膜过滤技术

膜过滤技术

摘要：膜过程作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术, 近30 年来

发展迅速, 已经在石油化工、轻工纺织、食品、医药、环保等多个领域得到广泛应用[1] 。膜分离技术具有操作简单、占地面积小, 处理过程中无相变及不会产生新的污染物质、分离效果好等优点, 近年来在水处理领域中得到广泛应用。本文就膜过滤的研究进展，膜材料以及它的应用作简要综述。

关键词：滤膜; 过滤技术; 除菌；应用

正文：

20 世纪80 年代以来,生命科学和生物工程技术的发展日新月异,生物产品(如酶、抗体、抗原、受体) 的种类越来越多. 这些制品通常是从发酵液中或天然产品中提取,再经纯化而得到的产品. 由于目标产物产量小,通常又与底物、细胞等混杂在一起,浓度很低,且生物产品与传统的化工产品不一样,它们一般都具有生物活性,对分离操作条件要求比较苛刻. 传统的化工分离方法如精馏、沉降、结晶等都难以达到要求.膜分离是20 世纪60 年代以来发展较快的一项分离技术,它具有操作条件温和、无污染、无相变等特点,在许多方面都得到了应用,象微滤、超滤已应用于生物化工和医药行业中. 膜分离是根据分子大小不同来实现分离的,一般相对分子质量相差10倍以上的物系才具有分离作用,因此它还远远不能满足生化分离的需要. 而生物亲和作用是生物分子之间的可逆专一性识别作用,具有极高的选性.[2]

20 世纪70 年代以来,利用生物亲和相互作用,分离蛋白质等生物大分子的亲和纯化技术迅速发展. 其中亲和层析技术已得到广泛应用,但是亲和层析法亦存在许多难以克服的缺点: 1) 亲和载体价格昂贵,使用寿命短;2) 色谱柱易堵塞和污染,需对原料进行预处理以除去颗粒性杂质;3) 难以实现连续操作和规模放大. 目前亲和层析法仅局限于价值极高的生物活性物质的小批量纯化. 为克服膜过滤和亲和层析的缺点,发展了亲和2膜过滤技术,不仅利用了生物分子的识别性能,分离低浓度的生物制品,而且膜的渗透性及通量大,能在纯化的同时实现浓缩,此外还有操作方便、设备简单、便于大规模生产的特点,发展前景引人瞩目。

[1]

1 膜过滤的分类

1．1 微孔过滤膜微孔过滤膜的孔径O．1～l0微米，多为对称性多孔膜，可分离大的胶体粒子和悬浮微粒，适用在低压(<0．3Mpa)条件下过滤，如应用于制备无菌水、药品、饮料和酒类过滤。我国湖北阳新药械制造厂、温州市东瓯水处理器材厂为主要厂商。[3]

1．2 超滤膜超滤膜孔径为0．001～0．1微米，一般为非对称性膜。可分离淀粉、果胶及悬浮固形物等大的合成分子。截留分子量范围一般为500到50万。纯水工作压力为0．3Mpa，一般在常温下进行操作。特别适用于热敏性物质的浓缩与分离。如应用超滤装置对乳制品、生物制品、果酒、果汁的分离和提纯、蛋白质浓缩、饮用纯净水等。随着生物技术的飞速发展。超滤膜分离技术在生物技术中的应用越来越广泛。目前已在酶制剂、疫苗、药物、基因生物制品、农用抗菌素、钩端螺旋体菌苗和马血清生物制剂的分离、浓缩和提纯中应用。近年来在酶膜应器中．大规模细胞培养方面也有新的进展。国内的主要厂商有中国科学院上海原子核研究所和上海生生饮用水有限公司。

1．3 反渗透膜其孔径0．000 l～0．0ol微米．工作压力比超滤膜的高。通常反渗透膜运行的切割分子量小于500。能截留盐或小分子量有机物，使水选择性通过或气体通过。如应用在海水脱盐、天然气提纯、回收有机物蒸气、气体分离技术、制备富氧空气、干燥氮气、氧氮分离、氢氮分离、果汁和蔬菜汁加工等。从合成氨气中回收氢，亦适用于石化行业中的尾气提纯．属2O世纪9O年代的世界高新技术。国外为满足各种不同用途的需要，增加薄膜强度及使用寿命，已开发薄膜与金属网的复合物，薄膜与优选织物的复合物。双层、3层、强化薄膜及带电荷薄膜等新品种。

1．4 纳滤膜过滤精度孔径0．000 5-0．0o5微米，切割分子量为200～l 000；持留通过纳滤膜的溶质介于传统分离范围的超滤和反渗透之间，如盐类。适用范围为海水淡化、超纯水、多糖、乳酸、酪素和抗菌素浓缩等。

2 膜过滤的应用

2. 1 医药行业中的应用[4]

早在一百多年前,国外就有微孔滤膜的生产,但只是在近30年才在制药行业得到应用,用于医院大输液的过滤仅有十几年的历史。一般过滤除菌处理流程是由粗过滤、预过滤和除菌过滤3个过滤单元组成,各过滤单元选用的基本准则是粗过滤价格要便宜,预过滤精度要合适,除菌过滤必须可靠。除菌方式包括:筛分拦截、嵌入拦截、扩散拦截和吸附拦截。在我国制药业已经使用微滤(滤膜孔径< 0. 22μm)技术对澄清的药液再次除菌、除热原。亦有使用超滤方法去除抗生素中热原物质,此法是一种通过美国食品与药品管理局( FDA)认证的除热原方法,其原理是使用孔径小于热原分子量的超滤膜截断热原,让料液通过,具有设备操作简便、材质不污染料液、获得率高、质量好、劳动强度小的优点,可广泛应用于针剂、原料、注射用水等产品的生产。我国上海生物制品研究所,采用MilliPore 293型滤器对重组干扰素αlb及γ进行过滤除菌,过滤后对干扰素活性无影响,热原物质均能达到肌肉注射标准,无菌检测合格。山东泰安生物制品研究所,应用微滤(滤膜孔径0. 22μm)技术对胸腺素注射液进行除菌过滤,并试用于蛋白制品、转移因子的除菌,其除菌过滤效果稳定可靠,损失率少;但不同制品其过滤速度有较大差别,胸腺素、转移因子等制剂可直接用微孔滤膜代替石棉板除菌,对于未澄清、粘度大的制品可在除菌前采用0. 8μm以上的滤膜预滤,再行除菌,可达到满意效果。

2. 2食品工业上的应用

传统的食品消毒方法,多采用加热杀菌法,但会给食品的品质带来不利的影响,如变色、变味、营养损失等。随着人们生活和消费水平的提高以及科学技术的发展,一些非加热的消毒技术应运而生,并逐渐在实践中得到推广应用,过滤即是常用的手段之一。在糖厂、酒厂及清凉饮料厂,过滤除菌技术常用于去除粗糖液、酒及水质中可能污染的细菌。日本早已把过滤技术应用于鲜啤酒生产。其目的是除去混浊悬浮物(主要是酒花树脂、单宁、蛋白质等)及酵母、乳酸菌等微生物,改善口味和提高透明度。美国、德国、日本等发达国家在二十世纪80年代初已在生鲜啤酒生产中采用了滤膜过滤技术,而且应用相当普遍。国内使用微孔膜错流过滤技术,应用于葡萄酒澄清工艺中,减少了产品的氧化,避免了芳香物、营养素和功能成分(如白黎芦醇等)的损失。亦有使用中空纤维超滤膜分离技术对成品醋进行过滤,可在保留食醋原有盐分、氨基酸、总酸度、pH值、还原糖等有效成分