生物分离工程膜分离

关于生物分离工程膜分离生物分离过程的一般流程原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物路线一路线二细胞破碎碎片分离路线一A路线一B清液－胞外产物粗分离(盐析、萃取、超过滤等)纯化(层析、电泳)脱盐(凝胶过滤、超过滤)浓缩(超过滤)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性第2页,共31页，2024年2月25日，星期天主要内容第一节膜分离技术概述第二节膜材料及其特性第三节膜组件第四节应用第3页,共31页，2024年2月25日，星期天第一节膜分离技术概述一、基本概念膜分离

(membraneseparation)利用具有一定选择透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化，是人类最早应用的分离技术之一，如酒的过滤，中草药的提取等。第4页,共31页，2024年2月25日，星期天

所谓的膜，是指在一种流体相内或在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。膜的特性：

◆不管膜多薄,它必须有两个界面。这两个界面分别与两侧的流体相接触；

◆膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。膜(Membrane)是什么？有何特性？第5页,共31页，2024年2月25日，星期天膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。膜上游

透膜

膜下游选择性透膜第6页,共31页，2024年2月25日，星期天二、膜的种类阳离子膜阴离子膜分离膜高分子膜液体膜生物膜带电膜非带电膜微滤膜超滤膜反渗透膜纳米滤膜第7页,共31页，2024年2月25日，星期天三、膜分离的特点①高效；②节能；③设备易放大，可以分批或连续操作；④无污染；因而在生物产品的处理中占有重要地位。第8页,共31页，2024年2月25日，星期天第二节膜材料及其特性1.按膜的材料分类

表1膜材料的分类一、膜材料的类型第9页,共31页，2024年2月25日，星期天2.按膜的分离原理及适用范围分类

根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。3.按膜的形态分类

按膜的形状分为平板膜(FlatMembrane)、管式膜(TubularMembrane)和中空纤维膜(HollowFiber)。第10页,共31页，2024年2月25日，星期天4.按膜的结构分类（1）对称膜(SymmetricMembrane)

（2）非对称膜(AsymmetricMembrane)

（3）复合膜(CompositeMembrane)＊结构与方向无关＊可以是致密的，或是多孔的，膜透量小＊主要用于电渗析和个别气体分离

＊有一个很薄的单比较致密的分离层和多孔支撑层＊高传质和良好的机械强度；被脱除的物质大都在其表面，易于清除。第11页,共31页，2024年2月25日，星期天第12页,共31页，2024年2月25日，星期天二、主要市售膜材料有机高分子材料

无机材料天然高分子材料合成高分子材料膜材料第13页,共31页，2024年2月25日，星期天三、膜的结构特性1.孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率2.膜的另一特性是其纯水的透过通量，通称水通量。第14页,共31页，2024年2月25日，星期天将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件。工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。第三节膜组件(MembraneModule)第15页,共31页，2024年2月25日，星期天第16页,共31页，2024年2月25日，星期天(1)板框式(Plate-and-Frame)膜组件板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于常规的板框过滤装置。第17页,共31页，2024年2月25日，星期天海水从上部进入组件后，沿膜表面逐层流动，其中纯水透过膜到达膜的另一侧，经支撑板上的小孔聚集在边缘的导流管后排出，而未透过的浓缩咸水从下部排出。在多孔支撑板两侧覆以平板膜，采用密封环和两个端板密封，压紧。第18页,共31页，2024年2月25日，星期天截留液透过液料液平板式膜组件第19页,共31页，2024年2月25日，星期天平板式构造第20页,共31页，2024年2月25日，星期天把膜和支撑体均制成管状，使二者组合，或者将膜直接刮制在支撑管的内侧或外侧，将数根膜管组装在一起。(2)管式(Tubular)膜组件第21页,共31页，2024年2月25日，星期天内压管式：多孔管膜料液外压管式：料液内压式：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。管式膜组件第22页,共31页，2024年2月25日，星期天(3)螺旋卷式(SpiralWound)膜组件

卷式纳滤膜浓缩设备(生产型)

第23页,共31页，2024年2月25日，星期天由中间为多孔支撑板，两侧是膜的“膜袋”装配而成，膜袋的三个边粘封，另一边与一根多孔中心管连接。组装时在膜袋上铺一层网状材料（隔网），绕中心管卷成柱状再放入压力容器内。原料进入组件后，在隔网中的流道沿平行于中心管方向流动，而透过物进入膜袋后旋转着沿螺旋方向流动，最后汇集在中心收集管中再排出。第24页,共31页，2024年2月25日，星期天(4)中空纤维(HollowFiber)膜组件将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人,沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大,最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。第25页,共31页，2024年2月25日，星期天第26页,共31页，2024年2月25日，星期天各种膜组件的传质特性和综合性能的比较分别见下表。第27页,共31页，2024年2月25日，星期天第28页,共31页，2024年2月25日，星期天第四节应用

膜分离法在生物产物的回收和纯化方面的应用：♦细胞培养基的除菌；♦发酵或培养液中细胞的收集或除去；♦细胞破碎后碎片的除去；♦目标产物部分纯化后的浓缩或洗滤除去小分子溶质；♦最终产品的浓缩和洗滤处盐；♦制备用于调制生物产品和清洗产品容器的无热原水。第29页,共31页，2024年2月25日，星期天参考文献[1]童欣,张皓.膜分离技术在天然产物中的应用[J].生物技术世界.2015(03)[2]翟小玲,黎志坚,徐娟,蒋莉娟,许招懂.膜分离技术在痔炎消颗粒制备中的应用[J].中成药.2016(03)[3]王绍堃,孙晖,王喜军.膜分离技术及其在中药提取分离中的应用[J].世界中西医结合杂志.2011(12)[4]凌关庭.生花生中油脂和食用蛋白制品的水抽提——膜分离生产法[J].食品科学.1983(03)[5]周秀琴.膜分离法的开发应用[J].发酵科技通讯.2003(03)[6]崔洪友.膜分离处理印染废水研究进展[J].世界科技研究与发展.