膜吸附与膜吸收(张玉忠)

膜吸附与膜吸收研究进展

张玉忠

天津工业大学

分离膜与膜过程国家重点实验室

12--17

2015

2015--12

一、膜吸附

⏹下游技术是生物技术实现产业化的关键，产品的分离纯化是下游技术最重要的组成部分。要的组成部分。分离成本占产品总成本的分离成本占产品总成本的4040％％—9090％％。产品纯度产品纯度高、高、杂质杂质含量含量低低要求：要求：发展高效生物分离技术发展高效生物分离技术。

⏹生物制品下游产品的纯化纯化方案方案：碎片分离、初步纯化与精制等过程。

⏹精制方法：颗粒填充床液相色谱技术、电泳技术、超临界萃取颗粒填充床液相色谱技术、电泳技术、超临界萃取、、膜分离技术等术等。。

⏹液相色谱技术：生物工程下游产品回收和纯化的高效而常用方法之一。问题：流速低、色谱填充料压实结块、溶质扩散传质慢、柱效率低以及难以放大等。

⏹

膜技术：低温操作、保活性好、设备较为简单、处理量大、操作方便、易于实现自动化等特点于实现自动化等特点，，尤其适用于工业规模对目标产品的纯化分离。问题：膜分离技术是利用膜的孔径大小对目标物进行分离，膜分离技术是利用膜的孔径大小对目标物进行分离，发酵液中含有不同发酵液中含有不同分子量的各种成分，需要采用孔径不同的多种分离膜，从而使分离过程复杂化，增加生产成本，杂化，增加生产成本，分离产物的纯度相对较低。分离产物的纯度相对较低。

膜技术

可看出发酵液中含有不同分子量的各种成分，需要采用孔径不同的几种过滤膜，从而使分离过程复杂化，增加生产成本，并影响分离的现代化进程。

发酵产品

分子量分离工艺主要膜过程

50000以上微孔过滤MF

5000以上过滤十超滤UF

100以上过滤十超滤十纳滤UF+NF

100以下过滤十超滤十纳滤十反渗透

UF+NF+RO

吸附功能分离膜是将对目标分子有特异性和选择性的基团连接到多孔膜表面及孔壁上制备而成。利用膜介质配基与蛋白质等目标分子之间的相互作用进行分离纯化,当料液以一定流速流过膜的时候，目标分子与膜介质表面或膜孔内配位基团特异性结合，而杂质则透过膜孔流出，待处理结束后再通过洗脱液将目标分子洗脱下来.

（一）吸附膜技术

膜吸附技术是20世纪

80年代中期发展起来

的一种新型膜过程，

是膜技术与吸附色谱

方法的杂化集成技术

，可以将澄清、浓缩

和纯化步骤聚集于一

体，能够提供完全分

离纯化解决方案。

膜吸附技术优势

✓

由于在膜多孔基质上亲和配基与液流之间扩散路径极短，传质极快，分离时间显著缩短，分离效率提高；✓

由于膜的孔隙率高，其孔表面积大，膜的厚度很薄就能满足分离要求，且液流通过膜的压力降较低；✓

膜色谱技术不仅利用了膜配基与生物分子的识别功能，可以分离低浓度的生物产品，而且由于膜的渗透通量大能够在纯化的同时实现浓缩。✓由于膜的元件都是标准的，膜由于膜的元件都是标准的，膜色谱色谱易于放大，便易于放大，便于实现大规模连续分离和自动操作。

（二）吸附功能分离膜

⏹吸附功能分离膜是将对生物大分子有特异性和选择性的基团连接到多孔膜表面及孔壁上制备而成。

⏹吸附膜是膜色谱的关键部分，它决定了膜色谱的分离效率及产物的纯度，它是膜色谱技术研究与开发的焦点。

吸附分离膜的分类

亲和膜（金属螯和膜）→→亲和膜色谱☐亲和膜（金属螯和膜）

离子交换膜→→离子交换膜色谱

☐离子交换膜

☐疏水膜→疏水膜色谱

膜集成→→多级膜色谱

☐膜集成

（三）膜吸附器

（四）膜吸附的应用

Sartorius公司膜吸附技术开发的启示

1、膜材料：离子交换膜

膜材料：亲和膜

2、膜吸附组件

3、膜吸附器分离过程

膜吸附器分离示意图

Connection in series for more capacity and resolution

4、膜吸附应用实例

⏹Proteins

⏹Membrane proteins(膜蛋白）

⏹Lactoferrin(乳铁传递蛋白)

⏹Protein vaccines(蛋白疫苗)

⏹Monoclonal antibodies（单克隆抗体）

His--tagged protein（组氨酸标记蛋白)

⏹His

⏹Endotoxin removal(内毒素去除）

⏹DNA purification and removal

⏹Antisense oligonucleotides（抗敏低聚核苷酸）⏹Virus purification and removal

5、膜吸附应用前景

⏹抗菌素、蛋白质、病毒、基因等生物活性物质的分离分级；

⏹含生物活性物质的除杂澄清过滤；

⏹中药有效部位及有效成份的提纯；

⏹血液净化；

⏹无病毒、无热原水的制备；

⏹超纯水的制备；

⏹贵重金属的提取；

⏹主要应用于生物工程，医药工业，水处理以及环保等行业,

以期取代传统的生物分离方法。它集浓缩、吸附、还原和分离于一体，具有良好的经济效益和社会效益

二、膜吸收

基于气-液膜接触器的烟气脱硫脱硝研究进展

精馏吸收萃取

传统分离工艺-缺点？

液泛雾末夹带乳化

漏液

，

传质过程

1.组分从原料相传到膜表面

2.膜中扩散

3.从膜另一表面传递到渗透相•气体和液体操作压力流率能相互独立地改变而不产生液泛、滴漏、雾沫夹带等现象

•膜的引入增加了传质阻力•体系的不稳定性-改变，有可能发生泄漏; 膜有可能被破坏;