生物分离工程 膜分离过程.ppt

1、生物分离工程、膜分离、2，1膜技术的概述和类型膜分离技术近20年来发展起来，已广泛应用于生物工程、食品、医药、化工和水处理等各个领域；膜分离技术是利用半透膜作为阻隔层进行选择的技术，允许一些成分渗透，同时保留混合物中的其他成分，从而达到分离的目的。膜分离技术具有设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和节能等优点，作为一种单元操作越来越受到重视。膜分离，3，膜分离，20世纪30年代的微孔过滤，40年代的透析，50年代的电渗析，60年代的反渗透，70年代的超滤，80年代的气体分离，90年代的渗透蒸发，现代EDI技术(电去离子)，Loeb和Sourirajan 1960年以来，不仅膜材料

2、的范围有了很大的扩展，而且在膜技术、组件结构和设备开发方面也取得了很大的进展。膜分离，不对称反渗透膜，5，膜分离，膜分离的特点，常温操作，物理过程，不需要添加化学试剂，没有相变(从而降低能耗)，高选择性在许多情况下，浓缩和纯化可以在一个步骤中完成，并且设备易于扩大规模。它可以分批或连续操作。6、膜分离、膜分离类型、微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)、渗透蒸发(PV)、透析(DS)、7、膜分离方法与材料尺寸(直径)的关系、膜分离、8、一组数据约为微米：1米=10-3毫米、人发直径70-80米、肉眼、最小颗粒40米、金属颗粒50米、酵母3米、假单胞菌0.3米、

3、小核糖核酸病毒0.03米、膜分离)、9、 溶解和扩散，渗透蒸发，0.5，离子，分子量为100的有机物，溶解和扩散，反渗透，离子，分子量为100的有机物，溶解和扩散，纳滤，分子量为250，250,10001000,000Da的大分子，体积大小，超滤，分子量为5010000，0.0510m的固体颗粒，体积大小，微滤等。 分离机理、膜过程、各种膜分离范围、膜分离)、10、浓度梯度、电位差、浓度梯度、压力(110兆帕)、压力(0.21兆帕)、压力(0.050.5兆帕)有机液体混合物的分离(如脂肪烃和芳香烃的分离、小分子有机物与水的分离、致密膜或复合膜、渗透蒸发、苦咸水和海水的脱盐、纯水的制备、锅炉给水

4、、生产工艺用水、离子去除、氨基酸分离、离子交换膜、电渗析、 小分子有机物或无机离子的去除、乳制品和蛋白质溶液的脱盐、小分子有机物和无机离子的去除、对称或非对称膜)低浓度乙醇浓缩、糖和氨基酸浓缩、苦咸水和海水脱盐、超纯水制备、小分子溶质的去除和浓缩、带皮层的非对称膜和复合膜(nm)、反渗透、溶液灭菌和澄清、注射用水制备、果汁澄清和灭菌、酶和蛋白质分离、浓缩和纯化、含油废水处理、印染废水处理、乳液分离和浓缩等。微粒胶体去除溶解性不对称微孔膜(0nm)，超滤，溶液灭菌和澄清，果汁澄清，细胞收集，水中微粒去除，解毒，澄清，细胞收集，对称微孔膜(0.0510m)，微滤，实例，应用对象，膜结构，名称，几个

5、主要1。微滤，膜分离)，12和12。膜分离。微滤利用多孔材料的截留能力，通过物理截留去除水中一定尺寸的杂质颗粒。在压力的驱动下，溶液中的水、有机小分子和无机离子等小尺寸物质可以通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，而溶液中的细菌、胶体、颗粒物和有机大分子等大尺寸物质则不能透过纤维壁而被截留，从而达到筛选溶液中不同组分的目的。13，2。超滤，膜分离)，14，膜分离)，15，膜分离，超滤的三个功能，1。膜孔的机械筛选。膜孔堵塞和堵塞。膜表面和膜孔吸附杂质，膜的浓差极化，溶液在膜的高压侧，由于溶剂和低分子物质不断透过超滤膜，膜表面的溶质(或大分子物质)浓度不断增加，导致膜表面浓度和主流浓度之间的浓度差，

6、这就是膜的浓差极化。16、膜分离缓解措施，一是增加料液的流量，控制料液的流动状态，使其处于湍流状态，并使膜表面的液体更好地与主流混合；第二是持续清洁膜表面，以消除已经形成的凝胶层。17，3纳滤，膜分离，()。这个概念是超滤和反渗透之间的膜分离技术。其分子量截止值在200-1000道尔顿范围内，膜孔径为纳米级。它们大多是表面分离层和支撑层组成不同的复合膜。纳滤膜表面有一层均匀的超薄脱盐层，比反渗透膜疏松得多，操作压力比反渗透膜低。因此，纳滤也可以被认为是一种低压反渗透技术。膜结构：18，膜分离，(2)纳滤特性：33，360，截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为2，002，000。纳滤膜对无机盐

7、有一定的截留率，因为其表层由聚电解质组成，并与离子发生静电相互作用。它们大多是复合膜，表面分离层和支撑层的化学成分不同。分离层可以具有大约100纳米的微孔结构，因此它被称为“纳米过滤”。因为截留率大于95%的最小分子约为纳米，所以称之为纳滤膜。19，膜分离，(3)肽和氨基酸分离的唐南效应：离子和带电膜之间的效应是相同的电荷排斥但相反的电荷吸引。氨基酸和多肽在等电点是中性的，在等电点以上或以下带负电荷或正电荷。由于一些纳滤膜具有静电官能团，它们基于静电相互作用对离子有一定的排斥率，可用于分离氨基酸和多肽。20，纳滤膜截留氨基酸和多肽的机理示意图，膜分离)，21，肽和氨基酸的分离，膜分离，基于上述

8、原理，鹤等人通过调节酸碱度对一些多肽和氨基酸的混合体系进行了纳滤分离实验。Garem等人利用无机和聚合物复合纳滤膜分离了9种氨基酸和3种多肽，并讨论了该方法的可行性。22、纳滤膜应用中的一些问题，膜分离，由于膜的分子量截止值介于超滤和反渗透之间，并且存在唐南效应，它对低分子量有机物和盐的分离有很好的效果，并且具有不影响被分离物质的生物活性、节能、无污染等特点。并越来越广泛地应用于食品工业、发酵工业、制药工业等行业。纳滤膜应用中应注意的几个问题膜污染问题为了满足食品和医药行业的卫生要求，需要经常对膜进行消毒和清洗。23，膜分离，24，4。反渗透，膜分离)，24，4，26，膜分离，产生纯净有两个关

9、键目前，高选择性反渗透膜元件的脱盐率可达99.7%。27、微滤、超滤、纳滤和反渗透、膜分离)，28、膜分离，30、膜分离，电渗析利用直流电场使水中的阴离子和阳离子定向迁移，并利用阴、阳离子交换膜对水溶液中的阴离子和阳离子的选择性透过性(即阳离子交换膜能选择性地传递阴离子并阻止阳离子通过)，从而当原水通过电渗析器时，一部分原水能通过电渗析器，31、 膜分离)，32，膜分离，6渗透蒸发(膜蒸馏)，原理：真空通过侧面泵送或引入惰性气体流以在膜的两侧产生溶质分压差。 进料液体中的溶质在分压差的作用下溶解在膜中，通过膜扩散，在可渗透层中蒸发，并冷却可渗透层中的气态溶质。也就是说，通过选择性地优先吸附(渗

10、透)溶液的某一组分并通过利用膜中的每一组分和分离的有机液体混合物的不同亲和力使膜中的每一组分具有不同的扩散速率来实现分离。溶质和膜的作用决定了溶质的渗透速度，疏水溶质容易溶解在疏水膜中。气化所需的潜能由外部热源提供。33、液相、渗透蒸发示意图、气相、34、渗透蒸发装置、35、7透析、膜分离，即膜两侧溶质的浓度不同。在浓度差的作用下，左侧聚合物溶液中的小分子溶质(如无机盐)向右侧渗透，而右侧的水向左侧渗透，这就是透析。(膜两侧浓度梯度的差异会使水从低浓度侧向高浓度侧移动，这称为渗透。)，原理：用一定孔径的亲水膜将含有聚合物溶质和其他小分子溶质的溶液(左侧)与纯水或缓冲溶液(右侧)分开，右侧的纯水

11、或缓冲溶液称为透析液；使用的亲水膜称为透析膜。在透析过程中，透析膜中没有流体流动，溶质以扩散的形式运动。36，透析示意图、膜分离)，37、透析的应用、膜分离和透析常用于肾衰竭患者的血液透析。在生物分离中，主要用于大分子溶液的脱盐。由于浓度差是透析过程中传质的驱动力，膜的渗透性很小，不适合大规模的生物分离过程，但在实验室得到了广泛的应用。，38，39，40，41，膜材料和膜结构，膜分离，要求：(1)传输速度(2)选择性(3)机械强度(4)稳定性，42，膜材料，膜分离过程(4)醋酸纤维素超滤膜：聚砜，硝化纤维素，醋酸纤维素反渗透膜：醋酸纤维素衍生物，聚醚，聚酰胺天然材料：各种纤维素衍生物人工材料：

12、各种合成高分子特殊材料：复合膜，无机膜，不锈钢膜，陶瓷膜，43，对称膜和非对称膜示意图，膜分离)，44，过滤效果膜分离)、45、纤维素分子、膜分离)、46、醋酸纤维特性、膜分离、渗透速度快、截留盐能力强、制备容易、来源丰富、不耐温(30)、酸碱度范围窄、清洗困难、氯作用和微生物侵入使用寿命缩短适用于反渗透膜、47、聚砜结构、膜分离)、48、聚砜膜特性、膜分离、(1)温度范围宽(2)酸碱度范围宽(3)耐氯性强(4)孔径范围宽(5)操作压力低(6) (2)酸碱度范围宽；(3)使用寿命长；(4)耐氯性；51)反相膜制备、膜分离、不对称膜通常通过反相法制造，其一般步骤如下：1)将高聚物溶解在溶剂中；2.将得到的溶液倒入薄膜中(如果你想制作介孔纤维薄膜，你需要一个特殊的喷丝头)；3.将薄膜浸入沉淀剂(通常是水或水溶液)中，均匀的聚合物溶液被分成两相，一相是富含聚合物的凝胶，形成薄膜的骨架，另一相是富含溶剂的液相，在薄膜中形成空隙。52、新型膜材料、膜分离工艺、高分子材料中加入低分子液晶材料制成的复合膜、无机多孔膜、功能高分子膜、纳滤膜、不锈钢膜，此外，改革膜结构，加强“超薄膜”和“复合膜”的研究也是一个新的趋势。53、三重浓差极化和膜污染及清洗方法、膜分离、膜分离浓差极化和膜污染是影响膜分离的主要障碍。浓差极化