2019年-膜分离3制备-PPT精选文档
合集下载
第九章 膜分离过程ppt课件
编辑版pppt
33
第三节 膜的应用
微孔过滤的应用 在实验室中，微孔滤膜是检验有形微细杂
质的重要工具，主要用于微生物检测、微粒子 检测。在工业上主要用于灭菌液体的生产，反 渗透和超滤的我＝前处理，电子工业中超纯水 制造和空气过滤。例如采用聚碳酸酯核孔滤膜 来过滤除去啤酒中的酵母核细菌，使处理后的 啤酒不需加热就可以在室温下长期保存。
编辑版pppt
4
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
3 复合膜 选择性膜层沉积于具有微孔的支撑 层上。只是两层材料不同，而非对称膜则是 同一材料。其性能不仅取决于有选择性的表 面薄层，而且受微孔支撑结构、孔径、孔分 布和多孔率的影响。
4 荷电膜 即离子交换膜，是一种对称膜，含 有高浓度的溶胀胶载着固定的正电荷或负电 荷，带有正电荷的膜为阴离子交换膜，从周 围流体中吸引阴离子。带有负电荷的膜称为 阳离子交换膜。
编辑版pppt
34
第三节 膜的应用
五 纳米过滤（NF）
3
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
一 膜的分类
根据各种物理结构和化学性质，可将膜分为 下列几种：
1 对称膜 结构与方向无关的膜，根据制造方法 不同，这些膜或者具有不规则的孔结构，或所 有的孔具有确定的直径。
2 非对称膜 非对称膜有一个很薄的，但比较致 密的分离层和多孔支撑层。分离层为活性膜， 孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性，厚 度决定传递速度，该层必需朝向待浓缩的原溶 液。多孔支持层只起支撑作用。
然后将多层膜片浸泡在沉淀液（冰水）中，由于溶剂
和沉淀液发生交换而形成凝胶。凝胶形成后通常在热
水中退火，从而改善了分离能力，并且提高了机械强
度，但渗透能力却有所下降。
膜分离PPT
功能
滤去0.1μm以上的颗粒 滤去0.1μm以上的颗粒 滤去0.1μm以上的颗粒 水——溶盐分离 混合气体分离 水——溶盐分离
推动力
压力差~200kPa 压力差1000kPa 压力差0.5~2MPa 压力差1~10MPa 压力差0.1~10MPa 浓度差
膜分离机理
筛分 筛分 溶解扩散 溶解扩散 溶解扩散 溶解扩散筛分
大分子
纳滤
● ● ● ● ●● ■ ■
糖 二价盐 游离酸 单价盐 不游离酸
水
1、微滤和超滤
微滤和超滤都是在静压差的推动力作用下进行的液相分离
过程。
在一定的压力作用下，当含有高分子溶质（A）和低分子溶 质（B）的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶 质（如无机盐）透过膜，成为渗透液被收集；大于膜孔的高分 子溶质（如有机胶体）则被膜截流而作为浓缩液回收。 超滤所用的膜为非对称性膜，表面的孔不规则，不均一， 很难确定孔径，故通常用它能截留的物质的分子量来定义膜孔 的大小。
反渗透膜 P
纯水
盐水
π
纯水 盐水
纯水
盐水
(a)渗透
(b)渗透平衡
(c)反渗透
反渗透原理示意图
0 在一定温度和压力下，设纯水的化学位为 （T , p1） ，则
盐溶液中水的化学位为
（T , p1） 0 (T , p1 ) RT ln a
式中，a为溶液中水的活度，纯水的a=1，而溶液中的 a一般小于1，即 RT ln a 0 ，故 (T , p1 ) 0 (T , p1 )
• 澄清果汁
• 屠宰动物血液成分回收 • 植物蛋白的回收
• 浓缩葡萄糖氧化酶、胰蛋白酶等
• 浓缩以基因工程菌生产的新物质（干扰素、生长激素等）
生物分离工程膜分离3课件PPT
但如前所述，膜分离的最大问题是膜污染引起的透 过通量大幅度下降。如合理地解决膜污染和清洗问题， 保持较高的透过通量，错流过滤将会替代传统的过滤技 术和离心分离技术，成为菌体分离的重要手段。 2 小分子生物产物的回收 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2000以下，因此选用MWCO为l×104一 3×104的超滤膜，可从发酵液中回收这些小分子发酵产物， 然后利用反渗透法进行浓缩和除去相对分子质量更小的 杂质。
膜的分离操作
• 超-微滤的工作模式可分为浓缩、透析和纯化三种。 1、浓缩 主要用于以菌体或蛋白质浓缩为目的的膜分离。 在浓缩悬浮粒子或大分子的过程中，产物被截留 在料液罐中。
在分批浓缩中，浓缩物的最终体积Vc，可由其 初始体积V0和透过体积Vf之间的质量平衡来确定。 Vc = V0 – Vf 体积浓缩系数CF
V0 t 存在如下方程： Rk (c0 / c)1/ R c0 c ln( cs / c)dc
c
将各种参数带入上式，得到浓缩倍数与时间 的关系见下表：
2、洗滤或透析： 在悬浮粒子或大分子的透析过滤中， 产物被膜截留住，低相对分子量溶质 （盐、蔗糖和醇）则通过膜。主要以 除去菌体或高分子溶液中的小分子溶 质为目的。 透析过程中向原料罐中连续加入水或缓冲液， 若保持料液量和透过通量不变，则目标产物和小 分子溶质的物料衡算式为：
多级串联连续操作
膜技术的应用
膜分离法在生物产物的回收和纯化方面的应用可归纳为 以下几个方面： （1）细胞培养基的除菌； （2）发酵或培养液中细胞的收集或除去； （3）细胞破碎后碎片的除去； (4) 目标产物部分纯化后的浓缩或洗滤除去小分子溶质； (5) 最终产品的浓缩和洗滤除盐； (6) 制备用于调制生物产品和清洗产品容器的无热原水。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 瞬时分相常导致多孔性皮层，用于制备微 滤和超滤膜，延迟分相则形成致密的皮层 结构，用于制备反渗透和纳滤膜。
• (4)模板浸取 制备多孔膜的另一种方法是将 薄膜中的一种组分浸取出去。多孔玻璃膜 可以采用这种方法制取。将三组分(如 Na2O-B2O3-SiO2)均匀熔融物(1000— 1500℃)冷却，把体系分成两相。一相主要 是不溶的SiO2另一相为可溶的，然后用酸 或碱将第二相浸取出去。利用这种方法可 以得到不同的孔L径、最小约为0．005微米 (5nm)。
• 聚合物成膜过程的固化可以通过结晶化、 凝胶化、玻璃化达到，由于成膜速度快只 有结晶性能好的聚合物可以部分结晶，有 些则通过化学或物理交联的凝胶化，对于 无定型聚合物有些则形成玻璃态而固化。 这些对于膜的最终性能是有显著影响的。 • 当然在制备过程中，人们习惯上经常把从 溶液到分相成膜固化的过程统称为凝胶化， 介质称为凝胶浴。
孔径范围为0.02—10微米，但表面孔隙率很 低(最大约10%)。膜材料的选择主要取决于 所能得到的薄膜厚度和所使用的辐射的强 度(一般为1MeV)。 具将这种能量的粒子的最大穿透厚度约为20 微米。如增大粒子能量则可选用更厚的薄 膜。甚至采用无机材料(如云母)。 这种力法制成的膜的孔隙率主要取决于辐射 时间。而孔径由侵蚀时间决定。图2为径迹 蚀刻法制备过程示意图。
• 左室为酸性电解质例如硫酸或草酸，右室 为蒸馏水，阳极的铝被电解，控制直流电 压和电解时间可以得到合适的孔大小和深 度，一般不贯穿。通过后处理去除未电解 的铝，如使用氯化汞溶液。 • 微孔玻璃制备的方法被称为模板法或相分 离-沥滤法。
• 所制得膜的孔的大小取决于粉末的颗粒大小及颗 粒大小的分布。 • 颗粒大小分布越窄，则所制成的膜孔径分布也越 窄。 • 采用这种方法所制得的孔径大约为0.1—10微米， 其孔径下限由所选用最小颗粒的大小心定。 • 烧结法是制备聚四氟乙烯膜的很好方法，因为对 这种具有非常好的化学和热稳定性的聚合物．找 不到合适的溶剂使其溶解。 • 实际上，以上所述可用烧结法制膜的材料的共同 持点就是都具有化学稳定性、耐热性和机械稳定 性，特别是无机材料。 • 然而，烧结法只能用于制备微滤膜。多孔聚合物 膜的孔隙率一般较低，为10％一20％或稍高。
膜的制备和种类
பைடு நூலகம்
• 有许多方法可以用来制备合成膜。其中有 些既可以制备高聚物膜．也可以制备无机 膜。 • 主要的制膜方法包括烧结法、拉伸法、径 迹蚀刻法、相转化法、溶胶—凝胶法、蒸 镀法和涂敷法。
1、烧结法
• 很多材料均可采用这种方法制备膜。如各 种聚合物粉末(聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙 烯)，金届(不锈钢、钨)，陶瓷(氧化铝、氧 化锆)，石墨(碳)和玻璃(氧化硅)。
(3)径迹蚀刻 最简单的膜孔结构呈等孔径圆柱状平行孔， 采用径迹蚀到法可以得到这种孔结构。径 迹蚀刻法是使膜或薄片(通常是聚碳酸酯)接 受垂直于薄膜的高能粒子辐射，在辐射粒 子的作用下，聚合物(本体)受到损害而形成 径迹。 然后将此薄膜浸入酸(或碱)溶液中，结果径迹 处的聚合物材料被腐蚀掉而得到只有很窄 孔径分布的均匀的圆柱形孔L。
• (5)相转化 大多数丁业用膜都是用相转化法制成 的用于制备各种形态的模。 • (6)涂覆 依靠扩散进行传递的聚合物致密膜的通 量一般较低，为提高通量，应尽可能减小膜的有 效厚度，为此可以制备复合膜。复合膜由两种不 同的材料构成．即把强选择性薄膜沉积在含孔的 亚层上。实际的分离选择性由皮层决定，而带孔 的亚层仅起支撑作用。制备复合膜的涂覆方法包 括：浸没涂覆、等离子聚合、界团聚合、原位聚 合等。另一种涂覆法是利用涂层将亚层的孔堵死， 此时亚层的本征性质决定了复合膜的性能。
• 当组成在I和2之间时，会自发分离成组成为 1和II的两个相，这种相分离过程是通过反 向扩散（即向浓度较大的方向扩散）完成 得，成为旋节线分离SD，倾向于产生两相 交错的形态结构，相畴较小，相界面较模 糊。当组成在1和I或者2和II之间为介稳态， 组成的微小波动会使体系自由能增大，所 以相分离不能自发进行，需要成核作用促 使相分离，包括成核和核的增长两个阶段， 称为成核-增长相分离过程NG，过程较慢， 分散相常为较规则的球状颗粒。
(2)拉伸 这种方法是将部分结晶化聚合物材料(聚四氟 乙烯、聚丙烯、聚乙烯)挤压膜或薄片沿垂 直于挤压方向拉伸，使结晶区域平行于挤 压方向。在机械应力作用下，会发生小的 断纹，从而得到多孔结构。 使用这种方法所能制得膜孔径最小约为0.1微 米．最大约为3微米。只有(半)结晶化材料 才能用这种方法制膜。采用这种方法所制 得膜的孔隙率远高于烧结法，最高可达到 90％。