湍湍动。浓缩液从另一孔道流出收集。动。浓缩液从另一孔道流出收集。肌釜获瓜农沼杜莆蛮写虱还邪资詹缨傍抵棉搁梁畴罕纂层八拈氨铁滑诣屏第章膜分离过程第章膜分离过程168n优优点点: 组组装装方方便便，膜膜的的清清洗洗更更换换容容易易，料料液液流流通通截截面面较较 大大，不不易易堵堵塞塞，同同一一设设备备可可视视生生产产需需要要组组装不同数量的膜。装不同数量的膜。n缺点缺点: 需密封的边界
137、线长需密封的边界线长 敷欧哈绊蹋文毕拜钒蓝匪聘渣矣惊脏嚏让涉千滩涛宗档辙这究舵蓟胶低萝第章膜分离过程第章膜分离过程169截留液截留液透透过过液液料液料液 膜膜支撑板支撑板隔板隔板平板式膜组件平板式膜组件椽驶虞兹抢毗通汗演倾洞计邱泵谰斩酮觉醉技氏耽媳胺皑料渔脉瞎摔芹惫第章膜分离过程第章膜分离过程170平板式构造平板式构造兰很搪狐浇策尘乔秧娇沂峻伤翠痘摔买刃耘倪刑吨遂刑驶逢讳奎展肮乖啸第章膜分离过程第章膜分离过程171板式反渗透板式反渗透(纳滤纳滤)膜装置膜装置(生产型生产型) 娶傅泰盟秽那宏碱赊豺出捂蜜妻抗拦色粥琴沃湘觅更摊直韶鸣轴和通棚玻第章膜分离过程第章膜分离过程172板式膜超滤工业设备图板
138、式膜超滤工业设备图:汗委熊工游忱蜡判郧舜娠吴祷阔亦柄侍靳冈嚼肇恕臆邯辗冬厄廊莽坝脯返第章膜分离过程第章膜分离过程1732) 2) 卷式膜组件卷式膜组件将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好，围绕一中将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好，围绕一中心管卷紧即成一个膜组。料液在膜表面通过间隔材心管卷紧即成一个膜组。料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动，透过液沿螺旋形流向中心管。料沿轴向流动，透过液沿螺旋形流向中心管。优点优点: : 目前卷式膜组件应用比较广泛、与板框式相比，目前卷式膜组件应用比较广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，湍卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，
139、湍流状况好，适用于反渗透；流状况好，适用于反渗透； 缺点缺点: :清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其发展清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其发展。 连竖胸荒陈氦电研熬钝镊许谗廉烹错牢歧捉涣贞彪敲绘剐碰照艘捡吁弹鸦第章膜分离过程第章膜分离过程1742) 2) 卷式膜组件卷式膜组件顾绒法裴邦随印糕赦裕捍因悉连僚戈砧飘屋漂醉蝇寅删沙核喉埃晴爷是很第章膜分离过程第章膜分离过程175透析液透析液浓缩液浓缩液料液料液膜组件与外壳之间的密封膜组件与外壳之间的密封多孔收集管多孔收集管膜的保护层膜的保护层 隔离网隔离网透析液的收集系统透析液的收集系统膜膜螺旋卷式膜的内部结构螺旋卷式膜的内部结构若蝎哩政电鼻
140、芥纂揩枚电努陀啤掀米雀凝队艺汉恍乌损危卧裕尿踞决镊哥第章膜分离过程第章膜分离过程176卷式纳滤膜浓缩设备 (生产型) 和楔耿笋锅烛陇浆唁鸿声首蛙忍尔崩苍菇雄孺仅箭草揽椒察仕淳卸节康嘶第章膜分离过程第章膜分离过程177卷式膜反渗透工业设备图卷式膜反渗透工业设备图: :盂婿悉嫉葱冷舌墨附调佣寿柳秘箕精涪成研沤振税逼虱痰咯宠窟执埋佩宅第章膜分离过程第章膜分离过程1783) 3) 管式膜组件管式膜组件管式膜组件由管式膜制成，管内与管外分别走料液与管式膜组件由管式膜制成，管内与管外分别走料液与透过液，透过液，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。优点：优点：结构简单
141、，适应性强，清洗方便，耐高压，结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。缺点缺点: : 管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜面积少面积少, ,一般仅为一般仅为3333330330，保留体积大，压力降，保留体积大，压力降大，除特殊场合外，一般不被使用。大，除特殊场合外，一般不被使用。 毒蜜签汇晤驻判皮郝缨群疤壬论贬未宰颁婴期锗己温此缮遣疡捏护爱绒狮第章膜分离过程第章膜分离过程179内压管式：内压管式：多孔管多孔管膜膜料液料液外压管式：外压管式：料液料液内压式：膜涂在管内，料液由管内走；内压
142、式：膜涂在管内，料液由管内走；外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。管式膜组件管式膜组件畴贷酿刀泄带甄斯饥众粗睛铂榴比缀胺俘拱朱宦孔拓沼剧奄甩孜隶幽阑放第章膜分离过程第章膜分离过程180组件的进出料示意图组件的进出料示意图多通道组件多通道组件组件外壳组件外壳渗透液渗透液原料液原料液渗透液渗透液渗余液渗余液渗透液渗透液垫圈垫圈猴糟沏爱脖肩逢纪肤募瞧腮横懦褐俊二减识综歪判投嫁腿芬霄旭过麦额酉第章膜分离过程第章膜分离过程181峡遣氯宣责契营福爵吗筐父匪梳潍闽校糖森方鹊渗锦赚紊墓兢殆蠢住铜冯第章膜分离过程第章膜分离过程182管式膜结构图管式膜结构图管式管式据答侩慷
143、睡拱富约略粤欠畦蚤季挡莆帮氢檄妄被瞥轩添菱懦葛番沉咱莽承第章膜分离过程第章膜分离过程183管式膜工业设备图管式膜工业设备图:晴蹬檀睦哮伎拭铸毕邮拭罕商人脯命乏千峡吹反阑朋洛岿掐忿叶命胃钎脆第章膜分离过程第章膜分离过程1844) 4) 中空纤维膜组件中空纤维膜组件 有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成，有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成，内径为内径为40-80m40-80m膜称膜称中空纤维膜中空纤维膜，0.25-2.5mm0.25-2.5mm膜称膜称毛细管膜毛细管膜. .前者耐压，常用于反渗透。后者用于微、超滤前者耐压，常用于反渗透。后者用于微、超滤料液流向：采用内压式时为防止堵塞
144、，需对料液预处理去固形料液流向：采用内压式时为防止堵塞，需对料液预处理去固形微粒，采用外压式时，凝胶层控制较困难。微粒，采用外压式时，凝胶层控制较困难。优点优点: :设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大( (高达高达160001600030000 ) 30000 ) 缺点缺点: :中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。因此对料液处理要求高。晾第昔蜂窟故铸设棒埠菩弦该穷乞犬冲业宛中婉纫狼盒浸逛嘴戴炮榔荒笛第章膜分离过程第章膜分离过程185豹径辞卑哉赔痈措敞弥撒斗萨尸林该泰镁菠盔吱仙既凹泌嫉
145、又迎斋炔王吐第章膜分离过程第章膜分离过程186中空纤维膜管中空纤维膜管中空纤维超滤膜无菌水装置中空纤维超滤膜无菌水装置( (生产型生产型) ) 景阻戊庭淘仍存粘阅深湖颅噶岿啦阀臼伯赖拟痈牧至背飞幻货陈笋热领梢第章膜分离过程第章膜分离过程187管式、中空纤维式、螺旋卷绕式和平板式管式、中空纤维式、螺旋卷绕式和平板式型式型式优点优点缺点缺点管式管式易清洗，无死角，适宜于处易清洗，无死角，适宜于处理含固体较多的料液，单根理含固体较多的料液，单根管子可以调换管子可以调换保留体积大，单位体保留体积大，单位体积中所含过滤面积较积中所含过滤面积较小，压力降大小，压力降大中空纤中空纤维式维式保留体积小，单位体
146、积所含保留体积小，单位体积所含过滤面积大，可以逆洗，操过滤面积大，可以逆洗，操作压力较低，动力消耗较低作压力较低，动力消耗较低料液需要预处理，单料液需要预处理，单根纤维损坏时需调换根纤维损坏时需调换整个模件整个模件螺旋卷螺旋卷绕式绕式单位体积中所含过滤面积大，单位体积中所含过滤面积大，换新膜容易换新膜容易料液需预处理，压力料液需预处理，压力降大降大,易污染易污染,清洗困清洗困难难平板式平板式保留体积小，能量消耗界于保留体积小，能量消耗界于管式和螺旋卷绕式管式和螺旋卷绕式死体积大死体积大居粪赎吾银铡矛恶急牺皂纤姐轮泉酣三浊堵牌守牧蜘又绥锤避仍顽晋酱茬第章膜分离过程第章膜分离过程188各种模件性能
147、比较各种模件性能比较管式中空纤维式板式卷式单位膜面积的成本高高低低最高最高低低更换膜费用低低中等中等最低最低高高通量较高较高中等中等/ /低低最高最高/ /较高较高较高较高单位体积膜面积m2/m3差差(20-30)(20-30)很好很好 (1.6 (1.6万万-3-3万万) )好好/ /一般一般(400-600)(400-600)好好(800-(800-10001000）保留体积大大低低中等中等中等中等能耗高高低低中等中等中等中等抗污染性很好很好差差好好/ /一般一般好好/ /一般一般黍肯靛帖陕骄凰酶阳因注炳臼饲白菜拈施棠聋杯肉唤夯憨词酱无哑碘奔枝第章膜分离过程第章膜分离过程1896.8 操作
148、方法霍弦掀盘迈序览甩非跌萝纯阿壕瑰甄吩狼腻鸟呸浊眶瓜帅内耽禽翁蔫刀稿第章膜分离过程第章膜分离过程1901. 分批浓缩分批浓缩l料液一次加入储槽中，以泵进行循环，同时有透过液料液一次加入储槽中，以泵进行循环，同时有透过液流出，浓度逐渐增加，称为浓缩模式。流出，浓度逐渐增加，称为浓缩模式。l一般循环液的一般循环液的体积流速体积流速应为透过液的应为透过液的1010倍以上，以便倍以上，以便其以高速流过膜面。其以高速流过膜面。l膜两侧的压力差由背压膜两侧的压力差由背压阀调节，应兼顾循环阀调节，应兼顾循环速度增大和通量。速度增大和通量。支蓑栈盘曰宽枢窄翔缺缚劝珠搔告叹粮戮改魄钮舔申砖哪酌趣妮滦园释贡第章膜
149、分离过程第章膜分离过程191在分批操作中最终浓度在分批操作中最终浓度F也可计算料液浓度随体积的变化也可计算料液浓度随体积的变化如溶质完全被截留，则达到浓缩目标如溶质完全被截留，则达到浓缩目标C所需时间：所需时间： 分批浓缩分批浓缩屁厩港云烦砂孺挪嫌棚卫饲惋毅虑桅杏辉乐吁伦啡缆颁咒揩涨蓝葵嗣蔚针第章膜分离过程第章膜分离过程1922 透析过滤透析过滤透析过滤模式透析过滤模式: 料液中不断加入水或缓冲液，料液中不断加入水或缓冲液，如虚线所示，即成为透析过滤模式）如虚线所示，即成为透析过滤模式）n在分批操作中，小分子和溶剂透过膜，而大分子在在分批操作中，小分子和溶剂透过膜，而大分子在保留液留中，浓度逐
150、渐增大，而通量逐渐降低，最保留液留中，浓度逐渐增大，而通量逐渐降低，最后操作无法进行。后操作无法进行。n若需进一步将小分子除去，若需进一步将小分子除去，可以补充加入水，继续进可以补充加入水，继续进行超滤。行超滤。n通常的操作方式为连续地通常的操作方式为连续地加入水，其量与透过液加入水，其量与透过液相等，保留液体积始终保相等，保留液体积始终保持不变。持不变。磷鲸笼未受勘倒茁协顽稗磁揣端右蹈势钻佐积毡陆狈超志戚帽侮蔓帜芽江第章膜分离过程第章膜分离过程193透析过滤透析过滤小分子溶质残留率：小分子溶质残留率：大分子溶质残留率：大分子溶质残留率：Cso，Csf ：小分子溶质在透析过滤前后之浓度；：小分
151、子溶质在透析过滤前后之浓度；Clo , Clf ：大分子溶质在透析过滤前后之浓度；：大分子溶质在透析过滤前后之浓度；RS ，RL ：小分子溶质和大分子溶质之截留率；：小分子溶质和大分子溶质之截留率；VD ：透过液体积：透过液体积(加入水的体积加入水的体积)。沫沛槐框溢旭讽爵祝弥治挝纱荆遵盾芽硝汤央蔗襄决寝颧快宴叮茎揣新愈第章膜分离过程第章膜分离过程1943 连续操作连续操作n在连续操作中，是将浓缩液不断排除到系统之外；在连续操作中，是将浓缩液不断排除到系统之外；n可分为单级和多级操作，单级因膜组件中溶质浓度一可分为单级和多级操作，单级因膜组件中溶质浓度一直保持在高位，透过通量低。直保持在高位，
152、透过通量低。料液料液滤液滤液料液料液浓缩液浓缩液潜膀疤份封苫摔村蠕丽穆烯堕胚归自橡挡凿僧隅拳呆娇漳俩正练况潭昭狼第章膜分离过程第章膜分离过程195三级连续操作示意图三级连续操作示意图料液料液浓缩液浓缩液多级操作中，每一级各有一循环泵将液体进行循环，各级都多级操作中，每一级各有一循环泵将液体进行循环，各级都有一定量浓缩液进入下一级，最后一级的循环液即为成品，有一定量浓缩液进入下一级，最后一级的循环液即为成品，第第1 1级处理量大，所以膜面积也大，以后各级依次减小。级处理量大，所以膜面积也大，以后各级依次减小。滤液滤液抬灭憎婿不拌娃坠链婉锦伸吏玄扒改酱隶课愧朴稗纵腻丈襄险踌泪立达赃第章膜分离过程第
153、章膜分离过程196操作方式操作方式1.间歇操作间歇操作2.连续操作连续操作分批浓缩模式分批浓缩模式透析过滤模式透析过滤模式单级操作单级操作多级操作多级操作产品在系统中停留时间较短，对热敏或剪切力敏感的产品有利，产品在系统中停留时间较短，对热敏或剪切力敏感的产品有利，容易实现自动化，主要用于大规模生产，如奶制品工业中。连容易实现自动化，主要用于大规模生产，如奶制品工业中。连续操作中，级数愈多，则所需的总膜面积就愈小续操作中，级数愈多，则所需的总膜面积就愈小在整个操作时间内的平均浓度要低得多，平均通量较高，所需在整个操作时间内的平均浓度要低得多，平均通量较高，所需膜面积较小，装置简单，成本较低，但
154、需要较大的储槽，适用膜面积较小，装置简单，成本较低，但需要较大的储槽，适用于规模较小，药物和生物制品中。于规模较小，药物和生物制品中。耻烈郭欲箱茧誉彦卡沧韧顷帝摄鼻愉陕屏裹宁蓬支辜匀毅嗓慰辟鞭蕾急悦第章膜分离过程第章膜分离过程197采用超滤技术的玛丽皇后二号胸队牢们千彪囊棚舜芽像站键钾契嗣宰惯蹬澳傅裸桓承凑垣截躯绅杆鄂厌第章膜分离过程第章膜分离过程1986.9 膜分离技术的应用苦御惑私吠凑婪抱屿垄自本坠凹墩缚块稼经父屹择盲破携泼李隧芍铡仪递第章膜分离过程第章膜分离过程199膜分离技术的应用 膜膜分分离离技技术术目目前前已已经经广广泛泛应应用用于于各各个个工工业业领领域域，并并已已使使海海水水淡
155、淡化化，乳乳品品加加工工等等多多种种传传统统的的生生产产面面貌发生了根本性的变化。貌发生了根本性的变化。 膜膜分分离离技技术术已已经经形形成成了了一一个个相相当当规规模模的的工工业业技技术体系。术体系。宏盾杖惕嵌蹬时邀疼芒梆灾残株反刻鹿倾吟缕岭铣司低妄欢宅扇屹迫瞒颇第章膜分离过程第章膜分离过程200膜技术的应用领域膜技术的应用领域1、海海水水淡淡化化、高高质质量量饮饮用用水水、工工业业供供水水、医医药药用用水水采采用用活活性性炭炭吸吸附附过过滤滤和和超超滤滤结结合合制制取取高高质质量量饮饮用用水水，设设备备投投资资少少，成成本本低低，是是优优质质饮饮用用水水制制备备的的经济有效方法。经济有效方
156、法。 医医药药针针剂剂用用水水是是采采用用多多级级蒸蒸馏馏制制备备的的，其其工工艺艺繁繁琐琐、能能耗耗高高、而而且且质质量量常常常常得得不不到到保保证证。用用膜膜技技术除针剂热源，取得很好效果。术除针剂热源，取得很好效果。厌云乾踌定拼层予鞠贝辕爬缺压茎找骨峻跨盂酉仇粕景屉阐勇锣蹲掀活莲第章膜分离过程第章膜分离过程201u2、膜技术在各种工业生产中的应用、膜技术在各种工业生产中的应用 凡凡涉涉及及分分子子级级的的浓浓缩缩和和分分离离的的过过程程，都都有有膜膜技技术术应应用用的的机机会会。汽汽车车电电泳泳漆漆的的在在线线纯纯化化采采用用超超滤滤膜膜除除去去杂杂质质；燃燃料料工工业业用用超超滤滤膜膜
157、技技术术分分离离和和浓浓缩缩中中间体。间体。丹宗锦口侨忌翅喜羞普贮沈轴鸯窒涧颤桃落许捞就雹峭胸芹后蛋阔宿沧瑟第章膜分离过程第章膜分离过程202u3、在环境保护和废水的应用、在环境保护和废水的应用 膜膜技技术术在在废废水水处处理理（印印染染、影影印印、电电镀镀、造造纸纸）得得到到广广泛泛应应用用。在在许许多多情情况况下下，不不仅仅处处理理了了废废水水，保护环境，还能回收有用物质。保护环境，还能回收有用物质。u4、膜技术在食品领域的应用、膜技术在食品领域的应用 酱酱油油、醋醋、果果汁汁澄澄清清和和浓浓缩缩、乳乳制制品品生生产产、制制糖糖工业、食用菜籽油的纯化都采用了膜技术。工业、食用菜籽油的纯化都
158、采用了膜技术。掣开指桐焰笛劝轩趁茁糟媳言戳卑宛谢侩上迷严嫌挖品荤柒枪纺麓喝灯侧第章膜分离过程第章膜分离过程2035、 膜分离技术在制药工业中的应用膜分离技术在制药工业中的应用n应用现代分离工艺是提高制药工业经济效益或减少投资的重应用现代分离工艺是提高制药工业经济效益或减少投资的重要途径。要途径。n膜分离过程通常在常温下操作无相变，能耗低，特别适用于膜分离过程通常在常温下操作无相变，能耗低，特别适用于处理制药工业的热敏性物质。因此，制药工业正在越来越多处理制药工业的热敏性物质。因此，制药工业正在越来越多地使用膜分离技术。地使用膜分离技术。n如血液制备的分离、抗菌素、维生素、氨基酸生产和干扰素如血
159、液制备的分离、抗菌素、维生素、氨基酸生产和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。n中药制剂中有大量的鞣质、蛋白质、淀粉等大分子物质，是中药制剂中有大量的鞣质、蛋白质、淀粉等大分子物质，是一种胶体溶液。这些物质既无药效又难以去除。超滤法可使一种胶体溶液。这些物质既无药效又难以去除。超滤法可使透过液澄清透明，大分子杂质全部去除，有效成分透过膜。透过液澄清透明，大分子杂质全部去除，有效成分透过膜。准炭希毁沂徘怨恋罪不圈涸场缴恭浪莲湃苑鹿聋挟完麓韦粮疥铲悲归蓑眷第章膜分离过程第章膜分离过程204n发酵液中目的产物浓度低，还含有大量
160、的其他杂质，发酵液中目的产物浓度低，还含有大量的其他杂质，而目的产物的耐热、耐而目的产物的耐热、耐pHpH和耐有机溶剂性差，易变性和耐有机溶剂性差，易变性失活。失活。n传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩，反复使用有机溶剂传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩，反复使用有机溶剂和酸碱溶液，耗量大，流程长，废水处理任务重。特和酸碱溶液，耗量大，流程长，废水处理任务重。特别是许多药物热敏性强，使传统工艺受限制。别是许多药物热敏性强，使传统工艺受限制。n国际先进的制药生产线，大量采用膜分离技术代替传国际先进的制药生产线，大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。统的分离、浓缩和纯化工艺。n通常直接采用微滤或一
161、级超滤去除大分子物质通常直接采用微滤或一级超滤去除大分子物质( (菌丝、菌丝、蛋白质、病毒、热原蛋白质、病毒、热原) )，而小分子代谢产物，而小分子代谢产物( (包括目的包括目的产物产物) )、盐和水则透过微滤或超滤膜，然后再进一步进、盐和水则透过微滤或超滤膜，然后再进一步进行超滤、纳滤行超滤、纳滤 或反渗透进行纯化和浓缩。或反渗透进行纯化和浓缩。6 、发酵液的提取及精制、发酵液的提取及精制报猪蹋艰岭演宫薪骗瞬砂崔辟胯纵谱洽催熊缅袜性丈跳进刚烦恶志潍烧午第章膜分离过程第章膜分离过程205膜生物分离法的应用膜生物分离法的应用n水的纯化水的纯化n固液分离固液分离n纯化小分子纯化小分子n浓缩大分子浓
162、缩大分子n去热原去热原n膜生物反应器膜生物反应器传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程萃取和结晶等过程, ,流程长、耗能多、物料损失多、流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点，以膜技术取设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点，以膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。代某种传统技术可以获得显著的经济效益。 父驳隘明声曼菊腾运困垄科夜讼颐潮鸳解课猿良愿筒那前赋碘怀肄界隆不第章膜分离过程第章膜分离过程2061 微生物菌体分离微生物菌体分离利用微滤或超滤进行菌体或碎片的过滤分离是膜分利用微滤或超滤进行菌体或碎片的
163、过滤分离是膜分离的重要应用，与传统的过滤相比：离的重要应用，与传统的过滤相比：u滤液澄清，菌体回收率高滤液澄清，菌体回收率高u易于进行无菌操作易于进行无菌操作u目前适合菌体含量低的液体目前适合菌体含量低的液体膜分离最大问题是污染引起通量下降，膜分离最大问题是污染引起通量下降， 如合理的解如合理的解决膜污染和清洗问题，其将成为菌体分离的重要手决膜污染和清洗问题，其将成为菌体分离的重要手段。段。 膜分离技术的应用膜分离技术的应用液布福谷诺砂串梳渭鱼遏倍檄彦蛋蜕观客荡分侦束搏炽总庄绰袋癸末沸宦第章膜分离过程第章膜分离过程207微生物菌体分离微生物菌体分离n采采用用超超滤滤法法去去除除谷谷氨氨酸酸发发
164、酵酵液液中中的的菌菌体体，可可以以将将发发酵酵原原液液中中固固含含量量浓浓缩缩1010倍倍，为为菌菌体体的的再再利利用用创创造条件；造条件；n而而且且超超滤滤透透过过液液中中谷谷氨氨酸酸含含量量、pHpH等等理理化化指指标标与与发发酵酵液液相相同同，但但不不含含菌菌体体，且且蛋蛋白白含含量量很很低低，再再利利用用等等电电点点法法提提取取谷谷氨氨酸酸时时，收收率率可可达达到到90.96%90.96%，比传统等电点法高，比传统等电点法高7 7个百分点。个百分点。鲁瘴尾圃纯下斧哆爆屯蹲紧娜菇霜咳木买焚朱此查崎苇蜀宝响孵谣拙指选第章膜分离过程第章膜分离过程2082 大分子的纯化与浓缩大分子的纯化与浓缩
165、u根据大分子如酶的相对分子质量，选择适当的超根据大分子如酶的相对分子质量，选择适当的超滤膜，可进行酶的浓缩和除去小分子物质。滤膜，可进行酶的浓缩和除去小分子物质。u由于超滤膜的孔径有一定的分布范围，用超滤进由于超滤膜的孔径有一定的分布范围，用超滤进行蛋白质的分级分离时，蛋白质之间的分子量需行蛋白质的分级分离时，蛋白质之间的分子量需相差相差1010倍以上，否则难以分离。倍以上，否则难以分离。u利用超滤法纯化蛋白质，其分子量、浓度、带电利用超滤法纯化蛋白质，其分子量、浓度、带电性质等与通量有很大关系，必要时须对料液进行性质等与通量有很大关系，必要时须对料液进行预处理，同时减少膜对蛋白的吸附预处理，
166、同时减少膜对蛋白的吸附。膜分离技术的应用膜分离技术的应用章仰式滤恩句恼兼湿绅部射嫡篆熔疡去训震旅控玉撂烤透蜀叁众态溪祭言第章膜分离过程第章膜分离过程209脱乳糖奶粉的生产脱乳糖奶粉的生产n超超滤滤法法可可截截留留原原料料乳乳中中几几乎乎全全部部的的蛋蛋白白质质， 而而允允许许乳乳糖糖（分分子子量量342342）和和灰灰分分通通过过。通通过过透透析析过过滤滤即即不不断断地地在在截截留留液液中中加加水水重重复复过过滤滤， 可可最最大大程程度度地地去去除除乳乳糖糖和和灰灰分分，从从而制取高蛋白含量的而制取高蛋白含量的脱乳糖奶粉脱乳糖奶粉。n原原始始状状态态不不会会被被打打乱乱并并遭遭破破坏坏， 浓浓
167、缩缩物物可可以以保保持持原原来来的的氨氨基基酸酸含含量量，酪酪蛋蛋白白与与乳乳清清蛋蛋白白之之比比，具具有有产产品品的的营营养养价价值值、经经济济环环保保等等，优优于于其其他他传传统统方方法法( (如如利利用用等等电电点点凝凝结结、酸酸凝结或其他方法沉淀凝结或其他方法沉淀) )。n生生产产高高蛋蛋白白含含量量（35358585）的的脱脱盐盐、脱脱乳乳糖糖的的乳乳清清粉粉：并将其用于生产冰淇淋和酸奶和其他乳制品。并将其用于生产冰淇淋和酸奶和其他乳制品。残刺酞蓄晒绿陵哼夺缆筑冠吹渺材播屠嚣谨擒溜孤盼辐耀折晕迁合拘恰胃第章膜分离过程第章膜分离过程2103 小分子产物的纯化与脱盐小分子产物的纯化与脱盐
168、n氨基酸、抗生素、有机酸和动物疫苗等发酵产品氨基酸、抗生素、有机酸和动物疫苗等发酵产品的相对分子质量在的相对分子质量在2000以下，以下，n发酵液进行固液分离后，用超滤法使蛋白、多糖发酵液进行固液分离后，用超滤法使蛋白、多糖等大分子被截留，等大分子被截留，n然后利用反渗透或纳滤法进行浓缩、脱盐和除去然后利用反渗透或纳滤法进行浓缩、脱盐和除去更小的杂质。更小的杂质。膜分离技术的应用膜分离技术的应用溉泰翱几酬袁误驰敝怔律岛豌损譬笔颤氮惟沼朽怒铺寂梨陇岔虚凰郊商塔第章膜分离过程第章膜分离过程2111）抗生素：庆大霉素）抗生素：庆大霉素Gen或链霉素或链霉素Str浓缩和纯化浓缩和纯化 原工艺：原工艺：
169、 发酵液发酵液过滤过滤离子交换离子交换稀溶液稀溶液减压浓缩减压浓缩去热源（活性碳）去热源（活性碳）喷雾干燥（结晶）喷雾干燥（结晶）该工艺缺点：抗生素为热敏性物质，浓缩时，部分破坏，色该工艺缺点：抗生素为热敏性物质，浓缩时，部分破坏，色泽加深；浓缩耗能大。改用膜分离：泽加深；浓缩耗能大。改用膜分离： 膜分离技术的应用膜分离技术的应用吞碴妄淫扇甸誉嘶考另绳扛纺芯蛙永籽开酪噬友儡剩蛹围粤斌剧岔嚷队羹第章膜分离过程第章膜分离过程2122）在丙酮结晶母液中回收盐酸林可霉素：）在丙酮结晶母液中回收盐酸林可霉素：原工艺：盐酸林可霉素原工艺：盐酸林可霉素丙酮中结晶丙酮中结晶 丙酮母液丙酮母液(含盐含盐酸林可霉
170、素酸林可霉素6 ) 低温自然沉降法回收，回收率低温自然沉降法回收，回收率1-2。用一般的纳滤膜来浓缩回收盐酸林可霉素用一般的纳滤膜来浓缩回收盐酸林可霉素, ,未获成功，未获成功，原因：母液中含有大量丙酮，一般纳滤膜不耐受有机溶原因：母液中含有大量丙酮，一般纳滤膜不耐受有机溶剂。剂。HydrochemHydrochem公司发明了耐溶媒的纳滤膜，获得成功，总公司发明了耐溶媒的纳滤膜，获得成功，总收率收率8080以上，结晶成品符合药典要求。以上，结晶成品符合药典要求。膜分离技术的应用膜分离技术的应用捻下蓉因伞斋氰钳醚七驮极遁辟越郝计瘩挂睡袱挞展稻固肄钟狐尼氟坪绽第章膜分离过程第章膜分离过程2134
171、除热原除热原u热源（热源（pyrogenpyrogen）又称细菌内毒素，是细菌新陈）又称细菌内毒素，是细菌新陈代谢和细菌死后分解的产物，主要成分是脂多糖、代谢和细菌死后分解的产物，主要成分是脂多糖、脂蛋白等，相对分子质量较大。脂蛋白等，相对分子质量较大。u热源的致热效能很强，人比动物对热源要敏感，热源的致热效能很强，人比动物对热源要敏感，在静脉注射药液时，如果将热源带进血液，会对在静脉注射药液时，如果将热源带进血液，会对人体造成相当大的危害。人体造成相当大的危害。u传统的针剂除热源的方法是传统的针剂除热源的方法是活性炭吸附和石棉板活性炭吸附和石棉板过滤，过滤，前者造成产品损失，后者对劳动者和产
172、品前者造成产品损失，后者对劳动者和产品存在问题。存在问题。u用超滤法可有效的除去热源，如产品分子量用超滤法可有效的除去热源，如产品分子量10001000以下，可用截留分子量以下，可用截留分子量1 1万左右的膜比较合适。万左右的膜比较合适。膜分离技术的应用膜分离技术的应用沃铣射喳星箩鸦饿娩咎临筷诞驹炬区趁耗满恃碰阎沧吹暮嘛韵援发蚕久权第章膜分离过程第章膜分离过程214n根据混合物中多种待分离组分的性质，将几种膜根据混合物中多种待分离组分的性质，将几种膜技术组合使用。技术组合使用。n膜组合技术浓缩辅羧酶膜组合技术浓缩辅羧酶n辅羧酶（分子量辅羧酶（分子量467）是一种辅酶，参与催化许）是一种辅酶，参
173、与催化许多有机酸的脱羧反应，可对细胞色素多有机酸的脱羧反应，可对细胞色素C的活性起的活性起到促进作用。到促进作用。 原工艺将黄色的稀溶液用活性炭脱色，然后低温原工艺将黄色的稀溶液用活性炭脱色，然后低温减压浓缩至减压浓缩至30 ，再用活性炭脱色，得到含量，再用活性炭脱色，得到含量30 的酶溶液后直接销售给药厂。的酶溶液后直接销售给药厂。该流程能耗该流程能耗大、时间长，经两道活性炭吸附，损失较大。大、时间长，经两道活性炭吸附，损失较大。5 膜组合技术膜组合技术膜分离技术的应用膜分离技术的应用杏峭半猎拆砸雾淘碍报昏辟卢诽颖侗荤斡宗稿仰夕泼灸谎路揭笑宁棒三鼠第章膜分离过程第章膜分离过程215膜组合技术
174、浓缩辅羧酶膜组合技术浓缩辅羧酶l选用高抗污染聚偏氟乙烯选用高抗污染聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜与醋酸纤维素超滤膜与醋酸纤维素(CA)反渗透膜相结合的技术浓缩辅羧酶。反渗透膜相结合的技术浓缩辅羧酶。绥梗脖颇跃耗贮豹戊赌索验这饼删答滚绢盗棘摘迹荷骋嘱淀屑逢蕴陈底唾第章膜分离过程第章膜分离过程216膜组合技术浓缩辅羧酶膜组合技术浓缩辅羧酶n选用高度耐污染的选用高度耐污染的PVDFPVDF超滤膜，超滤过程中通量下超滤膜，超滤过程中通量下降很少，用后只需清水反洗降很少，用后只需清水反洗l l2 2次，膜通量即可完次，膜通量即可完全恢复。由于用截留分子量全恢复。由于用截留分子量8 810104 4 Da
175、Da的超滤膜做的超滤膜做为反渗透膜的预处理，使反渗透膜的运行有了非常为反渗透膜的预处理，使反渗透膜的运行有了非常可靠的保证。可靠的保证。n当停用时只需用清水将反渗透浓缩液洗除，则膜性当停用时只需用清水将反渗透浓缩液洗除，则膜性能就不会被破坏，通量也非常稳定。能就不会被破坏，通量也非常稳定。n可省去减压蒸馏和活性炭吸附工序。可省去减压蒸馏和活性炭吸附工序。n由于膜工艺浓缩，使辅羧酶浓度由初始的由于膜工艺浓缩，使辅羧酶浓度由初始的0.250.25提提高到高到9.49.4，降低了成本，缩短了生产周期。，降低了成本，缩短了生产周期。非郸瘸智盲临软难刃板方柄妥脏蝴琢俱疡迹蚤皱疥易珐种洼脾留勘饯杭笛第章膜
176、分离过程第章膜分离过程2176 膜生物反应器膜生物反应器n膜膜生生物物反反应应器器（Membrane bioreactor, MBR）是是生生物物反反应应过过程程与与膜膜分分离离过过程程耦耦合合的的生生物物反反应应装装置，置，n可可应应用用于于动动植植物物细细胞胞的的高高密密度度培培养养、微微生生物物发发酵酵和酶反应过程与目的产物分离相结合。和酶反应过程与目的产物分离相结合。 膜分离技术的应用膜分离技术的应用拨辊宗缸歉嗡指朝里题咐辛圾矛蓑眠琼天交尘景本裹原巢墒扑煎忽圈订渝第章膜分离过程第章膜分离过程218 中空纤维膜生物反应器培养基培养基循环液循环液高分子产物（单抗）高分子产物（单抗）细胞细胞
177、膜膜高分子产物（单抗）高分子产物（单抗）细胞细胞膜膜小分子产物小分子产物n用于动物细胞培养，动物细胞生长于中空纤维膜组件的壳内，用于动物细胞培养，动物细胞生长于中空纤维膜组件的壳内，小分子产物（废弃物）不断排出，新鲜的培养基连续灌注，小分子产物（废弃物）不断排出，新鲜的培养基连续灌注，可保证细胞长期稳定并且高速度生产有用物质。细胞密度可可保证细胞长期稳定并且高速度生产有用物质。细胞密度可达达10109 9/cm/cm3 3。是工业培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体的主要方。是工业培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体的主要方法之一。法之一。瞳爷呕鞋推渐幌尘傲毙功超凝迫胜逗航骗抽软狙瘫垂凌薪表才冕扮稍唐骡第章膜
178、分离过程第章膜分离过程219外循环式膜生物反应器膜组件截留酶或微膜组件截留酶或微生物菌体生物菌体,而使小分而使小分子产物透过。子产物透过。外循环式膜生物反外循环式膜生物反应器适用于连续微应器适用于连续微生物发酵和连续酶生物发酵和连续酶反应过程。反应过程。膜分离技术的应用膜分离技术的应用恭淆整阜投典决案齐让卓隔畜戳处雏病榨檬佯踌诧归姜团左熄缩音伐疡粹第章膜分离过程第章膜分离过程220大豆蛋白活性肽的分离大豆蛋白活性肽的分离n大豆蛋白活性肽是指大豆蛋白质经蛋白酶的作用大豆蛋白活性肽是指大豆蛋白质经蛋白酶的作用或通过现代微生物发酵技术，经过特殊处理过程或通过现代微生物发酵技术，经过特殊处理过程将大豆
179、蛋白转为人体易吸收的、具有生物活性的将大豆蛋白转为人体易吸收的、具有生物活性的通常由多种分子链、长度不等的且相对分子质量通常由多种分子链、长度不等的且相对分子质量低于低于1000的低分子的低分子肽混合物肽混合物。n含有少量游离氨基酸、糖类和无机盐等成分，大含有少量游离氨基酸、糖类和无机盐等成分，大豆蛋白肽有着蛋白质不可比拟的优点，其功能特豆蛋白肽有着蛋白质不可比拟的优点，其功能特性主要表现在营养丰富、易消化吸收、具有性主要表现在营养丰富、易消化吸收、具有免疫免疫复活功能复活功能、能缓冲血液中、能缓冲血液中血糖的上升血糖的上升、降低、降低血压血压及及胆固醇胆固醇、促进、促进脂肪代谢脂肪代谢、增强
180、体能和、增强体能和恢复疲劳恢复疲劳及抗衰老及抗衰老等。等。挡柿做潍珠怀荒胜泞儒帛饵激坟宏椎嗣衰待店润郑行韧巩娘号升搬兵尾驯第章膜分离过程第章膜分离过程221大豆蛋白活性肽的分离大豆蛋白活性肽的分离n在我国，大豆蛋白活性肽的生产方法主要有在我国，大豆蛋白活性肽的生产方法主要有酸法、酸法、酶法和微生物发酵法。酶法和微生物发酵法。n微生物发酵法生产大豆蛋白活性肽其传统工艺为：微生物发酵法生产大豆蛋白活性肽其传统工艺为：豆粕豆粕发酵发酵离心分离离心分离(卧式）卧式）n分离分离 碟片分离碟片分离 叶片分离叶片分离 浓缩浓缩 喷喷粉粉 包装；包装；n现将传统工艺中的离心分离工序改进为经卧式分离现将传统工艺
181、中的离心分离工序改进为经卧式分离后直接使用无机陶瓷膜进行分离。后直接使用无机陶瓷膜进行分离。违啮粟哉宇床矾鹅龄粳喊谆豌吧粘吧彪鸿般羡跟稚荷向母磨绣再泊饵俏柔第章膜分离过程第章膜分离过程222大豆蛋白活性肽的分离-无机陶瓷膜n两两种种膜膜渗渗透透液液均均澄澄清清透透明明，久久置置无无沉沉淀淀产产生生，说说明明发发酵酵液液中中绝绝大大多多数数的的菌菌体体以以及及不不溶溶性性大大分分子子蛋蛋白、胶体等被膜截留去除；白、胶体等被膜截留去除；n无无机机陶陶瓷瓷膜膜是是由由陶陶瓷瓷材材料料经经特特殊殊工工艺艺制制备备而而成成的的管状的不对称管状的不对称半透膜。半透膜。朽肚尤箱真泳冈本寨遭它冉愚穗澎辨焦韶耗
182、砖陵穿炎垦佛采器纂柴姆汀番第章膜分离过程第章膜分离过程223n具具有有化化学学稳稳定定性性好好(耐耐酸酸碱碱)、耐耐高高温温、耐耐有有机机溶溶剂、抗微生物侵袭、机械强度好及耐高温等特点。剂、抗微生物侵袭、机械强度好及耐高温等特点。n试试验验证证明明：采采用用碱碱酸酸清清洗洗的的方方法法可可非非常常简简易易有有效效的的恢恢复复膜膜的的过过滤滤通通量量，膜膜通通量量恢恢复复程程度度在在95-100；且且在在清清洗洗过过程程中中加加入入少少量量粗粗品品硅硅藻藻土土能能够够增增加加清清洗洗液液对对受受污污染染膜膜表表面面的的机机械械冲冲刷刷作作用用，增增强清洗效果。强清洗效果。睡柞陨痹奉滚已陆喊肉乌度
183、弘那益臼叁窟壬晴行虹施籽康种课京滓谁攒耸第章膜分离过程第章膜分离过程2242） 螺旋霉素的提取：螺旋霉素的提取： SPM发酵滤液发酵滤液微滤和超滤（去除蛋白质等大分子）微滤和超滤（去除蛋白质等大分子）纳纳 滤（聚酰胺型膜材料），透过无机盐和水，浓缩滤（聚酰胺型膜材料），透过无机盐和水，浓缩SPM。 操作条件：进料流量操作条件：进料流量55L/h；操作压力；操作压力1.5MPa。 结果表明：发酵液中的螺旋霉素几乎全部被截留；膜的透结果表明：发酵液中的螺旋霉素几乎全部被截留；膜的透 过通量可高达过通量可高达30L/h；浓缩倍数和得率高。；浓缩倍数和得率高。泰乐星泰乐星(tylosin) 的浓缩：的
184、浓缩：原工艺：脱色液原工艺：脱色液薄膜真空浓缩，常出现溶解度不合格。薄膜真空浓缩，常出现溶解度不合格。采用耐溶媒卷式纳滤膜进行浓缩，成品质量合格率由原工艺的采用耐溶媒卷式纳滤膜进行浓缩，成品质量合格率由原工艺的50上升至上升至98，收率由，收率由89提高到提高到94。蚂获奠孙岂痈救伪悬拜戊爆山甩吞驯许或犀雷怒仔谦椭涎践去宿伪诡窜倡第章膜分离过程第章膜分离过程225思考题 n1.1.理解概念：截留分子量，截留率，水通量。理解概念：截留分子量，截留率，水通量。n2.2.影响截留率的因素有哪些？影响截留率的因素有哪些？n3.3.微微滤滤，超超滤滤，纳纳滤滤，反反渗渗透透分分离离技技术术的的特特点点，
185、及适用范围？及适用范围？n4.4.毛毛细细管管流流动动模模型型，溶溶解解扩扩散散模模型型，和和优优先先吸吸附附模的原理，及各适用于解释哪些膜过程模的原理，及各适用于解释哪些膜过程? ?变猎掉酷攀窜行叛偏悍掉崎弟篡淤卖掺捏瞬瘤弟勘榨迅射孩筐汁掇老翔嚣第章膜分离过程第章膜分离过程226n5. 掌握浓差极化掌握浓差极化-凝胶层模型？凝胶层模型？n6. 了解管状收缩效应现象。了解管状收缩效应现象。n7. 掌握膜过滤的影响因素。掌握膜过滤的影响因素。n8. 膜膜污污染染是是哪哪些些途途径径造造成成？如如何何有有效效防防止止和和清除膜污染？清除膜污染？n9. 膜生物分离法有哪些应用？膜生物分离法有哪些应用？状区斑信柿葱闷雪像装臼拇悦踏嚣茨阉蜂瞒裹域剑屯设锌跳乌怯堂败针儒第章膜分离过程第章膜分离过程227n谢谢谢谢！谢谢！瑰胜脯润娶晃次率望杆共榷肄蔼在鲍黑稀匈柒田界将恋灾渣漂氓慈吩匆筑第章膜分离过程第章膜分离过程
