膜分离过程学习.pptx

膜分离技术膜分离技术膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作膜分离的概念：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。为推动力，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。用用半透膜半透膜作为选择障碍层，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，从而达到分离目的的技术。而达到分离目的的技术。第1页/共67页膜膜料液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凝聚相在流体相之间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜部分，这一薄层物质称为膜。“2121世纪的多数工业中，膜技术扮世纪的多数工业中，膜技术扮演着战略的角色演着战略的角色”“谁掌握了膜技术，谁就掌握了谁掌握了膜技术，谁就掌握了2121世纪的未来世纪的未来”一、膜的简介一、膜的简介第2页/共67页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：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。第3页/共67页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第4页/共67页膜分离的特点：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渗透透液液第5页/共67页(1)对称膜：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：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；多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。(3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层)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表面薄层而且受微孔支撑层的影响。(4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。(5)液膜：将在有关章节中讨论。(6)微孔膜：孔径为0.0520微米的膜。(7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。膜的分类膜的分类第6页/共67页图1 对称膜 图2 非对称膜第7页/共67页图3 对称膜 图4 非对称膜第8页/共67页二、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于膜的过程，近似于筛分过程，依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据滤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。类。第9页/共67页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，在浓差能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，水透向溶液一的作用下，小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。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，膜透过通量很小，以浓差为推动力，膜透过通量很小，不适于大规模生物分离过程，多在实验室中不适于大规模生物分离过程，多在实验室中应用。应用。第10页/共67页蛋白质透析蛋白质透析第11页/共67页 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 第12页/共67页2.微滤微滤（Microfiltration,MF）：l 以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质不溶性物质得以分离得以分离的操作。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大大小的粒子。小的粒子。l 可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培养基液可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培养基液菌体分离与浓缩菌体分离与浓缩，产，产品消毒品消毒。第13页/共67页 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；第14页/共67页3.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 m0.001-0.02 m，分离推动力仍为压力差，分离推动力仍为压力差，截断分子量可变化。截断分子量可变化。l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，去热原，离，脱盐，去热原，在生物工程中应用最广。在生物工程中应用最广。第15页/共67页 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 第16页/共67页常规过滤常规过滤(A)(A)和超滤和超滤(B)(B)的示意图的示意图 A AB第17页/共67页4.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）两侧压力膜（不能透过溶质）两侧压力相等时，在浓度差作用下，溶剂从溶相等时，在浓度差作用下，溶剂从溶质浓度低的一侧向溶质浓度高的一侧质浓度低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，促使水分子透渗透现象中，促使水分子透过的推动力。过的推动力。第18页/共67页反渗透：反渗透：定义：在溶质浓度高的一侧施加超过渗定义：在溶质浓度高的一侧施加超过渗透压的压力，使溶剂透过膜的操作。透压的压力，使溶剂透过膜的操作。是一种以压力差为推动力，从溶液中分是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.11 nm之间之间。第19页/共67页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，而所有溶液中的大分子、小分子有机物及无机物全被截留住。水透过膜，而所有溶液中的大分子、小分子有机物及无机物全被截留住。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。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。第20页/共67页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第21页/共67页嵊泗1000吨/日反渗透海水淡化装置第22页/共67页第23页/共67页巴黎瓦兹河梅里市巴黎瓦兹河梅里市1414万立方米万立方米/天的天的纳滤厂，每天为巴纳滤厂，每天为巴黎附近黎附近5050万居民提万居民提供供1414万吨饮用水万吨饮用水第24页/共67页微滤 超滤超滤 反渗透反渗透 :微粒子微粒子 :大分子大分子 :小分子小分子 .：水：水第25页/共67页第26页/共67页5.电渗析：电渗析：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，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。或富集电解质的膜分离操作。在直流电场的作用下，由于离子交换膜的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩，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，分离推动力是分离推动力是静电引力静电引力。第27页/共67页1-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第28页/共67页6.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性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的目渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。的。其渗透机理为：气体分子在压力作用下，首先在其渗透机理为：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、脱膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩散、脱溶、逸出。溶、逸出。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滤器进入分离器渗透速率，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过膜时，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滞留在的高压侧，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。膜的内侧被富集，从而产生干燥的氮气。第29页/共67页气体渗透分离空气中的氮气体渗透分离空气中的氮第30页/共67页第31页/共67页膜分离过程的类型生物分离中最常用的膜分离技术是：超滤、微滤和反渗透。生物分离中最常用的膜分离技术是：超滤、微滤和反渗透。第32页/共67页 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，要保持高通量就必须施加膜孔径小，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较高的压力，一般膜操作的压力范围在0.1-0.5 0.1-0.5 MPaMPa，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防止分离过程中以及清洗过程中的水解；水解；（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。第33页/共67页不同膜材料的特点与应用 醋酸纤维素和聚砜应用最广第34页/共67页 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。第35页/共67页第36页/共67页四、各种膜组件四、各种膜组件由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这些部件的容器构成的一个单元。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。目前市售商品膜组件主要有：管式目前市售商品膜组件主要有：管式、中空纤维中空纤维、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第37页/共67页1、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。第38页/共67页管式陶瓷超滤膜组件管式陶瓷超滤膜组件第39页/共67页2、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。第40页/共67页板式膜组件板式膜组件第41页/共67页3、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上，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，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。第42页/共67页超滤超滤微滤卷式膜组件超滤超滤微滤卷式膜组件第43页/共67页 特点是膜堆积密度大、结构紧凑，适合低粘度、渗透产量大、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）第44页/共67页4、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求高。第45页/共67页 中空纤维膜分离器（工业用）中空纤维膜分离器（工业用）第46页/共67页5、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，能截留有机小分子而使大部分无机盐通过。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。特点：特点：（1 1）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）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，集浓缩浓缩与透析与透析为一体；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。第47页/共67页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第48页/共67页6、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，然的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。后进行错流过滤。第49页/共67页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，在载体表面连接通过化学改性，在载体表面连接上一条上一条“手臂链手臂链”（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，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；构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；位物的复合体；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、离子强度、温度等），使复合物解离；温度等），使复合物解离；亲和膜再生：亲和膜再生：洗涤、再生、平衡，以备下次操作洗涤、再生、平衡，以备下次操作使用。使用。第50页/共67页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，浓缩其他成分）亲和超滤过程（分离目标物的同时，浓缩其他成分）第51页/共67页五、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，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第52页/共67页六、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：测定分子量不同的球形蛋白质截留曲线：测定分子量不同的球形蛋白质或水溶性聚合物的截留率，所得到的膜的或水溶性聚合物的截留率，所得到的膜的截留率与溶质分子量之间关系的曲线。截留率与溶质分子量之间关系的曲线。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的溶质分的溶质分子子 量定义为膜的截留分子量。量定义为膜的截留分子量。第53页/共67页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：球形带支不同分子截留率大小顺序：球形带支链线性；链线性；对于荷电膜，与膜相反电荷的分子截留对于荷电膜，与膜相反电荷的分子截留率较低；率较低；若膜对溶质有吸附作用，截留率增大。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其他高分子溶质的存在使溶质截留率增大。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；第54页/共67页膜分离技术应考虑的问题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，膜表面上溶质浓度高于主体溶质浓度的现象。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。如下图：如下图：第55页/共67页浓差极化浓差极化:它对水的透过起着阻碍作用它对水的透过起着阻碍作用。所以浓差极化所以浓差极化会降低膜的透水率；会降低膜的透水率；结垢阻塞结垢阻塞。为了减少浓差极化，通常采用错流操作，使为了减少浓差极化，通常采用错流操作，使悬浮液在过滤介质表面作切向流动，利用流体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。的剪切作用将过滤介质表面的固体移走。第56页/共67页3 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附，或因浓差极化，溶质在膜表面产生沉淀或结晶，形成结晶，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、溶液的蛋白质种类、溶液的pHpH值、无机盐浓度、温度值、无机盐浓度、温度等因素的影响。等因素的影响。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第57页/共67页 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。第58页/共67页 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而下降。清洗的方法通常可分为物理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与化学方法。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清洗。通常是用化学清洗剂对膜进行清洗。膜分离技术应考虑的问题第59页/共67页清洗剂：清洗剂：水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、醇、醇、络合剂、氧化剂和酶络合剂、氧化剂和酶溶液等。溶液等。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。第60页/共67页中空纤维膜组件常采用反洗和循环清洗。中空纤维膜组件常采用反洗和循环清洗。第61页/共67页七、膜生物反应器定义：定义：膜分离过程与生物反应过程耦合的生物反应装置。膜分离过程与生物反应过程耦合的生物反应装置。应用于动植物细胞高密度培养、微生物发酵和酶反应过程。应用于动植物细胞高密度培养、微生物发酵和酶反应过程。第62页/共67页八、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，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。第63页/共67页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 kcal/l130 kcal/l7 wt%乙醇1380 kcal/l42 wt%乙醇93 wt%乙醇99.8 wt%乙醇980 kcal/l350 kcal/l(90%ES)(33%ES)纤维素发酵蒸馏蒸馏脱水透醇膜60 wt%乙醇99.8 wt%乙醇透水膜传统过程: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第64页/共67页生化制药生化制药（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 离交吸附第65页/共67页谢谢！第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页