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          • 膜分離過程及原理

            膜是一種具有選擇性分離功能的材料

            膜分離技術
            利用膜的選擇性分離特征達到濃縮、分級、純化等目的的化工單元技術;以選擇透過性材料為分離介質,以外界能量為推動力,憑借多組分流體中各組分在膜內傳質速度的差異,對物質進行分離、分級、提純和富集的方法。

            膜分離過濾原理
            膜是兩個或多個濃度相之間具有選擇性的分離屏障,采用錯流過濾分離方式,利用膜材料選擇性分離功能對給組分進行分離、純化;錯流方式可有效降低膜污染及防止濃差極化現象,系統連續操作。

          • 膜技術分類

            膜分離技術
            膜是一種起分子級分離過濾作用的介質,當溶液或混和氣體與膜接觸時,在壓力下,或電場作用下,或溫差作用下,某些物質可以透過膜,而另些物質則被選擇性的攔截,從而使溶液中不同組分,或混和氣體的不同組分被分離,它與傳統過濾的不同在于,膜可以在分子范圍內進行分離,并且這過程是一種物理過程,不需發生相的變化和添加助劑。膜的孔徑一般為微米級,依據其孔徑的不同(或稱為截留分子量),可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,根據材料的不同,可分為無機膜和有機膜,無機膜主要是陶瓷膜和金屬膜,其過濾精度較低,選擇性較小。有機膜是由高分子材料做成的,如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。錯流膜工藝中各種膜的分離與截留性能以膜的孔徑和截留分子量來加以區別,下圖簡單示意了四種不同的膜分離過程(箭頭反射表示該物質無法透過膜而被截。


            微濾
            微濾(MF) 又稱微孔過濾,它屬于精密過濾,其基本原理是篩孔分離過程。微濾膜的材質分為有機和無機兩大類,有機聚合物有醋酸纖維素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。無機膜材料有陶瓷和金屬等。鑒于微孔濾膜的分離特征,微孔濾膜的應用范圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細菌以及其他污染物,以達到凈化、分離、濃縮的目的。


            對于微濾而言,膜的截留特性是以膜的孔徑來表征,通??讖椒秶?.1~1微米,故微濾膜能對大直徑的菌體、懸浮固體等進行分離??勺鳛橐话懔弦旱某吻?、保安過濾、空氣除菌。

            超濾技術
            用于分離分子量在1000~500000之間的可溶性物質,超濾過程通??梢岳斫獬膳c膜孔徑大小相關的篩分過程,可以對溶液中的各組分進行分級、分離、濃縮的膜分離技術。
            ※ 發酵液菌絲體分離,除雜——無機陶瓷膜、有機板式膜;
            ※ 酶制劑的過濾、分離;
            ※ 乳清蛋白分離純化、大豆蛋白分級;
            ※ 下游產品脫色、除蛋白、除熱源、內毒素;
            ※ 果汁、乳品、飲料等澄清、濃縮;
            ※ 電泳漆回收;
            ※ 鋼鐵乳化廢水處理、印鈔廢水處理;
            ※ 植物提取物的澄清與純化、口服液的過濾與除雜。

            納濾技術
            濾膜多為薄層復合膜,膜層一般是多層疏松結構,耐污染,其截留分子量在80-1000的范圍內,孔徑約為1納米,因此稱納濾。納濾膜經改性后基本帶有電荷,很容易從溶液中脫除單價無機鹽和水,因為無機鹽能通過納濾膜而透析,因此操作壓力低,節約能耗;基于納濾分離技術的優越特性,其在制藥、生物化工、食品工業等諸多領域顯示出廣闊的應用前景;
            特點
            ☆ 納濾膜可以同時進行脫鹽和濃縮并且處理速度快;
            ☆ 納濾膜的性能使得它在抗生素(預)濃縮、化工合成產品的脫鹽、濃縮具有常溫無破壞、低成本、高收率、高品質的特點。
            應用領域
            ※ 樹脂解吸產品的脫鹽、濃縮;
            ※ 抗生素產品的濃縮(氨基糖苷類、多肽類,半合抗等);
            ※ 結晶母液回收;
            ※ 植物提取液濃縮;
            ※ 低聚糖提純(脫單糖);
            ※ 酸性、活性、直接等染料的脫鹽、濃縮;
            ※ 熒光增白劑的脫鹽、濃縮;
            ※ 電鍍行業重金屬循環利用;
            ※ 礦山及濕法冶金廢水處理、貴重金屬回收;
            ※ 單價鹽與多價鹽的分離、純化;
            ※ 紡織、染整、印染廢水處理及循環利用;
            ※ 從廢酸、堿液中,回收酸堿。

            反滲透技術
            反滲透膜只能透過溶劑(通常是水)而截留其它離子或小分子物質,因具有產水水質高、運行成本低、無污染、操作方便運行可靠等諸多優點,而成為海水和苦咸水淡化。目前已廣泛應用于醫藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業。
            ※ 電子工業超純水;
            ※ 飲料、食品行業工業純水;
            ※ 鍋爐補給水;
            ※ 廢水循環利用;
            ※ 海水淡化;
            ※ 濃縮、回收有價值的物質;
            ※ 市政污水的處理及中水回用。

            膜分離優點
            1、選擇性能好:應用分子切割理論,可實現分子級別的物質分離、分級,具有普遍濾材無法取代的卓越性能;
            2、常溫操作、無相變化:膜分離過程可在常溫下進行、無相態變化,特別適用于熱敏性產品的純化,保持產品原有的品質,能耗低,其費用約為蒸發濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8;
            3、應用領域廣:既可用于取代傳統過濾,又能用于物質的分離、純化、濃縮、脫鹽,資源循環利用等,涉及化工、石油、食品、紡織、印染、冶金、環保、生物制藥等領域;
            4、無化學變化:膜分離過程為物理過程,無需添加助劑及化學試劑,產品損失少,對產品無污染;
            5、匹配性強:膜分離系統規??砂葱枨笤O計,膜軟件可根據實際開發,處理規??纱罂尚?,可以連續也可以間隙進行,工藝簡單,操作方便,易于自動化。

          • 膜分離應用—植物提取

            植物提取常規處理工藝
            從中藥提取有效成分的主要方法有溶劑提取法(如浸漬法、煎煮法、回流提取法、連續回流提取法等)和水蒸汽蒸餾法。由于提取液中除了小分子有效成分(如甙類、黃酮類、生物堿、有機酸、揮發油)之外,還存在大量雜質(鞣質、蛋白、淀粉、樹脂等),這些物質無藥效,需要去除。傳統的分離與純化方法有兩相溶劑萃取法、結晶法、沉淀法、透析法、分餾法、鹽析法和色譜法等。由于提取物成分太復雜,至使采用傳統工藝需要將藥液反復轉溶濃縮,生產周期長,增加了染菌的機會,有效成分受熱破壞、收率低,而且經常雜質含量超標、有效成分含量偏低,若成品是口服液或注射液,則還會影響到成品的澄明度和穩定性。

            超濾純化除雜、分離工藝
            利用膜按分子級別分級的分離特性,選用合適的超濾膜處理提取液,讓小分子的有效成分通過,而將大分子雜質和熱原、細菌等除去,可以提高有效成分含量、減少雜質,簡化工藝流程、提高收率。
            如果有效成分是較大的分子,而需要去的是無機鹽等小分子雜質,則可以選用合適的納濾膜或超濾膜將有效成分截留下來,而讓小分子雜質透過分離。

            納濾濃縮工藝
            用納濾技術進行中藥提取液的濃縮,其性能可靠,對提高中藥提取液的澄明度和穩定性的作用顯著,并可有效地節約溶劑和工時。濃縮過程在常溫進行,可以保證熱敏性物質不會損失,不出現受熱沉淀;過程中無相變,能耗遠低于真空濃縮、凍干等方法。納濾濃縮可以脫除部分小分子雜質,比如無機鹽等
            但是膜濃縮有其局限之處,只能對液體進行預濃縮,限于滲透壓或經濟性等原因,無法濃縮到高粘度液態。所以,可以考慮膜濃縮與傳統工藝(蒸發、凍干)的集成使用。集成使用往往可以取得非常好的效果。

            在重要生產上有水浸提和醇提兩種方式
            1、對于水提醇沉的工藝,可以利用合適的膜分離組合技術替代原工藝中沉淀和預濃縮過程:水浸提工藝中,利用超濾澄清、除熱源,納濾濃縮代替預濃縮,節省能耗。對熱敏性物質蒸發濃縮過程中,由于有效成分在高溫情況下降解,降低了產品收率,采用膜分離技術對產品在常溫下預濃縮,縮短蒸發濃縮時間,提高了產品的收率。
            2、對于醇提工藝,利用膜分離技術后基本路線如下:醇提工藝中,超濾可以替代醇沉除雜,縮短生產時間。納濾濃縮實現乙醇回收,縮短蒸發能耗的同時,也提高了乙醇的回收率。

            膜分離技術優點
            膜分離法有其明顯的特點。例如,不需加熱、能量消耗少、可低溫操作、分離效率高、不必添加化學試劑、不破壞熱敏物質等。對分離高熱敏性、易揮發和對化學試劑有反應的體系非常合適。
            膜法分離與傳統分離法相比,其優點是顯而易見的。
            a)少工序,縮短生產周期,節省原料(尤其是乙醇),降低成本,并有利于工廠的安全生產。節約乙醇是非常典型的例子。中藥煮提液常用水煎醇沉法純化,即將煎煮液濃縮至0.5~1.0g(生藥)/mL左右,加乙醇使醇濃度達到60%~70%,沉淀去雜質。若煮提100kg藥材,需要進行醇沉的藥液是100~200L,若使其中乙醇濃度達到60%,則需加1.7倍體積的乙醇(95%),即加170~340L的乙醇。
            b)保持原配方的成分,且提高了有效成分的含量,不論在制備中藥注射液或提取有效成分的試驗中,均如此。
            c)去雜質效果好,能提高注射劑和口服液的澄明度。中藥提取液中的鞣質、淀粉、樹脂和蛋白等,傳統的水醇法不易除盡,選用一定截留值的超濾膜,可除去這些雜質,達到提高澄明度的目的。長期儲存,甚至長達一年半,澄明度不變。
            d)去熱原效果好。熱原是微生物的代謝產物,選用適當的超濾膜除熱原效果可達到藥典要求。
            e)避免熱敏性的物質的破壞。

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