312泡沫分离与膜分离技术

312泡沫分离与膜分离技术
2.3 泡沫分离设备和过程 ①设备：泡沫柱和消泡器
②分离过程可分为： 间歇泡沫分离，连续泡沫分离 表面活性物质泡沫分离，非表面活性物质泡沫分离 浓缩纯化泡沫分离，提取回收泡沫分离
312泡沫分离与膜分离技术
2.4 影响泡沫分离的因素 ①料液性质，如pH值，离子强度，其他添
▪ 主要用于海水脱盐，纯水制造以及小分子产品 如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。
312泡沫分离与膜分离技术
微滤
超滤
反渗透
○:微粒子 ●:大分子 ＋:小分子 ……..：水
312泡沫分离与膜分离技术
超滤和反渗透 目的：将溶质通过一层具有选择性的薄
膜，从溶液中分离出来。 分离时的推动力都是压强，由于被分离
物质的分子量和直径大小差别及膜孔结 构不同，其采用的压强大小不同。 反渗透膜的操作压力常达1 ~ 10 MPa。
312泡沫分离与膜分离技术
超滤：需要增加流体的静压力，改变天然过程的方向
，才可能发生含有低分子量化合物的溶剂流通过膜，此 时的推动力是流体静压力与渗透压的压差；
pp p0 patm
反渗透：过程类似于超滤，只是纯溶剂通过膜，而低
▪ 是一种以压力差为推 动力，从溶液中分离 出溶剂的膜分离操作 ，孔径范围在0. 1~1 nm之间。
3.2 膜分离技术的类型
3.反渗透（Reverse osmosis,RO） ：
▪ 其基本原理为溶解扩散。在高于溶液渗透压的 压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有 溶液中的大分子、小分子有机物及无机物全被 戳留住。
加剂等 ②表面活性剂 ③操作条件，如进料浓度，气泡尺寸，气
体流量 ④泡沫柱高度
312泡沫分离与膜分离技术
2.5 应用 2.5.1 泡沫分离的优势
①设备简单，易于放大 ②操作简便，能耗低 ③可连续和间歇操作 ④更适合处理体积庞大的稀料液 ⑤分离效率高
312泡沫分离与膜分离技术
2.5.2 实际应用 ①细胞的收集或去除 ②蛋白质、多肽和酶的提取分离 ③中药有效成分的分离浓缩
312泡沫分离与膜分离技术
2.1 泡沫分离（foam separation）
根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液 相中形成的气泡为载体对液相中的溶质或 颗粒进行分离，因此又称泡沫吸附分离或 泡沫分级。
312泡沫分离与膜分离技术
2.2 泡沫分离原理 根据表面吸附原理，基于溶液中溶质（或
颗粒）间表面活性的差异，表面活性强的 物质优先吸附于分散相与连续相的界面处 ，通过鼓泡使溶质选择性的聚集在气-液界 面并借助浮力上升至溶液主体上方形成泡 沫层，从而分离、浓缩溶质或净化液相主 体的过程。
2.超滤（ Ultrafiltration, UF） ：
▪ 分离介质同上，但孔径更小，可分离或浓缩粒子 粒径为1nm ~ 50 nm的可溶性物质。
▪ 适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、浓 缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热原， 在生物工程中应用最广。
312泡沫分离与膜分离技术
3.反渗透（Reverse osmosis,RO）:
312泡沫分离与膜分离技术
十六烷基三甲基季铵盐的溴化物 （CTAB）主要用于沉淀酸性多糖。
十二烷基磺酸钠（SDS）主要用于 沉淀膜蛋白和核蛋白。
312泡沫分离与膜分离技术
是一类温和的沉淀剂，与目标蛋白成盐。 核酸（多聚阴离子）：用于碱性蛋白的沉
淀 鱼精蛋白（多聚阳离子）：用于酸性蛋白
的沉淀
312泡沫分离与膜分离技术
1.微滤（Microfiltration,MF） ：
以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力 ，使不溶性物质得以分离的操作。 可用于粒子粒径为0.1 μm ~ 10 μm的过滤。 可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培养基 液菌体分离与浓缩，产品消毒。
312泡沫分离与膜分离技术
被膜分开的流体相物质是液体或气体 膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其
Leabharlann Baidu为膜。 膜在分离过程中的功能：物质的识别与透
过，界面，反应场。
312泡沫分离与膜分离技术
膜分离过程的实质是物质透过或被截留 于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤 膜孔径大小而达到物质分离的目的，故 而可以按分离粒子大小进行分类。
312泡沫分离与膜分离技术
电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理， 氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化
312泡沫分离与膜分离技术
6 渗透气化 利用膜与被分离有机液体混合物中各组分
分子量的化合物被截留。因此，操作压力比超滤大得多
。
pp p0 patm
因此，超滤和反渗透通常又被称之为“强 制膜分离过程”
312泡沫分离与膜分离技术
4.透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能透
过的亲水膜将溶质溶液与纯水分隔，在浓差的作用下 ，小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。 ▪ 透析膜：孔径5-10nm,实验室中常用透析袋 ▪ 应用：脱盐，血液透析
312泡沫分离与膜分离技术
3.1 膜分离的概念：利用膜的选择性（孔 径大小），以膜的两侧存在的能量差作 为推动力，由于溶液中各组分透过膜的 迁移率不同而实现分离的一种技术。
用半透膜作为选择障碍层，允许某些组 分透过而保留混合物中其它组份，从而 达到分离目的的技术。
312泡沫分离与膜分离技术
在流体相之间有一层薄的凝聚相物质，把 流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物 质称为膜。
特点：以浓差为推动力，膜透 过通量很小，不适于大规模生物 分离过程，多在实验室中应用。
312泡沫分离与膜分离技术
5.电渗析：以电位差为推动力，利用离子 交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或 富集电解质的膜分离操作。
在直流电场的作用下，由于离子交换膜 的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩， 分离推动力是静电引力。
渗透和渗透压：
渗透：膜（不能透过溶质）两 侧压力相等时，在浓度差作用 下，溶剂从溶质浓度低的一侧 向溶质浓度高的一侧透过的现 象。
渗透压：渗透现象中，促使水 分子透过的推动力。
312泡沫分离与膜分离技术
3.反渗透（Reverse osmosis,RO）:
反渗透：
定义：在溶质浓度高 的一侧施加超过渗透 压的压力，使溶剂透 过膜的操作。