超滤膜分离的技术原理及其在中药领域中的应用
超滤膜分离的技术原理及其在中药领域中
的应用
【摘要】：超滤膜分离是以压力为驱动力，利用机械筛分的原理选择性地从溶液中分离出大粒子溶质的分离过程。自问世以来，其膜分离理论渐趋成熟．各种聚合物超滤膜材和不同结构类型的超滤装置日益完善并已被广泛应用于医药，环保、生化、食品和工业水处理等诸多领域。以下将就超滤膜分离技术的发展背景、基本原理、影响因素、在中药生产中的应用现状及其存在的问题与对策等进行回顾、总结。
【关键词】超滤膜分离；技术原理
1超滤膜分离技术的发展背景
膜分离现象在自然界特别是在生物体中广泛存在，而人类对其的认识、模拟直至人工合成并加以利用却经历了曲折而漫长的过程。随着Nollet和Graham对渗透(permeation)和透析(dialysis)现象的发现，人们开始对膜分离加以重视、研究。1864年Traube在多孔瓷板上利用凝胶沉淀制成第一张人工膜——亚铁氰化铜膜。1907年Bechhoid系统地研究了超滤膜并首次提出超滤(ultrafiltration)的术语。此后许多科学家进行了更为深入的研究，初步确定了不同类型超滤膜的制备技术，但受限于膜的透水能力较低而难以由实验室进入大规模的工业应用。直至1960年Loeb和Sourirajan开创性地研制出非对称结构的醋酸纤维素膜(CA)，具有对称性膜同样的高脱盐率而透水率却增加近lO倍，这一成果极大地促进了超滤技术的发展和实际应用。随着多种聚合物超滤膜和各种结构类型超滤装置的研制成功以及膜分离理论的积累成熟，超滤技术和应用进入了大发展时期。（1）
我国对膜分离技术的研究始于20世纪60年代，而其中超滤的发展尤为迅速。目前已研制了醋酸纤维素膜(CA)、聚砜膜(PS)、聚醚砜膜(PES)、聚丙烯腈膜(PAN)、聚偏氟乙烯膜(PVDF)．聚氯乙烯膜(PVC)、聚酰胺膜(PA)等不同类型的膜材，截留分子质量形成了1000～100 000的系列化产品，板框式，管式、卷式和中空纤维式等4种超滤装置也相继开发出来且性能已接近国际同类商品组件的水平。国家科委对膜分离技术开发高度重视已将其列入国家重点科技攻关项目并投入大量的人力，资金，开展专项科技攻关，使我国的膜分离整体研发、制造和应用水平迅速提高，同时作为国家基金项目在荷电膜、成膜机制、膜污染机制及对策等理论领域也取得了很大进展旺l。
2超滤膜分离的基本原理
同反渗透(go)，纳滤(NF)、微滤(MF)等膜分离过程相似，超滤(UF)是以压力为驱动力，利用机械筛分的原理选择性地从溶液中分离出大粒子溶质的分离过程。在压力作用下，料液中直径远小于超滤膜孔径的物质分子由高压料液侧透过超滤膜到达低压侧，得到超滤液或称为透过液。而直径大于超滤膜孔径的物质分子将被膜表面截留或返回至料液主体成为浓缩液，如果物质分子直径与超滤膜孔径相差不多，则可能被机械截留或吸附于膜表面，也有可能进入膜层内部阻塞膜孔l一旦由于浓差极化在膜表面形成被截留物质分子的滤饼层且滤饼层的孔隙率很小时，一些直径小于超滤膜孔径的物质分子也将被截留，此时实际起分离作用的是物质分子形成的滤饼层。（7）
3趣滤膜分离过程的影响因素
3．1操作条件
3．1．1料液流速
为控制浓差极化、维持有效操作常采用错流方式使料液沿与膜平行的方向流动籍此产生较高的剪切力，使沉积在膜表面的颗粒返回料液主体以保持滤饼层处于较薄的水平pl。研究
表明，提高料液流速可有效降低滤饼层厚度，保证膜通量和分离效果。当料液处于湍流状态时其传质系数较层流状态高得多。但稳态的湍流状态仍有不足”，不稳定的湍流状态强化过滤则效果更好悖’。（2）
3．1．2操作压力
压力是超滤过程的原始驱动力和重要影响因素，实验研究表明当料液为小分子溶液时，操作压力与膜通量呈线性关系·若待处理料液为大分子溶液。超滤初始阶段膜通量随压力的增高而增大，达到一定程度时通量增大趋势减缓呈平缓的平台曲线，当膜通量不再随压力的增高而增大时的操作压力称为临界压力。较压力临界值很低的压力可减少膜面污染，但膜通量较小延长工时·而压力大于临界值易在膜面形成凝胶化的滤饼层降低其通透性甚至改变膜的截留性能，可能会造成膜被压实、瘪塌、断裂，同时过高的压力会显著增加动力消耗”。可见压力的选择不仅关系膜性能，也涉及膜的污染和能耗等问题，因此综合考虑对于一个确定的体系常采用临界压力作为操作压力，既可减轻膜面污染又能维持较高的膜通量p1。3．1．3温度
在所有操作参数中对超滤影响最大的是温度，这已被很多实验所证实一l。随料液温度的升高，料液中分子运动加剧，各成分的吸附，包合、氢键等多种作用力随之减弱，可使其黏度降低，同时溶液扩散系数，传质系数增大，膜通量增加“oJ。但过高的温度会使蛋白质，鞣质、淀粉等物质极易吸附、沉积在膜表面，加重膜污染m1。陆晓峰等通过对BSA溶液的超滤实验研究发现．膜通量并不随温度的升高呈单调变化而是存在极值。因此在实际操作中，应综合考虑膜通量，料液中成分的稳定性和膜的适宜工作温度结合具体试验选择在尽量高的温度下运行。
3．2料液性质
3．2．1料液浓度
随料液浓缩倍数的增加，膜通量降低很快。有研究表明，超滤过程中膜通量对料液浓度的对数值呈线性下降的趋势”“。料液浓度主要从膜面吸附量和溶质沉降速率两方面影响超滤过程，当浓度较低时膜面吸附量随浓度增加而增大，造成膜通量下降，截留率上升；当浓度高于某一定值时，膜面吸附量不再随浓度增加而变化，膜通量、截留率亦趋于稳定。溶质沉降速率会随浓度增加而加大。因此，料液浓度不可过大，过大则加重膜污染。但不可过低，过低会增加超滤时间。应结合节约操作时间和延长膜寿命考虑选取适宜的浓度。
3．2．2料液pH值
膜和溶质可基于范德华力及双电层产生相互作用，而料液pH值影响膜表面的电性及溶质所带的电荷8l。对于蛋白质类物质，当pH值接近其等电点时，蛋白质的溶解度降低，溶质和溶剂的相互作用力相对较小而在膜表面的吸附增加，因此膜通量较小且在pH值处于等电点时有最小值。同时，在一定的pH值条件下不同的膜表面会带有特定的电荷而只有与膜所带电性相同的蛋白质才不能被膜吸附。对于一些具有酸碱性的物质采用调控料液pH值的方法可有效改善超滤效果。在其他条件不变的情况下严格控制料液酸化时pH值=1．5，碱溶时pH值=7．0，较传统工艺可将产率提高l倍。因此，在实际操作中应依据料液中目标物质的性质及膜的荷电特性以具体实验确定适宜的料液pH值。
3．2．3料液预处理
中药水提液浊度高、黏滞性大，在超滤前对料液进行适当的预处理可预先除去料液中的微生物，悬浮胶体等大颗粒微粒和亚微粒。大大减少膜表面污垢附着量，延长有效操作时间从而保证分离效率和质量。”。目前可用于料液预处理的物理或化学方法主要有絮凝沉淀，机械过滤、离心分离、热处理、活性炭吸附，化学净化和微滤等，其中离心分离、絮凝沉淀、微滤等较为常用且实验表明与超滤配合使用可收到较好的分离纯化效果。町选用高速离心和微滤法对黄连解毒汤进行预处理并分别测定超滤过程的膜通量衰减曲线、有效成分回收率和
杂质去除率，结果表明两种预处理方法对超滤过程具有不同影响且以高速离心法效果较好。4超滤在中药生产中的应用
4．1超滤应用于中药体系的理论依据
中药药材成分复杂可分为有效成分、辅助成分、无效成分和组织物，通常含有无机盐、生物碱、氨基酸和有机酸、酚类、黄酮类、苷类、甾族和萜类化合物以及鞣质、蛋白质、淀粉、纤维素等，其相对分子质量从几十到几百万道尔顿”。研究表明，其中有效成分如黄酮类、苷类、生物碱等相对分子质量绝大多数在1000以下，而无效成分相对分子质量多在50 000以上，如淀粉为500 000、多糖为200 000～500 000，树胶果胶为150 000-300 000等。高相对分子质量物质的存在降低了中药有效部位的浓度、加大了服用剂量同时使中药制剂易吸潮变质，难以保存旺”。因此，如何在中医药传统理论指导下台理选择先进的分离纯化技术．既保留中药传统制剂的合理本质又符合现代中药制剂的质量要求就显得尤为重要拉”。（9）由于中药成分的多元化决定r适宜的分离纯化技术应使产物具有某一分子质量区段的多种成分(包括有效成分或有效部位)而微滤、超滤膜分离技术正是基于物质相对分子质量的差异利用机械筛分原理进行分级纯化，因此特别适用于中药体系。相对于传统分离纯化方法超滤膜分离技术应用于中药体系具有其独特的优势：①分离过程无相变．能耗低特别适用于中药中热敏性成分的分离．浓缩；②不使用有机溶剂，可以缩短生产周期、减少有效成分损失、利于环境保护和安全生产；③选择适宜的膜材料可获得较高的分离选择性。保持原方的配伍特色从而保证制剂成品的疗效t④除杂效果好，能显著提高口服液、注射剂等液体制剂的澄明度，延长储存时间同时可去除细菌和热原；⑤可实现连续化、自动化操作，工艺参数稳定可控，易与其他过程耦合，符合中药生产现代化的要求。（3）
4．2制备中药口服液
一般认为，中药提取液中的鞣质、树脂、淀粉、果胶、黏液质等大分子杂质形成胶体溶液是口服液产品产生沉淀的主要原因。现有的水提醇沉和渗漉法对杂质去除率不足造成成品放置过程中出现浑浊、沉淀以致制剂澄明度和菌检不合格”，且工艺生产周期长，有效成分损失严重。而超滤法是溶液中大小分子分离理想的单元操作，可有效去除中药口服液中大分子杂质，提高制剂质量，近年来在口服液制备中应用口益增多。分别采用超滤法代替原渗漉法、水提醇沉法制备蜂乳精口服液和抗病毒口服液，解决了原工艺成品沉淀问题、大大减少了药效成分的损失，提高丁成品质量和疗效。结合水醇法和超滤法用于制备心舒口服液，结果表明该工艺可明显改善药液澄明度，增加制剂稳定性，延长使用期限事两年各项指标仍符合要求且对适应证的总有效率达86．9％。21在澄明度，除杂降浊和有效成分含量等方面对分别用传统水醇法、超滤法制备的生脉饮口服液进行比较表明，超滤法能有效除去杂质．保留原方配伍成分且将成品保质期由6个月延长至18个月。结合水醇法和超滤法研制肝宁口服液得到稳定的制剂工艺，成品符合质量要求并经药效学、急性毒性试验证实其疗效确切，对急慢性肝炎有较好的辅助治疗作用，总有效率为93．3％。（6）
4．3制备中药注射液
超滤技术应用于中药注射液的制备，不仅可较好的去除药液中的大分子蛋白质、色素、树脂、鞣质等杂质，还能滤过除菌，特别适用于中药粉针剂的制备。而截留分子质量在6000-10 000之间的膜材还可去除热原，有利于提高注射液的质量、稳定性与安全性口”。首次采用两步超滤法制备伸筋草注射液．先以截留分子质量10 000～30 000的超滤膜对pH=3左右、浓度为50％的药液超滤，滤液浓缩2倍调pH=7左右后再以截留分子质量6000的超滤膜进一步精制，制得的注射液收率提高，色泽较浅，氯化钠含量由5％以上降至1％左右，长期放置仍保持澄明且药理试验证实新工艺制备制剂的疗效明显优于原水醇法p”。该制剂及制备工艺已申报专利。袁小红等pq采用截留分子质量10 000的聚砜酰胺膜超滤工艺代替原水醇法——活性炭吸附工艺制备益气回阳注射液．实验表明新工艺可避免活性炭对制剂中生物碱成分的较
强吸附而致使成品中无法检出的缺陷””，在限量范围内大大提高了有效成分转移率，改善了制剂质量。引采用超滤法制备参麦注射液相较于水醇法制品人参皂苷含量高出约4．4倍．生产周期由8d缩短至3d且澄明度更好。选择截留分子质量6000和20 000的超滤膜分别考察去除川参通注射液中热原的效果，结果表明两种膜材均可较好脱除热原，但截留分子质量6000
的超滤制品脱色过强致成品性状不合格截留分子质量20 000的超滤制品既可有效脱除热原
又符合各项质量要求。陈彦等H叫采用截留分子质量500 000、5000的聚砜膜两步超滤法制备注射用红参多糖与水醇法比较，总提取物由IO％降至3％左右而多糖纯度由60％提高到85％以上。以其配制的注射液稳定性、澄明度更好，长时间放置无沉淀。（11）
4．4分离纯化中药有效成分
采用超滤结合树脂吸附法对红花提取物中红花黄色素进行纯化，所得产物的纯度和收率均比现有工艺有所提高。朱才庆等1421采用小同截留分子质量的膜组件纯化制备夏天无总碱，以与总碱中原阿片碱相关的各种指标考察压力、温度、料液浓度和体积流量等操作参数对膜分离效果的影响，结果表明选择截留分子质量6000-10 000的聚砜膜具有较好的纯化效果，其超滤制品有效成分保留率较高、杂质去除多且制剂药效更好，极大改善厂产品的依从性和安全性。（10）3m1采用自制的改性聚乙烯醇膜(PVA)自麻黄和黄连水提液中分离纯化生物碱．当提取时间 5超滤膜分离存在的问题及对策 5．1浓差极化 浓差极化是指在超滤分离过程中，料液中的溶质由于受到膜的截留而在膜面E按照一定的浓度梯度积累、富集，使得膜表面溶质浓度逐渐高于料液主体中的溶质浓度。当膜表面溶质浓度进一步提高，将会导致其向料液主体的溶质扩散而降低有效膜通量。由于此时膜面上溶质沉积形成的滤饼层起实际分离作用。因此浓差极化会显著降低膜渗透通量，改变膜的截留性能和截留率，一些原本小于膜孔径的溶质分子也会被截留并进一步加剧浓差极化和膜的污染。严重时会使膜发生溶胀或劣化膜性能，导致结晶析出，阻塞流路。（8）但这是一种可逆污染，可通过降低料液浓度或改善膜面附近料液侧的流体力学条件。如采用湍流促进器、提高料液流速、设计合理的流路结构等方法来阻滞浓差极化的产生、降低其对膜分离过程的副面影响。（4） 5．2膜污染 膜污染是指料液中的大分子、胶体粒子、小微粒或其它溶质分子因与膜之间存在着物理，化学或机械的相互作用而导致在膜表面或膜孔内吸附，沉积造成膜孑L径变小或堵塞，使膜的渗透通量降低及分离特性发生不可逆变化的现象。浓差极化和膜污染都能引起膜性能改变致使膜劣化，二者有着密切的内在联系但又是有区别的两个概念。在低流速．高溶质浓度下。当浓差极化所致溶质在膜表面的沉积量达到或超过溶质的饱和溶解度时将会形成凝胶层，进IfIi致使膜渗透通量不依赖于跨膜压力，呈急剧降低趋势。严重恶化的浓差极化现象还将使凝胶层固化和膜孔堵塞，从而使整个过程由可逆的浓差极化转变为不可逆的膜污染和劣化。膜污染会导致膜渗透通量极大降低、膜材劣化甚至报废等严重后果，从而要求增加膜面积及膜清洗系统，增加设备成本，膜的频繁清洗会降低腠的寿命，提高生产成本(清洗成本约为操作成本的5％-20％)；膜的污染还可能影响膜的分离性能，从而影响产品的质量。而由于浓差极化和膜污染是不可避免的．因此有必要针对其形成的机制和影响因素开展相应的控制措施。通过改进膜组件结构，性能或优化膜系统设计来减轻浓差极化和膜污染程度，维持有效的过膜操作。具体措施有：选择适当的料液预处理方法t对实际过膜操作参数进行整体优化。采用错流过滤模式并增加膜面流速，适当提高系统温度；采取适当的清洗程序去除膜面和膜孔内污染物等。 6结语 膜分离技术是对传统化学分离方法的一次革命，国际上公认其为2l世纪最有发展前途的一项重大生产技术。随着对其理论研究的不断深入和新型膜材、组件的开发应用，超滤膜分离技术一定会不断拓展新的应用领域，展现出更为广阔的发展前景。 参考文献 【1】严希廉膜分离技术及其在生物工程中的应用【J】．中国医药工业 杂志，1995，26(10)：472． 【2】张玉忠，郑领英，高从堵．液体分离膜技术及应用【M】．北京：化学工 业出版社，2004． 【3】张文英，施南华，杨昌红，等膜分离技术在中药制备中的应用进 展川．云南化工，2003，30(6)：27-31． 【4】4 邢卫红，童金忠，徐南平，等．微滤和超滤过程中浓差极化和膜污染 控制方法研究【J】．化工进展，2000，19(1)：44-47． 【5】徐波，王丽萍．膜分离技术及其在现代中药制剂中的应用研究川． 天津药学，2005，l 7(3)：64-67． 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A、固定相对各物质的吸附力不同 B、各物质分子大小不同 C、各物质在流动相和固定相中的分配系数不同 D、各物质与专一分子的亲和力不同 5．如果要将复杂原料中分子量大于5000的物质与5000分子量以下的物质分开选用（D）。 A、Sephadex G-200 B、Sephadex G-150 C、Sephadex G-100 D、Sephadex G-50 6．工业上强酸型和强碱型离子交换树脂在使用时为了减少酸碱用量且避免设备腐蚀，一般先将其转变为（B）。 A、钠型和磺酸型 B、钠型和氯型 C、铵型和磺酸型 D、铵型和氯型 7．下面哪一种是根据酶分子专一性结合的纯化方法（ A ）。 A. 亲和层析 B. 凝胶层析 C. 离子交换层析 D. 盐析 8．以下哪项不是在重力场中，颗粒在静止的流体中降落时受到的力（ B ） A.重力 B. 压力 C.浮力 D. 阻力 9．关于用氢键形成来判断各类溶剂互溶规律，下列（A）项是正确的叙述。 A、氢键形成是能量释放的过程，若两种溶剂混合后形成的氢键增加或强度更大，则有利于互溶。 B、氢键形成是能量吸收的过程，若两种溶剂混合后形成的氢键增加或强度更大，则有利于互溶。 C、氢键形成是能量释放的过程，若两种溶剂混合后形成的氢键增加或强度更大，则不利于互溶。 D、氢键形成是能量吸收的过程，若两种溶剂混合后形成的氢键增加或强度更大，则不利于互溶。 10．关于萃取下列说法正确的是（C） A. 酸性物质在酸性条件下萃取 B碱性物质在碱性条件下萃取 C. 两性电解质在等电点时进行提取 D. 两性电解质偏离等电点时进行提取 11．下列关于固相析出说法正确的是（B） A.沉淀和晶体会同时生成 B析出速度慢产生的是结晶 C.和析出速度无关 D.析出速度慢产生的是沉淀 12．那一种膜孔径最小（C） A.微滤 B超滤 C.反渗透 D. 纳米过滤 13．酚型离子交换树脂则应在（B ）的溶液中才能进行反应 A. pH＞7 B pH＞9 C. pH﹤9 D. pH﹤7 14．一般来说，可使用正相色谱分离（B） A. 酚 B带电离子 C. 醇 D. 有机酸 15．离子交换层析的上样时，上样量一般为柱床体积的（C）为宜。 A. 2％-5％ B1％-2％ C. 1％-5％ D. 3％-7％ 三、判断题（每小题1分，共10分） 1．珠磨法中适当地增加研磨剂的装量可提高细胞破碎率。（×） 2．进料的温度和pH会影响膜的寿命。（√） 3．应用有机溶剂提取生化成分时，一般在较高温度下进行。（×） 4．溶剂的极性从小到大为丙醇＞乙醇＞水＞乙酸。（√） 5．蛋白质为两性电解质，改变pH可改变其荷电性质，pH﹤pI蛋白质带正电。（√） 6．进行水的超净化处理、汽油超净、电子工业超净、注射液的无菌检查、饮用水的细菌检查使用孔径为0.2μm的膜。（×） 7．只有树脂对被交换离子比原结合在树脂上的离子具有更高的选择性时，静态离子交换操作才有可能获得较好的效果。（√） 8．制备型HPLC对仪器的要求不像分析型HPLC那样苛刻。（√） 9．Sephadex LH-20的分离原理主要是分子筛和正相分配色谱。（√） 10．水蒸气蒸馏法是提取挥发油最常用的方法。（√） 四、填空题（每小题1分，共15分） 1．常用的蛋白质沉析方法有（等电点沉淀），（盐析）和（有机溶剂沉淀）。 2．蛋白质分离常用的色谱法有（凝胶色谱法），（多糖基离子交换色谱法），（高效液相色谱法）和（亲和色谱法）。 3．离子交换树脂由（载体），（活性基团）和（可交换离子）组成。 4．膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为（微滤膜），（超滤膜），（纳滤膜）和（反渗透膜）。 五、简答题（每小题7分，共35分） 1．在色谱操作过程中为什么要进行平衡？ 答：1、流速平衡：流速是柱层析操作当中的主要影响因素，流速的快慢直接影响着分离的效果，流速过快，混合物得不到完全的分离，流速过慢，整体分离的时间要延长，因此在分离前首先要确定留宿。 题库名称:生物分离技术 一、名词解释 1.质量作用定律:化学反应得速率与参加反应得物质得有效质量成正比。 2.凝聚:在电解质作用下,破坏细胞菌体与蛋白质等胶体粒子得分散状态,使胶体粒子聚集得过程。 3.分配系数:在一定温度、压力下,溶质分子分布在两个互不相溶得溶剂里,达到平衡后,它在两相得浓度为一常数叫分配系数。 4.干燥速率:干燥时单位干燥面积,单位时间内漆画得水量。 5.CMSephadex C50:羧甲基纤维素、弱酸性阳离子交换剂,吸水量为每克干胶吸水五克。 6.絮凝:指在某些高分子絮凝剂存在下,在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大得絮凝团得过程 7.过滤:就是在某一支撑物上放过滤介质,注入含固体颗粒得溶液,使液体通过,固体颗粒留下,就是固液分离得常用方法之一。 8.萃取过程:利用在两个互不相溶得液相中各种组分(包括目得产物)溶解度得不同,从而达到分离得目得 9.吸附:就是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附得能力,使其富集在吸附剂表面得过程。 10.反渗析:当外加压力大于渗透压时,水将从溶液一侧向纯水一侧移动,此种渗透称之为反渗透。 11.离心沉降:利用悬浮液或乳浊液中密度不同得组分在离心力场中迅速沉降分层,实现固液分离 12.离心过滤:使悬浮液在离心力场作用下产生得离心力压力,作用在过滤介质上,使液体通过过滤介质成为滤液,而固体颗粒被截留在过滤介质表面,从而实现固液分离,就是离心与过滤单元操作得集成,分离效率更高 13.离子交换:利用离子交换树脂作为吸附剂,将溶液中得待分离组分,依据其电荷差异,依靠库仑力吸附在树脂上,然后利用合适得洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来,达到分离得目得。 14.固相析出技术:利用沉析剂(precipitator)使所需提取得生化物质或杂质在溶液中得溶解度降低而形成无定形固体沉淀得过程。 15.助滤剂:助滤剂就是一种具有特殊性能得细粉或纤维,它能使某些难以过滤得物料变得容易过滤 16.沉降:就是指当悬浮液静置时,密度较大得固体颗粒在重力得作用下逐渐下沉,这一过程成为沉降 17.色谱技术:就是一组相关分离方法得总称,色谱柱得一般结构含有固定相(多孔介质)与流动相,根据物质在两相间得分配行为不同(由于亲与力差异),经过多次分配(吸附解吸吸附解吸…),达到分离得目得。 18.有机溶剂沉淀:在含有溶质得水溶液中加入一定量亲水得有机溶剂,降低溶质得溶解度,使其沉淀析出。 19.等电点沉淀:调节体系pH值,使两性电解质得溶解度下降,析出得操作称为等电点沉淀。 20.膜分离:利用膜得选择性(孔径大小),以膜得两侧存在得能量差作为推动力,由于溶液中各组分透过膜得迁 移率不同而实现分离得一种技术。 21.化学渗透破壁法:某些化学试剂,如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等,可以改变细胞壁或细胞膜得通透性,从而使胞内物质有选择地渗透出来。 22.超临界流体:超临界流体就是状态超过气液共存时得最高压力与最高温度下物质特有得点——临界点后得流体。 23.临界胶团浓度:将表面活性剂在非极性有机溶剂相中能形成反胶团得最小浓度称为临界胶团浓度,它与表面活性剂种类有关。 24.反渗透:在只有溶剂能通过得渗透膜得两侧,形成大于渗透压得压力差,就可以使溶剂发生倒流,使溶液达到浓缩得效果,这种操作成为反渗透。 25.乳化液膜系统:乳化液膜系统由膜相、外相与内相三相组成,膜相由烷烃物质组成,最常见得外相就是水相,内相一般就是微水滴。 26.树脂工作交换容量:单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能吸附得一价离子得毫摩尔数称为树脂交换容量,在充填柱上操作达到漏出点时,树脂所吸附得量称为树脂工作交换容量。 27.色谱阻滞因数:溶质在色谱柱(纸、板)中得移动速率与流动相移动速率之比称为阻滞因数,以Rf表示。 28.胶团:两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发地向内聚集而成得,内含微小水滴得,空间尺度仅为纳米级得集合型胶体。 29.膜得浓差极化:就是指但溶剂透过膜,而溶质留在膜上,因而使膜面浓度增大,并高于主体中浓度。 30.超滤:凡就是能截留相对分子量在500以上得高分子膜分离过程称为超滤,它主要就是用于从溶剂或小分子溶质中将大分子筛分出来。 31、生物分离技术:就是指从动植物与微生物得有机体或器官、生物工程产物(发酵液、培养液)及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质得技术过程。 32、离心分离技术:就是基于固体颗粒与周围液体密度存在差异,在离心场中使不同密度得固体颗粒加速沉降得分离过程。 33.物理萃取:即溶质根据相似相溶得原理在两相间达到分配平衡,萃取剂与溶质之间不发生化学反应。 34.化学萃取:则利用脂溶性萃取剂与溶质之间得化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相得分配。 35.盐析:就是利用不同物质在高浓度得盐溶液中溶解度得差异,向溶液中加入一定量得中性盐,使原溶解得物质沉淀析出得分离技术。 超滤膜市场调研及技术介绍 目录 一、世界膜技术回顾 (1) 二、国内超滤膜技术市场前景乐观 (5) 2.1国内超滤膜技术市场目前现状分析 (8) 2.2我国超滤膜技术市场应用与发展前景 (10) 三、技术篇 (11) 3.1、预处理系统 (11) 2、运行前的准备工作 (12) 3、启动 (13) 4、运行 (14) 5、超滤系统常见故障及处理措施 (16) 6、中空纤维超滤膜的污染及清洗再生技术 (17) 7超滤膜污染的主要成因 (19) 8影响超滤过程稳定运行的因素分析 (20) （一）超滤透过通量 (20) （二）膜的寿命 (22) （三）膜的清洗和消毒 (22) 9超滤技术在水处理中的应用 (23) 四、业界声音 (26) 超滤膜与微滤膜的市场分析和预测 (26) 据中国膜工业协会分析预测，2010年，我国膜市场需求将达200亿元，而且还将以每年20％的速度递增。近年来，随着膜分离技术研究的不断深入与应用市场的不断扩大，膜分离技术已成为水处理行业的一支重要力量。超滤膜也逐步广泛应用于污水处理，废水回用等多个领域，在国内市场开始迅速增长。虽然相对于反渗透膜强大的市场占有率，目前超滤膜还没有形成较大的占据局面，但是在近两三年来，超滤膜开始快速增长，进入发展关键期。那么目前国内超滤膜技术现状如何？市场发展究竟受制于哪些因素的影响？下面我们将来关注中国超滤膜市场的发展。 一、世界膜技术回顾 世界膜工业在2003年经历了公司的重组、裁员，甚至清算关闭和收购合并等许多挑战性的重大事件，然而大多数膜公司依然取得了不俗的业绩，增长率达到了两位数。相对于通用工业分离业务的投资力度不大（这一点在美国尤其明显）的现状，在包括饮用水处理、生物技术和生物科学、半导体制造、血液透析等关键市场以及新兴市场如废水再生、MBR相关污水处理和基于膜技术的燃料电池系统等，投 《生物分离与纯化技术》授课教案 第一章绪论 教学目的：熟悉生物物质的概念、种类和来源；了解分离纯化技术及其基本原理；熟悉分离纯化工艺的优化、放大和验证工作；掌握分离纯化的特点与一般步骤；了解生物分离纯化技术的发展历史；熟悉生物分离纯化技术的发展趋势。 教学重点：生物物质的概念、种类和来源；分离纯化工艺的优化、放大和验证工作；分离纯化的特点与一般步骤；生物分离纯化技术的发展趋势。 教学难点：分离纯化技术及其基本原理；分离纯化工艺的优化、放大和验证工作。教学课时：4 学时 教学方法：多媒体教学 教学内容： 第一节生物分离与纯化的概念与原理 一、生物物质的概念、种类和来源 1. 生物物质：氨基酸及其衍生物类、活性多肽类、蛋白质、酶类、核酸及其降解 物、糖、脂类、动物器官或组织制剂、小动物制剂、菌体制剂 2. 生物物质来源：动物器官与组织、植物器官与组织、微生物及其代谢产物、细胞培养产物、血液、分泌物及其代谢物 二、生物分离纯化概念 指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液或动植物组织细胞与体液等中分离、纯化生物产品的过程。 三、生物分离纯化技术 生物技术 上游：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程及组织工程；下游：生物产品的回收——生物分离与纯化技术，主要包括离心技术、细胞破碎技术、萃取技术、固相析出技术、色谱技术和膜分离技术等。 四、分离纯化基本原理 有效识别混合物中不同组分间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质或扩大这些差别的分离设备来实现组分间的分离或目标产物的纯化。 第二节分离纯化策略 一、生物分离纯化技术的特点 1. 环境复杂、分离纯化困难 2. 含量低、工艺复杂 选择题： 1．HPLC是哪种色谱的简称（）。 A．离子交换色谱 B.气相色谱 C.高效液相色谱 D.凝胶色谱 2．针对配基的生物学特异性的蛋白质分离方法是（）。 A.凝胶过滤 B.离子交换层析 C.亲和层析 D.纸层析 3．盐析法沉淀蛋白质的原理是（） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH到等电点 4．从组织中提取酶时，最理想的结果是（） A.蛋白产量最高 B.酶活力单位数值很大 C.比活力最高 D.Km最小 5．适合于亲脂性物质的分离的吸附剂是（）。 A．活性炭 B.氧化铝 C.硅胶 D.磷酸钙 6．下列哪项酶的特性对利用酶作为亲和层析固定相的分析工具是必需的？（） A.该酶的活力高 B.对底物有高度特异亲合性 C.酶能被抑制剂抑制 D.最适温度高 E.酶具有多个亚基 7．用于蛋白质分离过程中的脱盐和更换缓冲液的色谱是（） A．离子交换色谱 B.亲和色谱 C.凝胶过滤色谱 D.反相色谱 8．适合小量细胞破碎的方法是（） 高压匀浆法 B.超声破碎法 C.高速珠磨法 D.高压挤压法 9．盐析法沉淀蛋白质的原理是（） A.降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C.与蛋白质结合成不溶性蛋白 D.调节蛋白质溶液pH 到等电点 10．蛋白质分子量的测定可采用（）方法。 A．离子交换层析 B.亲和层析 C.凝胶层析 D.聚酰胺层析 11．基因工程药物分离纯化过程中，细胞收集常采用的方法（） A．盐析 B.超声波 C.膜过滤 D.层析 12．离子交换剂不适用于提取（）物质。 A．抗生素 B.氨基酸 C.有机酸 D.蛋白质 13．人血清清蛋白的等电点为4.64，在PH为7的溶液中将血清蛋白质溶液通电，清蛋白质分子向（） A ：正极移动；B：负极移动；C：不移动；D：不确定。 14．蛋白质具有两性性质主要原因是（） A：蛋白质分子有一个羧基和一个氨基；B：蛋白质分子有多个羧基和氨基；C：蛋白质分子有苯环和羟基；D：以上都对 15．使蛋白质盐析可加入试剂（） A.氯化钠； B.硫酸； C.硝酸汞； D.硫酸铵 16．凝胶色谱分离的依据是（）。 A、固定相对各物质的吸附力不同 B、各物质分子大小不同 C、各物质在流动相和固定相中的分配系数不同 D、各物质与专一分子的亲和力不同 17．非对称膜的支撑层（）。 A、与分离层材料不同 B、影响膜的分离性能 C、只起支撑作用 D、与分离层孔径相同 18．下列哪一项是强酸性阳离子交换树脂的活性交换基团（） A 磺酸基团（-SO3 H） B 羧基-COOH C 酚羟基C6H5OH D 氧乙酸基-OCH2COOH 19．依离子价或水化半径不同，离子交换树脂对不同离子亲和能力不同。树脂对下列离子亲和力排列顺序正确的有（）。 A、Fe3+﹥Ca2+﹥Na+ B、Na+﹥Ca2+﹥Fe3+ C、Na+﹥Rb+﹥Cs+ D、Rb+﹥Cs+﹥Na+ 20．乳化液膜的制备中强烈搅拌（）。 浸入式MBR膜产品技术手册 浸入式MBR膜产品技术手册 珠海市邦膜科技有限公司 注意： 本手册所提及的运行参数是真实有用的，对于特殊情况下的使用请操作人 员根据实际情况进行适当调整或修改。 目录 一、膜生物反应器介绍................................................3二、产品规格........................................................3三、系统参数和运行条件..............................................4四、使用指南........................................................5五、加药反洗和离线清洗..............................................7附件一、膜组件安装及注意事项........................................10附件二、膜组件使用注意事项..........................................11附件三、膜组件保存注意事项..........................................12附件四、膜泄漏检查.. (13) 附件五、压差升高决绝措施与冬季防护措施 (14) 1、压差升高解决措施 (14) 2、冬季膜设备运行操作注意事项 (14) 一、膜生物反应器介绍 膜生物反应器（MBR）是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的新兴技术，也称作膜分离活性污泥法。 膜生物反应器（MBR）用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大大增加，达到很高的水平，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。 二、产品规格 1.膜组件尺寸 图1 膜元件尺寸图 超滤膜分离技术研究进展 摘要：本文主要简介了超滤膜分离技术，介绍了一些超滤膜分离技术在水处理，医药学及食品中的具体应用，并指出当前超滤膜分离技术存在的一些问题和未来的发展应用能前景。 关键字：超滤膜，应用，存在问题，发展前景 1.简介 1.1膜分离技术简介 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，它可以使某些物质通过，而截留下某些物质。膜分离技术就是利用天然的或人工合成的具有选择性的高分子薄膜，根据混合物的物理性质的不同用过筛的方法将其分离，或根据混合物的不同化学性质分离物质。物质通过分离膜的速度（溶解速度）取决于进入膜的速度和进入膜的表面扩散到另一表面的速度（扩散速度）。而溶解速度完全取决于被分离于膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除化学性质外还与物质的分子量有关，速度越大，透过膜所需的时间越短，混合物中各组分透过膜的速度相差越大，则分离效率越高。 1.2膜分离技术的发展及现状 从18世纪以来人们对生物膜有了初步的认识，Nollet[1]在1748年发现水能自发地渗透到装有酒精溶液的猪膀胱内的现象揭示了膜分离现象。在近两百年的发展与认识中，对膜分离技术的基本理论有了广泛的认识。在20世纪60年代初，Loel和Sourirajan[2]等在对反渗透的理论和应用的研究上取得了重大突破，自此，膜分离技术迅速崛起，发展日新月异。 在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。目前，这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。 1.3超滤膜简介 超滤技术是一种以超滤膜作为分离介质，以膜两侧的压力差为驱动力，利用料液中各组分在高分子膜中传质的差异，对其进行分离、分级、纯化和浓缩的方法。在超滤过程中，所用超滤膜的孔径约为1一100nm，截留相对分子质量为3×105一1×106。 超滤技术的核心部件是超滤膜，其结构及所用材料性质对膜的分离性能起着决定性作用。超滤膜大多数是由两层不同结构的薄层组成的非对称膜，其中，上层很薄，厚度为0.1一1.0μm，称作活化层，其孔径较小，起截留粒子的作用， 生物分离与纯化技术模拟试卷九答案 装 订 线 一、名词解释（每小题3分，共15分） 1．离心分离技术：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。 2．物理萃取：即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。 3．有机聚合物沉析：利用生物分子与某些有机聚合物形成沉淀而析出的分离技术称为有机聚合物沉析。 4．平衡离子：离子交换树脂中与功能基团以离子键联结的可移动的平衡离子，亦称活性离子。 5．离子交换层析：是以离子交换剂为固定相，根据物质的带电性质不同而进行分离的一种层析技术。 二、单选题（每小题1分，共15分） 1．葡聚糖凝胶可使用那种溶剂溶胀（C ） A.甲醇 B 乙醇 C.缓冲液 D.乙酸乙酯 2．不能用于固液分离的手段为（C ） A.离心 B 过滤 C.超滤 D.双水相萃取 3．最常用的干燥方法有（ D ） A 、常压干燥 B 、 减压干燥 C 、喷雾干燥 D 、以上都是 4．物理萃取即溶质根据（ B ）的原理进行分离的 A.吸附 B.相似相溶 C 分子筛 D 亲和 5．适合小量细胞破碎的方法是（ B ） A.高压匀浆法 B.超声破碎法 C.高速珠磨法 D.高压挤压法 6．关于分配柱层析的基本操作错误(D )。 A 装柱分干法和湿法两种 B 分配柱层析法使用两种溶剂，事先必须先使这两个相互相饱和 C 用硅藻土为载体，需分批小量地倒入柱中，用一端是平盘的棒把硅藻压紧压平 D 分配柱层析适用于分离极性比较小、在有机溶剂中溶解度大的成分，或极性很相似的成分。 7．颗粒与流体的密度差越小，颗粒的沉降速度（ A ） A.越小 B.越大 C.不变 D.无法确定 8．“类似物容易吸附类似物”的原则,一般极性吸附剂适宜于从何种溶剂中吸附极性物质（ B ） A ．极性溶剂 B ．非极性溶剂 C ．水 D ．溶剂 9．关于大孔树脂洗脱条件的说法，错误的是： （ A ） A 、最常用的是以高级醇、酮或其水溶液解吸。 B 、对弱酸性物质可用碱来解吸。 C 、对弱碱性物质可用酸来解吸。 D 、如吸附系在高浓度盐类溶液中进行时，则常常仅用水洗就能解吸下来。 10．亲和层析的洗脱过程中，在流动相中减去配基的洗脱方法称作 （ D ） A 、 阴性洗脱 B 、剧烈洗脱 C 、正洗脱 D 、负洗脱 11．下列哪一项不是常用的滤布材料 （ C ） A. 法兰绒 B. 帆布C. 滤纸 D.斜纹布 12．阴树脂易受有机物污染，污染后，可用（ B ）处理 A 柠檬酸 B 10%NaCl+2%～5%NaOH 混合溶液 C 氨基三乙酸 D EDTA 13．HPLC 是哪种色谱的简称（ C ）。 A ．离子交换色谱 B.气相色谱 C.高效液相色谱 D.凝胶色谱 14．适合于亲脂性物质的分离的吸附剂是（ B ）。 A ．活性炭 B.氧化铝 C.硅胶 D.磷酸钙 15．分离纯化早期，由于提取液中成分复杂，目的物浓度稀，因而易采用 （ A ） A 、分离量大分辨率低的方法 B 、分离量小分辨率低的方法 C 、分离量小分辨率高的方法 D 、各种方法都试验一下，根据试验结果确定 三、判断题（每小题1分，共10分） 1．有机溶剂被细胞壁吸收后，会使细胞壁膨胀或溶解，导致破裂，把细胞内产物释放到水相中去。（√ ） 2．向含有生化物质的水溶液中加入一定量亲水性的有机溶剂，能使生化物质沉淀析出。（√ ） 3．等电点沉淀在实际操作中应避免溶液pH 上升至5以上。（√ ） 4．在聚丙烯酰胺凝胶中加入阴离子去污剂十二烷基硫酸钠（SDS ），影响凝胶的形成。（× ） 5．当气体的温度超过其临界温度，压力超过临界压力之后，物质的聚集状态就介于气态和液态之间，成为超临界流体。（√ ） 6．冻结-融化法冻结的作用是破坏细胞膜的疏水键结构，增加其亲水性和通透性来破坏细胞的。（√ ） 7．盐析作用也能减少有机溶剂在水中的溶解度，使提取液中的水分含量减少。可以促使生化物质转入有机相从而提高萃取率。（√ ） 8．氨基酸、蛋白质、多肽、酶、核酸等两性物质可用等电点沉析。（√ ） 9．甲醇沉淀作用与乙醇相当，但对蛋白质的变性作用比乙醇、丙酮都小，所以应用广泛。（×） 10．若两性物质结合了较多阳离子（如Ca2+、Mg2+、Zn2+等），则等电点pH 升高。（√ ） 现代生物分离技术及其应用举例生物物质的分离（Bioseparation）是生物工程的一个重要部分。国外文献中，常称之为下游过程（Downstream Process），国内则称之为产品的分离或回收。其目的是把生物反应液，如发酵液或酶反应液内的有用物质分离出来，获得所需的目标成品。 不同的生物产物，其溶解度、分子大小、形状、极性、电荷性质、专一结合位点等理化和生物学性质有或大或小的差异，所以采用适当的分离技术可将其分离纯化。 根据分离过程的基本原理，分离可分机械分离和传质分离两大类。机械分离的对象是非均相物系，是依据物质相态的不同（例如液体、固体），以及依据物质大小、密度的差异进行分离，如过滤、重力沉淀和离心降解等。传质分离的对象主要是均相物系，通常是溶液，可分为速度分离和平衡分离两种。速度分离根据物质溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实现分离，亦可称为输送分离，其传质推动力主要有压力差、电位梯度和磁场梯度等，如滤超、反渗透、电渗析、电泳和磁泳等；平衡分离则根据溶质在两相中分配平衡状态的差异实现分离，又称扩散分离法，其传质推动力为偏离平衡态的活度差或浓度差，如蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、吸附和离子交换等。对于特定的目标产物，应根据其自身的性质以及共存杂质的特性，选择适宜的分离方法，以 获得最佳分离效果。即在保证目标产物的生物活性不受（或少受）损伤的同时，达到所需的纯度和对回收率的要求，并使回收过程成本最小，以适应大规模工业生产需求。 生物工艺中目前常用的生物分离提纯原理及方法如下表所示： 分离提纯原理分离纯化方法分离对象举例 溶解度的差异 分配系数的差异 分子大小和形状的差异 电荷性质的差异盐析法、等电点沉淀 法、有机溶剂沉淀法、 PEG沉淀法 有机溶剂萃取法、双水 相萃取法、反胶束萃取 法、液膜萃取法、超临 界流体萃取法 离心过滤法、离心沉降 法、超离心法、微滤法、 超滤法、纳滤法、透析 法、凝胶过滤法 离子交换层析法、电泳 法、色谱聚焦法、等电 聚焦法 蛋白质 有机酸、氨基酸、 抗生素、蛋白质、 香料、脂质 菌体、菌体碎片、 细胞、细胞碎片、 蛋白质、核酸、 糖类 蛋白质、氨基酸、 核酸 中空超滤膜HYDRAcap?技术手册 1. 超滤系统的运行和设计 1.1 技术介绍 HYDRAcap 是一种中空纤维超滤膜组件，其平均截留分子量为150,000道尔顿。一个直径为8.9英寸（225mm ）的HYDRAcap 组件包含大约12,000条内径为0.8mm 的中空丝,中空丝的化学成分为聚醚砜，是一种耐有机污染的亲水性材料。过滤方式是由内向外，也就是说原水在中空丝内部流动，而滤液沿径向向外穿过中空丝。 HYDRAcap 超滤膜是专为去除微粒而设计的。水被施压后透过滤膜，微粒则留在中空膜的内表面。由于膜上的微孔很小，用这种技术可以有效地除去所有悬浮物包括微生物再内。这些污染物会在膜表面累积，因此，需要周期性地用逆向的水流来清除污染物(即反洗)。 海德能公司提供两种尺寸的HYDRAcap 组件。其外径都是大约9英寸，内含12,000根中空丝。一种组件长为60英寸，另一种长度为40英寸。 由于HYDRAcap 有除菌除病毒性能，在处理地表水和井水作为饮用水的项目时十分理想，HYDRAcap 已经成功地取得了加利福尼亚州卫生局（DHS ）在饮用水方面的认证，此外，HYDRAcap 对于去除胶体物质也很有效。同时对于反渗透系统而言，也是一种极好的预处理手段。 图1 -Schematic Cross Sectional View of HYDRAcap? Membra 产品水 进水浓水 1.2 应用简介 HYDRAcap?适用于下列情况： 1.2.1 处理地表水和井水用于饮用(符合地表水处理规定) 1.2.2 反渗透的预处理，如: ?高度污浊的地表水 ?海水 1.2.3 深度处理废水(tertiary)的回收利用 1.3 过滤性能： 目前为止，已经对HYDRAcap用各种各样的水源进行了测试，证实有以下的去除效果： 表1 HYDRAcap?性能 *：加利福尼亚DHS认证**：测试时给水浊度最高为50NTU 海德能公司认为HYDRAcap组件有许多优点，如： ?HYDRAcap能抗氧化，并且允许长期处于100ppm浓度的游离氯环境 ?HYDRAcap是一种超滤膜，可有效去除水中99.99%以上的细菌和病毒。海德能公司目前已经完成了加利福尼亚州卫生局(DHS)的测试，证实HYDRAcap适用于饮用水的处 生物分离技术 一、名词解释 1．凝聚：在解作用下，破坏胞菌体和蛋白等胶体粒子的分散状，使胶体粒子聚 集的程。 2．分配系数：在一定温度、力下，溶分子分布在两个互不相溶的溶里，达到平衡后，它在两相的度一常数叫分配系数。 3．絮凝：指在某些高分子絮凝存在下，在浮粒子之生架作用而使胶粒形成粗大的絮凝的程 4．萃取程：利用在两个互不相溶的液相中各种分（包括目的物）溶解度的不同，从而达到分离的目的 5．吸附：是利用吸附液体或气体中某一分具有性吸附的能力，使其富集在吸附 表面的程。 6．离子交：利用离子交脂作吸附，将溶液中的待分离分，依据其荷差异， 依靠力吸附在脂上，然后利用合适的洗脱将吸附从脂上洗脱下来，达到分离的目的。 7．助：助是一种具有特殊性能的粉或，它能使某些以的物料得容 易。 8．色技：是一相关分离方法的称，色柱的一般构含有固定相（多孔介）和 流相，根据物在两相的分配行不同（由于和力差异），多次分配（吸附 - 解吸 - 吸附 - 解吸?），达到分离的目的。 9．等点沉淀：体系pH ，使两性解的溶解度下降，析出的操作称等点沉淀。10．膜分离：利用膜的性（孔径大小），以膜的两存在的能量差作推力，由于溶液中各分透膜的迁移率不同而分离的一种技。 11．超界流体：超界流体是状超气液共存的最高力和最高温度下物特有的点 ——界点后的流体。 12．反渗透：在只有溶能通的渗透膜的两，形成大于渗透的力差，就可以使溶生倒流，使溶液达到的效果，种操作成反渗透。 13．膜的差极化：是指但溶透膜，而溶留在膜上，因而使膜面度增大，并高于主 体中度。 14．盐析：是利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度的差异，向溶液中加入一定量的中性盐，使原溶解的物质沉淀析出的分离技术。 15．反相色谱：是指固定相的极性低于流动相的极性，在这种层析过程中，极性大的分子比极性小的分子移动的速度快而先从柱中流出。 16．亲和层析：是利用生物活性物质之间的专一亲和吸附作用而进行的层析方法。是近年来发展的纯化酶和其他高分子的一种特殊的层析技术。 二、选择 1． HPLC是哪种色谱的简称（C）。 A．离子交换色谱 B.气相色谱 C. 高效液相色谱 D. 凝胶色谱 2．针对配基的生物学特异性的蛋白质分离方法是（ C ）。 A. 凝胶过滤 B.离子交换层析 C. 亲和层析 D.纸层析 3．盐析法沉淀蛋白质的原理是（B） A. 降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C. 与蛋白质结合成不溶性蛋白 D. 调节蛋白质溶液pH 到等电点 4．从组织中提取酶时，最理想的结果是（C） A. 蛋白产量最高 B.酶活力单位数值很大 C. 比活力最高 D.Km 最小 5．适合于亲脂性物质的分离的吸附剂是（B）。 A．活性炭 B.氧化铝 C. 硅胶 D. 磷酸钙 6．下列哪项酶的特性对利用酶作为亲和层析固定相的分析工具是必需的？（B） A. 该酶的活力高 B.对底物有高度特异亲合性 C. 酶能被抑制剂抑制 D.最适温度高 E. 酶具有多个亚基 7．用于蛋白质分离过程中的脱盐和更换缓冲液的色谱是（C） A．离子交换色谱 B.亲和色谱 C. 凝胶过滤色谱 D. 反相色谱 8．盐析法沉淀蛋白质的原理是（B） A. 降低蛋白质溶液的介电常数 B.中和电荷，破坏水膜 C. 与蛋白质结合成不溶性蛋白 D. 调节蛋白质溶液pH 到等电点 9．蛋白质分子量的测定可采用（C）方法。 A．离子交换层析 B.亲和层析 C. 凝胶层析 D.聚酰胺层析 10．氨基酸的结晶纯化是根据氨基酸的（A）性质。 题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日 目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7) 一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液 超滤操作手册 一、简介 超滤就是一种膜分离技术,其膜为多孔不对称结构。过滤过程就是一抹两侧压差为驱动力,以机械筛分原理为基础得一种溶液分离过程,使用压力通常为0、03~0、6MPa,筛分孔径从0、005~0、1μm,截流分子量为1000~500000道尔顿左右。 我们选用HYDRA cap 60膜。 影响超滤膜性能得因素 1 膜得化学材料 HYDRA cap 膜材质为亲水性聚醚砜(PES),这种材质得化学稳定性优异,耐受氧化剂得能力强,亲水性好不容易被污堵,污堵后容易清洗恢复。耐酸碱范围可达Ph2~13。 2 膜丝得微观结构与孔径。 HYDRAcap中空超滤膜得中空丝断面为海绵状多孔结构,内表面为超滤分离皮层,外表面为微滤多孔曾。与传统超滤膜得指状大孔结构相比,孔径均一,内表面无缺陷,机械强度高。HYDRAcap膜割分子量为15万道尔顿,分离孔径约为25nm。 3超滤膜组件得结构 中空纤维膜就是超滤膜得最主要形式,分为内压膜与外压膜。外压式膜得进水流道在膜丝之间,膜丝存在一定得活动空间,内压式膜得进水流道就是中空纤维得内腔。HYDRA cap 就是内压式膜。 4超滤得运行方式与清洗方式 超滤得运行方式分为全流过滤与错流过滤两种模式。全流过滤时,进水全部透过膜表面形成产水;错流过滤时,部分进水透过膜表面成为产水,另一部分则夹带杂质排出成为浓水,这种运行方式能处理悬浮物含量较高得原水。 超滤得清洗方式包括正洗、反洗、分散化学清洗、化学清洗等。正洗、反洗可清除膜面得滤饼层。分散化学清洗与化学清洗通过化学药剂来清除胶体、有机物、无机盐等在超滤膜表面与内部形成得污堵。 二、超滤工艺流程 郑州超滤工艺流程见图1所示 膜分离技术及其原理的介绍 人们对膜进行科学研究是近几十年来的事。反渗透膜是膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤;40年代透析;50年代电渗析;60年代反渗透;70年代超滤和液膜;80年代气体分离;90年代渗透汽化。此外，以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程也日益得到重视和发展。 一、膜分离原理 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。 二、膜分离技术 反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。这里主要以反渗透膜和超滤膜为代表介绍一下。 反渗透膜(RO) 反渗透膜使用的材料，最初是醋酸纤维素(CA)，1966年开发出聚酰胺膜，后来又开发出各种各样的合成复合膜。CA膜耐氯性强，但抗菌性较差。合成复合膜具有较高的透水性和有机物截留性能，但对次氯酸等酸性物质抗性较弱。这两种材料耐热性较差，高温度大约是60℃左右，这使其在食品加工领域的应用中受到限制。 超滤膜(UF) 超滤膜也是使用CA做材料，后来各种合成高分子材料得以广泛应用。其材料多种多样，共同特点是具有耐热、耐酸碱、耐生物腐蚀等优点。 以上就是为大家介绍的全部内容，希望对大家有帮助。 中空超滤膜HYDRAcap?技术手册 1. 超滤系统的运行和设计 1.1 技术介绍 HYDRAcap是一种中空纤维超滤膜组件，其平均截留分子量为150,000道尔顿。一个直径 为8.9英寸（225mm）的HYDRAcap组件包含大约12,000条内径为0.8mm 的中空丝,中空丝 的化学成分为聚醚砜，是一种耐有机污染的亲水性材料。过滤方式是由内向外，也就是说原水在 中空丝内部流动，而滤液沿径向向外穿过中空丝。 HYDRAcap超滤膜是专为去除微粒而设计的。水被施压后透过滤膜，微粒则留在中空膜的 内表面。由于膜上的微孔很小，用这种技术可以有效地除去所有悬浮物包括微生物再内。这些污 染物会在膜表面累积，因此，需要周期性地用逆向的水流来清除污染物(即反洗)。 海德能公司提供两种尺寸的HYDRAcap组件。其外径都是大约9英寸，内含12,000根中 空丝。一种组件长为60英寸，另一种长度为40英寸。 由于HYDRAcap有除菌除病毒性能，在处理地表水和井水作为饮用水的项目时十分理想，HYDRAcap已经成功地取得了加利福尼亚州卫生局（DHS）在饮用水方面的认证，此外，HYDRAcap对于去除胶体物质也很有效。同时对于反渗透系统而言，也是一种极好的预处理手 段。 图1 环氧树脂密封中空丝中心管环氧树脂密封 产品水 进水浓水-Schematic Cross Sectional View of HYDRAcap? Membra 1.2 应用简介 HYDRAcap?适用于下列情况： 1.2.1 处理地表水和井水用于饮用(符合地表水处理规定) 1.2.2 反渗透的预处理，如: 高度污浊的地表水 海水 1.2.3 深度处理废水(tertiary)的回收利用 1.3 过滤性能： 目前为止，已经对HYDRAcap用各种各样的水源进行了测试，证实有以下的去除效果： 表1 HYDRAcap?性能 成分去除效果 微粒＞2μm 2.5~3.5 log SDI出水＜4 病原体＞4log * 鞭毛虫(Giardia)＞4log * 隐孢子(Cryptosporidium)＞4log * 浊度出水＜0.1NTU ** TOC去除0~25% 加入凝聚剂后TOC去除率25~50% *：加利福尼亚DHS认证**：测试时给水浊度最高为50NTU 海德能公司认为HYDRAcap组件有许多优点，如： HYDRAcap能抗氧化，并且允许长期处于100ppm浓度的游离氯环境 HYDRAcap是一种超滤膜，可有效去除水中99.99%以上的细菌和病毒。海德能公司目前已经完成了加利福尼亚州卫生局(DHS)的测试，证实HYDRAcap适用于饮用水的处 （生物科技行业）生物分离与纯化技术复习重点 生化分离技术复习重点 1.生化分离，生化分离技术的基本步骤 生物分离与纯化的目的是从微生物发酵液，酶反应产物，动植物细胞培养和生物体本身分离并纯化对人类有用的，符合质量要求的各种生物药物和生物制品。 来源：（1）动物脏器（2）血液，分泌物和其它代谢物（3）海洋生物（4）植物（5）微生物 特点：（1）目的产物浓度低，纯化难度大（2）活性物质性质不稳定，操作过程容易失活（3）生物材料中生化组分数量大，分离困难（4）生物材料易变质，保存困难（5）生物产品的质量标准高 基本步骤：原料的选取和预处理，分离提取，精制和成品的制作 2.吸附技术 概念：是指在一定条件下，将待分离的料液（或气体）通入适当的吸附剂中，利用吸附剂对料液（或气体）中某一组分具有选择吸附的能力，使该祖坟富集在吸附剂表面，然后再用适当的洗脱机将吸附的组分从吸附剂上解吸下来的一种分离技术 吸附剂类型：（1）物理吸附（范德华力）（2）化学吸附（电子转移）（3）交换吸附（离子交换） 常用的吸附剂：一类有机吸附剂，如活性炭、纤维素、大孔吸附树脂、聚酰胺等；另一类是无机吸附剂，如氧化铝、硅胶、人造沸石、磷酸钙‘氢氧化铝等。 活性炭吸附规律：对具有极性基团的化合物吸附力较大；对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物；对相对分子质量大的化合物的吸 附力大于相对分子质量小的化合物。 影响吸附的因素：吸附剂的性质；吸附物的性质；吸附条件（温度、PH、盐的浓度）、溶剂的影响。 3.膜分离技术 概念：指物质在推动力作用下由于传递速度不同而得到分离的过程。特点：易于操作；成本低、寿命长；高效；常温下操作无相态的变化，分离精度高，没有二次污染；膜材质的价格高；操作过程中膜面容易被污染；膜的耐药性，耐溶性，耐热性能有限。 类型：渗析；电渗析；微滤；超滤；反渗透；纳滤；气体分离 微孔滤膜清洗和再生方法：将滤膜平放于清洁盛器内，用60℃左右的蒸馏水浸泡，使全部湿润，数小时候（约4小时以）倾去水，再用上法浸泡12小时，使用前再用适量温蒸馏水清洗一次。 微孔滤过膜截留粒子的范围：0.1—10μm的粒子。 4.液膜分离技术 概念：是一种以液膜为分离介质，以浓度差为推动力的分离操作，是属于液—液系统的传质分离过程。 组成：膜溶剂；表面活性剂；流动载体；膜增强剂。 分类：乳状液膜；支撑液膜。 液膜分离步骤：制备液膜；液膜萃取；澄清分离；破乳。 影响因素：液膜乳液成分的影响；乳水比；连续的PH；搅拌速度的影响；料液的浓度和酸度的影响；操作温度的影响；接触时间。应用：分离氨基酸；提取抗生素；提取生物碱；提取蛋白质；分离生物分离与纯化技术模拟试卷三答案培训讲学
生物分离技术题库(带答案)
超滤膜市场调研及技术介绍
《生物分离与纯化技术》授课教案
生物分离技术复习题
浸入式MBR膜产品技术手册
超滤膜分离技术研究进展
生物分离与纯化技术模拟试卷九答案
现代生物分离技术及其应用举例
中空超滤膜技术手册
(完整word版)生物分离技术题库.docx
膜分离技术的介绍及应用讲解
超滤操作手册
膜分离技术及其原理的介绍
中空超滤膜技术手册资料
(高考生物)生物分离与纯化技术复习重点