312泡沫分离与膜分离技术
泡沫分离技术与应用
浅析泡沫分离技术的应用及其发展趋势摘要：泡沫分离技术作为一种新兴的分离与净化技术，广泛应用于工业领域中。
本文依据近年来有关泡沫分离的报道，综述了泡沫分离技术的研究进展，介绍了分离过程中操作参数，溶液体系性质，分离设备等因素对分离效果的影响，并介绍了泡沫分离在固体粒子、溶液中的离子分子、废水处理以及生物产品的分离过程中的应用，指出了泡沫分离技术目前存在的问题及发展方向。
关键词：泡沫分离技术；原理；设备；影响因素；应用Abstract: The foam fractionation and purification technique, which are widely used in industry. Based on recent reports of foam separation, the purpose of this paper was to review the foam fractionation, introduced the effects of the operating parameters, the nature of solution system and the equipment, and also introduced the application of foam separation. To discuss the current problem and development trend of foam fractionation.Key words: foam fractionation; theory; equipment; the factors of effect; applications第一章引言泡沫分离技术是近几十年发展比较快的新兴分离技术，广泛应用于工业领域中。
泡沫分离是膜分离技术的一种，它是以泡沫作为分离介质，以组分之间的表面活性差异作为分离依据，利用在溶液中的鼓泡来达到浓集物质目的的一种新型分离技术【1】。
泡沫分离
当溶液中含有离子型表面活性剂的时候，可以表示如下：
其中的n与离子型表面活性剂的类型有关。
在浓度C很低时（如图中a以下）由于表面活性组分量少， 溶液的表面张力几乎不变，因此吸附量很少，吸附溶质 的表面浓度τ 接近于零，分离强度很低。在中间浓度区 （图中a，b之间），表面张力r随活性组分的加入而减 少，因此r-C曲线的斜率为负值，而相应部分的τ-C关系 接近于直线（可近似用τ =KC表示）。
1 间歇式泡沫分离过程 被处理的原料液和需加 入的表面活性剂置于塔 下部，塔底连续鼓进空 气，塔顶连续排泡沫液。 原料液由于不断的形成 泡沫而减少。为了弥补 分离过程中表面活性物 质的减少，可在塔釜间 歇补充适当的表面活性 剂。 间歇式操作既适用于溶液的净化，也适用于有价值 组分的回收。
2 连续式泡沫分离过程
3 多级逆流泡沫分离过程 和其他分离过程一样，泡沫分离也可以把一组 单级设备串联起来操作，如下图：
4 泡沫分离与精馏过程的比较
泡沫分离与精馏过程非常相似，两者可以在以下几方 面进行类比： 1.精馏中的液相相当于泡沫分离中产生泡沫的液相主 体； 2.精馏中的气相相当于泡沫分离中的泡沫； 3.精馏过程中的雾沫夹带相当于泡沫层中所夹带的主 体溶液； 4.精馏中单位时间所消耗的热量相当于泡沫分离中单 位时间所产生的气—液相界面。
就扩大了泡沫分离技术的应用范围，使其能用于非表
面活性物质的分离。
现在，泡沫分离技术还可用于许多可溶的和不可溶 物质的分离和富集。例如溶液中的无机阴离子、金
属阳离子的分离富集。
随着工业的发展，特别是对环境保护的重视和资源
综合利用的要求，泡沫分离的工作将不断扩大范围，
其工业应用将越来越广泛。
根据Karger等人提出的理论，凡是利用“泡”来进行 物质分离的方法统称为泡沫吸附分离法。并提出下图 所示分类法：
膜分离技术的原理及优点
膜分离技术的原理及优点1、膜分离的概念即是以天然或人工合成的高分子薄膜为介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯和浓缩的方法称之为膜分离法。
膜分离可用于液相和气相。
对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。
2、膜分离的基本原理膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。
有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。
3、膜分离技术的优点（1）在常温下进行：有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩；（2）无相态变化：保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的31—81； （3）无化学变化：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染；（4）选择性好：可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能；（5）适应性强：处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化；（6）能耗低：只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩闹局世或冷冻浓缩的31—81。
4、膜分离技术的缺点（1）膜技术虽然浓缩成本低，但不能将产品浓缩成干物质；（2）膜技术虽然具有选择过滤性，但是同分异构体就无法实现分离。
5、膜分离技术的应用领域膜分离技术，是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。
泡沫分离技术及其在蛋白分离中的应用
及发展大致可以看出，泡沫分离 的应用可以分为两大类。一类是 本身为非表面活性物质（如铜、 锌、银、镉、铁、汞等金属类物 质），需通过配位或其他方法使 其具有表面活性，这类体系被广 泛地下用面本于文工将业就泡污沫水分中离技各术种及金其在属离 子质的分离分蛋离白回质中收的，应以用作及一海个水简单中介铀、 钼绍、铜等的富集和原子能工业中
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含放射性元素锶的废水的处理； 另一类是本身具有表面活性的物
蛋白质和酶的分离浓缩
泡沫分离蛋白质主要是由于蛋白质具有一定 的表面活性能够吸附于气液界面，因此知道能够 利用泡沫分离技术分离提取的蛋白质首先应具有 一定的表面活性，但并非拥有表面活性的蛋白质 就能够用泡沫分离法进行分离。目前能够利用泡 沫分离技术成功分离出的蛋白质有：磷酸酶、链 激酶、蛋白酶、血清白蛋白、溶菌酶、胃蛋白酶、 尿素酶、过氧化氢酶、明胶、大豆蛋白、卢一酪 蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。
泡沫分离技术的操作方式
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分离技术的基本流程：间歇式和连 续式
连续式泡 沫分离装 置与间歇 式没有什 么本质区 别，只是 含表面活 性剂的料
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• 应用连续型泡沫分离装置，便于工业化、自动化生产。
• 三种不同的连续型泡沫分离装置分别为浓缩塔（精 馏塔）、提取塔（提馏塔）、复合塔（全馏塔），可 根据不同目的选择不同的塔。
泡沫分离的简介
泡沫分离，又称泡沫吸附分离技术，是一种用来分离金属离子、 胶体、分子及沉淀等物质的一种新型分离方法，并在发展过程中逐渐 作为一种单元操作加以研究。至今为止，泡沫分离技术不但在矿物浮 选的应用上已经相当成熟，并已成功应用于很多表面活性物质（诸如 蛋白质、酶、胶体、合成洗涤剂等）的分离。近年来，科学研究者们 仍在不断探索更高效、环保、适于工业化操作的泡沫分离操作方式， 并不断尝试分离新的活性物质以满足现代社会及工业的需求。继用泡 沫分离技术从溶液中回收微量金属离子的相关研究开始之后，随着对 整个分离过程的原理、机制、操作方式、分离条件的深入研究，泡沫 分离技术的应用范围逐渐扩大到蛋白质、DNA、酶等各种生物活性 物质以及合成洗涤剂的分离。其环保、温和、操作简单的特点无疑将 使其在有关生物、环境、食品、化工等工业中得到更加广泛的应用。
膜分离技术在化工中的应用研究
膜分离技术在化工中的应用研究膜分离技术是一种既成熟又广泛应用的技术，已被应用于化工、生物、环保等领域。
本文将重点探讨膜分离技术在化工中的应用研究。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术是利用特定的膜材料，通过不同的膜分离原理，实现溶剂、物质或离子的分离和浓缩。
膜材料通常是高分子聚合物或无机材料。
常见的膜分离方式包括压力驱动、重力驱动、电化学驱动和浓差驱动等。
二、膜分离技术在化工中的应用1、质量分离质量分离是膜分离技术最常见的应用之一。
在化工生产中，常常需要将反应产物和副产物分离出来，以提高产品的纯度和产率。
膜分离技术可以实现对不同分子大小和分子量的选择性排除，对反应产物和副产物进行有效的分离，以及对有机物、无机盐和离子等物质进行分离。
2、液膜萃取液膜萃取是一种将某些物质从一种流体中转移到另一种流体中的过程。
膜分离技术在这种过程中有广泛应用。
例如，将有机物从废水中提取出来，并转移到有机溶剂中。
这种方法具有高效、环保等优点，已被广泛应用于化工废水处理、有机物提取等领域。
3、气体分离和分子筛膜分离技术还可以用于气体分离和分子筛。
例如，将二氧化碳从混合气体中分离出来，以防止大气污染和气候变化。
此外，还可以利用膜分离技术分离空气中的氧气和氮气，从而实现气体的提纯和分离。
4、反渗透技术反渗透技术是膜分离技术的一种重要应用形式。
反渗透技术可以将水中的有机物、微生物、溶解性盐分和杂质等分离出来，从而实现水的提纯和处理。
反渗透技术已被广泛应用于化工废水处理、生活饮用水净化等领域。
三、膜分离技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，膜分离技术也在不断进步和创新。
目前，膜分离技术主要面临以下几个发展趋势：1、膜材料的创新现代化学技术的发展，也加速了膜材料的创新进程。
不断涌现出新型材料，例如碳纳米管、薄膜复合材料等，可以用于制造高性能膜。
2、膜分离技术设备的优化随着化工生产技术的不断进步，膜分离技术设备也在不断优化。
通过在膜组件和膜分离装置中引入泡沫增强剂、多孔材料等，可以提高膜的稳定性和使用寿命。
膜分离技术
乳状液膜示意图
支撑液膜示意图
3.2
膜蒸馏
膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为 传质驱动力的膜分离过程，基本原理如下图：
优点：（1）常压下进行，设备简单、操作方便 （2）只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净（3）可以处理极高浓度 的水溶液，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程； （4）无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，就可以进行， 有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源。
2.1
应用
微滤
（1）水的高度净化：除菌和微粒 （2）食品、饮料、酒类、酱油醋等悬浮物、
微生物和异味杂质
（3）药液的过滤除菌 （4）发酵工业的空气净化和除菌。
2.2
超滤
行分离的筛分过程，其截断分子量一般在6000到50万， 如多糖、蛋白质、酶、胶体等。 孔径为几十nm，操作压0.2-1MPa
定义：以压力差为动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进
剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透 压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧 得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。
2.4
反渗透
特点：所分离物质分子量一般小于500，操作压2-100MPa
膜结构：反渗透膜通常使用非对称膜和复合膜,孔径小于0.5nm
3
新型膜分离技术
液膜萃取 亲和膜分离 渗透蒸发 气体分离 膜蒸馏
膜反应器
泡沫分离
3.1
液膜萃取
原理：液膜萃取技术是一种以液膜为分离介质，利用液膜 的选择透过性，以浓度差为推动力的一种新型膜分离方法， 结合了固体膜分离法和溶剂萃取法的特点
分离技术
型分离技术，如膜分离、泡沫分离、超临界流体萃取以及耦合技术等得到重视和发展。
1.2化工分离技术的多样性由于化工分离技术的应用领域十分广泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性。
按机理划分，可大致分成五类，即：生成新相以进行分离（如蒸馏、结晶）；加入新相进行分离（如萃取、吸收）；用隔离物进行分离（如膜分离）体试剂进行分离（如吸附、离子交换）和用外力场或梯度进行分离（如离心萃取分离、电泳）等，它们的特点和设计方法有所不同。
K e l l e y[3]于1987年总结了一些常用分离方法的技术成熟度和应用成熟度的关系图(图1)。
十余年来，化工分离技术虽然有了很大的发展，但图中指出的方向仍可供参考。
例如,萃取、吸收、结晶等仍是当前使用最多的分离技术[4-5]。
液膜分离虽然构思巧妙,但由于技术上的局限性,仅在药物缓释等方面得到有限的应用。
图1分离过程的技术和应用成熟度[3]Fig.1 The technology and use maturity of the separating process 2传统分离技术精馏虽然是最早期的分离技术之一，几乎与精馏同时诞生的传统分离技术,如吸收、蒸发、结晶、干燥等，经过一百多年的发展，至今仍然在化工、医药、冶金、食品等工业中广泛应用并起着重要作用。
2.1精馏技术精馏是关键共性技术，已经被广发应用了200多年，从技术和应用的成熟程度考虑，目前仍然是工厂的首选分离方法[6]。
精馏市场的经济效益至今仍是令人刮目相看的。
而近年来，随着相关学科的渗透、精馏学科本身的发展及经济全球化的冲击，我国精馏技术正向新一代转变，以迎接所面临的挑战。
其特征[7]为：（1）精馏学科正由传统的依靠经验、半经验过渡到凭半理论以至理论；（2）精馏过程正由传统的单一分离过程过渡到耦合和复杂的优化分离过程，以提高分离效率和节能；（3）由对环境造成严重污染的一代向注重环保的一代转变；（4）由走加工的道路向技术集成创新型转变；（5）通过我国自己的技术进步解决装置大型化、长周期运行，通过创新解决精馏技术问题，以降低成本、提高国际竞争力。
3-1-2泡沫分离与膜分离技术
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3.2 膜分离技术的类型
2.超滤（ Ultrafiltration, UF） ：
反渗透：过程类似于超滤，只是纯溶剂通过膜，而低
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”
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3.2 膜分离技术的类型
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
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。
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3.2 膜分离技术的类型
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。
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。
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2 泡沫分离
2.3 泡沫分离设备和过程 ①设备：泡沫柱和消泡器
膜分离技术
膜分离技术
膜分离技术是一种工业分离技术，它采用膜作为储存屏障，通过使用渗透压差净化原料中的有机或无机多相混合物，可以有效地模糊、拆分和重组溶解物。
它可以被广泛应用于食品加工、生物制药、水处理、化学和石油等多个领域。
膜分离技术是利用膜分离系统把有机或无机质流通过不同宽度的膜。
通过对溶解物浓度、压力差、分子大小等变量进行调节来调节该系统，让它们沿一个特定的方向通过膜，使其中一种或多种化合物转移到另一边。
1. 水处理：膜分离技术可以用于净化水，使其去除有机污染物、含盐水和重金属污染物，同时可以调节水的性质，以满足各种生产和生活的需求。
2. 生物制药：膜分离技术可以用于从生物材料中提取蛋白质、核酸和活性成分，纯化有效成分，获取高品质的生物制剂。
3. 家用膜分离：家用膜分离器可以用来过滤家里供水系统，去除杂质，比如水垢、硬水、有机污染物等，得到净化后的清洁饮用水。
4. 食品加工：膜分离技术可以用来分离、纯化油脂物质，提取及重组营养素和香料，净化乳制品中的杂质，同时保留有益成分。
三、特点
1. 精度高：膜分离技术的精度比其他类型的分离和提取技术更高，可以有效地清除杂质，比如细菌、细菌毒素等；
2. 无毒无害：膜是一种完全无毒无害的材料，无论是清洗过程还是使用过程都不会对人体产生任何不良影响；
3. 成本低廉：膜分离技术的成本比其他类型的分离和提取技术更低；
4. 操作方便：膜分离技术的操作简单，在不影响其性能的情况下，可调节宽度和厚度以适应不同的分离需求。
总之，膜分离技术具有精度高、无毒无害、成本低廉、操作方便等诸多优点，因此，它会被广泛应用于食品加工、生物制药、水处理、化学和石油等多个领域。
第十三章泡沫分离技术
（四）泡沫分离的应用
A.蛋白质和酶的分离浓缩 泡沫分离可应用 于各种蛋白质和酶的分离。 B 皂苷的富集和浓缩
到浓缩，液相主体被净化。
溶媒浮选是在溶液顶部置有一种与其互不相溶的溶 剂，用它来萃取或富集由塔底鼓出的气泡所吸附的 表面活性物质。
泡沫浮选：用于分离不溶解的物质，根据被分离对象
是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒，分为：
1 矿物浮选
用于矿石和脉石离子的分离；
2 粗粒浮选和微粒浮选 用于共生矿中单质的分离，其中粗粒浮选粒子直径大 约为1~10mm内，微粒浮选对象为直径1m~1mm的胶 体、高分子物质或者矿浆；
泡沫的形成
泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度，系统温度 和泡沫单体大小、压力、溶液pH值有关。表面活性剂 的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。
（三）泡沫分离的操作方式及其影响因素
泡沫分离的操作是由两个基本过程组成：
1 待分离的溶质被吸附到气－液界面上；
2 对被泡沫吸附的物质进行收集并用化学、热或 机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。 因此它的主要设备为泡沫塔和破沫器。
影响泡沫分离的因素
A．待分离物质的种类 B．溶液的pH值 溶液的pH值对分离效果有很大的影响。 C .表面活性剂浓度 表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度， 但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。 D．温度 首先温度应达到表面活性剂的起泡温度，保持泡沫 的稳定性，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。 E．气流速度 F．离子强度 此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅拌等也是影响泡沫 分离的因素
异。
表面活性剂表现出表面活性和界面性质
表面活性剂溶于水中 多余的分子形成胶束 溶于溶液中
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种通过特殊材料的筛选作用，将混合物中的不同成分分离出来的一种分离技术。
该技术广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域。
本文将对膜分离技术进行详细介绍。
一、膜分离技术概述膜分离技术是一种物理分离方法，它是利用膜对混合物进行分离、浓缩、纯化等过程。
通过膜的选择性渗透，可以将溶液中的化合物隔离出来，从而达到分离的目的。
膜分离技术相对于传统的分离技术，具有分离效率高、分离速度快、操作简单等优点。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和材质不同，膜分离技术可以分为以下几种类型：1. 逆渗透膜分离技术逆渗透膜分离技术是指利用一种半透膜，使水分子和溶质分子在压力作用下分别通过膜，从而实现水和溶质的分离。
逆渗透膜具有高的选择性，可对不同分子大小的物质具有不同的分离效果。
逆渗透膜广泛应用于饮用水处理、海水淡化、食品加工、医药制品等领域。
2. 超滤膜分离技术超滤膜分离技术是指利用具有一定孔径大小的多孔膜，用于从混合物中分离出溶质粒子。
超滤膜的分离效果与分子的大小、形状、电荷等因素有关。
超滤膜分离技术广泛应用于制浆造纸、制药、食品、环境保护等领域。
3. 离子交换膜分离技术离子交换膜分离技术是指利用离子交换膜，可实现离子的去除、富集和分离。
离子交换膜具有良好的化学稳定性和热稳定性，可对不同离子具有不同的吸附效果。
离子交换膜分离技术广泛应用于制药、化学工业、电子行业等领域。
4. 气体分离膜分离技术气体分离膜分离技术是指利用膜的选择性，将混合气体中的组分分离出来。
气体分离膜主要用于气体纯化和分离。
该技术被广泛应用于石油化工、石油天然气、空气分离等领域。
三、膜分离技术的应用1. 工业应用膜分离技术在工业上应用广泛，主要应用于纯化、浓缩、分离等领域。
例如，在糖果制造中，膜分离技术可用于果汁的浓缩和分离；在制药过程中，膜分离技术可用于分离纯化药品；在化工生产中，膜分离技术可用于溶液的分离和浓缩等。
2. 环境保护膜分离技术在环境保护中也有广泛的应用，主要用于污水的处理和饮用水的净化。
生物工程名词解释
凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１mm 大小块状凝聚体的过程。
PPT电泳：荷电的胶体粒子在电场中的移动。
PPT或者：荷电溶质（电解质）或粒子在电场作用下发生定向泳动的现象P362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。
PPT 或者：利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。
P56离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中。
PPT过滤：是在外力作用下，利用过滤介质使悬浮液中的液体通过，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的一种单元操作。
PPT或者：利用薄片形多孔性介质（如滤布）截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法。
P20沉降：离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程，当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降。
PPT重结晶：是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的晶体的操作。
PPT晶体：形成新相（固体）需要一定的表面自由能。
因此，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出。
溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。
PPT初级分离：指从菌体发酵液、细胞培养液、胞内抽提液（细胞破碎液）及其他各种生物原料初步提取目标产物，使目标产物得到浓缩和初步分离的下游加工过程。
P35双水相系统：某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统。
P116双结点线：双结点线以下的区域为均相区，以上的区域为两相区。
P117反胶团：表面活性剂在有机溶剂中形成的胶团。
新型分离技术
新型分离技术1. 简介新型分离技术是指一种通过创新的方法和技术，实现物质或信号的分离和提取的技术。
在科学研究、生产制造、环境监测等领域都有广泛的应用。
本文将介绍几种常见的新型分离技术，包括膜分离技术、离子交换技术和磁性分离技术。
2. 膜分离技术膜分离技术是利用特制的膜材料对物质进行分离和提取的技术。
膜材料通常具有一定的选择性，可以根据物质的大小、形状、电荷等属性进行筛选。
膜分离技术被广泛应用于液体分离、气体分离和固液分离等方面。
膜分离技术的优点在于操作简单、分离效率高、能耗低。
它可以帮助工业生产中的废水处理、饮用水净化和药物分离纯化等领域。
例如，膜分离技术可以将沉淀物与溶液分离，使废水中的污染物得以去除。
3. 离子交换技术离子交换技术是指通过特定的离子交换树脂将溶液中的离子进行选择性吸附和释放的技术。
离子交换树脂通常是由树脂球或柱、具有化学反应活性基团的剂量的填充而成。
根据需要对树脂进行选择，可以实现对特定离子的分离和提取。
离子交换技术主要应用于水处理、化学品生产和药物分离纯化等领域。
例如，在水处理中，离子交换技术可以去除水中的硬度离子，获得更纯净的水质。
在医药行业中，离子交换技术可以用于药物的纯化和分离过程，提高产品的质量。
4. 磁性分离技术磁性分离技术是利用磁性颗粒将目标物质从混合物中分离和提取的技术。
磁性分离技术的基本原理是利用磁性材料在外加磁场作用下具有磁性响应的特性。
通过控制磁场的强度和方向，可以实现对特定物质的分离和提取。
磁性分离技术在生物医学、生物化学和环境分析等领域具有广泛的应用。
例如，在生物医学研究中，磁性分离技术可以用于分离和提取细胞、蛋白质和核酸等生物标本。
在环境分析中，磁性分离技术可以用于检测水体和土壤中的污染物。
5. 总结新型分离技术的发展使得物质的分离和提取更加高效和精确。
通过膜分离技术、离子交换技术和磁性分离技术，我们可以实现对液体、气体和固体的分离和纯化，满足现代工业和科学研究的需要。
膜分离技术及应用
膜分离技术及应用1 膜分离技术的简介1.1 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。
膜分离的一般示意性图见图1。
1.2 膜的简介在一种流体相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。
膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体。
被膜分开的流体相物质图1 膜分离过程示意图是液体或气体。
膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜。
1.2.1 对于不同种类的膜都有一个基本要求：（1）耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压力，一般模操作的压力范围在0.1~0.5Mpa，反渗透膜的压力更高，约为1~10MPa（2）耐高温：高通量带来的温度升高和清洗的需要（3）耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解；（4）化学相容性：保持膜的稳定性；（5）生物相容性：防止生物大分子的变性；（6）成本低。
1.2.2 膜的分类按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分：有机高分子（天然高分子材料膜、合成高分子材料膜）膜、无机材料膜1.2.3 各种膜材料（1）天然高分子材料膜主要是纤维素的衍生物，有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。
其中醋酸纤维膜的截盐能力强，常用作反渗透膜，也可用作微滤膜和超滤膜。
醋酸纤维膜使用最高温度和pH范围有限，一般使用温度低于45~50℃，pH3~8。
再生纤维素可制造透析膜和微滤膜。
（2）合成高分子材料膜市售膜的大部分为合成高分子膜，种类很多，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。
其中聚砜是最常用的膜材料之一，主要用于制造超滤膜。
聚砜膜的特点是耐高温(一般为70~80℃，有些可高达125℃)，适用pH 范围广(pH=l~13)，耐氯能力强，可调节孔径范围宽(1~20nm)。
但聚砜膜耐压能力较低，一般平板膜的操作压力权限为0.5~1.0MPa 。
《膜分离技术》PPT课件
缓冲液
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无机盐
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2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
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• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
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17.1 膜材料 与膜的制造
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膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
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4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
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透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
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透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
膜分离的原理和应用
膜分离的原理和应用1. 膜分离的概述膜分离是一种利用半透膜分离物质的技术，通过选择性地阻止溶质通过膜来实现分离和浓缩。
它在多个领域中得到广泛应用，包括水处理、生物医药、食品加工等。
2. 膜分离的原理膜分离的基本原理是根据溶质在膜上传质速率不同的特性来实现分离。
根据传质机制的不同，膜分离可以分为四种主要类型：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和逆渗透膜。
2.1 微滤膜微滤膜的孔径大小在0.1-10微米之间，主要用于分离溶剂中的固体颗粒、泡沫和粘稠物质等。
其原理是通过物理筛选效应，根据颗粒的大小将其截留在膜上。
2.2 超滤膜超滤膜的孔径大小在0.001-0.1微米之间，主要用于分离溶剂中的高分子物质和胶体物质等。
其原理是根据溶质的尺寸和分子量差异，利用透析和筛选效应将其分离。
2.3 纳滤膜纳滤膜的孔径大小在0.001-0.01微米之间，主要用于分离和浓缩可透过膜的溶质。
其原理是利用溶质和溶剂之间的分子作用力差异，通过纳滤效应将其分离。
2.4 逆渗透膜逆渗透膜的孔径大小在0.0001-0.001微米之间，主要用于分离溶剂中的离子和小分子溶质。
其原理是利用溶质和溶剂之间的分子间排斥作用力差异，通过膜上的渗透剂将溶质分离。
3. 膜分离的应用膜分离技术在各个领域中得到了广泛的应用，以下列举了一些典型的应用案例。
3.1 水处理膜分离在水处理过程中起到了至关重要的作用。
例如，逆渗透膜被广泛应用于海水淡化，通过去除水中的盐分和杂质，将海水转化为可供人类直接使用的淡水。
3.2 生物医药膜分离在生物医药领域中用于分离和纯化生物制品，如蛋白质、抗生素、酶等。
通过逆渗透、纳滤等膜分离技术，可以实现对生物制品的高效分离和浓缩。
3.3 食品加工膜分离在食品加工中也得到了广泛应用。
以乳制品加工为例，通过超滤膜可以有效地将奶中的脂肪、蛋白质等分离，得到低脂乳、脱脂乳等产品。
3.4 化工工艺在化工工艺中，膜分离可以用于分离和回收有机溶剂、浓缩和除盐溶液、分离和提纯有机物等。
膜分离技术
几种膜分离过程的定义与分离原理
微滤
定义：利用筛分原理，以多孔细小薄膜为过滤介质，
使不溶物浓缩过滤的操作为微滤。
结构与孔径：对称微孔膜 0.05μ m—10μ m
驱动力：压力（ 0.05—0.5MPa）
分离物：微粒、胶体 示例：溶液除菌、澄清，果汁澄清、细胞收集、水中
颗粒物去除
超滤
原理：
原料 浓缩液 水 在装置两的膜两侧形成一个压力差，膜 只阻挡大分子，大分子渗透压不明显。
污染物的特性：是指它在不同pH溶液中，不同盐及浓度溶液中， 不同温度下的溶解性，荷电性和它可氧化性及 可酶解性等。
膜清洗的方法
物理方法：1 2 3 4 5 6 7 8 用高速水冲洗 采用泡沫塑料软球或海棉球机械擦洗 反冲 抽吸清 电场过滤 脉冲电泳清洗 脉冲电解清洗 电渗透反洗
化学方法：1 化学清洗剂— 稀酸、碱、酶、表面活性剂、络合剂、 和氧化剂。 2 选酸类清洗剂可以溶解除去矿物质及DNA，而NaOH 可用效脱除蛋白质污染。对于严重蛋白质污染可用0.5% 胃蛋白酶-0.01N NaOH清30分钟可有效恢复透水量。 3 多糖等污染物可用温水浸泡即可除去。
电渗析、气体透过
电渗析：它是通过在电位差下用荷电膜从水溶液中分离离子
的过程。阴．阳离子交换膜被交替排列在正．负极 之间形成许多独立的小单元。当含离子溶液在电场 下通过这些单元时，有些单元里的正．负离子可透 过正．负离子交换膜进入另一些单元而变成脱盐水， 另一些单元中正．负离子因电场作用和膜电排斥作 用而留在单元里，加下过来的离子生成浓盐水。 透过物：离子 推动力：电位差
膜结构及其分离特性
微孔滤膜
分离流体中尺寸为0.1-10um的微生物和 微粒子以达到净化、浓缩和分离的目的。
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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
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
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。312Fra bibliotek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。
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。
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。
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
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。
分子量的化合物被截留。因此，操作压力比超滤大得多
。
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因此，超滤和反渗透通常又被称之为“强 制膜分离过程”
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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
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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
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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
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。
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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。
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
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
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
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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
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
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。