膜分离技术综述

膜分离技术应用综述

摘要：膜分离工程技术是一项新兴的高效分离技术，已广泛应用于化工、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药等工业，被认为是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。由于膜分离的优势，越来越多的中药研究者正致力于开发膜技术在中药工业中的应用。膜分离技术 (微滤、超滤、纳滤、反渗透膜技术)在中药领域中发挥着非常重要的作用，可应用于中药提取液的纯化、浸膏制剂的制备、口服液的生产、注射剂的制备以及热原的去除等。膜分离技术将在中药现代化进程中发挥重大作用，并对中药的规范化和标准化生产起到一定的促进作用。由于历史的原因，生物技术发展初期，绝大多数的投资是在上游过程的开发，而下游处理过程的研究投入要比上游过程少得多，因而使得下游处理过程的研究明显落后，已成为生物技术整体优化的瓶颈，严重地制约了生物技术工业的发展，因此，当务之急是要充实和强化下游处理过程的研究，以期有更多的积累和突破，使下游处理过程尽快达到和适应上游过程的技术水平和要求。

关键词：生物分离下游工程膜分离

正文：

1、常用的膜分离过程

1.1微滤

鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。

1.2超滤

早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。1.3纳滤

纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保净水和污水处理及其资源化工业。1.4反渗透

由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。

1.5其他常用膜分离过程

除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。

2、膜分离原理及膜的分类

2.1膜分离原理

用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，统称为膜分离法。膜分离过程是以选择透过膜为分离介质，利用膜对混合物各组分渗透性能的差异，实现对多组分的混合物进行物理的分离、纯化和富集。

2.2膜的分类

膜就结构而言可分为对称膜和非对称膜；根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜；依据膜孔径（或截留分子质量）的不同，可分为微滤

（microfiltration ,MF）膜、超滤（ultrafiltration ,UF）膜、纳滤（nanofiltration ,NF）膜、反渗透（reverse osmosis ,RO）膜。微滤膜主要用于截留悬固体、细菌，超滤膜主要用于截留大个子有机物、染料、重金属离子等，反渗透膜主要用于截留无机盐如氯化钠等。目前已开发的在医药工业应用的膜分离技术主要有：微滤、超滤、纳滤及反渗透等。都是以压力差为推动力的膜过程，当膜两侧存在一定压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。四种膜的透过机理基本相同，主要是被分离物颗粒或分子的大小和所采用膜的结构与性能有所差异。

3、生物技术下游加工分离与纯化的一般步骤

由于人们所需的生物产品不同（如菌体或酶或代谢产物），用途各异，对产品的质量（纯度）要求也可以是多方面的，所以分离与纯化步骤可有不同的组合，提取和精制的方法也是多种多样的。但大多数生物分离与纯化过程常常按生产过程的顺序分为四个类似步骤，见图（1）。其中a、发酵液的预处理与固液分离（或不溶物的去除）：在这一步步骤中，过滤和离心是基本的单元操作。而凝聚和絮凝等技术可加速两相分离。为了减少过滤介质的阻力，采用了错流过滤技术，但这一步对产物浓缩和产物质量的改善作用很小。如果是胞内产物还须进行细胞的破碎及碎片的分离。 b、初步纯化：这一步骤没有特定的方法，主要是除去与

目标产物性质有很大差异的物质，一般会发生显著的浓缩和产物质量的增加。典型的分离方法有吸附、萃取等。c、高度纯化：这类过程，技术对产物有高度的选择性，用于除去有类似化学功能和物理性质的不纯物，典型的方法有层析、电泳等。 d. 成品加工（精制）：产物的最终用途决定了最终的加工方法。结晶常常是关键。大多数产品也必须经过干燥。其中各阶段都有若干单元操作可以选用，应根据具体情况而定。为了便于技术选择，下面将各种主要的单元操作的主要分离方法作一简要介绍。

4、膜分离技术发展史、现状及展望

4.1发展史

膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的，但我们人类对它的认识、利用、模拟直至现在人工合成的历史过程却是漫长而曲折的。我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。

4.2现状

随着我国膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。

半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。

由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程现在已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。

目前，这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。

参考文献：

1、严希康，《生化分离技术》上海华东理工大学出版社，1998

2、徐炎华等，《我国生物分离纯化技术现状及发展方向》江苏化工，1996

3、周加祥、刘铮，《生物分离技术与过程的研究进展》2000

4、赵燕英、陈正望，《浅谈生物工程下游技术》2011

5、毛中贵，《生物工业下游技术》中国轻工业出版社，2001