膜分离技术

膜分离技术（精选十篇）

膜分离技术 篇1

关键词：膜,膜分离技术,乳品工业

膜分离是一种使用半透膜的分离方法, 用天然或人工合成的高分子薄膜, 以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、提纯和浓缩的方法统称为膜分离方法[1], 可广泛应用于生物、制药、化工、食品、电子、纺织和环保部门, 并取得了很好的经济效益和社会效益。由于膜分离具有防止杂菌污染和热敏性物质失活等优点, 尤其适用于食品工业, 现已广泛应用于乳品业和饮料业, 已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

1 膜分离技术在乳品工业中的应用

1.1 乳品除菌。

1987年, piot等人首次将无机膜用于全脂牛奶的过滤除菌。现在, 将巴氏杀菌和无机膜过滤相结合生产浓缩的巴氏杀菌牛奶的过程已实现工业化[2]。目前国外正在兴起的一种微过滤奶, 在人们对绿色环保食品倡导之际, 此种液体奶以其突出的优点, 赢得广大消费者的嘱目。膜分离技术通过微孔对细菌及孢子的截留, 来实现乳品除菌, 具有冷杀菌潜势。

1.2 乳的标准化。

乳作为一种天然产物, 它在组成成分上由于奶牛品种、饲养条件、饲养质量和季节以及产犊等有所变化, 但是用以生产液体奶、奶粉、发酵乳和干酪等乳制品时都希望原料乳中乳脂肪含量和乳蛋白质含量都能经常保持一定, 以获得质量稳定一致的产品。由于膜技术具备选择性分离特点, 牛乳经过一定的浓缩后各组分的质量比例决定于牛乳的浓缩程度, 可通过控制合适的浓缩比实现牛奶的标准化操作。在膜技术对蛋白质进行标准化时, 可采用超滤和微滤, 它不影响乳蛋白质的性质和结构。生产液体奶或奶粉时, 通过对乳蛋白质的标准化, 可使乳制品生产合理化, 同时产生可观的经济效益[3]。

1.3 牛乳浓缩。

利用膜技术对食品组分进行浓缩与提纯, 能够保留食品原有的风味物质, 目前已广泛应用于脱脂乳的浓缩上。用反渗透法可去除60%以上的水分, 而用超滤法则可得到蛋白质含量高达80%的脱脂浓乳[4]。同样, 用反渗透法可将原料乳浓缩到固形物含量达25%, 再经真空蒸发, 可进一步提高固形物的含量[5]。Jevons和Kelly等人的研究表明:将超滤和反渗透用于quarg、软干酪及酸乳的预浓缩, 可有效提高奶酪的产量[6]。超滤浓缩现已广泛应用于奶酪生产中, 采用不同的浓缩比对生产奶酪的原料乳进行浓缩, 提高了原料乳的浓度, 可减少后续工序中产生的乳清, 从而减少了酪蛋白和乳清的损失, 提高了奶酪的产率[7]。

1.4 乳蛋白浓缩。

超滤可截留原料乳中几乎全部的蛋白质, 而允许乳糖和灰分通过。所以超滤在乳品工厂的另一重要应用是乳蛋白的浓缩[8]。通过全过滤即不断地在截留液中加水重复过滤, 可最大程度地去除乳糖和灰分, 从而制取高蛋白含量的浓缩乳蛋白。此项技术还应用于生产高蛋白含量的脱脂乳粉和脱盐、脱乳糖的乳清粉, 并将其用于生产冰淇淋和酸乳, 即软干酪和其他发酵乳制品。也可将超滤和电渗析结合起来生产乳清蛋白浓缩物。膜分离乳蛋白质浓缩物可以保持其原来的氨基酸含量, 采用超滤, 酪蛋白与乳清蛋白的质量比可以保持其原始状态[1]。

1.5 回收产品。

在乳品工厂中, 用于清洗设备的废水具有很高的生物需氧量 (BOD) , 不能直接排放。可用反渗透进行浓缩, 提高其固形物含量, 减少体积, 然后运往指定的排放地点, 如养猪场等。乳品厂超滤透过液中 (BOD) 高, 含有乳糖、蛋白胨、灰分, 不允许直接排放, 经反渗透进行浓缩后, 可生产营养丰富的牲畜饮水, 如果与果汁混合还可生产营养饮料[5]。

1.6 乳清脱盐。

脱盐是指通过超级渗析 (UC) ) 滤膜将物料中的盐分脱去的过程。生产Cheddar干酪和其他硬质干酪所产生的咸乳清 (盐含量极高) , 很难和甜乳清同样进行处理。必须先脱盐然后才能回收、燕发、干燥。可以采用纳滤 (NF) 对乳清进行脱盐处理。单价金属离子和氯离子可以通过, 而二价离子及大多数其他组分都有一定程度的截留, 蛋白质100%截留。因而可用于乳清的脱盐, 以取代电渗析。该方法可减少设备投资, 节省能耗和运行费用[9]。

1.7 组分的分级分离。

从广义上讲, 牛乳的浓缩、脱脂、去乳糖以及乳清的去矿化、除盐都属于组分分级分离的范畴, 这里所指的是乳蛋白成分的精细分离。国外目前正在研究将各种膜分离技术和色谱方法及化学处理、酶处理结合起来, 将乳蛋白中各组分分开, 可得到β-酪蛋白、α-乳清蛋白以及免疫球蛋白等, 并将其用于特殊用途, 或再按一定比例重组生产具有不同功能的乳清蛋白, 应用于不同加工产品中。

2 存在问题

随着膜分离技术的发展, 新型膜材料有待开发, 要满足实际应用对不同截留分子质量、化学稳定性、较好机械强度和耐污染等综合性能, 需要拓宽膜的品种, 提高膜的性能, 要求发展混合和复合新品种膜。

应改进膜的清洗方法, 使膜分离技术效率高, 效果好, 可回收有用组分。但是浓差极化和膜污染问题一直制约着膜技术的发展与应用, 膜通量的下降将极大地降低膜的分离效率, 导致无法进行较长时间的稳定操作。乳类物质营养丰富, 变质快, 处理乳类高分子物质, 污染是永远无法回避的问题。在生产实践中, 膜清洗一般采用洗净剂冲洗, 但连续冲洗会造成膜劣化, 因此膜的清洗问题尚待进一步研究。

完善膜的分离技术, 膜技术是按分子量大小进行的, 由于有细孔的分布, 单采用膜分离技术效果有限, 不适合高度分离, 因此有时需要将膜分离工艺与其他分离工艺组合起来应用, 使膜分离技术在实际应用中发挥着更大的作用。如乳粉的高度精制就需要与ED膜、离子交换等组合进行, 但是这样复杂的组合易引起堵塞, 这也是今后值得研究的问题[10]。此外, 膜分离技术的产业化应用也有待进一步完善。

3 膜技术在未来乳品工业中的展望

3.1 乳品分子化。

通过膜技术, 可以得到高分子的蛋白质如酪蛋白、乳清蛋白和乳糖, 同时也可对所得蛋白质进一步分级分离, 从而可将牛乳的成分进行重新组合, 得到不同功能的乳制品, 以满足不同行业的需求。膜分离技术在蛋白质的分离纯化方面具有非常广阔的应用前景, 并正向工业化方向发展;而且有利于乳品组分浓缩与提纯, 能够保留原有风味。

3.2 就地浓缩和环保。

由于国内乳牛养殖较分散, 给鲜乳运输带来很大困难, 如能用车载式膜滤装置进行预浓缩, 乳品厂可减少运乳车和储罐的数量, 这样可大量节省储运费用;由于减少了体积, 还可减少加工过程中加热和冷却的大量能源消耗[10]。此外通过膜滤技术可以减少废水的排放, 过滤后的水可排放回自然界;同时, 还可将过滤产生的淡盐水喂牛, 节约了用水。

参考文献

[1]刘术明, 马春丽.膜技术在乳品工业中的应用[J].中国乳品工业, 2002, 30 (3) :21-24.

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[3]金世琳.乳蛋白质标准化[J].中外食品工业信息, 2001 (1) .

[4]高福成.食品分离重组技术[M].北京:中国轻工业出版社, 1998:442-523.

[5]朱迅涛.膜技术在乳品工业中的应用[J].中国乳品工业, 1997, 25 (1) :38-39.

[6]Jevons M.Separate and concentrate[J].Dairy In-dustries International, 1997, 62 (8) :19-21.

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[8]金世琳.膜技术在乳品工业中之新应用[J].中外食品工业信息, 2000 (3) :18-20.

[9]张英莉.膜分离技术及其在乳品工业中的应用[J].吉林农业大学学报, 2000, 22 (2) :108-111.

膜分离技术的发展和应用 篇2

膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视,近30年来,美国、加拿大、日本和欧洲技术先进国家,一直把膜技术定位为高新技术,投入大量资金和人力,促进膜技术迅速发展,使用范围日益扩大。

膜分离技术的发展和应用,为许多行业,如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化,电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业,高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题,为循环经济、清洁生产提供依托技术。

膜分离技术简介

1.1 膜的定义

膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。

1.2 膜的种类

分离膜包括:反渗透膜(0.0001～0.005μm),纳滤膜(0.001～0.005μm)超滤膜(0.001～0.1μm)微滤膜(0.1～1μm)、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。他们对应不同的分离机理,不同的设备,有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物,或无机材料,或液体制成,其结构可以是均质或非均质的,多孔或无孔的,固体的或液体的,荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm ,厚至几毫米。

不同的膜具有不同的微观结构和功能,需要用不同的方法制备。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司严格保密的核心技术。

1.3 膜分离技术的定义把上述的膜制成适合工业使用的构型,与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵)、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的工艺条件下操作,就可以来分离水溶液或混和气体。透过膜的组分被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。膜技术的应用领域

2.1 供水

2.1.1 高质量饮用水供给

随着水体的污染和人民生活水平提高,人们越来越希望得到高质量的饮用水供给。采用活性炭吸附过滤和超滤结合制取高质量饮用水,设备投资少,制水成本低,是优质饮用水制备的经济有效方法,具有广阔的市场前景。

2.1.2 工业供水

自来水和地下水的水质不能满足许多化学工业、电子工业和纺织工业的要求,需要经过净化处理方可以使用,超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。

2.1.3 医药用水

医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的,其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常得不到保证。用超滤膜技术除针剂热源和终端水热源,取得很好效果。

2.2 工艺水的处理(分离、浓缩、分级和纯化)在各工业生产过程中,往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点,以超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。

2.2.1 膜技术在制药工业的应用

膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的分离、浓缩和纯化。如血液制备的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。发酵是生物制药的主流技术,从发酵液中提取药物,传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩,反复使用有机溶剂和酸碱溶液,耗量大,流程长,废水处理任务重。特别是许多药物热敏性强,使传统工艺的实用性多受限制。国际先进的制药生产线,大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如以膜设备浓缩纯化抗生素、中药汤及中药针剂澄清等。

2.2.2 膜技术在食品领域工业的应用

利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离,再采用其它方法精制流程。其优点是:生产效率和产品质量提高;简化了工艺流程;菌体蛋白不含外加杂质,利用价值高,达到资源综合利用。酱油、醋的澄清、果汁澄清和浓缩、乳制品生产、制糖工业都采用了膜技术。

2.2.3 膜技术在各种工业生产中的应用

凡是涉及分子级的浓缩和分离的过程,都有膜技术应用的机会。汽车电泳漆的在线纯化采用超滤膜除去杂质,持续保证涂漆质量;燃料工业泳超滤膜技术分离和浓缩中间体。

2.3 在环境保护和水资源化的应用膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面得到广泛应用。在许多情况下,不仅处理了废水,还能回收有用物质和能量。

2.3.1 各种含油废水及废油的处理

①采油回注水的处理:膜法可以除去在水中的乳化溶解油,提高注入水的质量。②含油废水的处理:许多工业生产和运输业都产生大量的含油废水,膜滤技术是达标排放最有效的方法。③废润滑油的纯化:用常规技术加膜分离,可得到很纯的润滑油,适用于汽车等废机油的处理。④机床切削油的纯化回收:膜法可除去废切削油中的细菌和杂质,处理后回用。⑤废食用油的纯化处理技术:食用油在连续高温下产生致癌物质,用膜法可将这部分除去。⑥食用菜籽油的纯化:菜籽油中含有15 %～48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去,达到标准(芥子酸<5 %)。

2.3.2 废水的处理及回用

①膜生物反应器处理生活污水回用中水,其占地面积小,设备投资低,处理水质好。②印刷显影废水的处理及回用,采用膜技术处理可以达标排放,也可回收。③电镀废水可采用膜技术处理,水回用,污染物回槽利用。④印染废水采用膜分离可除去有色染料,得到的水回用。牛仔布印染废水可回收靛蓝燃料。⑤造纸废水用膜可将废水中的木质素、色素等分离出来,净化水可排放或回用。

2.3.3 水的淡化技术

①海水淡化技术:应用最新的膜蒸馏技术,最适合和船用发动机热交换器连用,利用废热生产淡水,适合于中、小型渔船远航捕捞使用。②咸水淡化技术:将天然咸水用膜淡化到应用水质标准。

2.4 气体分离、浓缩技术及其应用①氧化浓缩:可用膜装置制成安全、简便的医疗和理疗设备,也可用于炼钢吹氧或助燃等工业生产,富氧浓度35 %～80 %。②氮气浓缩:氮气可用于食品保存、汽车存储、飞机加油、防爆及化学工业,膜设备的氮可浓缩至90 %～98 %。

③二氧化碳、二氧化硫、氢气的分离:当二氧化碳、二氧化硫、氢气分别和其它气体混和在一起时,可用膜将它们分离出来,满足工业的需要。④氢气的分离和浓缩:在化工产品制造时,往往排出大量氢气,可用膜法将氢气分离出来。

2.5 其它

①膜法保鲜剂:在水果、蛋类外部侵涂一层膜可达保鲜目的。保鲜后,存放期长,外观色泽好。②制造维生素E的膜法分离技术:用膜可以

从黄豆油中提取VE的混合物,其抽提剂可循环使用。

膜分离技术的国内发展动态

中国的膜技术从60年代中期起步研究,长时间在实验室内和中试规模徘徊。从“七五”计划开始,国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持,膜技术取得较大进展,特别是改革开放的国策促进了广泛的国际交流,膜技术在国民经济发展中的重要性日益增大,国内膜工业产值也逐渐增加。

近10年来,中国的膜技术的总体水平有了很大的进展,但与国际技术先进国家的差距仍然很大。问题主要表现在:生产现代化、产业化程度低,原料不规范,工艺参数未严格控制,产品质量不稳定;膜的品种少,应用范围小。尤其应用的工艺设计、系统成套能力、膜组件水平、相关机电产品等方面,尚未达到国际先进水平,远不能满足国内市场需求,膜技术存在着很大的发展空间。

首先,我们要加强研发能力,推动膜技术产业的发展,依靠科技进步,提高产品质量,降低成本,增加品种,扩大应用面。

膜分离技术 篇3

1膜分离的原理及特点

膜是具有选择性分离功能的材料;膜分离是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。膜技术的分离机理有筛分和吸附-扩散模型,多孔膜的分离机理为筛分,如微滤和超滤;致密膜的分离机理为吸附-扩散作用,如反渗透等。膜分离技术与传统的分离方法相比有其独特的优势:分离时无相变,特别适用于热敏性物质的分离、浓缩;分离不耗用有机溶剂,降低有效成分的损失,减少环境污染;分离选择性高,提高制剂的质量;适用范围广,从固体微粒的去除到溶液中有效成分的分离;可实现连续化和自动化操作,缩短生产周期,满足中药现代化生产的需要。

2分离膜的类型

膜分离技术按膜材料划分有:金属膜、无机膜、高分子膜;按分离物料的相态划分有:气体分离、液体分离;按膜的结构划分有:多孔膜和致密膜;按分离功能划分有:微滤、超滤、纳滤、反渗透、透析等;按膜组件的类型划分有:平板膜、管式膜、毛细管式膜、卷式膜和中空纤维膜等。

在医药工业中,一般依据分离膜孔径的不同(或称为截留分子量),将其分为微滤膜(≥0.1um)、超滤膜(10-100nm)、纳滤膜(1-10nm)和反渗透膜(≤1nm),微滤膜主要用于澄清、除菌和除颗粒,超滤主要用于除病毒和热原,纳滤主要用于浓缩分子量在数百的化合物和大分子,反渗透则主要用于去除无机盐、金属离子。从微滤、超滤到反渗透,所需的工作压力逐渐增大,透过的粒子尺寸逐渐减小,费用逐渐增加,分离机理从筛分变成吸附-扩散。

2.1微滤膜微滤是最早使用的膜技术,是以多孔薄膜为过滤介质,使不溶物浓缩过滤的操作。膜微滤(MF)主要基于筛分原理,它的孔径范围一般为0.1-75um之间,介于常规过滤和超滤之间,微滤可单独使用,进行杀菌、除颗粒,也可作为其它膜过程的前处理。

微滤膜的组件类型主要有平板膜、管式膜和滤筒式,其中管式膜因易于清洗再生用的较多,而材料多选择金属或陶瓷。一次性的微滤膜片因其成本低、使用方便也得到广泛的应用。

2.2超滤膜在医药行业中,超滤膜是发展最快的膜分离技术。超滤的分离原理近似机械筛,当溶液体系经由水泵进入超滤器时,在滤器内的超滤膜表面发生分离,溶剂(水)和其它小分子量溶质透过具有不对称微孔结构的滤膜,大分子溶质和微粒(如蛋白质、细菌、胶体等)被滤膜阻留,从而达到分离、提纯和浓缩产品的目的。

超滤膜能截留分子量在上千至数十万的大分子。超滤膜的组件类型主要有中空纤维膜、卷式膜以及管式膜.目前的超滤膜大多为有机高分子膜,而无机的陶瓷超滤膜也开始应用。

2.3纳滤膜纳滤膜的一个很大特征是膜上或者膜中存在带电基团,因此纳滤膜分离具有两个特性,即筛分效应和电荷效应。分子量大于膜的截留分子量的物质,将被膜截留,反之则透过,这就是膜的筛分效应。膜的电荷效应又称为Donnan效应,是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。纳滤介于反渗透与超滤之间,填补了超滤与反渗透之间的空白;纳滤膜集浓缩与透析为一体,可使溶质的损失达到最小。纳滤膜对二价离子和高价离子及分子量高于200的有机物有较高的截留率,而对单价离子的截留率则相对较低。

2.4反渗透膜反渗透膜所用的材料为有机膜,膜的结构为非对称复合膜,其分离原理是吸附-扩散,反渗透过程的特点是膜仅能透过水等小溶剂,而截留各种无机盐、金属离子和分子。反渗透膜的组件类型主要为卷式膜和中空纤维膜,但大多数的装置使用的是卷式膜。

3膜分离技术在中药分离精制中的应用

中草药的化学成分非常复杂,通常含有生物碱、苷类、酮类等有效成分,同时还含有蛋白质鞣质、树脂、淀粉等无效成分。传统药物有效成分提取的方法主要是采用有机溶剂萃取的方法,然后通过层析、重结晶等分离技术使中药有效成分的纯度进一步提高。传统的中药制剂工艺方法存在分离过程中有机溶剂消耗量大,生产成本较高,分离过程较复杂,药物有效成分损耗大,而且也会给环境带来一定污染等缺点。因此研究中药有效部位提取分离的新方法,从而提高分离效率和产品质量是促进中药生产现代化的重要课题。膜分离是一种高效、节能、无污染的新型分离技术,80年代以来膜分离开始应用于中药的生产,正日益在中医药领域受到青睐。

3.1微滤(MF)微滤是目前应用得最广的一种膜滤技术,主要用于从液相或气相中截留微粒、细菌、污染物等以达到净化除菌的目的。

3.1.1膜微滤分离中草药不同药效部位蔡宇等^〔1〕采用陶瓷微滤膜分离刺五加水煎液不同药效部位,采用S180移植瘤动物模型,对膜分离后的刺五加两药效部位A和B从抑瘤率、NK细胞活性两方面评价其抗肿瘤和免疫调节功效。结果为刺五加药效部位A的抑瘤率低于药效部位B,免疫活性高于药效部位B;药效部位A高剂量组的抑瘤率和免疫活性与刺五加水煎液接近;刺五加药效部位B高剂量组抑瘤率明显高于刺五加水煎液,免疫活性与刺五加水煎液接近。研究结果表明陶瓷膜微滤能分离刺五加水煎液中体现抗肿瘤活性功效的不同药效部位,也为今后从抗肿瘤抑瘤作用为目标进一步分离膜过滤液B提供依据,为今后探讨制剂工艺合理优化提供药效学依据。

3.1.2膜微滤技术在中草药水解液澄清除杂方面的应用敖自华等^〔2〕采用陶瓷微滤膜错流过滤技术处理银杏水解液,通过对膜处理前后的物料特性进行比较,说明微滤既可减少用常规方法不易去除的脂类物质,又不会造成透过液中可溶性固形物过度损失,表明膜微滤用于银杏水解液的分离精制具有一定意义。

魏凤玉等^〔3〕研究了无机陶瓷膜错流技术对板蓝根、枇杷叶、川芎等中药水提液的澄清处理,用孔径0.2um和0.8um的微滤膜对3种根、根茎及叶类常用中药的水提液进行微滤,结果中药水提液由微滤前浑浊液体成为微滤后颜色变浅的澄明液体,其总固体去除率为8-47%,表明膜微滤技术对根、根茎及叶类中药水提液具有较好的澄清除杂效果。对于实验中的3种中药体系的膜污染,采用0.5%-1.0%的NaOH清洗15-30min,一般可使膜通量恢复至原始通量的90%左右,然后再采用其化学试剂清洗,一般可获满意的效果。

3.1.3膜微滤澄清除杂效果与传统醇沉法的比较高红宁等^〔4〕用孔径为0.2um的无机陶瓷膜对苦参水提液进行微滤澄清研究,对水提液微滤前后,在性状、固形物、指标成分等方面进行对比分析,与70%醇沉技术比较,微滤的澄清除杂效果与醇沉法基本相近,有效成分的保留率优于醇沉法,为膜微滤取代醇沉法提供了实验依据。

刘陶世等^〔5〕对无机陶瓷膜微滤技术、醇沉、高速离心、絮凝澄清、大孔树脂吸附精制清络通痹水提液进行了比较,发现膜微滤精制中药水提液的综合效果优于其他方法,在除去绝大部分固体杂质的同时,对各类可溶性有效成分损失较小而且损失率基本一致,不改变复方组成。

3.2超滤(UF)超滤技术是20世纪六七十年代发展起来的一种膜分离技术。该技术与传统的分离技术相比,具有其独特的优点。特别是将超滤技术应用于中药制剂领域,已显示出巨大的潜力。

超滤是一种具有分子水平的薄膜过滤手段,它用特殊的超滤膜为分离介质,以膜两侧的压力差为推动力,将不同分子量的溶质进行选择性分离。

3.2.1膜超滤对中草药有效成分的提取分离研究于淘等^〔6〕研究了银杏叶中黄酮类化合物的提取过程及工艺,使用膜分离技术对粗提的产品进行精制,超滤前提取物中黄酮质量分数为5.96%,超滤后的产品中黄酮质量分数达到33.99%,可以看出,超滤技术用于分离纯化银杏黄酮类物质效果理想。

李路军等^〔7〕采用不同孔径的超滤膜对山麦冬多糖提取液进行分离,并用苯酚-硫酸比色法和福林-酚试剂显色法分别测定各超滤液多糖和蛋白的含量.结果表明不同相对分子量范围的多糖在山麦冬总糖中的含量分别为:相对分子量在30000以上的含量为50.3%,30000-10000之间的含量为19.6%,10000-1000之间的含量为13.8%,分子量小于1000的低聚糖和单糖含量为16.3%;各级多糖干物质纯度均大于90%;超滤膜可截留大部分蛋白质,超滤是一种很好的分离纯化山麦冬多糖的方法。

3.2.2超滤法同传统醇沉法精制效果的比较刘振丽等^〔8〕研究了超滤法及醇沉法对金银花中绿原酸的影响,实验结果表明,超滤体积为1.25倍时,可获得绿原酸95.37%,而70%醇沉法的绿原酸得率仅为67.82%,说明超滤法保留有效成分的效果更好。

李淑莉等^〔9〕用超滤法和醇沉法对黄连解毒汤的水提液进行纯化,并通过测定其主要有效成分小檗碱的回收率和残渣去除率,对两种方法进行定量对比。实验结果表明,当超滤液达到原液体积1.25倍时,小檗碱回收率达95%;而醇沉法的有效回收率为73%。超滤法的回收率明显高于醇沉法。超滤法的去除残渣率为48%,醇沉法为38%。同时,超滤法具有节省乙醇、简化工序、缩短生产周期的优点。

3.2.3超滤膜分离条件的优化膜分离时的操作条件是影响其滤过效果、膜通量和膜污染的重要因素。选择一套合适的操作参数不仅能减少膜污染,降低操作成本,还能提高产品质量。影响膜过程的主要操作参数有:压力、流速、温度、药液浓度、超滤时间、药液pH值等。采用膜分离技术对不同的中草药分离精制时,适宜的操作条件也有很大差异。

王世岑等^〔10〕考察了超滤法提取黄芩苷的最佳工艺条件,实验结果表明选用适宜孔径的超滤膜(截留分子量为6000-10000)是提高黄芩苷收率和质量的关键,同时升高药液温度或降低浓度,使药液粘度降低,严格控制pH值,可显著提高超滤速度,获得最佳效果。

朱才庆等^〔11〕采用不同截留分子的膜组件、操作参数进行正交设计,对超滤膜分离技术纯化夏天无总碱工艺进行探讨,研究结果表明:截留相对分子质量为6×103-1.0×104的PS膜具有较好的膜分离效果,选择压力0.08MPa、料液温度40℃、进料体积流量2.8L/min的操作参数工作效率更高。利用膜分离工艺制备的夏天无注射液澄清、色泽好,显示出更强的药效作用。

3.3纳滤(NF)纳滤是近年发展起来的一种介于超滤与反渗透之间的膜过滤过程,可截流能通过超滤的溶质,而让不能通过反渗透膜的溶质通过,填补了由超滤与反渗透留下的空白。

冉艳红等^〔12〕探索了纳滤膜浓缩中草药提取液的可行性,证明纳滤浓缩中草药提取液是可行的,提高了产品的收率和质量,中草药提取液固形物从1.5%-2.0%达到了15%。纳滤浓缩前后风味没有变化。同时降低了成本,减少了废水排放。膜分离条件优化的研究表明:降低料业浓度,提高温度,提高压力可以提高膜通量。两种膜性能的比较结果表明,在操作条件为温度28℃,压力3.3Mpa,浓度2.0%的条件下,474膜的浓缩效率较高。为其工业化提供了途径。

3.4反渗透(RO)反渗透膜在医药上主要用于制造各种医药注射水、医疗透析水和制剂用水等,并可以取代现有的蒸馏水生产装置,进行去离子水的生产。反渗透法在常温下操作,需用微滤作为前处理,能同时进行脱盐、除去细菌、热原等,并且与传统的蒸馏法相比,能耗降低,设备简单,操作方便。张翠莲等^〔13〕进行了反渗透法制备注射用水并试用于制剂的研究,结果表明水质合格,制剂临床应用正常。国内许多制药厂采用反渗透来制备医用水,如华北制药厂的原料用水,中美史克制药片剂厂的用水等。

3.5膜滤技术的联合应用膜滤技术之间或膜分离与传统分离技术相结合用于中草药的提取分离,可以充分发挥各自的优越性,具有降低生产成本,提高膜分离效果等优点。

3.5.1微滤与超滤的联合应用赵宜江等^〔14〕将膜分离技术用于中药提取,以微滤去除提取液中的悬浮物,再以超滤去除大分子杂质。通过对微滤、超滤过程的考察及与传统的醇沉工艺比较,认为采用膜分离工艺具有显著的优点。

朱庆才等^〔15〕探讨草珊瑚浸膏的不同预处理方法及对膜分离效果的影响,结果表明与ZTC1+1Ⅲ型、壳聚糖、明矾的最佳絮凝工艺相比,微滤预处理后超滤膜分离草珊瑚浸膏的膜通量及异秦皮啶膜透过率最大、运行时间最短、干膏中异秦皮啶的质量分数最高,微滤是草珊瑚浸膏膜分离纯化新工艺中较为理想的预处理方法。

3.5.2膜分离与高速离心的联合应用崔元璐等^〔16〕采用吸附澄清—高速离心—微滤法制备葛蒲益智口服液,并与醇沉法和吸附澄清法进行比较。结果表明,吸附澄清—高速离心—微滤法工艺不仅提高了制剂的有效成分含量,而且具有简化工艺、缩短生产周期、提高制剂稳定性的优点。

沈亮等^〔17〕探索了运用膜分离法从当归水浸取液中分离、纯化有效成分阿魏酸并进行浓缩的新工艺,研究表明:经过高速离心预处理后,超滤当归水提液的渗透通量变化不大,可用于当归水提液的纯化操作;超滤法的回收率和杂质去除率均高于醇沉法;纳滤膜对阿魏酸几乎没有截留效果,反渗透适用于浓缩阿魏酸,提高pH值可以提高截留率,该实验条件下pH=9-10,压力2.5MPa时反渗透获得最高的截留率。

3.5.3膜分离与树脂的联合应用高红宁等^〔18〕考察微滤-大孔树脂法精制苦参中氧化苦参碱、苦参总黄酮的效果,结果表明:苦参提取液经微滤-大孔树脂法处理后,其氧化苦参碱、苦参总黄酮的保留率分别为78.88%和73.4%,固形物去除率为38.95%;微滤-大孔树脂法较醇沉法可更有效地保留有效成分、去除杂质。

黄山等^〔19〕进行了膜分离与树脂联用制备黄连解毒汤中药固体制剂的研究,根据黄连、黄柏、黄芩和栀子所含据活性成分小檗碱、黄芩苷及栀子苷的不同理论特点采用不同的分离精制方法。实验表明,所制定的膜分离与树脂联用的提取、精制工艺,小檗碱转移率可达86.94%,黄芩苷转移率达80.80%,栀子苷转移率达86.88%。研究结果不仅证明了膜分离与树脂联用的技术制得的黄连解毒汤固体制剂纯度高,服用量小;也证明了其在中药复方精制研究中有良好的应用前景

4膜分离技术存在的问题及解决方法

浓差极化和膜的污染使膜的渗透通量及截留率等性能发生改变,膜的使用寿命缩短,极大地影响了膜分离技术的实际应用及发展。

4.1浓差极化浓差极化是指在分离过程中,料液中的溶剂在压力驱动下透过膜,溶质被截留,于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高,称为浓差极化。浓差极化是一个可逆过程,它只有在运行膜分离过程中才发生。对于浓差极化现象,一方面,可以通过减小料液中溶质浓度,改善膜面流体力学条件,减轻浓差极化程度,提高膜的透过流量;另一方面,可优化膜分离的工艺条件,根据不同的中药提取液中有效成分及所含杂质不同,综合考虑影响膜分离特性的因素,选择适于该体系的膜材料、膜组件,优比操作参数。

4.2膜的污染问题膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学相互作用或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度及机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。对于超滤,若膜材料选择不合适,此影响相当大;对于微滤膜,这一影响不十分明显。

控制膜污染的有效措施主要有对料掖进行预处理,除去胶体、悬浮颗粒及菌体等;对膜面改良,如使用复合膜、改变膜的表面极性和电荷、使用新型无机材料膜(主要有陶瓷膜、玻璃膜和金属膜)以及进行膜清洗等。

5展望

膜分离技术在提高中药制剂的质量,减少服用剂量,提高生产效率,降低环境污染等方面具有许多传统工艺无法比拟的优点,而由于中草药种类繁多,成分复杂,现有膜材料的品种少,膜孔径分布宽,性能欠稳定,滤膜价格也较高,影响了膜分离技术在中药生产领域的推广。但随着对中药体系的进一步系统研究以及膜技术不断改进和提高,膜分离必将在推动中药现代化的进程中发挥巨大的作用。

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膜分离技术及其应用现状 篇4

膜分离技术是指用天然或人工合成的具有选择透过性膜,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、提纯和浓缩的边缘学科高新技术[1]。由于膜分离技术具有节能、高效、简单、造价低、无相变、可在常温下连续操作等优点,而且特别适合热敏性物质的处理的特点,其应用已渗透到人们生活和生产的各个方面,现已被广泛应用于化工、环保、生物工程、医药和保健、食品和生化工程等行业。虽然膜分离技术的应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离,但是随着新型膜材料的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入,膜分离技术应将得到更加广泛的应用,其在未来是世界各国研究的热点,它将在各个领域发挥更引人注目的作用。

2 膜分离技术

2.1 膜分离技术的特点[2]

(1)在常温下进行,特别适用于热敏性物质的分离、分级、提纯和浓缩,且可以同步进行能较好地保持产品原有的色、香、味和营养成分;

(2)分离过程中不发生相变,挥发性物质损失少,节约能源;

(3)具有冷杀菌作用,保存期长,无二次污染;

(4)选择性好,应用范围广,但要选择相应的膜类型;

(5)设备简单,易于操作,可连续进行,效率高。

2.2 膜分离技术的分类

2.2.1 微滤

微滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力[(50～100) kPa],溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为(0.1～20)μm的对称微孔膜,只有直径大于50nm的微细颗粒和超大分子物质被截留,从而使

溶液或水得到净化。微滤技术是目前所有膜技术中应用最广、经济价值最大的技术,主要用于悬浮物分离、制药行业的无菌过滤等[3]。在微滤方面今后应着重研究开发廉价膜组件;耐高温抗溶剂的膜及组件;不污染,易清洗的长寿命膜。

2.2.2 超滤

超滤和微滤一样,也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。同微滤过程相比超滤过程受膜表面孔的化学性质的影响较大。在一定的压力[(100～1 000) kPa]条件下溶剂或小分子量的物质透过孔径为(1～20)μm的对称微孔膜,而直径在(5～100)nm之间的大分子物质或微细颗粒被截留,从而达到了净化的目的。超滤主要用于浓缩、分级、大分子溶液的净化等。在超滤方面今后应重点开发抗污染膜;比较廉价的,长寿命的膜组件;低能耗的膜组件;抗溶剂的膜及组件;适用于高温、高pH值和抗氧化的膜。

2.2.3 反渗透

反渗透过程主要是根据溶液的吸附扩散原理,以压力差为主要推动力的膜过程。在浓溶液一侧施加一外加压力[(1 000～10 000) kPa]，当此压力大于溶液的渗透压时，就会迫使浓溶液中的溶剂反向透过孔径为0.1～1nm的非对称膜流向稀溶液一侧,这一过程叫反渗透。反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。在这方面今后应优先发展抗氧化膜;耐细菌侵蚀的膜;透水性好的易清洗、消毒的膜。

2.2.4 纳滤

纳滤是膜分离技术的一个新兴领域,纳滤膜(Nanofihhrahion Membranes)是20世纪80年代末期问世的一种新型分离膜,其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间,约为200～2 000,由此推测纳滤膜可能拥有1mm左右的微孔结构,故称之为“纳滤”。纳滤膜大多是复合膜,其表面分离层由聚电解质构成,因而对无机盐具有一定的截留率。目前国外已经商品化的纳滤膜大多是通过界面缩聚及缩合法在微孔基膜上复合一层具有纳米级孔径的超薄分离层。纳滤也是根据吸附扩散原理以压力差作为推动力的膜分离过程。它兼有反渗透和超滤的工作原理。在此过程中,水溶液中低分子量的有机溶质被截留,而盐类组分则部分透过非对称膜。纳滤能使有机溶质得到同步浓缩和脱盐,而在渗透过程中溶质损失极少。纳滤膜能截留易透过超滤膜的那部分溶质,同时又可使被反渗透膜所截留的盐透过,堪称为当代最先进的工业分离膜。由于它具有热稳定性、耐酸、碱和耐溶剂等优良性能,所以在工业领域有着广泛的用途,随着纳滤分离技术越来越广泛地应用于食品、医药、生化行业的各种分离、精制和浓缩过程,纳滤膜分离机理的研究也成为当今膜科学领域的研究热点之一。

2.2.5 渗透

渗析也称透析是最早被发现和研究的膜现象。它是根据筛分和吸附扩散原理,主要利用膜两侧的浓度差使小分子溶质通过对称微孔膜进行交换,而大分子被截留的过程。渗析主要用于从大分子溶液中分离低分子组分。由于超滤技术的发展,渗析技术正逐渐被取代。但是近年来,血液渗析技术的发展使渗析技术得到重视,血液渗析和血液超滤技术互有补充,各有侧重。

下表形象地表示了几种膜过程的分离、浓缩特点[4]。

3 膜分离技术的应用领域

自20世纪50年代的微滤膜和离子交换膜率先进入工业应用后,60年代的反渗透进入工业应用,70年代为超滤,80年代为气体分离,90年代为渗透汽化,以及后来的一些新型膜分离技术的工业应用。至今膜分离技术已经在国民经济的各行各业中确立了自己的地位,下面对它在各个领域的应用做以简略叙述。

3.1 在化工及石油化工中的应用

由于各国普遍重视环境保护和治理,因而微滤和超滤分离在化工生产中的应用尤为常见,广泛用于水中细小微粒,包括细菌、病毒、及各种金属沉淀物的除去等。例如:目前国内一些磷肥生产企业采用微滤膜分离除去磷石膏废水中含氟的化合物[5]。气体分离在化工和石油化工方面的应用也颇具意义,例如:在合成氨工艺中回收H2;在3次石油回采中从甲烷中分离C02;由膜分离氧和氮等。电渗析在化工中的应用也较为广泛,例如:自然水的纯化,海水脱盐等。醇类与水的沸点相差较小,所以醇类与水的分离要想达到理想的分离效果,若采用传统的精馏分离将十分困难,采用电渗析技术则变得较为方便。在化工生产中甲醛与己醛反应生成季戊四醇,还生成副产物甲酸,采用电渗析法可有效地对季戊四醇进行精制和分离。膜分离技术在化工、石油天然气工业中具有十分广阔的前景,它对于生产设备的优化及提高经济效益都有着十分重要的作用。尽管此项技术还有许多理论与实践问题有待于进一步研究探讨,但作为一门新兴科学在不远的将来终究会在化工及石油天然气工业中发挥巨大的作用。

3.2 在废水处理中的应用

我国目前城市污水集中处理率不高,大量污水未经处理直接排人江河湖海,造成严重污染。用传统工艺与膜技术集成,可以将废水或污水净化、再生,从而循环使用。近年来,水处理专家将膜分离技术引入废水生物处理系统,开发了一种新型的水处理系统,即膜生物反应器(MBR),它是膜组件与生物反应器相结合的一个生化反应系统。目前有三种形式:即分离式、一体式和一体重力淹没式。90年代以后MBR在国外已有应用实例。加拿大的Zenon公司开发的膜生物反应器已被美国、德国、法国等地方应用,规模从380 m3/到7600m3/d。由于我国膜材料生产技术达不到要求,因此目前关于MBR的研究仅限于实验室和小规模应用阶段。但也取得了丰硬的成果,为将来大规模实际应用打下良好基础。韩怀芬等人初步研究了膜生物反应器在难降解的造纸废水中的处理效果,并与传统的活性污泥法和生物接触氧化法进行了对比,结果表明:在同样水质的条件下,膜生物反应器的处理效果明显好于普通的生物法。污泥浓度达6000 mg/L以上时,膜生物反应器出水COD可降至100 mg/L以下。白晓慧，陈英旭采用厌氧/膜生物反应器(MBR)工艺对生产医药中间体酰氯的废水进行了中试。结果表明,膜生物反应器具有抗冲击能力强,处理效果好,占地面积小的优点,适合于处理水量小、浓度高的废水[6]。当前,国内外专家学者研究的焦点集中在:减少膜污染、利用MBR脱氮除磷、去除水中微污染、寻找MBR最佳运行条件等方面。

3.3 在医疗医药中的应用

人工肾主要为中空丝型,分为透析型和过滤型,主要是通过由透析膜相隔的血液和透析液中各成分之间的浓,度差所造成的扩散,达到清除血液中废物和有害杂质的目的控制释放膜主要用于制造控制释放药物。许多口服药不需要控制释放,但若药物在体内的有效浓度范围窄,并且超过最低中毒浓度就会有明显的副作用,就要利用控制释放膜制取口服控制释放药物皮肤渗透法主要适用于对皮肤有高渗透性并且所需剂量不大的药物,此类体系最主要的优点是避免了一次性代谢。黏膜植入通常用于眼睛、口腔、子宫及阴道等,这类系统也可避免一次性代谢,能够释放局部作用的药物。皮下植入是目前仍在研究的一种方法,主要用于不适合于口服的大分子药物,如胰岛素、麻醉拮抗药、干扰素等[7]。膜分离在制药领域中的应用非常广泛,根据不同的应用范围,采用膜电解、电渗析、透析、微滤、超滤或反渗透技术,将药的有效成分分离、纯化。

膜分离在生化制药方面的应用最早,曾用于酶、激素、核酸、病毒、多肽、疫苗、血清制剂以及蛋白质制剂的浓缩、脱盐精制等。超滤法去除右旋糖苷注射液热原;微孔精密过滤器用于丝裂霉素、妥布霉素、阿霉素、柔红霉素等大生产的分离过滤,用于葡萄糖与活性炭混合液的分离。电渗析已用在血浆的处理、免疫球蛋白和其他蛋白质的分离。

3.4 在食品工业中的应用

膜分离技术用于食品工业开始于20世纪60年代末,首先是从乳品加工和啤酒的无菌过滤开始的,随后逐渐用于果汁、饮料加工、酒精类精制等方面。至今,膜分离技术在食品工业中已得到广泛应用。主要用于以下几个方面:(1)利用膜分离技术对植物蛋白进行浓缩、提纯和分离。如:采用超滤和反渗透相结合的方法,进行大豆乳清的分离回收;采用超滤和反渗透技术处理花生,可将花生蛋白和花生油全部提取且无废料;采用超滤法从菜籽粕中制取菜籽浓缩蛋白和分离蛋白等。(2)利用膜分离技术加工乳制品。如:农场采用反渗透就地对牛奶进行预浓缩后加工成炼乳等制品;制造干酪前用超滤对牛奶进行组分分离;电渗析除乳清灰分;利用膜生物反应器将乳糖转化为产成品(例如乳胶)等。(3)利用膜分离技术对卵蛋白进行浓缩。如:采用膜分离技术和喷雾干燥组合的生产工艺.可有效除去卵蛋白中引起变色的葡萄糖和无机盐分子;采用超滤法可浓缩全蛋等。(4)利用膜分离技术对动物血浆进行浓缩。如:采用超滤技术,以板框式超滤装置来浓缩动物全血,目前已可将其干物质含量从18%～21%提高到了28%～30%。(5)利用膜分离技术对明胶进行浓缩和提纯。动物的骨胳和肌肉组织中含有明胶,采用超滤法目前可将明胶浓缩到固形物含量达15%[8]。

膜分离技术用于食品加工有很多优点:与传统方法相比,不会因加热而产生色、香、营养成分等质量指标的恶化;节省能源、设备占地面积小;更重要的是由于分离膜性能的提高,能在很高精度水平下分离各种成分。

4 展望

膜分离技术在21世纪是世界各国研究的热点它将在各个领域发挥更引人注目的作用。

(1)海水是地球上最大水源,膜法是净化技术的前沿,成本又低,因此膜技术在淡水资源开发上有极其广阔的市场需求背景。

(2)预计21世纪膜分离的应用将持续增长,尤其是微滤/超滤、微滤/反渗透、微滤/超滤/反渗透或纳滤结合的膜处理过程。增长的领域包括:饮用水处理、工业废水的脱色、垃圾填场渗滤液的处理、膜生物反应器的应用、水的回收与循环利用。这些膜分离技术的应用将降低未来的环境污染,前景非常广阔

应作为首选重点。

(3)石油化工是膜技术在21世纪可以大显身手的重要领域,从油田淡水供应、污水处理,到生产加工过程的反应、分离、浓缩、纯化等,都和膜技术息息相关,而膜技术在这方面的应用目前还处在初始阶段,所以,膜技术在此方面的应用潜力非常巨大。

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膜分离技术在生物制药的应用 篇5

1.1 膜分离技术的特点

相对于传统工艺，膜分离具有简化工艺流程、产品质量高、操作简单、能耗低、收率高、环保、运行费用低等优点。

1.2 分离原理

根据截留组分的不同，可以将膜过程分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗透蒸发、渗析、电渗析、气体分离等。

用于发酵液后处理的膜技术主要是超滤，其次是纳滤、微滤、反渗透以及液膜分离等。

膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同，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。

抗生素、氨基酸和酶类分离纯化主要应用超滤膜。

1.2.1 微滤膜又称微孔过滤，它属于精密过滤，分离截留直径0.01～10?滋m以上的粒子。

液固分离等方面，常作超滤的预处理过程，如发酵液中的菌体、细胞、不溶物等。

1.2.2 超滤膜属于非对称多孔膜，是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，孔径在2～50nm。

超滤膜以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

超滤膜常用于处理发酵液可以截留病毒、蛋白质、酶、多糖等大分子物质。

1.2.3 反渗透的分离基本原理是溶解扩散学说，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：生物医药、生物发酵、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水等。

1.2.4 纳滤膜平均孔径2nm左右，是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，处理发酵液时截留组分可小到抗生素，合成药、染料、双糖等，具有对小分子有机物有较高的截留性等特点。

1.3 膜分离技术在抗生素、氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中的应用

膜分离技术主要用于B一内酰胺类、大环内酯类、四环素类等抗生素以及氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中的应用。

李春艳、方富林等采用Ultra-flo超滤系统提纯未经任何预处理的头孢菌素 C发酵液，过滤收率由原工艺的 78%提高到 83.8%[1]。

梁万秋、何建勇等比较连续板式超滤与间歇板式超滤在头孢菌素C发酵液过滤提纯中的效果，结果连续板式超滤适应头孢菌素C的过滤分离及与后续提取工艺的整合[2]。

冯建立，许振良，王学军等采用自制的三种中空纤维超滤膜(U F-1、U F-2和U F-3)对红霉素发酵液去除乳化现象进行了试验，结果表明超滤法可达到去除乳化的目的，同时提高了萃取的收率和质量[3]。

张治国，王世展等采用蓬莱反渗透设备厂生产的NFB系列板式反渗透装置已成功地应用于济宁抗生素厂的链霉素生产中，收率明显提高，能耗和物耗大幅度降低[4]。

叶榕等采用超滤-纳滤集成膜分离技术代替传统的薄膜蒸发法提纯浓缩卡那霉素树脂解吸液，实验结果表明浓缩倍数、浓缩收率、损失率、平均膜通量等指标均优化[5]。

2 分离纯化的方式方法

根据近年来国内外应用膜分离纯化微生物药物的方式方法，大致有以下几类。

2.1 分离方式

对于纳滤，可以将萃取液用疏水性纳滤膜处理进行浓缩或用亲水性纳滤膜对未经萃取的抗生素发酵滤液进行浓缩，减少萃取剂的用量。

2.2 多层液膜分离

例如红霉素在水/油乳状液滴中的渗透，乳状液滴中一旦形成的浓团，会使分离性能降低。

为防止这种情况发生，料液和乳状液应分别为分散相和连续相进行分离。

2.3 组合分离

抗生素发酵液的分离有时候需要多个膜分离操作。

通常先采用微滤或超滤，去除盐和水，再采用纳滤浓缩。

2.3.1 超滤和纳滤膜组合分离。

何旭敏等用超滤膜处理6-APA的钾盐，经反应罐中裂解后，再经纳滤膜浓缩，裂解率为97.5%[6]。

2.3.2 超滤和反渗透膜组合分离。

李十中等先用截留分子量5万的超滤膜处理土霉素结晶母液，除去母液中的悬浮物和大分子物质，得到土霉素的纯度82.9%[7]。

2.3.3 膜分离技术与传统的分离技术相结合。

膜分离技术与传统的分离技术相结合，在不同程上吸取了膜分离和传统分离方法的优点而避免了两者原有的缺点。

李十中等利用超滤/萃取法提取青霉素G、红霉素和麦迪霉素，发现新工艺收率高，静置分层快，不需要离心分离或活性炭脱色。

结束语

目前的膜分离技术在生物制药应用研究非常活跃，广泛用于生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制、结晶母液回收、氨基酸发酵液过滤澄清及精制、生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制等。

膜分离技术突出的优点和其广阔的`潜在市场使膜分离技术将在微生物制药中发挥更为重要的作用。

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[3]冯建立，许振良，王学军，杨志和.超滤去除红霉素发酵液乳化现象的研究[J].中国抗生素杂志，2007，3，25.

[4]张治国，王世展，姜作禹，景玉钧，林永斌，褚庆国.板式反渗透装置在链霉素生产工艺中的应用[J].水处理技术，1994，12.

[5]叶榕，李春艳.超滤-纳滤集成技术提纯浓缩卡那霉素[J].福建医科大学学报，，9，30.

[6]何旭敏，何国梅，曾碧榕.等.膜分离技术的应用[J].厦门大学学报(自然科学版)，2001，40(2)：495.

膜分离技术 篇6

【关键词】水处理过程；膜分离技术；应用实践

1.膜分离技术概述

水资源十分重要，地球生命不能离开水，它更加与人们的生活密不可分。针对海水淡化的问题，不同时期的人们提出相应的解决方法，比如：反渗透法，从不同程度上解决了问题，随着社会科技的不断进步，出现膜分离技术。它作为一种新型的分离技术，节能且高效。其中，采用的纳滤作为新型分离膜，它所截流下的物质分子量在反渗透与超滤之间，并且其膜的表面具有电荷。

2.几种常见的膜分离技术

2.1膜分离技术的原理

膜分离技术的分离原理包含两个方面，一方面是在物理性质的筛选分离，在混合溶液中，不同的分子具有不同的体积、质量，对同一生物膜的选择透过能力不一样，因此，在膜的筛选下可以对混合物中不同物理性质的组成部分进行分类，另一方面则是在化学性质的筛选分离，当混合物中各种组分对膜的选择透过性差异性较小时，通常利用其对膜的渗透速度来进行分离，如溶解速度和扩撒速度。通常情况下，利用化学性质进行分离的材料膜的化学性质会影响到分离效果。

2.2膜分离技术分类

目前已经深入研究和开发的膜分离法主要有反渗透（RO）、电渗析（ED）、渗析（D）、微滤（MF）、渗透蒸发（PV）、超滤（UF）、气体分离（GS）等等。根据膜分离的不同原理，可以将以上膜分离技术分为两大类。

2.2.1是反渗透膜分离技术。

例如纳滤、超滤以及微滤都是采用的反渗透原理，反渗透技术是膜用于分离的最直接应用之一，以外界压力作为驱动力将溶液中的组分进行分离。反渗透膜分离技术被广泛应用于工业污水处理、含盐废水处理工艺中。反渗透分离设备的核心组成为反渗透的膜组件，反渗透膜本身的物理结构和化学材料的相关特性对于反渗透性能有着重要的影响。目前在工业生产中最为广泛应用的反渗透膜为复合膜以及不对称醋酸纤维素膜，相对而言，复合膜的水通量较高、pH适用范围广等优势，但不对称醋酸纤维素膜的经济性更强，价格相对低廉，并且具备较高的抗氧化能力，使用广泛。

2.2.2电渗析分离技术。

电渗析技术是在电场作用的驱动下，由于离子交换膜的选择透过性使溶液最终实现浓缩和淡化的一种膜分离技术。电渗析的基本原理是根据电场中，阴阳离子相互吸引的法则来进行分离。

3.水处理过程中的膜分离技术

在水处理过程中，膜分离技术需要在一定压力下作用，分离掉液体中的无机盐以及分子量较大的物质。水透过膜的同时，水中的污染物会被分离出来，反渗透膜的使用度较高，可以适用于几乎所有物质，纳滤膜相对使用度较低，并且它具有一定的电荷，仅可以用于单价无机离子，在进行水处理的过程中，需要减小压力，以实现分离作用。通过了解清楚了二者在不同领域都具有一定的使用价值。

一方面，膜分离技术应用于海水与苦咸水领域。生活中所需的饮用水均需要对海水及苦咸水进行脱盐作用，反渗透脱盐法成为获得淡水的主要方法。在对水进行软化的处理过程中，纳滤膜发挥了重要作用。它可以软化水质、除去颜色以及有机化合物，由于自身选择透过性特征广泛使用于水处理过程，但是，值得注意的是，此膜需要在较低的压力下工作。

另一方面，膜分离技术应用于废水处理领域。随着工业的不断发展，工业废水随之增多，工业废水涉及不同方面领域，比如：电镀废水、纺织印染污水、食品废水、化工废水等。电镀过程中使用水，所产生的污染物中含有大量的单一或者混合的重金属元素，比如：铜、铁、锌等，如果不能很好地对其进行处理，将会造成人类生活的困扰。为了获得干净的水资源，对其进行水处理操作，通过沉降、调整pH值来等方法改善水质。纺织印染行业所产生的废水中，会产生毒性重金属污染物，对环境造成影响。食品加工厂在生产过程中，会产生大量含有有机物的废水，例如：蛋白质等。化工厂排放的污水更是为环境带来极大负担。

还有就是海水淡化处理。地球上具有丰富的水资源，但是其中约97%的水资源都是海水，海水的盐含量很高，要想对海水进行使用，就必须对其进行淡化处理。海水淡化可以通过RO、MED（多级蒸发）、VC（压力蒸馏）完成。RO在应用过程中具有以下优势，如能耗低、费用低、建造周期短等，因此其已经成为了目前海水淡化的一项主要手段。中东地区的一些国家在海水淡化过程中已经开展了对RO的应用，其中沙特具有多家海水淡化工程。目前，我国辽宁省和浙江省也兴建了反渗透化装置。

4.膜分离技术存在问题

第一，膜受污染。在实践应用时，膜会遇到污染的问题，其原因在于膜所截留下的物质堵塞，从而对膜造成污染，这样的情况会影响到膜的分离能力。因此，在使用膜的过程中，需要了解具体的使用环境，从而避免出现损坏膜的现象，造成浪费。

第二，成本问题。采用反渗透与纳滤膜，其成本是比较高的。由于我国生产的膜不具备高标准的条件，目前使用的是进口膜，性能较好，在膜分离技术中得到很好的应用，但是它的成本较高。在对水进行处理的过程中，消耗是一定存在的，如果不能提高膜的利用度和延长膜的使用寿命，将会一笔较大的支出。所以，根据实际情况，需要结合所用膜的性质进行工作，提高膜的利用度，延长使用寿命。膜分离技术作为一种新型的分离技术分支，既高效又节能，为人们生活带来好处。可以应用于水处理过程，具有很好的发展前景。

第三，浓差极化。采用膜分离技术的过程中，由于膜自身具有选择透过性特点，多数溶质会被分离出来，并且留在压力较大的一侧，这样的状况会形成浓度差，通常称之为浓差极化。膜分离技术操作的过程中，这样的现象不能避免，随着渗透压的增加，使膜分离下降，导致膜孔堵塞的结果。针对这种浓差极化的现象，可以通过改善表面流动，以解决浓差极化的问题。一方面，膜自身结构的优化，通过设计适合的膜元件，进而改变膜结构，从而解决浓差极化问题；另一方面，在膜分离过程中，统一规范使用方法和操作步骤，严格遵循，杜绝出现随意操作或者使用的现象。

5.结论

膜分离技术具有设备简单、分离效率高、节能等诸多优点，其在水处理领域中的应用有着巨大潜能。但是对膜分离技术的应用要理性，为了扩大膜技术应用范围，促进膜技术的发展，在日后研究过程中更应当降低膜的成本、提高其抗污染能力、延长膜的使用寿命，对膜分离技术进行组合应用，提高分离效果，从而扩大膜分离技术的应用范围，促进膜分离技术的发展。

参考文献：

[1]刘真.电厂污水处理中膜处理技术的应用探究[J].科技创新与应用，2015，33：117.

膜分离技术的研究进展 篇7

1 膜分离技术简介

1.1 原理。

以选择性透膜为分离介质, 在外界能量或化学位差的推动下 (如浓度差、压力差或电压差等) , 使原料侧组分选择性地透过膜, 以达到分离、分级、提纯和富集的目的。通常膜原料侧称为膜上游, 透过侧称为膜下游。

1.2 膜分离技术特点。

膜分离具有工艺简单、适应性强、经济性较好、无化学变化 (典型的物理分离过程) 、分离系数较大、能耗低、高效、容易收集样品 (产物分在两侧) 、往往没有相变 (保持原有的风味) 、可在常温下连续操作 (适用于热敏性物质的处理) 、环保 (无二次污染) 、可直接放大等特点。

1.3 膜的分类。

分离膜分为高分子膜、液体膜、生物膜。高分子膜分为带电膜 (阳离子膜和阴离子膜) 和非带电膜 (过滤膜、精密过滤膜、超滤膜、纳米滤膜、反渗透膜) 。比较常用的有微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、电渗析等。

1.3.1 微滤膜。

孔径0.025~3μm, 特种纤维素酯、高分子聚合物制成。主要用于制药行业的过滤除菌、高纯水的制备、明胶和葡萄糖的澄清。

1.3.2 超滤膜。

超滤是以微孔滤膜为过滤介质, 在1-10大气压作用下分离分子量约大于1000的大分子和胶体粒子的方法。超滤膜主要用于电子工业集成电路生产、乳品工业牛奶经超滤和医药工业用水等。

1.3.3 纳滤膜。

纳滤膜的孔径为纳米级, 介于反渗透膜 (RO) 和超滤膜 (UF) 之间, 因此称为“纳滤”。纳滤主要用于水软化、食品脱色、氨某酸分离、抗生素分离、多肽的纯化、多糖浓缩。

1.3.4 反渗透膜。

反渗透 (Reverse Osmosis) 分离过程是使溶液在一定压力 (10-100 atm) 下通过一个多孔膜, 在常压和环境温度下收集膜渗透液。反渗透技术主要用于海水和苦咸水淡化、废液处理、电镀漂洗水再利用、纯水和超纯水制备、糖液浓缩、生产低度啤酒等。

1.3.5 无机膜。

无机膜适合在高压、高温、高粘度等条件下使用, 主要包括陶瓷膜、金属氧化物膜和金属膜等。无机膜主要用于石油化工、冶金、环境工程等。

2 膜分离技术目前在制药上的应用现状及研究进展

2.1 膜分离技术在制药产品的制备中的应用。

王子尧等采用超滤法分离丹皮多糖, 丹皮多糖的截留率达到92.91%, 多糖制品的纯度达到84.2%[9]。韩伟等采用浓缩液回流的方式对原始浓度的提取液超滤后, 浓缩液再稀释3次, 继续稀释超滤, 绿原酸的纯度为19.6%, 是醇沉法的1.6倍, 回收率为98.9%, 比醇沉法高12.3%[10]。梅映东等采用聚醚砜超滤膜和聚酰胺纳滤膜技术, 结合板框过滤和树脂洗脱等手段对核苷类抗生素FKR 1565的提取分离进行了实验, 结果表明采用超滤和纳滤膜技术可以去除杂质和浓缩树脂洗脱液, 避免加温真空浓缩时FKR 1565的分解[11]。俞三传等采用聚酰胺纳滤膜对药厂的多糖稀液进行试验, 结果表明可以有效浓缩、除盐[12]。李十中等先用截留分子量为5万的超滤膜处理土霉素结晶母液, 再经截留分子量为1万的超滤膜, 最后调p H值从土霉素结晶母液回收土霉素, 得到土霉素的纯度82.19%, 回收率62%[13]。

2.2 膜分离技术在水处理的应用研究。

由于传统的水处理技术都不同程度的存在着某些缺点, 使得膜分离作为水处理技术中的先进技术得到了越来越广泛的应用。膜分离由于具有处理效率高、工艺流程短、占地面积少、自动化程度高等特点。超滤是一种压力驱动的膜分离过程, 是根据分子的大小和形态而分离的筛选机理进行分离的。膜分离技术既可以用在制药制水也可以使用在制药污水处理上。在传统的废水中泥水分离是靠重力完成, 污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况, 从而限制了生化反应速率。膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合, 可以提高处理速度、获得更优质的水质、降低处理成本。

3 讨论

膜分离技术的研究与应用 篇8

关键词：膜,膜分离技术,超滤,纳滤,反渗透

膜是指分隔两相或者两部分的界面,这个界面能以特定形式限制和传递流动的物质[1]。膜的分离技术是指利用分离膜的选择透过性,在外界推动力的作用下对混合物进行分离提纯[2]。目前膜在各种分离技术中得到了充分的应用,例如在给水工程、工业废水、医药行业、食品行业、能源行业等领域。 随着国家对饮用水标准的提升,原有的水处理方式已无法达到现在的要求。根据 “十二五”期间,我国对城镇污水处理的规划,国家计划投资4300亿元,预计2015年前后污水处理量约为1. 67亿吨/日,其中以膜法水处理占30% 左右,膜的需求量大约为2024万平方米; 国家还会投入1405亿元对原来的老水厂进行改造和兴建水厂,膜法对水进行处理预计占总投资额的20% ; 根据国家规划新增膜法对海水淡化进行处理,预计实现产值44亿元,同时也会增加对苦咸水利用,预计苦咸水淡化规模将达到20万吨/年,将为行业带来100多亿元的收入。以上各项合计给膜行业带来1000亿元产值[3]。

1膜分离技术

1.1膜的种类

膜的分类方法有很多种,就其结构膜可以分为对称膜、非对称膜及复合膜; 依据其孔径的大小,可以分为微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜; 根据材料的不同,分为无机膜与有机膜,无机膜主要包括陶瓷膜和金属膜; 有机膜主要由聚醚砜类、含氟高分子类、纤维素类及其衍生物、聚酰胺类等材料制备而来。

1.2膜分离技术

与传统的分离技术相比,膜分离技术具有高效、操作简单等特点[4]。根据分离膜的分类,膜的分离技术大致分为以下几类[5,6]:

1.2.1微滤

微滤分离技术是以微滤膜为核心部件,依据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。微滤分离技术对大小为0. 1 ~ 1 μm颗粒有拦截的作用,微滤具有操作压力低、占地面积小等特点,被广泛地应用在饮用水处理工程、废水处理、医药行业、食品行业等领域。

1.2.2超滤

超滤是以超滤膜为核心部件,以压力为驱动的膜分离过程。超滤其孔径范围为0. 01 ~ 0. 1 μm,能使溶剂和小分子溶质透过膜,截留下大分子溶质。此项技术运用大通量、耐高温、 抗氧化性强的的超滤膜及膜组件,可以实现水的再利用,并且在蛋白质分离上应用突出。

1.2.3纳滤

纳滤是利用孔径大小介于反渗透和超滤之间的膜进行的分离技术,纳滤所运用的纳滤膜具有离子选择性。此项技术被广泛应用于河水及地下水中有害物质的去除,废水处理等,最大的优点是投资成本低。

1.2.4反渗透

反渗透主要以反渗透膜为核心部件,在溶液的液面上施加大于渗透压的压力时,使溶剂流动方向与原来的渗透方向相反,从溶液向溶剂一侧流动的过程。反渗透膜技术被广泛应用于城市污水处理,饮用水,含盐水的处理等方面。

2膜分离技术的应用

2.1在给水工程中的应用

2.1.1饮用水的处理

饮用水的纯化和净化是指除去水中悬浮物、高分子、有机大分子以及有毒化合物等。微滤可去除水中的小颗粒和悬浮固体; 超滤主要对大分子有机物进行去除; 纳滤可去除一部分有毒化合物; 反渗透主要对有害物质有较高的去除率[7]。1987年美国科罗拉多州建成世界上第一座膜分离水厂后,膜法已作为第三代城市饮用水净化工艺开始广泛出现在国内外的自来水厂,加拿大Collingwood自来水厂、英格兰约克夏Keldgate自来水厂、新加坡Chestnut自来水厂及国内的佛山新城区优质供水工程、澳门大水塘自来水厂、宁波航丰自来水厂、北京第三水厂、上海青浦第三水厂等均引入了膜法技术。

2.1.2海水和苦盐水淡化

反渗透膜法应用于淡化海水的主要原因时此法过程中能耗低,此法是目前海水淡化和苦咸水脱盐最经济的技术之一[8]。

Li等[9]研究了MFI型 ( Mobil Oil公司的ZSM系列) 的一种分子筛膜脱盐的过程,主要是考察不同盐离子种类对膜的影响。结果表明: 随着盐离子数目和种类的增加,分子筛膜的截留率也有所增加。

2.2工业废水的处理

2.2.1石化废水处理

王立国等[10]利用中空纤维超滤装置,运行流量每小时1. 5 t, 对胜利油田的含油污水进行实验,实验结果表明,过滤后,对水中的悬浮固体含量以及含油量去除可以满足地渗透油层注水对水质的要求。此装置的应用不仅获得经济效益,也有利于环境建设。

2.2.2印染污废水处理

Badani等[11]采用新型膜生物反应器对纺织印染废水进行处理,测试结果COD的去除率为97% ,氨氮含量及色度的去除率均为70% ,处理后的渗透液还可以回收利用。印染工业废水成分复杂,一般使用超滤技术与其他技术相结合的分离过程, 以此来延长膜的使用寿命,提高膜的使用价值。

2.2.3垃圾渗透液处理

郭健等[12]采用 “多孔陶瓷微滤 + 两级反渗透”工艺处理垃圾渗透液,经过陶瓷微滤预处理后,出水的COD为50. 3% 、 氨氮去除率为30. 2% ; 然后将滤过液经过反渗透处理后,出水的COD为94. 8% 、氨氮去除率为91. 3% 。采用多级处理的方式,可以提高COD的去除率,同时提高膜的使用寿命。

2.3在医药行业的应用

随着新的膜材料的出现以及膜成本的降低,微滤、超滤、 渗透等膜分离技术广泛应用于医药行业[13]。

鲍磊等[14]利用超滤、纳滤和反渗透技术对淫羊藿苷进行分离、提取。先利用超滤分离技术对淫羊藿提取液进行处理,去除大分子杂质和微生物,然后利用纳滤膜去除渗透液中小分子杂质,得到高纯度药液; 最后使用反渗透膜对药液进行脱水浓缩,提取液纯度为88% 。

除此外,膜在医药行业的应用还包括: 利用微滤技术进行药物分离; 利用超滤和反渗透技术中药液进一步精制和浓缩等[15]。

2.4在食品行业的应用

膜分离技术在食品工业的应用始于1960s,发展至今,在食品加工中的应用已非常广泛。

A. Cassano等[16]以管状PVDF超滤膜为过滤膜,采用错流过滤分离技术,对血橙汁进行澄清处理,滤后悬浮颗粒被完全除去,与原汁相比,总抗氧化活性下降了1. 5% ,被截留的总花色苷为9. 4% 。

膜分离技术在食品行业的研究还包括很多领域: 利用膜分离技术对各种蛋白质进行提纯; 对淀粉、糖类的分离; 在油制品加工中的应用; 对各种乳制品进行加工等[17]。

2.5在能源行业的应用

随着锂电池的需求不断增加,对电池隔膜的需求也越来越大。目前以美国Celgard和日本UBE为代表的锂电池隔膜的主流产品是,聚乙烯( PE) 膜、聚丙烯( PP) 膜等。很多锂电池隔膜都是采用相转化法进行制备[18,19],此法可以调控膜的孔径和孔隙率,能满足产品要求。

3展望

水处理技术中的膜分离技术探究 篇9

1几种常见的膜分离技术

1.1膜分离技术的原理

膜分离技术的分离原理包含两个方面, 一方面是在物理性质的筛选分离, 在混合溶液中, 不同的分子具有不同的体积、质量, 对同一生物膜的选择透过能力不一样, 因此, 在膜的筛选下可以对混合物中不同物理性质的组成部分进行分类, 另一方面则是在化学性质的筛选分离, 当混合物中各种组分对膜的选择透过性差异性较小时, 通常利用其对膜的渗透速度来进行分离, 如溶解速度和扩撒速度。通常情况下, 利用化学性质进行分离的材料膜的化学性质会影响到分离效果。

1.2膜分离技术分类

目前已经深入研究和开发的膜分离法主要有反渗透 (RO) 、 电渗析 (ED) 、渗析 (D) 、微滤 (MF) 、渗透蒸发 (PV) 、超滤 (UF) 、气体分离 (GS) 等等。根据膜分离的不同原理, 可以将以上膜分离技术分为两大类。

1.2.1是反渗透膜分离技术

例如纳滤、超滤以及微滤都是采用的反渗透原理, 反渗透技术是膜用于分离的最直接应用之一, 以外界压力作为驱动力将溶液中的组分进行分离。反渗透膜分离技术被广泛应用于工业污水处理、含盐废水处理工艺中。反渗透分离设备的核心组成为反渗透的膜组件, 反渗透膜本身的物理结构和化学材料的相关特性对于反渗透性能有着重要的影响。目前在工业生产中最为广泛应用的反渗透膜为复合膜以及不对称醋酸纤维素膜, 相对而言, 复合膜的水通量较高、p H适用范围广等优势, 但不对称醋酸纤维素膜的经济性更强, 价格相对低廉, 并且具备较高的抗氧化能力, 使用广泛。

1.2.2电渗析分离技术

电渗析技术是在电场作用的驱动下, 由于离子交换膜的选择透过性使溶液最终实现浓缩和淡化的一种膜分离技术。电渗析的基本原理是根据电场中, 阴阳离子相互吸引的法则来进行分离。

2膜分离技术在水处理中的应用

2.1工业污水处理

膜分离技术在工业污水处理中起到了重要的作用, 随着我国工业的高速发展, 工业污染问题日趋严重, 尤其是对水资源的污染, 工业生产过程中的污水中往往含有大量化学物质、重金属元素, 这些污染物质会对水体造成不可挽回的影响, 严重影响到水体资源的安全性。以下简要介绍膜分离技术在不同类型的工业污水处理中的应用。

2.1.1含盐工业污水

许多工业产业生产过程中都会产生数量巨大的含盐污水, 例如大部分有机化学试剂的生产、造纸工业生产、天然气、石油工业生产等。处理含盐废水的方法通常采用的是 (以膜分离、热蒸发和离子交换等为主的) 物化法以及生物法两类。膜分离法中用于除盐的技术主要有反渗透技术, 该方法在除盐的同时, 还能够回收废水中的有用物质, 达到废水的资源化利用, 具有水的利用率高、 除盐过程易于控制、对盐水浓度变化适应性强等优点。

反渗透膜分离技术在工业含盐量高的污水处理的应用原理为反渗透原理。一般意义上的渗透指的是不同浓度的溶液被半透膜隔开, 低浓度会自动向高浓度扩散流动, 而当渗透进行到稳定时, 浓度高测与低浓度之间会产生渗透压, 如果在浓度高的一侧施加一个大于渗透压的压力时, 会发生浓度高向浓度低侧的反向渗透现象。反渗透膜分离技术处理含盐量高的工业污水的一般性流程为:首先通过工业废水的元素分析和成分分析, 根据工业废水的相关特性, 选择相对的预处理方式, 常用的预处理方法由杀菌处理、混凝沉淀等, 尽量去除难溶于盐的相关物质, 避免极端的p H值对膜产生不良影响, 或者是膜污染。

2.1.2对有毒有害物质工业废水处理

例如纺织染料生产、造纸生产以及食品生产所产生的有害物质的污水或者是需要回收利用废水中的有用成分, 最为常用的是超滤膜分离技术。超滤膜平均孔径为3 nm~ 100 nm, 可以截留水中大分子物质、胶体、细菌等, 在小孔径范围与反渗透膜重叠, 在大孔径范围内与微滤膜重叠, 其截留机理主要是筛分作用。

2.2生活污水处理

城市生活会产生大量的生活污水, 对生活污水进行污水处理可以实现对水资源的循环利用, 同时也能够减缓水污染问题, 起到保护水环境的作用。膜分离技术在生活污水处理工艺中应用广泛。例如在城市污水处理工艺中就大量的应用了微滤膜装置, 采用筛分原理, 同时将压力差作为助推力, 实现膜分离。其技术原理和普通过滤方法基本一致, 但其能将更小微粒过滤掉, 是比较安全可靠的过滤技术。

3结语

伴随着膜分离技术的广泛应用, 膜污染、成本高的问题也更加凸显出来。但相信随着膜材料的进一步革新, 膜分离技术必然会朝着低成本、高效率的高能效技术方向发展, 它必将会极大地推动工业和社会进步, 产生巨大的经济效益和社会效益。

摘要：随着生物科技的不断发展, 膜分离技术以其节能、高效、成本低以及清洁生产的特点被广泛应用于各种类型的水处理工艺中。

关键词：水处理,膜分离,反渗透

参考文献

[1]续曙光, 李锁定, 刘忠洲.我国膜分离技术研究、生产现状及在水处理中的应用[J].环境科学进展, 2010, 5 (6) :72-76.

膜分离技术在中药领域的应用 篇10

1 在中药有效成分 (部位) 提取分离研究中的应用

1.1 提取分离

中药成分复杂, 传统的提取分离方法存在生产周期长、工艺复杂、生产成本高、有效成分损失严重、成品稳定差、易产生环境污染等问题, 膜分离技术在中药现代研究中的应用一定程度上改善了这些问题。王龙德[1]采用膜分离提纯苦楝素, 使苦楝素的纯度为由提取液的0.89%, 提高到了8.79%。戴启刚[2]分别用聚偏氟乙烯和无机陶瓷膜分级分离地龙匀浆液, 聚偏氟乙烯膜效果较好;SDS-PAGE显示活性蛋白成分分子量在10～100k之间, 10～50k成分有纤溶活性, 用50k膜分离时提纯分离效果好。课题组又采用不同孔径的聚偏氟乙烯膜对新鲜红地龙匀浆液进行超滤, 发现随着分子量的降低膜分离产物的血管紧张素转换酶 (ACE) 抑制活性逐渐增大, 以4 000膜滤过液达到最大[3]。姚琳等[4]采用逆流循环提取技术, 效价法检测抗凝血酶活性确定了水蛭的最佳提取工艺。除此之外, 膜分离技术在葫芦巴总苷、白藜芦醇、当归多糖、丹参、三七叶苷、黄栀子、苦豆子生物碱、银杏黄酮、马尾藻多糖、油菜蜂花粉、阿卡波糖、大蒜超氧化物歧化酶、大豆多肽酶等单味药物和六味地黄糖类、养血当归糖浆、板蓝根颗粒、银黄复方等复方的提取、分离中均有实践和应用。

1.2 药液浓缩与溶剂回收

在中药的研究和生产过程中, 药液浓缩和溶剂回收多采用蒸发浓缩方式, 该方法的弊端是耗能大、效率低, 尤其对热敏性成分不适合。采用反渗透、纳滤的方法可以弥补传统方式的不足。超滤与纳滤结合方法提取的六味地黄多糖含量为原来的6.5倍[5]。20多年前就根据麻黄碱的反渗透分离特性提出在生产中引入反渗透浓缩工艺。

2 在中药制剂中的应用

2.1 中药口服液

中药口服液是近年来我国医疗保健行业大力开发的新剂型。中药口服液传统的生产工艺采用水提醇沉法, 由于成品中存在少量胶体、微粒、鞣质等, 在使用过程中久置会出现明显的絮体沉淀物, 影响药液的外观性状及质量。焦光联等[6]采用微滤、超滤膜技术对新生化口服液进行应用研究, 产品质量及澄明度均有不同程度提高。冯敬文[7]以浊度作为药液澄清度的考察指标, 并以绿原酸与盐酸麻黄碱的保留率、鞣质和固形物的清除率以及膜通量变化为指标证实了膜分离技术应用于小儿清热利肺口服液制备的可行性, 且陶瓷膜滤过效率高于振动膜滤过。杨丽萍[8]采用傅里叶红外光谱 (FT-IR) 及其导数光谱法分析了银黄水提液膜分离终产物与市售银黄口服液红外指纹图谱的区别, 探讨两种制备工艺及其产物的不同, 膜分离终产物、银黄口服液谱图峰位与黄芩苷的吻合数占总峰数的比例分别为62%、48%;与黄芩苷的r分别为0.1465、0.0140, 膜分离银黄水提液除杂后保留了原配方绝大多数活性成分。同时, 以有效成分黄芩苷、绿原酸为检测指标, 采用正交实验法优选了膜分离工艺条件[9]。另外, 膜分离技术还被成功地应用于血康口服液、金钱通淋口服液、血府逐瘀口服液、心脑脉舒口服液、四逆汤口服液、生脉饮口服液、蛤蚧精口服液、人参口服液、何首乌口服液等的研究与开发。

2.2 中药注射液

中药注射剂常因杂质和热原难以除尽, 质量不稳定。膜分离技术在中药注射剂中的应用已经有近30年的时间。该方法制备某些中药注射液, 效果优于传统的水醇法、醇水法、石硫醇法, 可以有效地去除杂质和热原, 提高产品的澄明度, 减少不良反应。李淼等[10]采用动态浊度法探讨热毒宁注射液生产过程中关键工序对细菌内毒素去除效果的影响, 10k截留超滤对细菌内毒素去除率为99.6%, 可有效保证热毒宁注射液的安全。姜翠莲等以解热、抗炎为主要药效学指标, 观察不同剂量清开灵注射液超滤工艺产品和原工艺产品的解热抗炎作用, 结果显示超滤工艺制备的清开灵注射液, 解热抗炎作用与原工艺相似, 但抑制棉球肉芽肿慢性炎症作用更强。孙晶波以冠心宁注射液指纹图谱及总酚酸含量为指标, 采用正交法进行冠心宁的超滤制备工艺研究, 当采用10kD膜超滤、药液温度40℃、泵转速280r/min、工作压力为0.05MPa时, 去除细菌内毒素效果显著。王永香还对活血通络注射液超滤工艺中的膜污染和清洗方法进行了深入研究, 使膜分离技术在中药注射液中的研究更深一步。同时, 膜分离技术还在刺五加注射、清开灵注射液、苦参素注射液、感冒康注射液、血塞通注射液、黄芪注射液、丹参注射液、伸筋草注射液等多种注射液中研究和应用。

2.3 中药浸膏剂

传统的浸膏制备方法存在崩解缓慢、服用量大等缺点。膜分离法去除了淀粉、蛋白质、树脂等高分子无效成分, 使其崩解速度加快, 有效成分含量为原工艺的3～4倍, 服用量减少1/3～1/4。

3 存在问题与展望

膜分离技术以其独有的技术优势, 近几十年在中医药领域的应用飞速发展, 尤其是超滤在中药制剂生产中的应用日益增多, 但其在中药领域中的工业化进程远滞后于应用研究, 缺乏适用于中药生产专业分离膜及装置、膜污染严重、膜分离工艺的规范化管理薄弱等是阻碍膜分离工业化进程因素。但随着研究的进一步深入, 这些问题都会迎刃而解, 膜分离技术必将在中药现代化进程中发挥重大作用, 推动中医药工业的迅速发展, 并带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

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