第三章膜分离技术
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❖ 透析（dialysis）是应用的最早的膜分离技术
❖ 1861年Thomas Graham首次利用来源于动物的半透膜分离 出多糖、蛋白质溶液中的无机盐。
❖ 作用机理：用高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高分子 溶质和其他小分子溶质的溶液与纯水（或缓冲溶液）分开 ，在浓度差的作用下，高分子溶液中的小分子溶质（如无 机盐）透向水侧，水则向高分子溶液一侧透过。
质系数，1/s
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南京农业大学 生命科学学院
第二节 透析技术
❖ 透析最主要的应用：
血液的解毒（如肾衰竭和尿毒症患者的血液透析）
实验室规模的蛋白质分离纯化，如脱盐（去除蛋白质大分子 溶液中的小分子盐）、去除水溶性有机溶剂和置换缓冲液等 ，即从样品中除去相对分子质量小的溶质和置换存在于透析 液中的缓冲液。
留率和截留相对分子质量等。 ❖ 孔道特征包括
孔径大小，孔径大小用最大孔径和平均孔径来描述 孔径分布，孔径分布指各种孔径的孔占全部孔的体积分
数。 孔隙率，孔隙率是指孔体积占膜总体积的百分数。
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分离膜的孔径与种类
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❖ 截留相对分子质量指膜所能截留的截留率大于90%的 溶质的相对分子质量。
根据截留相对分子质量的大小可以估计膜的平均孔径。
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第一节 膜分离基本技术
❖ 分离膜的性能参数 ❖ 截留率是指对于一定相对分子质量的物质，膜能截留
的程度，其定义式为：
R ——截留率，%
膜分离技术主要包括透析、超滤、微滤、电渗析、反 渗透等。各种膜分离过程的类型及特征如下表所示：
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离过程的推动力是静压差、浓度差或者电位差， 有的分离过程可能是几种推动力都兼而有之。
❖ 膜在分离过程中有三种功能：
物质的识别与透过，这是使混合物各组分之间实现分 离的内在因素
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离与常规的分离技术相比
具有无相变化、能耗低、过程简单、不污染环境等 优点
特别适用于生物物质、酶制剂及同分异构体等的分 离。
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膜纵切面模式图
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离技术分类
❖ 透析操作简单易行，如蛋白质的传统纯化方 法是使用透析袋，将待分离液盛于透析袋内 ，把透析袋置于透析外液（即水或缓冲液） 中，如图所示。
右图所示透析膜的渗透通量很小，不适于大 规模的生物分子分离。
界面作用，以膜为界面将透过液和保留液分为互不混 合的两相
反应场作用，膜表面及孔内表面含有与特性溶质有相 互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生 化反应提高膜分离的选择性和分离速度。
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第一节 膜分离基本技术
❖ 分离膜
❖ 分离膜应具备的基本条件为：好的选择透过性；良好 的分离性能（即截留率高，透过率大）；理化性能良 好；污染小，使用寿命长；价廉易得。
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第二节 透析技术
❖ 透析膜一般为5-l0 nm的亲水膜，如纤维素膜、聚丙烯睛膜 和聚酚膜等。
❖ 溶质在浓度差的推动下，以扩散的形式移动。 ❖ 摩尔渗透通量为：
N = K0(c1-c2)
N——摩尔渗透通量，mol/(s·m2)
c1，c2——分别为膜两侧的浓度，mol/m3 K0包括膜内扩散和膜两侧表面液膜传质阻力在内的总传
ρb——主体料液浓度，kg/m3 ρp——透过液浓度，kg/m3 100% 截留率表示溶质全部被膜截留，此为理想的半渗透膜；0截
留率则表示溶质全部透过膜，无分离作用，通常截留率在0-l00% 之间。
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜组件是膜分离装置的核心，它是由过滤膜、支撑材料、 间隔器及外壳等部分组装而成的。 膜组件可和其他部分构成膜分离系统，实现膜分离操作 ，达到一定的分离要求。
第一节 膜分离基本技术
❖ 分离膜的性能参数
❖ 渗透通量又称透水率或水通量，它是指在一定条件之 下（一般压力为0.1 MPa，温度为20℃），单位时间 透过单位膜的溶剂体积。
渗透通量表征膜的处理力的大小，取决于膜的孔隙率、 孔径等物理特性和温度、压力差、浓度等操作条件。水 通量即为膜的纯水渗透通量。
❖ 膜组件的类型 主要有板式膜、管式膜、卷式膜和中空纤维式膜。
❖ 在膜分离系统中待分离的料液用给料泵输送入膜组件，在 膜组件中料液则被分离成截留物（或称保留液）和透过液 。截留物根据需要或开路循环入料槽或闭路循环入膜组件 ，同时有截留物的取出。
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第二节 透析技术
4 微滤技术
5 其它膜分离技术
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生命科学学院 生物科学51班
第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离技术发展
20世纪30年代人们利用半透性纤维素膜开创了近代工 业膜分离技术的应用。
20世纪60年代以后，不对称膜制造技术取得了很大进 展，包括微滤、超滤、反渗透、电渗析、透析等的生 物技术迅速发展，膜分离技术在生物物质的分离纯化 过程中得到了越来越广泛的应用，而且随着膜材料科 学和分离技术的进步，像液膜分离技术、液膜分离萃 取技术、纳米分离技术等相继问世。
❖ 各种分离膜按所使用的材质不同可分为无机材料膜和 有机材料膜。
无机材料膜有陶瓷膜和不锈钢膜， 有机膜多为合成高分子材料膜，主要有纤维素类、聚
矾类、聚烯烃类、聚酞胺类和芳香杂环类等。
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第一节 膜分离基本技术
❖ 分离膜 ❖ 分离膜的性能参数主要有：孔道特征、渗透通量、截
生物化学技术原理及应用
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第三章 膜分离技术
❖ 膜分离技术是指利用具有一定膜孔和选择透过特性的天然 或人工合成的分离膜，在某种推动力（浓度差、压力差、 电位差等）的作用下，来实现物质的分离纯化或浓缩的一 种操作技术。
第三章 膜分离技术
1 膜分离基本技术 2 透析技术 3 超滤技术
❖ 1861年Thomas Graham首次利用来源于动物的半透膜分离 出多糖、蛋白质溶液中的无机盐。
❖ 作用机理：用高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高分子 溶质和其他小分子溶质的溶液与纯水（或缓冲溶液）分开 ，在浓度差的作用下，高分子溶液中的小分子溶质（如无 机盐）透向水侧，水则向高分子溶液一侧透过。
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❖ 透析最主要的应用：
血液的解毒（如肾衰竭和尿毒症患者的血液透析）
实验室规模的蛋白质分离纯化，如脱盐（去除蛋白质大分子 溶液中的小分子盐）、去除水溶性有机溶剂和置换缓冲液等 ，即从样品中除去相对分子质量小的溶质和置换存在于透析 液中的缓冲液。
留率和截留相对分子质量等。 ❖ 孔道特征包括
孔径大小，孔径大小用最大孔径和平均孔径来描述 孔径分布，孔径分布指各种孔径的孔占全部孔的体积分
数。 孔隙率，孔隙率是指孔体积占膜总体积的百分数。
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分离膜的孔径与种类
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根据截留相对分子质量的大小可以估计膜的平均孔径。
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❖ 分离膜的性能参数 ❖ 截留率是指对于一定相对分子质量的物质，膜能截留
的程度，其定义式为：
R ——截留率，%
膜分离技术主要包括透析、超滤、微滤、电渗析、反 渗透等。各种膜分离过程的类型及特征如下表所示：
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离过程的推动力是静压差、浓度差或者电位差， 有的分离过程可能是几种推动力都兼而有之。
❖ 膜在分离过程中有三种功能：
物质的识别与透过，这是使混合物各组分之间实现分 离的内在因素
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离与常规的分离技术相比
具有无相变化、能耗低、过程简单、不污染环境等 优点
特别适用于生物物质、酶制剂及同分异构体等的分 离。
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离技术分类
❖ 透析操作简单易行，如蛋白质的传统纯化方 法是使用透析袋，将待分离液盛于透析袋内 ，把透析袋置于透析外液（即水或缓冲液） 中，如图所示。
右图所示透析膜的渗透通量很小，不适于大 规模的生物分子分离。
界面作用，以膜为界面将透过液和保留液分为互不混 合的两相
反应场作用，膜表面及孔内表面含有与特性溶质有相 互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生 化反应提高膜分离的选择性和分离速度。
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❖ 分离膜
❖ 分离膜应具备的基本条件为：好的选择透过性；良好 的分离性能（即截留率高，透过率大）；理化性能良 好；污染小，使用寿命长；价廉易得。
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❖ 透析膜一般为5-l0 nm的亲水膜，如纤维素膜、聚丙烯睛膜 和聚酚膜等。
❖ 溶质在浓度差的推动下，以扩散的形式移动。 ❖ 摩尔渗透通量为：
N = K0(c1-c2)
N——摩尔渗透通量，mol/(s·m2)
c1，c2——分别为膜两侧的浓度，mol/m3 K0包括膜内扩散和膜两侧表面液膜传质阻力在内的总传
ρb——主体料液浓度，kg/m3 ρp——透过液浓度，kg/m3 100% 截留率表示溶质全部被膜截留，此为理想的半渗透膜；0截
留率则表示溶质全部透过膜，无分离作用，通常截留率在0-l00% 之间。
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❖ 膜组件是膜分离装置的核心，它是由过滤膜、支撑材料、 间隔器及外壳等部分组装而成的。 膜组件可和其他部分构成膜分离系统，实现膜分离操作 ，达到一定的分离要求。
第一节 膜分离基本技术
❖ 分离膜的性能参数
❖ 渗透通量又称透水率或水通量，它是指在一定条件之 下（一般压力为0.1 MPa，温度为20℃），单位时间 透过单位膜的溶剂体积。
渗透通量表征膜的处理力的大小，取决于膜的孔隙率、 孔径等物理特性和温度、压力差、浓度等操作条件。水 通量即为膜的纯水渗透通量。
❖ 膜组件的类型 主要有板式膜、管式膜、卷式膜和中空纤维式膜。
❖ 在膜分离系统中待分离的料液用给料泵输送入膜组件，在 膜组件中料液则被分离成截留物（或称保留液）和透过液 。截留物根据需要或开路循环入料槽或闭路循环入膜组件 ，同时有截留物的取出。
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第二节 透析技术
4 微滤技术
5 其它膜分离技术
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第一节 膜分离基本技术
❖ 膜分离技术发展
20世纪30年代人们利用半透性纤维素膜开创了近代工 业膜分离技术的应用。
20世纪60年代以后，不对称膜制造技术取得了很大进 展，包括微滤、超滤、反渗透、电渗析、透析等的生 物技术迅速发展，膜分离技术在生物物质的分离纯化 过程中得到了越来越广泛的应用，而且随着膜材料科 学和分离技术的进步，像液膜分离技术、液膜分离萃 取技术、纳米分离技术等相继问世。
❖ 各种分离膜按所使用的材质不同可分为无机材料膜和 有机材料膜。
无机材料膜有陶瓷膜和不锈钢膜， 有机膜多为合成高分子材料膜，主要有纤维素类、聚
矾类、聚烯烃类、聚酞胺类和芳香杂环类等。
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❖ 分离膜 ❖ 分离膜的性能参数主要有：孔道特征、渗透通量、截
生物化学技术原理及应用
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第三章 膜分离技术
❖ 膜分离技术是指利用具有一定膜孔和选择透过特性的天然 或人工合成的分离膜，在某种推动力（浓度差、压力差、 电位差等）的作用下，来实现物质的分离纯化或浓缩的一 种操作技术。
第三章 膜分离技术
1 膜分离基本技术 2 透析技术 3 超滤技术