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微滤超滤膜分离实验机

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微滤超滤膜分离实验机相关的论坛

  • 【转帖】超滤膜分离技术基础

    超滤膜的过滤原理超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程,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,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。超滤膜过滤原理图原液一般指需要净化、分离或浓缩的溶液,透过液指原液中透过超滤膜而被滤除大分子溶质的那部分液体,浓缩液则是原液中因分离出透过液而剩余的高浓度溶液。在净化水工程中,原液是指原水进水,透过液即为净化水,浓缩液则是排放的废水。内压式和外压式中空纤维超滤膜:一个中空纤维超滤膜组件主要是由成百到上千根细小的中空纤维丝和膜外壳两部分组成,一般将中空纤维膜内径在之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜,毛细管式超滤膜因内径较大,因此不易被大颗粒物质堵塞,更适用于过滤原液浓度较大的场合。按进水方式的不同,中空纤维超滤膜又分为内压式和外压式两种:内压式:即原液先进入中空丝内部,经压力差驱动,沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液,浓缩液则留在中空丝的内部,由另一端流出,其中环氧树脂端封的作用是在中空纤维膜丝的端头密封住膜丝之间的间隙,从而使原液与透过液分离,防止原液不经过膜丝过滤而直接渗入到透过液中。外压式中空纤维超滤膜则是原液经压力差沿径向由外向内渗透过中空纤维成为透过液,而截留的物质则汇集在中空丝的外部,外压式中空纤维超滤膜全量过滤和错流过滤方式:中空纤维超滤膜的过滤方式主要分为全量过滤和错流过滤两种:全量过滤方式是指原液中的水分子全部渗透过超滤膜,没有浓缩液流出,而错流过滤方式则是在过滤的过程中有一部分的浓缩液体从超滤膜的另一端排掉。超滤的过滤孔径:从表一中可以看出,在膜法分离技术中膜的微孔径在20*10-10m~1000*1-10m之间的过滤膜称为超滤膜,即0.002-0.1um之间,而一般胶体体积均≥0.1um,乳胶≥0.5um,大肠菌、葡萄球菌等细菌体积≥0.2um,悬浮物、微粒子等体积≥5um,因此超滤膜可以过滤出溶液中的细菌、胶体、悬浮物、蛋白质等大分子物质。超滤膜分离技术的特点超滤膜的分离过程具有以下几个显著特点: 在常温和低压下进行分离,因而能耗低,从而使设备的运行费用低。、设备体积小、结构简单,故投资费用低。超滤分离过程只是简单的加压输送液体,工艺流程简单,易于操作管理。、超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体,纯物理方法过滤,物质在分离过程中不发生质的变化,并且在使用过程中不会有任何杂质脱落,保证超滤液的纯净。以上特点决定了超滤膜的应用非常广泛,从普通家用饮水的净化到工业水处理都有大规模的应用,因而超滤膜分离技术作为国家火炬计划重点支持的六大高新技术之一,具有广阔的发展前景。

  • 【转帖】超滤与微滤的区别

    超过滤(简称超滤)和微孔过滤(简称微滤)也是以压力差为推动力的膜分离过程,一般用于液相分离,也可用于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]分离,比如空气中细菌与微粒的去除。超滤所用的膜为非对称膜,其表面活性分离层平均孔径约为10一200A,能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微粒,所用操作压差在0.1—0.5MPa。原料液在压差作用下,其中溶剂透过膜上的微孔流到膜的低限侧,为透过液,大分子物质或胶体微粒被膜截留,不能透过膜,从而实现原料液中大分子物质与胶体物质和溶剂的分离。超滤膜对大分子物质的截留机理主要是筛分作用,决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小与形状。除了筛分作用外,膜表面、微孔内的吸附和粒子在膜孔中的滞留也使大分子被截留。实践证明,有的情况下,膜表面的物化性质对超滤分离有重要影响,因为超滤处理的是大分子溶液,溶液的渗透压对过程有影响。从这一意义上说,它与反渗透类似。但是,由于溶质分子量大、渗透压低,可以不考虑渗透压的影响。微滤所用的膜为微孔膜,平均孔径0.02—10 ,能够截留直径0.05—10 的微粒或分子量大于100万的高分子物质,操作压差一般为0.01~0.2MPa。原料液在压差作用下,其中水(溶剂)透过膜上的微孔流到膜的低压侧,为透过液,大于膜孔的微粒被截留,从而实现原料液中的微粒与溶剂的分离。微滤过程对微粒的截留机理是筛分作用,决定膜的分离效果是膜的物理结构,孔的形状和大小。超滤膜一般为非对称膜,其制造方法与反渗透法类似。超滤膜的活性分离层上有无数不规则的小孔,且孔径大小不一,很难确定其孔径,也很难用孔径去判断其分离能力,故超滤膜的分离能力均用截留分子量来予以表述。定义能截留90%的物质的分子量为膜的截留分子量。工业产品一般均是用截留分子量方法表示其产品的分离能力,但用截留分子量表示膜性能亦不是完美的方法,因为除了分子大小以外,分子的结构形状,刚性等对截留性能也有影响,显然当分子量一定,刚性分子较之易变形的分子,球形和有侧链的分子较之线性分子有更大的截留率。目前用作超滤膜的材料主要有聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯氰、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素等。微滤膜一般均为均匀的多孔膜,孔径较大,可用多种方法测定,可直接用测得的孔径来表示其膜孔的大小。超滤、微滤和反渗透均是以压差作为推动力的膜分离过程,它们组成了可以分离溶液中的离子、分子、固体微粒的这样一个三级分离过程,其分工及范围见图10—14。根据所要分离物质的不同,选用不同的方法。但也需说明,这三种分离方法之间的分界并不十分严格。下表列出超滤、微滤和反渗透过程的原理和操作性能,以资比较。 过程与操作 与反渗透过程相似,微滤、超滤过程也必须克服浓差极化和膜孔堵塞带来的影响。一般而言,超滤和微滤的膜孔堵塞问题十分严重,往往需要高压反冲技术予以再生。因此在设计微滤、超滤过程时,除象设计反渗透过程一样,注意膜面流速的选择,料液的湍动、预处理以及膜的清洗等因素以外,尚需特别注意对膜的反冲洗以恢复膜的通量。由于超滤过程膜通量远高于反渗透过程,因此其浓差极化更为明显,很容易在膜面形成一层凝胶层,此后膜通量将不再随压差增加而升高,这一渗透量称之为临界渗透通量。对于一定浓度的某种溶液而言,压差达到一定值后渗透通量达到临界值,所以实际操作应选在接近临界渗透通量附近操作,此时压差一般在0.4—0.6MPa,过高的压力不仅无益而且有害。超滤过程操作一般均呈错流,即料液与膜面平行流动,料液流速影响着膜面边界层的厚度,提高膜面流速有利于降低浓差极化影响,提高过滤通量,这与反渗透过程机理是类似的。微滤过程以前大都采用折褶筒过滤,属终端过滤,对于固相含量高的料液无法处理,近年来发展起来的错流微滤技术的过滤过程类似于反渗透和超滤,设计时可以借鉴。微滤、超滤过程的操作压力、温度以及料液预处理、膜清洗过程的原理与反渗透极为相似,但其操作过程亦有自己的特点。 超滤过程流程与反渗透类似,采用错流操作,常用的操作模式有三种。⑴、单段间歇操作:如图10—15所示,在超滤过程中,为了减轻浓差极化的影响,膜组件必需保持较高的料液流速,但膜的渗透通量较小,所以料液必需在膜组件中循环多次才能使料液浓缩到要求的程度,这是工业过滤装置最基本的特征。图示两种回路的区别在于闭式回路中料液从膜组件出来后不进料液槽而直接流至循环泵人口,这样输送大量循环液所需能量仅仅是克服料液流动系统的能量损失,而开式回路中的循环泵除了需提供料液流动系统的能量损失外,还必需提供超滤所需的推动力即压差,所以闭式回路的能耗低。间歇操作适用于实验室或小规模间歇生产产品的处理。⑵、单段连续操作:如图10—16所示,与间歇操作相比,其特点是超滤过程始终处于接近浓缩液的浓度下进行,因此渗透量与截留率均较低,为了克服此缺点,可采用多段连续操作。⑶、多段连续操作:如图10—17所示,各段循环液的浓度依次升高,最后一段引出浓缩液,因此前面几段中料液可以在较低的浓度下操作。这种连续多段操作适用于大规模工业生产。应用 1)、超滤的应用超滤技术广泛用于微粒的脱除,包括细菌、病毒、热源和其它异物的除去,在食品工业、电子工业、水处理工程、医药、化工等领域已经获得广泛的应用,并在快速发展着。在水处理领域中,超滤技术可以除去水中的细菌、病毒、热源和其它胶体物质,因此用于制取电子工业超纯水、医药工业中的注射剂、各种工业用水的净化以及饮用水的净化。在食品工业中,乳制品、果汁、酒、调味品等生产中逐步采用超滤技术,如牛奶或乳清中蛋白和低分子量的乳糖与水的分离,果汁澄清和去菌消毒,酒中有色蛋白、多糖及其它胶体杂质的去除等,酱油、醋中细菌的脱除,较传统方法显示出经济、可靠、保证质量等优点。在医药和生物化工生产中,常需要对热敏性物质进行分离提纯,超滤技术对此显示其突出的优点。用超滤来分离浓缩生物活性物(如酶、病毒、核酸、特殊蛋白等)是相当合适的从动、植物中提取的药物(如生物碱、荷尔蒙等),其提取液中常有大分子或固体物质,很多情况下可以用超滤来分离,使产品质量得到提高。在废水处理领域,超滤技术用于电镀过程淋洗水的处理是成功的例子之一。在汽车和家具等金属制品的生产过程中,用电泳法将涂料沉积到金属表面上后,必需用清水将产品上吸着的电镀液洗掉。洗涤得到含涂料1~2%的淋洗废水,用超滤装置分离出清水,涂料得到浓缩后可以重新用于电涂,所得清水也可以直接用于清洗,即可实现水的循环使用。目前国内外大多数汽车工厂使用此法处理电涂淋洗水。超滤技术也可用于纺织厂废水处理。纺织厂退浆液中含有聚乙烯醇(PVA),用超滤装置回收PVA,清水回收使用,而浓缩后的PVA浓缩液可重新上浆使用。随着新型膜材料(功能高分子、无机材料)的开发,膜的耐温、耐压、耐溶剂性能得以大幅度提高,超滤技术在石油化工、化学工业以及更多的领域应用将更为广泛。2)、微滤的应用微滤主要用于除去溶液中大于0.05 左右的超细粒子,其应用十分广泛,在目前膜过程面业销售额中占首位。在水的精制过程中,微滤技术可以除去细菌和固体杂质,可用于医药、饮料用水的生产。在电子工业超纯水制备中,微滤可用于超滤和反渗透过程的预处理和产品的终端保安过滤。微滤技术亦可用于啤酒、黄酒等各种酒类的过滤,以除去其中的酵母、霉菌和其它微生物,使产品澄清,并延长存放期。微滤技术在药物除菌、生物检测等领域也有广泛的应用。

  • 【求助】紧急求助关于超滤膜分离高分子聚醚

    本人是做样品剖析的。最近拿到一个样品,里面有几种高分子聚醚(环氧乙烷环氧丙烷聚合物,分子量2000到4000之间),在GPC上是能分离的,但是通过GPC分离提纯,太花时间,精力和财力了,并且分离出来的物质也不纯。(这些高分子在样品的总含量在5%左右) 因此想通过超滤膜进行分离提纯,不知道哪位老师指点下,怎么做?该选什么样的膜?哪里可以买到这些膜? 还有浙江地区哪些学校或单位在用这些膜的?可以直接电话联系 13858586467 张

  • 【转帖】再谈超滤膜

    第三代饮用水净化工艺=安全预氧化、强化混凝+生物活性炭、超滤+安全消毒!  2007年7月1日,新的国家《生活饮用水卫生标准》开始实行。正当这部多达106项检测指标的标准使得许多水厂面临着升级换代的选择时,在4月1日的城市水业战略论坛上,中国科学院李圭白院士为与会的供水企业代表带来了第三代饮用水净化工艺的公式。而随后,中荷水务投资集团副总裁王同春也充满信心地说:“膜技术在自来水行业中的使用也将如一百年前的砂滤技术一样成为最佳的自来水处理工艺之一。”他以“超滤膜组合工艺技术及其大规模饮用水处理应用案例”为主题进行了发言。膜技术被来自学术界和企业界的人士赋予高度评价。脱颖而出的第三代处理工艺  20世纪初研发出的混凝——沉淀、过滤、氯消毒净水工艺,可称为第一代城市饮用水净化工艺。而面对第一代水饮用水处理工艺不能对无害物进行控制的弊端,第二代城市饮用水净化工艺应运而生。第二代饮用水处理就是在第一代工艺的后面增加臭氧、颗粒活性炭的工艺。目前我国的供水厂普遍采用这种工艺。但是第二代饮用水处理工艺也逐渐地显露出很多问题:一是对于含有溴化物的水源水被臭氧氧化后容易产生致癌的溴酸盐;二是随着水污染的加剧和检测技术的提高,第二代饮用水处理工艺的出水中发现了越来越多的细菌和微生物,水的生物安全性受到了挑战。  “20世纪末又提出来饮用水的生物稳定性问题,所谓生物稳定性就是说出厂水在输送和储存过程中,发现微生物增殖现象,是不具有生物稳定性的水,这是另一个新出现的重大生物安全性问题。所以第三代城市饮用水净化工艺要解决的就是生物安全性的问题。”李圭白院士介绍到。  膜技术简单说是一种过滤技术,上世纪60年代起源于海水淡化的反渗透膜,与超导、光纤、碳纤维、纳米技术等一起统称为21世纪工业领域六大新技术。而后膜技术得到了非常迅速的发展,并且被广泛应用于越来越多的领域。继脱盐反渗透后,一系列更疏松的渗透膜被开发出来,包括纳滤、超滤、微滤。  有资料显示,在现有的各种孔径的膜中,纳滤和超滤是最有效的去除水中微生物的方法。水中的致病微生物的尺寸,病毒是20nm至数百nm,细菌是数百nm至数μm,原生动物是数μm至数十μm ,藻类是数μm至数百μm 。在各式各样的膜中,纳滤膜的孔径-1nm左右,超滤膜的孔径-数nm。但是从技术经济学的角度,李院士更加肯定了超滤膜在未来第三代处理工艺中的主导地位。“纳滤膜目前在我国尚需要进口,成本很高。超滤膜已在我国形成规模生产能力,能够为数万吨/日规模的水厂提供膜材料,且价格已降至可接受的地步。微滤膜的孔径为数百nm,不能充分截留去除病毒。我国选择超滤膜提高水的生物安全性是比较可行的。”  在国际上,采用超滤技术作为水厂的处理工艺已经逐渐成为主流。1996年,超滤水厂总处理水量在20万m3/d,2006年的处理水量800万m3/d以上。在北美现有超滤和微滤水厂250座,总处理水量达到300万m3/d;在欧洲,已有33座1万m3/d以上的超滤水厂,英国已有100多座城市水厂,处理水量达110万m3/d;在亚洲,日本膜滤水厂的产水量达到400万m3/d,新加坡已建成27.5万m3/d的超滤。  在国内,随着我国膜工业的发展,以前阻碍超滤膜应用的价格问题不再明显。目前市场上中空纤维超滤膜的价格是每m2过滤面积为150元,按1m2超滤膜每小时过滤0.1m3水计算,1m3/d的超滤膜价格为60元。超滤膜按使用3年计算,为更换膜每m3水只需0.057元费用。以苏州市建成的1万m3/d的超滤净水厂为例,建设费用约300元/m3/d,运行成本为0.0782元/m3,与该水厂原传统工艺大体相同。  对于超滤膜技术在国内的前景,李院士很看好,他说:“台湾已建成30万m3/d的膜滤水厂,近年陆续建设许多中、小型超滤水厂,其中产水能力最大为2万m3/d。大型超滤水厂的建设也指日可待。”

  • 【原创大赛】多巴胺改性聚砜复合超滤膜的二次修饰及性能评价研究

    【原创大赛】多巴胺改性聚砜复合超滤膜的二次修饰及性能评价研究

    多巴胺改性聚砜复合超滤膜的二次修饰及性能评价研究摘要 膜分离技术是20世纪新产生的新型的分离技术,是与石油化工、生物学、环境资源、食品、医学等众多学科的交叉的产物。相比于原有的分离技术,膜分离技术所产生的社会效益和经济效益更大。膜分离技术不仅仅操作简单、节能环保,能实现分离、纯化、浓缩和精制等过程,在水处理、环境、能源、航空航天及生物医用等领域具有极其广泛的应用前景。当然,膜技术也有一定的局限性。膜容易受到污染而发生堵塞,使膜的使用寿命大大降低,操作成本得以提高。膜的持久性和耐用性问题,成本问题都成为膜分离技术发展的限制因素。 膜污染是阻碍超滤膜应用的重要因素,提高膜的亲水性和抗菌性可以有效的降低膜污染。多巴胺(DA)仿生粘附的自聚合技术为膜的亲水改性和抗菌改性提供了有效的途径。本文利用DA的自聚合反应用以改性聚砜(PSf)超滤膜,接着在改性的超滤膜上负载亲水性基团和抗菌性物质,并对膜的过滤阻力、亲水性、官能团、结构和膜的抗菌性能等进行了各种表征。1.实验部分1.1实验药品与仪器实验药品如下表所示:http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171122_566391_2695184_3.jpg实验仪器如表2所示:http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171122_566392_2695184_3.jpg1.2实验方法与过程http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171123_566393_2695184_3.jpg 取15 g的干燥后的聚砜(PSf)做原料、8 g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做致孔剂、77 g的N-甲基-2-吡络烷酮(NMP)做溶剂制备成铸膜液,混合搅拌48小时使铸膜液充分混合均匀,变成均匀透明呈淡黄色的聚合物溶液。如图1所示,将少许铸膜液倒置在黑色玻璃板上,用刮膜刀将铸膜液刮开,放置在空气中10s,接着将玻璃板平稳的放置在60℃的恒温水浴中反应30 min,制备成PSf超滤膜,取出晾干放在密封袋中保存备用。 配置0.01 mol·L-1的Tris缓冲溶液,用盐酸将pH调节到8.5,接着以此做溶剂,配制2g·L-1的多巴胺溶液,将上述制备的PSf超滤膜浸泡在配好的多巴胺溶液中,3h后,将膜取出,用纯水洗净,制备成涂覆有PDA的PSf超滤膜,记作PSf-PDA。 如图2所示,将用多巴胺溶液涂覆的PSf膜分别浸泡在1 g·L-1的PEG、mPEG-NH2、HO-PEG-NH2水溶液中,1h后将膜取出,用超纯水洗净晾干,制备成接枝有PEG、mPEG-NH2、HO-PEG-NH2的PSf超滤膜,并对其性能和结构进行测试。三种膜分别记为PSf-PEG、PSf-mPEG-NH2、PSf-HO-mPEG-NH2。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171125_566394_2695184_3.jpg1.3亲水性PSf-PDA超滤膜的结构和性能表征1.3.1 膜通量及膜阻力表征 膜通量是表征在单位时间、单位面积内透过膜的水的量,是检验膜材料性能的重要指标。测定条件一般在压力0.1MPa到0.5MPa之间。本实验采用超滤杯(Model 8050,Millipore,America)来过滤纯水,其直径为44.6 mm,有效膜面积为13.4 cm2。膜通量测定装置如图2-3所示。剪取面积为15.6 cm2的圆形PSf超滤膜,将PSf超滤膜放到超滤杯里,室温下装入超纯水,在0.15MPa的氮气的压力下将PSf超滤膜压实稳定0.5 h,之后进行膜通量的测定。透过的水的质量通过天平将数据传输到计算机,通过一定时间内透过的水的通量来计算。测3次取平均值。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171126_566395_2695184_3.jpg1.3.2接触角表征 本实验采用德国Dataphysics的OCA25接触角测量仪,利用悬滴法来表征PSf超滤膜的表面的接触角,将PSf超滤膜清洗干净后干燥,使用仪器自带的超细针头将1μL的超纯水滴在PSf超滤膜的上表面上,用软件确定基线之后,利用接触角测量仪上的摄像装置拍摄到纯水水滴在PSf超滤膜表面上的照片,选取2θ法拟合水滴的外形轮廓,通过测算得出接触角的值。为了减小实验的操作误差,每个样品测定10次,取平均值和标准偏差。通过对比PSf膜,PDA涂覆后的膜,通过PDA涂覆后分别添加PEG、mPEG-NH2、HO-PEG-NH2后的膜的接触角,表征经过改性后各种膜的接触角的变化。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171128_566396_2695184_3.jpg2.结果与讨论2.1 PSf-PDA复合超滤膜的结构表征2.1.1 外观形貌表征 多巴胺在溶解到Tris溶液的过程中,由于有氧气的存在,会使多巴胺发生聚合反应,从而溶液的颜色会由无色逐渐变成棕黄色,最后变成深褐色。自聚合产生的聚多巴胺(PDA)会在超滤膜的表面形成一层深褐色的PDA涂覆层。而在继续接枝了PEG、mPEG-NH2、HO-PEG-NH2之后,颜色并没有发生变化(如图5所示)。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171130_566397_2695184_3.jpg2.1.2膜阻力表征不同超滤膜的膜阻力如下图6所示:http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171131_566398_2695184_3.jpg 在经过DA涂覆之后,然后分别用PEG、mPEG-NH2 、HO-PEG-NH2 进行接枝,接枝后,PSf膜的接触角明显降低,而且在同等浓度同等时间接枝上述三种物质后,膜的接触角依次降低,亲水性依次增大,膜阻力依次降低,综合膜制备成本和改性效果,选择mPEG-NH2作为合适的接枝物。

  • 膜分离技术

    膜分离技术

    一、膜分离技术简介    膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),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,无机膜主要还只有微滤级别的膜,主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/04/200604071749_16429_1604910_3.jpg[/img]

  • 【原创大赛】超滤膜包的选择

    超滤膜包的选择在选择超滤膜包上,大家往往存在一个误区,比如目标蛋白为100kD的蛋白要做浓缩,就以为要选择100kD的膜。殊不知,膜并不是一个刚性的筛子,并不是标定100kD的膜包,就表示所有大于100kD的蛋白就全部被截留,小于100kD的蛋白就全部被透过。膜孔径的大小,是按照其所截留的葡聚糖大小来定的。举个例子,如果一个膜对100kD的葡聚糖的截留率达到90%,那就定义这个膜是100kD。有人会说,这样的截留率也是可以接受的呀。让我们仔细考虑一下,切向流超滤系统是一个不断循环的过程,循环1次是90%,循环2次是90%×90%=81%,循环3次是90%×90%×90%=72.9%,循环4次……由此可以预见,循环的次数越多,损失的样品就越多。如果要提高截留率,使用的膜包孔径就要比目标物小,通常要使截留率在99%以上的话,选择的孔径要比目标物小3-5倍。反之,如果是澄清过滤,即让目标物透过膜,就要选择比目标物大3-5倍的膜包。除了孔径的选择,我们还要考虑膜包的材质。孔径在1kD-1000kD的超滤膜包,材质有两种:聚醚砜和再生纤维素;孔径在1μm以上的微滤膜包,材质为PVDF。聚醚砜材质蛋白吸附低,耐强酸强碱(pH1-14),不耐受有机溶剂;再生纤维素蛋白吸附极低,耐受有机溶剂,不耐受强酸强碱(pH2-13)。需要根据料液性质、清洗条件、蛋白浓度及产品附加值等多重条件选择合适的膜包。大家在选择膜包时,尽可能选择二代及二代以上的无缺陷膜包。因为一代膜包的过滤层薄,支撑层结构单薄不致密,在停泵出现反压时,很容易冲破过滤层,造成膜的损坏。尤其要提到的是,如果在工艺中既需要耐受有机溶剂,又需要用强酸强碱清洗,可以选择三代复合再生纤维素材质的膜包。在选择膜面积的时候,通常处理量在15-1000ml的可以选择50平方厘米膜包,100ml至10L,可以选择0.1平米膜包,2L或更大,可以选择0.5平米膜包。具体选哪种要根据所需处理时间及料液情况而定。希望以上的这些经验之谈能对大家有所帮助。

  • 【实战宝典】膜分离系统应用澄清纯化技术-超/微滤膜系统及优点?

    [font=宋体]链接:[/font]https://bbs.instrument.com.cn/topic/2112837问题描述:[font=宋体]膜分离系统应用澄清纯化技术-超[/font][font='Times New Roman','serif']/[/font][font=宋体]微滤膜系统及优点?[/font]解答:[font=宋体][color=black][back=white]澄清纯化分离所采用的膜主要是超[/back][/color][/font][color=black][back=white]/[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]微滤膜,由于其所能截留的物质直径大小分布范围广,被广泛应用于固液分离、大小分子物质的分离、脱除色素、产品提纯、油水分离等工艺过程中。超[/back][/color][/font][color=black][back=white]/[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]微滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降、板框过滤、真空转鼓、离心机分离、溶媒萃取、树脂提纯、活性炭脱色等工艺过程。澄清纯化技术可采用的膜分离组件主要有:陶瓷膜、平板膜、不锈钢膜、中空纤维膜、卷式膜、管式膜。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]采用膜分离澄清纯化的优点:[/back][/color][/font][color=black][back=white]a) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]可得到绝对的真溶液,产品稳定性好。[/back][/color][/font][color=black][back=white]b) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]过滤分离收率高。[/back][/color][/font][color=black][back=white]c) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]分离效果好,产品质量高,运行成本低。[/back][/color][/font][color=black][back=white]d) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]缩短生产周期,降低生产成本。[/back][/color][/font][color=black][back=white]e) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]过程无需添加化学药品、溶媒溶剂,不带入二次污染物质。[/back][/color][/font][color=black][back=white]f) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]操作简便,占地面积小,劳动力成本低。[/back][/color][/font][color=black][back=white]g) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]可拓展性好,容易实现工业化扩产需求。[/back][/color][/font][color=black][back=white]h) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]设备可自动运行,稳定性好,维护方便。[/back][/color][/font]以上内容来自仪器信息网《样品前处理实战宝典》

  • 【金秋计划】膜分离技术在中药绿色制造中的应用与展望

    中药作为中华民族传统文化的瑰宝,在疾病预防、治疗、保健中具有重要作用。国务院在《中医药发展战略规划纲要(2016—2030年)》中明确指出,中医药是我国为数不多具有原创优势的科技领域,是我国医药卫生领域科技竞争力的重要体现。同时,该纲要也明确将建立中药绿色制造体系制定为重点任务,促进中药制药向绿色制造转型,以促进中药产业的高速发展,这对国家经济发展也具有重大意义。 中药组成十分复杂,一味中药可能含有成百上千种不同的成分,如生物碱、有机酸、黄酮、挥发油和萜类化合物及蛋白质、淀粉、多糖等,且其相对分子质量大小不一[1]。一般来说,中药有效成分如生物碱、有机酸和黄酮等的相对分子质量往往小于1 000,具有多靶向作用,被称为天然组合化学库(natural combinatorial chemical libraries,NCCL)[2]。如何在中药中获得NCCL及如何对NCCL中成分进行选择性分离,使其可以达到世界卫生组织(World Health Organization,WHO)对传统医药“安全、有效、稳定、均一、经济”的要求,是实现中药绿色制造的重点和难点。 分离是中药生产过程中的共性关键技术[3],中药传统的分离方法主要有吸附法、萃取法、醇沉法、离子交换法和重结晶法等,这些方法大多存在以下问题:有机试剂消耗量大、污染严重;生产周期长、能耗高;有效成分损失多,非有效成分去除率低,药效不能充分利用;过于注重单个成分的作用,不符合中药“整体、多元”特征[4]。传统分离工艺的诸多缺点使承载了中华民族几千年智慧结晶的中药难以达到WHO对传统医药的要求,降低了中药在国际医药市场的竞争力。据统计,2018年全球中药市场容量为800亿美元,我国中药出口总额为36.24亿美元,中成药出口总额仅为2.64亿美元,而日韩中药产品占全球市场的80%[5]。日本占据了大量的中药国际市场,与其应用膜分离技术生产中药产品密切相关,如小柴胡汤作为日本药典中首个被认可的中药汉方制剂,就使用了超滤工艺生产[6-7]。因此,当前亟需开发新型的分离技术用于中药绿色生产及资源化利用,推动中药绿色制造。 膜分离技术是以选择透过性薄膜为载体,在膜两侧施加驱动力(压力场、电场、浓度场等)对混合物进行分离、纯化和浓缩,从而获得目标产品的过程,常用的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、膜蒸馏等[8-9]。目前,膜分离技术已广泛用于食品、医药、生物、能源、石油、化工和水处理等领域,是当今分离科学中最重要的新型分离技术之一,也是国际公认的21世纪最有发展前途的高新技术之一[10]。膜分离技术以水为基本溶剂的特点,符合千百年来中医用药的要求,其高效率、低能耗、无污染的分离特点,也符合中药绿色制造的标准[11]。因此,本文将详细介绍膜分离技术在中药绿色制造中的应用,并展望未来膜分离技术在中药绿色制造中的发展方向,推动实现中药绿色制造。 1 微滤 千百年来,以水煎煮是中药最常用的使用方法,但是以水煎煮得到的药液杂质含量较高、药液浑浊,对药效会产生一定的影响。微滤膜孔径为0.1~5.0 μm,几乎允许所有中药有效成分通过,同时可以有效截留中药提取液中固形物、颗粒、微生物等杂质,降低溶液黏度,使溶液变得澄清透明,减少服用剂量、提高用药安全性[12-13]。因此,现阶段微滤技术主要用于中药提取液的预处理(表1)[14-23],如山茱萸水提液、三七水提液、黄柏提取液等,实验装置见图1(超滤、纳滤和反渗透实验装置同此图)。李国龙等[14]使用无机陶瓷微滤膜精制山茱萸水提液,主要成分马钱苷的透过率达75.3%。锶景希等[17]采用50、200和500 nm的无机陶瓷膜精制川芎水提液,其有效成分阿魏酸透过率分别高达88%、94%和96%。王龙德等[18]使用聚醚砜微滤膜分离提纯苦楝素,苦楝素的透过率达到99.4%,通量达到147.2 L/(m2h)。姜淑等[15-16,19]用陶瓷膜微滤过程对三七、槐米、黄柏提取液进行了精制处理,3种提取液有效成分透过率均大于70%,与提取[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]比,陶瓷膜微滤透过液变得澄清透明、有效成分含量高。在后续清洗过程中,膜清洗方便、通量恢复率高,可再生使用。罗友华[22]使用陶瓷膜微滤技术精制复方咽舒宁水提液,其有效成分表告依春和哈巴俄苷在微滤液中的透过率分别达到93.8%和82.7%,且与水提[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]比,微滤液对5种咽炎致病菌的最低抑菌浓度和最低杀菌浓度无明显差异。 微滤预处理效果好、能耗低、无污染等特点也使其与其他分离技术(如醇沉法)相比有更大的应用前景。金万勤等[20]使用无机微滤膜精制枳实水煎液,并与醇沉法精制效果进行对比。微滤透过液中辛弗林得率为81.9%,醇沉上清液辛弗林得率为80%,二者相当,但醇沉法消耗大量有机试剂,安全性较差。姜淑等[21]用陶瓷膜微滤精制小儿健脾平肝水提液,与醇沉法相比,微滤液中固形物去除率为44.6%,醇沉液中固形物去除率为45.5%,固形物去除率相当;微滤液中芍药苷透过率为69.5%,而醇沉液中芍药苷透过率仅为38.0%,在有效成分透过率方面微滤法显著优于醇沉法。因此,相比于其他预处理工艺,微滤是一种安全、有效、无污染的工艺。 2 超滤 超滤核心为超滤膜,超滤膜截留相对分子质量为1×103~5×105,相比于微滤,超滤适用范围更广。中药中低分子量有效成分的相对分子质量一般小于1 000,称为NCCL。同时,中药中还含有大量的高相对分子质量有效成分,如中药多糖,其相对分子质量为5×103~5×105。因此,超滤膜广阔的使用范围可实现中药有效成分的分离和纯化。 在中药有效成分分离、纯化方面,李路军等[24]使用不同孔径的超滤膜对山麦冬多糖提取液进行了分离纯化。经分离后的多糖中相对分子质量在3×104以上的质量分数为50.3%,在1×104~3×104的质量分数为19.6%,在1×103~1×104的质量分数为13.8%,相对分子质量小于1 000的低聚糖和单糖质量分数为16.3%,各级多糖干物质质量分数均大于90%,表明使用超滤获得高纯度多糖的同时实现了多糖的分级和分离。朱应怀等[25]使用陶瓷膜超滤技术对甘草中甘草酸和甘草苷进行了同步提取纯化处理。在最优条件下,甘草酸和甘草苷的超滤平均透过率分别高达99.3%和98.9%。这种方法生产成本低、污染小、效率高,适用于工业化应用。 中药制剂是中医药行业的重要组成部分,是走向中药现代化的关键一步。但是,近年来中药制剂安全成了人们所关注的问题,中药制剂生产工艺也存在着一些不足,如分离技术不成熟、制剂疗效不稳定等[26]。就分离技术而言,超滤工艺因其具有常温操作、不使用有机溶剂、无相变等特点,适用于中药制剂中液体制剂(如注射剂和口服液等)的生产,同时选择合适的超滤膜可除去中药制剂中热源等大分子物质,提高中药液体制剂的稳定性和安全性[27]。如表2所述,超滤已应用于多种中药液体制剂的生产[28-39],如脉络宁注射液、热毒宁注射液、舒血宁注射液、苦参素注射液等。 缪菊连等[28]优化超滤工艺用于三七总皂苷注射液的分离纯化,在最优工艺条件下,人参皂苷Rg1、Rb1及三七皂苷R1各组分透过率均超过90%。杨琴等[29]使用响应面法对参麦注射液的超滤工艺进行了优化,总固体和总皂苷的平均透过率分别达到了94.0%和89.2%,内毒素截留率达到了95.6%。姜国志等[30]采用正交实验法优化了舒血宁注射液的超滤工艺,研究结果显示药液温度、密度和进出口压差3个因素对总黄酮醇苷、银杏内酯A~C的透过率、总固体的降低率无显著影响,而超滤膜孔径对其有显著的影响(P<0.01)。宫凯敏等[33]用超滤技术去除苦参素注射液中细菌内毒素,结果表明经超滤处理后的苦参素注射液细菌内毒素去除率为96.2%,有效成分氧化苦参碱的透过率为96%。支兴蕾等[34]使用超滤法去除生脉注射液中细菌内毒素,结果表明截留相对分子质量为1×105复合超滤膜对各有效成分透过率均大于99%,对细菌内毒素去除率达97.8%。朱明岩等[37]使用不同超滤膜组件对热毒宁注射液进行了处理,结果发现中空纤维膜、板式膜在固含物减少率及提高澄明度方面较卷式膜有优势,3种膜组件均适合热毒宁注射液脱炭液的超滤,其中以板式膜为最佳,说明使用不同孔径超滤膜及膜组件处理中药注射剂可以提高临床使用安全性。王永香等[38]研究了不同截留相对分子质量膜和膜组件对热毒宁注射液脱碳液的精制效果,研究发现截留相对分子质量为1 000的聚砜中空纤维膜对草酸盐和树脂有明显的去除效果,截留相对分子质量为5 000的聚砜板式膜能100%去除细菌内毒素。薛东升等[39]使用超滤工艺制备痰热清注射液,经超滤处理后其指标性成分黄芩苷、氨基酸和熊去氧胆酸的透过率分别达到92.3%、96.7%和93.8%,内毒素去除率达到了注射用水的标准要求。说明超滤可以有效去除中药制剂中的内毒素,保留有效成分,提高中药制剂的用药安全性,推动中药绿色制造。 3 纳滤 纳滤膜孔径为0.5~1.0 nm,推动力压差为0~4 MPa,分离性能介于反渗透和超滤,允许无机盐、小分子有机物质和溶剂透过膜,从而达到分离浓缩的效果[40]。在制药和医疗中,纳滤多用于抗生素、维生素、氨基酸等发酵液的澄清滤过,中成药、保健品口服液的除菌浓缩等[41]。同时,纳滤具有筛分效应、溶解-扩散效应和道南效应等[42-43]。因此,在中药行业中,纳滤更多的用于具有多种存在形式的酚酸和生物碱浓缩分离,如阿魏酸、京尼平苷酸、苦参碱等。 李存玉等[44-45]使用响应面法对川芎水提液和苦参提取液的纳滤分离工艺进行了优化,在最优工艺条件下,川芎指标性成分阿魏酸的截留率达到93.0%,接近实测值91.2%;苦参中苦参碱的截留率为94.4%,总生物碱截留率达到97.6%。陈晓鹏等[46]对比了减压浓缩和纳滤浓缩2种工艺对杜仲叶中京尼平苷酸的精制效果,发现在最佳纳滤工艺条件下(膜截留相对分子质量为400、跨膜压差为1.40 MPa、pH 6.80),京尼平苷酸平均截留率约为93.7%,而减压浓缩在最优温度70 ℃下为86%左右,在温度高于80 ℃时透过率低于75%,成分损失明显。纳滤在常温下运行,可以有效避免热敏性成分的损失,相比于其他浓缩工艺(如蒸发浓缩),纳滤更适用于中药活性成分的浓缩处理。 如上所述,纳滤原理不是简单的“筛分”,是多种效应共同作用的结果,解决纳滤分离机制不清晰这一问题有助于推进纳滤工艺在中药行业中的应用。李存玉等[47]研究了枳实中辛弗林存在状态与其纳滤传质过程的相关性。通过测定辛弗林pKa(8.25~8.84)分析溶液中辛弗林的存在状态,设计了3种不同pH溶液(4.0、8.5、10.0),然后测定3种不同pH溶液纳滤过程的膜通量,发现当辛弗林处于完全解离状态时膜通量最低,这是由于以解离态存在的辛弗林因电荷排斥难以接近膜表面从而保持了高截留率,而游离态辛弗林不受电荷排斥影响从而更容易接近膜进而扩散通过膜。表明通过控制pH可以调控中药活性成分的存在状态,从而提高纳滤分离浓缩效率。Huang等[48]研究了竞争效应在纳滤膜分离苦参碱和氧化苦参碱中的作用。通过研究发现苦参碱和氧化苦参碱单体溶液截留率相似,当二者处于混合溶液时,苦参碱截留率无明显变化,而氧化苦参碱的截留率却明显增加。因为当二者溶液混合时,苦参碱呈解离态,氧化苦参碱呈游离态,此时纳滤膜表面带负电,解离态苦参碱会优先占据纳滤膜表面膜孔,从而增加氧化苦参碱截留率,表明控制合适的pH,可以实现结构相似中药活性成分的分离。 此外,针对适用于中药活性成分分离的纳滤膜开发,Tan等[49]成功研发了一种具有超亲水性的新型中性电荷纳滤膜。该纳滤膜对中药中具有药理活性的代表性小分子化合物如小檗碱(生物碱)、栀子苷(糖苷)、辛弗林(生物碱)、阿魏酸(有机酸)等具有不同电荷的有机分子具有良好的分离性能,对相对分子质量<400的分子透过率高于90%,对相对分子质量>800的分子截留率达到90%。同时,在较宽的pH范围和不同的盐溶液中,该纳滤膜能保持稳定的电中性,并且由于超亲水性和中性电荷的协同作用,该纳滤膜也具有优异的防污染性能。该研究为设计具有特定表面性能的亚纳米多孔膜用于分子的分离提供了新思路,这对具有复杂溶液体系的中药提取液的浓缩无疑是巨大的利好。 综上,纳滤在常温下即可达到浓缩的目的、运行过程中无相变、无化学反应,能耗低、操作简便,符合中药绿色制造的要求,尤其适用于中药热敏性有效成分的浓缩处理。同时,大量高性能纳滤膜的问世,将会促进中药有效成分浓缩的发展,加快中药现代化转型的脚步。 4 膜蒸馏 膜蒸馏是膜技术与蒸发相结合的过程,可实现在较低温度下物质的浓缩分离。膜蒸馏技术在中药行业中一般用于中药有效物质的浓缩、中药废水的循环利用等领域[50]。 在中药有效成分的浓缩方面,黄荣荣等[51]探讨了真空膜蒸馏技术浓缩枇杷叶提取液的可行性,结果表明浓缩后的提取液中有效成分熊果酸没有损失,且膜通量保持稳定,无明显膜污染。石飞燕等[52]使用真空膜蒸馏法对黄芩提取液进行了浓缩处理,通过优化进料温度、真空度等参数,黄芩苷的截留率可达100%。表明膜蒸馏技术可以实现中药提取液有效成分的高效浓缩。 在中药废水循环利用方面,课题组前期使用真空膜蒸馏技术回收中药清洗废水,对进料温度、流量、渗透侧真空度和膜材料进行了参数优化并考察了化学清洗对膜污染的去除效果[53]。结果表明,使用真空膜蒸馏法回收中药加工清洗废水是可行的。与进料溶[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]比,馏出液化学需氧量降低了99%。通过化学清洗,特别是碱作为清洗剂,能有效去除污垢层,增加膜使用寿命。同时,课题组前期还进行了真空膜蒸馏处理中药姜黄清洗废水工艺研究,通过优化工艺条件,膜通量最高可达51.35 kg/(m2h),馏出液水质完全符合《中药类制药工业水污染物排放标准(GB/T 21096-2008)》中所规定的排放限值,同时达到《城市污水再生利用工业用水水质(GB/T 19923-2005)》中所规定的再生用水标准[54]。表明在中药废水循环利用方面,膜蒸馏技术表现出较大的应用空间,有望成为推动中药现代化的关键技术。 5 集成膜技术 如上文所述,中药组成成分复杂,一味中药通常含有多种有效成分,仅使用一种膜分离技术难以有效实现中药有效成分的分离、纯化和浓缩。郭立玮等[55]2016年中国-欧盟医药生物膜科学与技术研讨会中提到,膜分离及其集成技术适应中药药效物质整体、多元的优势,可充分实现中药资源的核心价值,并具有高效、节能和无污染等特点,是体现中药资源的“潜在价值”与“间接价值”的共性关键技术。 目前,集成膜技术形式多样,微滤膜孔径最大,一般作为第1步用于中药提取液预处理来除去细菌、胶体、不溶性颗粒等物质;超滤膜孔径范围广,既可用于微滤液的进一步处理,除去大分子蛋白质、细菌、胶体等物质,也可用于中药有效成分如多糖的分级分离及其他小分子成分的分离和精制;纳滤、膜蒸馏等由于膜孔径较小,一般用于经微滤、超滤后中药提取液的分离和浓缩。在以上膜分离技术中,以微滤、超滤、纳滤互为组合的膜集成技术应用范围广且最为常用,如微滤-超滤、微滤-纳滤、超滤-纳滤、微滤-超滤-纳滤等,见表3[56-63]。 张丽等[56]使用微滤-超滤精制淫羊藿水提液,以总黄酮透过率、溶液固溶物去除率为评价指标。结果表明经微滤-超滤技术处理后的淫羊藿水提液中总黄酮透过率可达90%以上。Pi等[57]用膜技术清洁化生产麻黄中的麻黄碱,首先用0.45 μm微滤膜预处理,麻黄碱透过率达到97.9%;然后用截留相对分子质量为160的纳滤膜浓缩微滤渗透液中麻黄碱,麻黄碱的截留率达到99.9%。此时纳滤透过液化学需氧量仅为110 mg/L,可回收至萃取工序。与传统工艺相比,水耗降低了59.4%,废水产生量降低了75.8%。宋晓春等[59]通过超滤-纳滤证实了膜集成技术用于当归水提液纯化和浓缩的可行性。在最优工艺条件下,阿魏酸超滤透过率>90%、纳滤泄露率仅为1%。韩伟等[60]使用超滤-纳滤分离浓缩金毛狗脊中的黄酮类成分,经超滤分离后,总黄酮透过率为61.3%;然后经纳滤浓缩后,总黄酮回收率达到68.3%。并且与大孔吸附树脂法相比,纳滤只需要90 min就可以将超滤透过液浓缩2.19倍,回收率为68.3%,而大孔吸附树脂法经283 min只能浓缩1.63倍,回收率为61.8%。骆灵敏等[61]用超滤-纳滤分离浓缩川贝母生物碱。实验结果表明截留相对分子质量为1×104的超滤膜,允许98.6%的西贝母碱的透过率,同时可除去98.6%的蛋白质;截留相对分子质量为500的纳滤膜可截留93.6%的西贝母碱。薛盛剑等[62]采用超滤-纳滤浓缩干姜有效成分,在最佳工艺下,其指标性成分6-姜辣素超滤透过率达到98.6%,纳滤截留率达95.6%,总蛋白去除率为98.9%。袁亮等[63]采用多级膜技术(微滤-超滤-纳滤)浓缩黄芩苷提取液,有效成分黄芩苷的总回收率高达96%。微滤、超滤、纳滤在常温下运行,反应无相变,可实现中药提取液中有效成分的分离、纯化和浓缩,特别适用中药有效成分中某些具有热不稳定性物质的分离、纯化和浓缩,是推动中药产业现代化的关键技术。 随着科技的进步,中医药产业发展迅速,中药废水的排放量也越来越大。中药废水成分复杂、有机物含量高、色度重、气味大等特点也使它成为行业公认的难处理废水之一[64]。中药废水处理方式多种多样,膜分离法便是其中之一。Zhong等[65]讨论了用超滤-膜蒸馏技术实现中药废水资源化利用的可行性。经超滤处理后,废水中咖啡酸、绿原酸、迷迭香酸、甘草酸铵的透过率分别为87%、76%、67%、99%,有机物去除率达到64%,并且选择具有抗污染和抗湿性的聚偏氟乙烯膜进行膜蒸馏。此研究表明超滤-膜蒸馏技术能有效分离大分子和生物活性化合物,实现中药废水的资源化利用。 Li等[66]针对上述超滤-膜蒸馏集成技术在中药废水处理中的不足,设计了超滤-正渗透-膜蒸馏集成技术系统进行中药废水资源化利用研究。在超滤和膜蒸馏之间增加正渗透工艺,有效去除超滤透过液中天然表面活性剂甘草酸等,避免了之前超滤-膜蒸馏处理中药废水时出现的膜润湿问题。膜集成技术将微滤、超滤、纳滤等膜技术优点集结为一体,充分发挥各种膜技术的优点,避其不足,对于实现现代中药绿色制药的目标具有重大意义。 6 其他膜分离技术 6.1 反渗透 反渗透原理是借助半透膜对溶液中溶质的截留作用,以高于溶液渗透压的压差为推动力,使溶剂渗透通过半透膜,溶质不能透过半透膜,从而达到分离浓缩的目的[67]。目前,在中药行业中反渗透主要用于药液的浓缩、澄清、制药用水等。 严滨等[68]用反渗透技术对鼻炎康等中药提取液进行了浓缩研究。结果表明,反渗透工艺可有效脱水60%以上,中药的主要有效成分保留率达90%,膜通量稳定在14 L/(m2h),膜清洗后通量可恢复至80%以上。李光等[69]用反渗透技术对五味子保健酒进行了澄清处理,经过反渗透处理后,五味子保健酒的澄清度和稳定性得到了大幅度的提高。金唐慧[70]考察了反渗透浓缩对四逆汤物料体系理化参数的影响,并进行了相关性研究。实验结果表明各样品体系的电导、盐度和溶解性固体总量(total dissolved solids,TDS)3种理化参数与渗透压存在显著的相关性,盐度、电导、TDS三者之间亦显著线性相关。同时,四逆汤物料体系经过反渗透浓缩后,浓缩液中原化学成分组成得到了很好的保留,证明了反渗透用于中药提取液浓缩的可行性。 6.2 电渗析 通过压力驱动膜技术可以成功从中药水提液中分离获得NCCL,NCCL由生物碱、有机酸、黄酮等多种活性成分构成,具有多靶点的作用效果。然而NCCL中不同类成分的药理活性、作用机制不同,如生物碱类和黄酮类化合物是传统中药莲子心中2种重要的活性成分,连心碱类具有抗炎、抗心律失常、抗血栓、调血脂等药理活性[71-72],而黄酮类化合物则具有对过敏、感染、高血压、肿瘤等疾病的辅助治疗作用[73-74]。因此,中药活性成分的高效、高质量分离对于提高中药临床疗效、减少临床服用剂量具有重大意义。同时,中药有效成分如生物碱、有机酸等在传统分离纯化过程中,一般会使用离子交换树脂吸附、洗脱,这会导致中药洗脱液中含有大量的离子化成分,难以实现精细分离。 电渗析技术核心为离子交换膜,电渗析膜堆单元中离子交换膜可根据实际情况选择合适的排列方式,在直流电场的作用下,溶液中阳离子通过阳离子交换膜向阴极移动,阴离子通过阴离子交换膜向阳极移动,进而实现溶液中荷电物质与荷电物质、荷电物质与非荷电物质的高效筛分、分级分离[75-76]。因此,电渗析技术在中药有效成分的选择性分离及中药树脂洗脱液精细分离方面具有广泛的应用前景。 课题组前期采用电渗析技术,从含盐洗脱液中同时回收盐和纯化两性离子水苏碱[77]。电渗析分离装置淡化室为含盐洗脱液,含有两性离子水苏碱和高浓度的氯化钠,通过调节pH,水苏碱以游离态形式存在,此时淡化室中钠离子和氯离子会在电场作用下通过阳离子交换膜和阴离子交换膜迁移至浓缩室,同时实现回收盐和纯化两性离子水苏碱的目的。经电渗析工艺处理后,副产物氯化钠溶液的浓度高达2.9 mol/L,可以直接回收利用;氯化钠的回收率可达99.8%,质量分数可达99.6%;水苏碱的回收率和质量分数分别可达95.6%和99.3%,且能耗仅为8.34 kWh/m3。此外,课题组还设计了多种电渗析装置用于中药有效成分的分离纯化,分别为一种电渗析用于益母草总碱洗脱液脱盐的方法,益母草总碱溶液的脱盐率达到了99%以上[78];一种电渗析去除芦笋皂苷提取液中重金属离子的方法,重金属离子的去除率达99%以上[79];一种超滤膜辅助电渗析装置用于苦参生物碱的分离纯化的方法,苦参生物碱中氧化苦参碱回收率达到了97.0%,氧化苦参碱质量分数达到98.7%[80]。 综上,电渗析工艺以外加电场为推动力,利用离子交换膜对荷电物质的选择性筛分功能,可实现中药提取液中荷电物质与荷电物质、荷电物质与非荷电物质的高效筛分、分级分离。基于该技术高效率、低能耗、高选择性分离等优势,电渗析将在中药有效成分(特别是生物碱、有机酸等荷电有机物质)分离中将体现出较大的潜力,并有望实现规模化应用。 7 膜分离技术在中药绿色制造中的展望 膜分离作为一种新兴跨学科的高新技术,已成为当今世界最重要的分离手段之一。中药有效成分多数为小分子有机化合物,对温度、pH等外界因素较为敏感,膜分离技术具有的常温操作、低能耗、无相变分离和相变分离等特性,既不改变中药有效成分的理化性质,也切实符合中药绿色制造的要求。 目前,膜分离技术在中药有效成分的分离、中药制剂的除杂和中药废水的资源化利用等已经取得了一定规模的应用,并且取得了一定的成效。然而,由于中药溶液体系的复杂性,膜污染成为了制约中药绿色制造的一大挑战,使当前应用最多的膜分离技术还是以无机陶瓷膜为主的微滤技术,如云南白药集团股份有限公司推出的“宫血宁胶囊”就采用陶瓷膜微滤技术生产,并成功入选了《中国药典》2020年版[81]。相比与有机高分子膜,无机陶瓷膜以二氧化锆或三氧化二铝等无机材料为基质,具有耐高温、机械强度高、化学稳定性好和使用寿命长等优点,适合体系复杂中药提取液的分离,其中三氧化二铝膜约占膜应用总量的22%[9]。其他膜分离技术还需结合中药产业的特点继续发展,如有研究表明中药某些活性成分如生物碱对不同材质的超滤膜具有较强的选择性,截留相对分子质量为1×104的醋酸纤维素超滤膜对辛弗林的透过率可达99.0%,而截留相对分

  • 超滤膜直接过滤浑浊水的试验

    【题名】:超滤膜直接过滤浑浊水的试验【期刊】:【年、卷、期、起止页码】:【全文链接】:https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSJS201004014.htm

  • 【转帖】环保-水处理知识-膜分离技术

    [em09501][em09504]微滤(MF) 又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。 对于微滤而言,举个例子,艾柯超纯水设备膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1-1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。 超滤(UF) 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05um至1000分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。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。 对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000-300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。 纳滤(NF) 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,孔径为几纳米,因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。 对于纳滤而言,膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,通常截留率范围在60%-90%,相应截留分子量范围在100-1000,故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。 反渗透(RO) 是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性,以膜两侧静压为推动力,而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分,因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ,而成为海水和苦咸水淡化,以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。 反渗透的截留对象是所有的离子,仅让水透过膜,对NaCl的截留率在98%以上,出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质,也即能截留所有的离子,在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。 膜分离的基本工艺原理是较为简单的(参见下图)。在过滤过程中料液通过泵的加压,料液以一定流速沿着滤膜的表面流过,大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐,小于膜截留分子量的物质或分子透过膜,形成透析液。故膜系统都有两个出口,一是回流液(浓缩液)出口,另一是透析液出口。在单位时间(Hr)单位膜面积(m2)透析液流出的量(L)称为膜通量(LMH),即过滤速度。影响膜通量的因素有:温度、压力、固含量(TDS)、离子浓度、黏度等。 膜分离操作基本工艺流程: 由于膜分离过程是一种纯物理过程,具有无相变化,节能、体积小、可拆分等特点,使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。对不同组成的有机物,根据有机物的分子量,选择不同的膜,选择合适的膜工艺,从而达到最好的膜通量和截留率,进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。 Part2:膜分离系统应用 1、澄清纯化技术-超/微滤膜系统 澄清纯化分离所采用的膜主要是超/微滤膜,由于其所能截留的物质直径大小分布范围广,被广泛应用于固液分离、大小分子物质的分离、脱除色素、产品提纯、油水分离等工艺过程中。 超/微滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降、板框过滤、真空转鼓、离心机分离、溶媒萃取、树脂提纯、活性炭脱色等工艺过程。 澄清纯化技术可采用的膜分离组件主要有:陶瓷膜、平板膜、不锈钢膜、中空纤维膜、卷式膜、管式膜。 采用膜分离澄清纯化的优点: 1)、可得到绝对的真溶液,产品稳定性好; 2)、过滤分离收率高; 3)、分离效果好,产品质量高,运行成本低; 4)、缩短生产周期,降低生产成本; 5)、过程无需添加化学药品、溶媒溶剂,不带入二次污染物质; 6)、操作简便,占地面积小,劳动力成本低; 7)、可拓展性好,容易实现工业化扩产需求; 8)、设备可自动运行,稳定性好,维护方便。 2、浓缩提纯技术――纳滤膜系统 膜分离技术在浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在100-1000Dal的纳滤膜。纳滤膜的主要特点是对二价离子、功能性糖类、小分子色素、多肽等物质的截留性能高于98%,而对一些单价离子、小分子酸碱、醇等有30~50%的透过性能,常被应用于溶质的分级、溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整、溶液体系的浓缩等物质的分离、精制、浓缩工艺过程中。 纳滤膜分离技术常被用于取代传统工艺中的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。 浓缩提纯技术可采用的膜组件主要有:卷式膜、管式膜。 采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点: (1)、能耗极低,节省浓缩过程成本; (2)、过程无化学反应、无相变化,不带入其他杂质及造成产品的分解变性; (3)、在常温下达到浓缩提纯目的,不造成有效成分的破坏,工艺过程收率高; (4)、可完全脱除产品的盐分,减少产品灰分,提高产品纯度; (5)、可回收溶液中的酸、碱、醇等物质; (6)、设备结构简洁紧凑,占地面积小; (7)、操作简便,可实现自动化作业,稳定性好,维护方便。 Part3:行业应用 1、制药行业 生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制 树脂解析液的浓缩及解析剂回收 农药水剂、粉剂的生产应用 中药浸提液过滤除杂及浓缩 中药浸膏生产应用 合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩 结晶母液回收 [emot=emot_01]

  • 超滤膜使用注意事项

    超滤膜使用注意事项 1. 不要用手直接拿超滤膜,应用平头镊子小心夹取超滤膜的边缘。2. 在 4℃,10%-20%的乙醇中保存,不要冰冻。3. 使用过的超滤膜应进行再生处理(放在培养皿中,在脱色摇床上进行),具体方案如下:(1) 蒸馏水漂洗2分钟。(2) 用0.1 mol/L NaOH漂洗10分钟。(3) 用蒸馏水漂洗以除去NaOH。(4) 70%乙醇浸泡5分钟。(5) 用蒸馏水漂洗2分钟,再保存于10%-20%的乙醇中。1. 光面向上。2. 应避免超滤pH小于3.0或pH大于13的溶液。3. 不能与下列溶液混用:(1) 胺(2) 大于10%的磷酸溶液。(3) 大于0.5%的酚溶液。(4) 大于0.01 mol/L的盐酸。

  • 超滤膜直接制取饮用水的试验研究

    【题名】:超滤膜直接制取饮用水的试验研究【期刊】:【年、卷、期、起止页码】:【全文链接】:https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STSC200907021.htm

  • 【分享】超滤膜技术在21世纪水处理领域的展望

    超滤膜技术在21世纪水处理领域的展望】 在20世纪的最后10年,世界范围内水处理设施的拥有者开始出现了转变。(可饮用)供水开始逐渐由大规模的,政府控制运营的方式转变为私人拥有的,多个国家共同参与的事业,并且也被视为本世纪的下一个商业机会。由此,出现了对新的水处理技术以及降低水处理成本的需求。此种需求必然导致膜技术的兴起。从60年代开始,膜技术最早起源于海水淡化的反渗透膜。而后膜技术得到了非常迅速的发展,并且被广泛应用于越来越多的领域。既脱盐反渗透后,一系列更疏松的渗透膜被开发出来,包括从纳滤(疏松反渗透),到超滤(去除细菌和病毒),到微滤(去除悬浮固体)。并且任何一种应用都有其独特的,可以特殊设计的膜来满足要求。在早期大部分膜过滤采用错流过滤的形式,即液体沿与膜面水平的方向流动,这样的过滤形式可以防止“膜垢”的产生,但却仅有一小部分的液体真正能够过滤出来。因此这种过滤形式导致非常高的能耗,从而阻碍了膜在大规模水处理设施上的应用。 1 综述 于水处理,尤其是大规模的水处理设施,能耗已经成为一个非常明显的重要指标。如果膜技术要成为大规模的水处理设施的主要技术之一,就一定要降低能耗。因此,许多膜制造商开始开发低能耗的膜过滤系统,即所谓的死端过滤或半死端过滤。 此系统的工作原理类似咖啡过滤机,水中的固体悬浮物沉降在膜的表面。这部分固体通常被成为“污垢”,只要水中含有固体悬浮物,就必然会有“污垢”产生。为保证膜的产水量保持不变,膜过滤压力必然不断增加,因此运行一段时间后需要从与过滤相反的方向对膜进行清洗,因此有时我们也称为“半死端过滤”。沉积在膜表面的固体被清洗排出,从而膜又恢复了最初设计的性能。虽然反冲洗能够去除系统中大部分的膜污染,但有时仍然需要更有效的办法对膜进行彻底清洗。因为许多物质黏附在膜表面,仅通过机械力无法将其去除。这部分物质通常为有机物或微生物有机物,经过较长时间的运行,这部分物质会堵塞膜孔。膜的堵塞问题应该被称为“污垢”,它是运行过程不希望发生的情况。堵塞物可以溶解(对于一些小分子有机物)并通过膜,如果其对膜表面的黏附不是非常强的情况下;或者被膜截留,对于一些微生物有机物,当它们附着在膜表面后,还会进一步繁殖。这种膜污染的主要通过化学清洗去除,也是一种可逆污染。膜污染真正的问题是那些无法去除的不可逆的污染。 2 半死端超滤技术 近几年发展的发展的半死端过滤技术是XIGATM的核心技术,它是根据8寸半死端过滤超滤膜组件发展起来的。XIGATM的核心技术采用8寸压力容器,这是通常反渗透的标准设计。在每个压力容器中,可以放入多个膜组件。每个膜组件为1.5米长,毛细管式膜,膜丝内径0.8或1.5mm,每个膜组的膜面积为22或35m2。膜过滤的过程分为过滤、反洗、和化学加强反洗三个步骤。 成功应用半死端过滤技术的关键,是将过滤、反洗、化学加强反洗三个过程合理设计,从而使最终用户获得最低的运行费用。因此没有必要将单位膜面积的出水率总是保持在尽可能大的水平上。因为反冲洗不必加入任何化学药剂,并且进行时间很短(通常为20~60秒)因此反冲洗的费用远远低于化学加强反洗,我们认为反冲洗是去除膜表面沉积污垢的首选方法。 为了更清楚的解释这个问题,下图表示系统运行过程中膜两端压力的变化。图中A段表示过滤过程,B段表示反洗过程,C短表示化学加强反洗过程(CEB)。 A过程进行中,对于特定的水质,需要保证的关键指标是膜通量和膜过滤压力。因此若降低反洗和化学加强反洗的频率,就将影响膜的通量。同时就将使系统的投资增加。另外一个方法是改善入水的水质,通过加药或进行化学预处理。这同样要增加投资和运行费用,因此通常要根据实际在这两种办法中进行权衡。 对于B过程,膜过滤压降取决于膜表面垢层的厚度,和反洗时的机械压力。反洗应尽可能充分,保证能够被反洗掉的污垢充分去除,这是推迟化学加强反洗的频率的一种有效方法。另外这个过程中也存在反洗的机械压力(如反洗水的流量)和改变垢层厚度(加入预处理)这两种方案之间的权衡的问题。 C过程,化学加强反洗(CEB),仅在进行了反冲洗后膜两端的过滤压降仍然达到了预定值后,或者在预先设定的较长的反洗次数以后。所使用的化学清洗剂是一些常规化学药剂的混合物,包括次氯酸钠、双氧水、次氯酸等,可以非常地容易的处理掉污垢层。 3. 超滤技术在水处理领域中的应用 虽然超滤可以有很多的应用领域,但大规模的水处理通常集中在以下方面: 饮用水供水终端 地表水处理 海水处理 流体的回用 3.1饮用水处理 由于对饮用水的质量要求越来越严格,水处理公司投入越来越大的精力来控制供水管网中存在的微生物的量。为了做到这一点,因此一种方法是进行昂贵、频繁的水质检验,或者在供水终端设置防止细菌和病毒进入的屏障。 采用UF系统,可以非常方便的建成这样的屏障。超滤膜对细菌的去除率可以达到6log,对于病毒的去除率达到4log,因此水厂和用水者都不必在担心细菌和病毒的问题。由于饮用水的质量本身就很高(浊度和悬浮固体都非常低),因此此时的膜系统可以可以采用很高的膜通量,可以达到135升/平米.小时。同时较高的入水条件,因此反冲频率和化学加强反洗的频率都可以非常低,产水量可以达到99%。如果需要还可以设立二级超滤系统,将第一级的反洗水进一步回用。 3.2地表水处理 UF系统非常多的应用在地表水处理上,处理后的水用于灌溉或作为反渗透的入水,来制备工业用水。 在荷兰,出现了越来越多的这类工厂。这种技术提供了一种新型的工业用水的方式,即不必在购买越来越贵的饮用水,而是就近取用地表水处理后使用。 3.3海水淡化 中东地区是水资源缺乏最严重的地方。为了解决这个问题,最早人们通常采用蒸馏技术。从十九世纪60年代,膜技术被用于解决这些国家的缺水问题。但是,许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题。主要因为反渗透系统的传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质。因此绝大多数淡化工厂,在远远低于其设计出水量的情况下工作,甚至有些工厂的出水量达不到最初设计的30%。 小型淡化装置的研究非常清楚的表明,超滤系统可以非常有把握的控制海水的水质,为反渗透系统提供高质量的入水。长期试验也表明,超滤系统的出水SDI值可以非常好的控制在2以下。这些测试在超滤系统前不必用任何预处理,并且适用各种海水水质。 3.4污水回用 西方国家费了很大的精力处理废水,处理后确仅仅是将其通过排水管网排到地表水源中,这种作为非常不合理。再一次,超滤因为其价格方面的优势为污水的回用提供了一种有吸引力的解决办法。 其实,从城市污水处理厂和工厂中排出的废水,是作为工业用水,甚至是饮用水的一种非常好的水资源。这在技术上是完全可以实现的,但西方用户确非常难以相信这种做法。与其说这是技术上的难题,不如说是一个心理的难题。但是,目前在纳米比亚的Windhoek,已经在建设一个850吨/小时的水厂,就是采用膜技术将污水处理厂的出水回用为饮用水。 4.结论 半死端超滤是一种丝毫不必怀疑的技术。它具有广泛的应用,有些用于小型的项目,但另外一些,象我们上面提到的一些项目规模很大,甚至非常大。这种技术关系到人类必须面临的一个问题,如果世界仍然按目前的速度发展的话。即可饮用水资源,它是每个人的生活的一个重要部分。发展一种技术保持饮用水资源,是维持人类生活的唯一办法,也是保证下个世纪水不会像油一样的唯一方法。 文本来自http://sc-woter.com

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    在20世纪的最后10年,世界范围内水处理设施的拥有者开始出现了转变。(可饮用)供水开始逐渐由大规模的,政府控制运营的方式转变为私人拥有的,多个国家共同参与的事业,并且也被视为本世纪的下一个商业机会。由此,出现了对新的水处理技术以及降低水处理成本的需求。此种需求必然导致膜技术的兴起。从60年代开始,膜技术最早起源于海水淡化的反渗透膜。而后膜技术得到了非常迅速的发展,并且被广泛应用于越来越多的领域。既脱盐反渗透后,一系列更疏松的渗透膜被开发出来,包括从纳滤(疏松反渗透),到超滤(去除细菌和病毒),到微滤(去除悬浮固体)。并且任何一种应用都有其独特的,可以特殊设计的膜来满足要求。在早期大部分膜过滤采用错流过滤的形式,即液体沿与膜面水平的方向流动,这样的过滤形式可以防止“膜垢”的产生,但却仅有一小部分的液体真正能够过滤出来。因此这种过滤形式导致非常高的能耗,从而阻碍了膜在大规模水处理设施上的应用。   1综述   对于水处理,尤其是大规模的水处理设施,能耗已经成为一个非常明显的重要指标。如果膜技术要成为大规模的水处理设施的主要技术之一,就一定要降低能耗。因此,许多膜制造商开始开发低能耗的膜过滤系统,即所谓的死端过滤或半死端过滤。   此系统的工作原理类似咖啡过滤机,水中的固体悬浮物沉降在膜的表面。这部分固体通常被成为“污垢”,只要水中含有固体悬浮物,就必然会有“污垢”产生。为保证膜的产水量保持不变,膜过滤压力必然不断增加,因此运行一段时间后需要从与过滤相反的方向对膜进行清洗,因此有时我们也称为“半死端过滤”。沉积在膜表面的固体被清洗排出,从而膜又恢复了最初设计的性能。虽然反冲洗能够去除系统中大部分的膜污染,但有时仍然需要更有效的办法对膜进行彻底清洗。因为许多物质黏附在膜表面,仅通过机械力无法将其去除。这部分物质通常为有机物或微生物有机物,经过较长时间的运行,这部分物质会堵塞膜孔。膜的堵塞问题应该被称为“污垢”,它是运行过程不希望发生的情况。堵塞物可以溶解(对于一些小分子有机物)并通过膜,如果其对膜表面的黏附不是非常强的情况下;或者被膜截留,对于一些微生物有机物,当它们附着在膜表面后,还会进一步繁殖。这种膜污染的主要通过化学清洗去除,也是一种可逆污染。膜污染真正的问题是那些无法去除的不可逆的污染。   2半死端超滤技术   近几年发展的发展的半死端过滤技术是XIGATM的核心技术,它是根据8寸半死端过滤超滤膜组件发展起来的。XIGATM的核心技术采用8寸压力容器,这是通常反渗透的标准设计。在每个压力容器中,可以放入多个膜组件。每个膜组件为1.5米长,毛细管式膜,膜丝内径0.8或1.5mm,每个膜组的膜面积为22或35m2。膜过滤的过程分为过滤、反洗、和化学加强反洗三个步骤。   成功应用半死端过滤技术的关键,是将过滤、反洗、化学加强反洗三个过程合理设计,从而使最终用户获得最低的运行费用。  因此没有必要将单位膜面积的出水率总是保持在尽可能大的水平上。因为反冲洗不必加入任何化学药剂,并且进行时间很短(通常为20~60秒)因此反冲洗的费用远远低于化学加强反洗,我们认为反冲洗是去除膜表面沉积污垢的首选方法。   为了更清楚的解释这个问题,表示系统运行过程中膜两端压力的变化。A段表示过滤过程,B段表示反洗过程,C短表示化学加强反洗过程(CEB)。   A过程进行中,对于特定的水质,需要保证的关键指标是膜通量和膜过滤压力。因此若降低反洗和化学加强反洗的频率,就将影响膜的通量。同时就将使系统的投资增加。另外一个方法是改善入水的水质,通过加药或进行化学预处理。这同样要增加投资和运行费用,因此通常要根据实际在这两种办法中进行权衡。   对于B过程,膜过滤压降取决于膜表面垢层的厚度,和反洗时的机械压力。反洗应尽可能充分,保证能够被反洗掉的污垢充分去除,这是推迟化学加强反洗的频率的一种有效方法。另外这个过程中也存在反洗的机械压力(如反洗水的流量)和改变垢层厚度(加入预处理)这两种方案之间的权衡的问题。   C过程,化学加强反洗(CEB),仅在进行了反冲洗后膜两端的过滤压降仍然达到了预定值后,或者在预先设定的较长的反洗次数以后。所使用的化学清洗剂是一些常规化学药剂的混合物,包括次氯酸钠、双氧水、次氯酸等,可以非常地容易的处理掉污垢层。   3.超滤技术在水处理领域中的应用   虽然超滤可以有很多的应用领域,但大规模的水处理通常集中在以下方面:   饮用水供水终端   地表水处理   海水处理   流体的回用   3.1饮用水处理   由于对饮用水的质量要求越来越严格,水处理公司投入越来越大的精力来控制供水管网中存在的微生物的量。为了做到这一点,因此一种方法是进行昂贵、频繁的水质检验,或者在供水终端设置防止细菌和病毒进入的屏障。   采用UF系统,可以非常方便的建成这样的屏障。超滤膜对细菌的去除率可以达到6log,对于病毒的去除率达到4log,因此水厂和用水者都不必在担心细菌和病毒的问题。由于饮用水的质量本身就很高(浊度和悬浮固体都非常低),因此此时的膜系统可以可以采用很高的膜通量,可以达到135升/平米.小时。同时较高的入水条件,因此反冲频率和化学加强反洗的频率都可以非常低,产水量可以达到99%。如果需要还可以设立二级超滤系统,将第一级的反洗水进一步回用。   3.2地表水处理   UF系统非常多的应用在地表水处理上,处理后的水用于灌溉或作为反渗透的入水,来制备工业用水。   在荷兰,出现了越来越多的这类工厂。这种技术提供了一种新型的工业用水的方式,即不必在购买越来越贵的饮用水,而是就近取用地表水处理后使用。   3.3海水淡化   中东地区是水资源缺乏最严重的地方。为了解决这个问题,最早人们通常采用蒸馏技术。从十九世纪60年代,膜技术被用于解决这些国家的缺水问题。但是,许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题。主要因为反渗透系统的传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质。因此绝大多数淡化工厂,在远远低于其设计出水量的情况下工作,甚至有些工厂的出水量达不到最初设计的30%。   小型淡化装置的研究非常清楚的表明,超滤系统可以非常有把握的控制海水的水质,为反渗透系统提供高质量的入水。长期试验也表明,超滤系统的出水SDI值可以非常好的控制在2以下。这些测试在超滤系统前不必用任何预处理,并且适用各种海水水质。   3.4污水回用   西方国家费了很大的精力处理废水,处理后确仅仅是将其通过排水管网排到地表水源中,这种作为非常不合理。再一次,超滤因为其价格方面的优势为污水的回用提供了一种有吸引力的解决办法。   其实,从城市污水处理厂和工厂中排出的废水,是作为工业用水,甚至是饮用水的一种非常好的水资源。这在技术上是完全可以实现的,但西方用户确非常难以相信这种做法。与其说这是技术上的难题,不如说是一个心理的难题。但是,目前在纳米比亚的Windhoek,已经在建设一个850吨/小时的水厂,就是采用膜技术将污水处理厂的出水回用为饮用水。   4.结论   半死端超滤是一种丝毫不必怀疑的技术。它具有广泛的应用,有些用于小型的项目,但另外一些,象我们上面提到的一些项目规模很大,甚至非常大。这种技术关系到人类必须面临的一个问题,如果世界仍然按目前的速度发展的话。即可饮用水资源,它是每个人的生活的一个重要部分。发展一种技术保持饮用水资源,是维持人类生活的唯一办法,也是保证下个世纪水不会像油一样的唯一方法。

  • 【第三届原创参赛】膜分离研究进展及其应用

    维权声明:本文为gl19860312原创作品,本作者与仪器信息网是该作品合法使用者,该作品暂不对外授权转载。其他任何网站、组织、单位或个人等将该作品在本站以外的任何媒体任何形式出现均属侵权违法行为,我们将追究法律责任。膜分离研究进展及其应用摘要: 膜分离技术是利用天然或人工合成的具有选择透过性的薄膜,以外界能量或化学位差为动力,对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的分离技术。目前,该技术以高效、节能和绿色等特点,应用越来越多,已被国际公认为20世纪末到21世纪中期有发展前途的一项重大高新技术。笔者主要介绍了膜分离技术的原理,及其分离过程研究的现状和发展趋势,最后又涉及到其应用。关键词: 膜分离;应用;研究进展膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),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,无机膜主要还只有微滤级别的膜,主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。一、膜分离原理与过程膜是每一膜分离过程的核心部件,它可以看成是两相之间一个具有透过选择性的屏障,或看作两相之间的界面,膜分离过程可由图示意,相1为原料或上游侧,相2为渗透物或下游侧。原料混合物中某一组分可以比其他组分更快的通过膜而传递到下游侧,从而实现分离。 与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等相比,膜分离技术具有以下特点:高效的分离过程、低能耗、接近室温的工作温度、品质稳定性好、连续化操作、灵活性强、纯物理过程、环保。膜结构参数的影响膜的分离性能与其材料性质、结构相关,它们不仅影响膜的渗透分离性能,更与膜的使用寿命密切相关。膜的选择包括膜材质和膜孔径,以下主要对这两方面对膜分离过程的影响进行分析。膜材质膜材质的表面性质对膜分离过程的影响较大,选择适宜的膜材质可以保证所滤药液的稳定性,同时也可避免药液对膜的腐蚀所引起膜的破损脱落。按对水的亲和性可将膜材质分为疏水性和亲水性两类,膜的亲水性、荷电性会影响到膜与溶质间相互作用的大小,如醋酸纤维素、聚丙烯腈等亲水性膜材料对溶质吸附少,截留相对分子质量较小

  • 【讨论】超滤及超滤在水处理中的应用

    超滤及超滤在水处理中的应用 超滤是一种膜分离过程。超滤利用一种压力活性膜,在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。由于超滤膜的截留孔径极小,一般不用长度单位来表示,而用可通过膜孔的物质的分子量来表达。 超滤膜的截留分子量一般为1,000,000到1,000。当被处理液体借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时,水分子和分子量较小的溶质透过膜,而大于膜孔的微粒、大分子物质等由于筛分作用被截留,从而使处理液体得到分离或纯化。 超滤是一种相对过滤,通常用于水处理技术的超滤装置有两大应用:前端处理去除水中的胶体、有机物和颗粒;后端处理去热源、内毒素及各种生物酶。 在超滤过程中,由于被截留的杂质在膜表面上不断积累,会产生浓差极化现象,当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层,使膜的透水量急剧下降,这使得超滤的应用受到一定程度的限制。为此,需要对超滤装置的流道工艺进行设计并定期予以清洗以控制浓差极化现象。  水处理系统中的超滤装置具有结构简单、操作方便、占地小、投资省、纯化效率高等优点,现已被广泛应用于各类大、中型水处理系统及小型纯水装置。

  • 【原创大赛】抗菌性PSf-PDA超滤膜的制备及表征

    【原创大赛】抗菌性PSf-PDA超滤膜的制备及表征

    抗菌性PSf-PDA超滤膜的制备及表征1引言 PSf超滤膜在使用中不能杀死滤前水中的细菌,导致细菌在PSf膜表面粘附,从而造成微生物聚集,会在PSf膜的表面造成生物污染,引起膜通量下降,阻碍进一步工业应用。制备的亲水性PSf-PDA超滤膜,本章利用PDA的粘性,对PSf膜进行二次修饰,在膜表面继续负载聚六亚甲基胍(PHMG)和纳米银(nAg)两种抗菌剂。2实验部分2.1 实验药品和仪器 实验药品如表1所示:http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015091714580562_01_2648817_3.jpg实验仪器如表2所示:http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015091714585086_01_2648817_3.jpg2.2抗菌性PSf-PDA超滤膜的制备http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015091714594835_01_2648817_3.jpg 取PSf超滤膜,剪成小片,放在多巴胺(DA,2 g·L-1)Tris溶液(0.01 mol·L-1, pH=8.5)中浸泡3 h,然后在4 g·L-1的mPEG-NH2溶液浸泡1h,然后将膜用超纯水洗净,然后分别在2%的PHMG水溶液或者AgNO3溶液浸泡,1 h后取出来用超纯水洗净保存,进行结构和性能的表征。涂覆过程如图1所示。2.3 抗菌性实验及评价2.3.1生物试剂的配制 PBS缓冲液的配制:磷酸二氢钾(KH2PO4)0.24g,磷酸氢二钠(Na2HPO4)1.44g,氯化钠(NaCl)8.0g,氯化钾(KCl)0.2g,加水至1000mL,调节pH 为 7.4。 LB液体培养基:将25g干粉型LB培养基(主要成分为蛋白胨10 g、酵母5 g和氯化钠10 g)溶解到100mL超纯水中,转移到1L的容量瓶中,定容到1L,并保存。 ECC显色培养基:取3.28g瓶内干粉,用100mL超纯水溶解,加热至100℃,并不断搅拌,2 min后大量气泡产生,等到琼脂完全溶解后,将培养基倾入无菌培养皿中,冷却至室温,变成固体后冷藏备用。 琼脂培养基:将3.3 g营养琼脂溶解到100 mL超纯水中,加热煮沸,等待琼脂完全溶解,将培养基倾入无菌培养皿中,凝固后冷温保存。2.3.2大肠杆菌的培养 将在4℃冰箱中保存下的大肠杆菌菌液取出,放在37℃恒温培养箱里放置活化0.5 h,然后在无菌室里接种到50mL的 LB液体培养基里,放在在 37℃恒温培养箱里培养基中剩余的大分子等生长介质,最后将大肠杆菌溶液稀释106倍待用。2.3.3 抑菌实验 抑菌环法:本实验利用抑菌环来判定膜表面的nAg颗粒和膜表面的PHMG的抑菌效果。将上面的大肠杆菌接种到上述的LB培养基中,37℃下培养24 h,将用AgNO3溶液和PHMG溶液浸泡过的PSf-PDA超滤膜剪成小圆片,用UV灯照射30min灭菌。然后将他们放在已涂布的琼脂培养基中,观察抑菌环的情况。 平板菌落计数法:将大肠杆菌溶液加到超滤杯中,将用AgNO3溶液和PHMG溶液浸泡过的PSf-PDA超滤膜过滤一段时间,然后将过滤后的膜放到ECC显色培养基表面铺平,然后放到37℃培养箱中培养24 h,观察膜表面菌落生长的情况。3. 结果与讨论3.1 抗菌性PSf-PDA复合超滤膜制备的优化3.1.1 AgNO3涂覆浓度对膜性能的影响 选用不同浓度(50ppm、500ppm、5000ppm)的硝酸银溶液对PSf-PDA复合膜进行涂覆,时间为1h,并测定接触角和膜阻力的结果。膜阻力结果如图2所示,结果表明随着涂覆AgNO3溶液浓度的升高,膜阻力逐渐增大,从50 ppm时的2.22×109m-1升高到5000ppm时的2.39×109 m-1,是因为随着nAg颗粒在膜表面的形成,导致膜孔在一定程度上发生堵塞,造成膜阻力升高。接触角结果如图3所示。结果表明,随着涂覆AgNO3溶液浓度的升高,膜表面的接触角逐渐变大,说明亲水性逐渐降低,这跟膜表面形成的nAg颗粒的疏水性有关,涂覆的nAg颗粒越多,膜表面的亲水性越低。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015091715034293_01_2648817_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171503_566443_2984502_3.jpg3.1.2 AgNO3涂覆时间对膜性能的影响 选用不同时间(1 h、2 h、3 h)的AgNO3溶液对PSf-PDA复合膜进行涂覆,浓度为500ppm,并测定接触角和膜阻力的结果。膜阻力结果如图4所示,结果表明随着涂覆AgNO3溶液时间的增长,膜阻力逐渐增大,从涂覆1 h时的2.26×109m-1到涂覆3h的2.66×109 m-1,是因为随着nAg颗粒在膜表面的形成,导致膜孔在一定程度上发生堵塞,造成膜阻力升高。接触角结果如图5所示。结果表明,随着涂覆AgNO3溶液时间的增长,膜表面的接触角逐渐变大,说明亲水性逐渐降低,这跟膜表面形成的纳米银涂覆层的疏水性有关,涂覆的纳米银越多,膜表面的亲水性越小。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171506_566445_2984502_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509171506_566446_2984502_3.jpg 随着AgNO3浓度的增加,膜表面的nAg颗粒会使膜阻力逐渐增大,膜表面的接触角增大,亲水性降低,最佳的涂.覆浓.度为500 mg·L-1。 随着AgNO3涂覆时间的增加,膜表面的nAg颗粒会使膜阻力逐渐增大,膜通量逐渐减小,膜表面的接触角增大,亲水性降低,最佳的涂覆时间为1 h。

  • 【讨论】超滤及超滤在纯水处理中的应用

    超滤是一种膜分离过程。超滤利用一种压力活性膜,在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。由于超滤膜的截留孔径极小,一般不用长度单位来表示,而用可通过膜孔的物质的分子量来表达。 超滤膜的截留分子量一般为1,000,000到1,000。当被处理液体借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时,水分子和分子量较小的溶质透过膜,而大于膜孔的微粒、大分子物质等由于筛分作用被截留,从而使处理液体得到分离或纯化。 超滤是一种相对过滤,通常用于水处理技术的超滤装置有两大应用:前端处理去除水中的胶体、有机物和颗粒;后端处理去热源、内毒素及各种生物酶。 在超滤过程中,由于被截留的杂质在膜表面上不断积累,会产生浓差极化现象,当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层,使膜的透水量急剧下降,这使得超滤的应用受到一定程度的限制。为此,需要对超滤装置的流道工艺进行设计并定期予以清洗以控制浓差极化现象。  水处理系统中的超滤装置具有结构简单、操作方便、占地小、投资省、纯化效率高等优点,现已被广泛应用于各类大、中型水处理系统及小型纯水装置。

  • 9月12日网络会议:超滤、微滤原理及在实验室领域的应用

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_647592_2507958_3.gif超滤、微滤原理及在实验室领域的应用主讲人:张文娟 赛多利斯公司 产品专员 活动时间:2013年9月12日 下午 14:00http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_647592_2507958_3.gif【简介】过滤是基于压差实现固液/气体分离的物理分离方法,赛多利斯的过滤产品主要分为超滤和微滤,其相关产品主要应用于除菌、颗粒去除、分离、浓缩、脱盐等。了解过滤的原理对于客户正确地选择适用的产品以及获得良好的实验效果非常重要。Sartorius买赠盛典-购买超滤产品赠超轻、精准移液器-------------------------------------------------------------------------------1、报名条件:只要您是仪器网注册用户均可报名参加。2、参加及审核人数限制:限制报名人数为120人,审核人数100人。3、报名截止时间:2013年9月12日4、报名参会:http://simg.instrument.com.cn/meeting/images/20100414/baoming.jpg5、参与互动: *参会期间您还可以将有疑问的数据通过上传的形式给老师予以展示,并寻求解答*6、环境配置:只要您有电脑、外加一个耳麦就能参加。建议使用IE浏览器进入会场。7、提问时间:现在就可以在此帖提问啦,截至2013年9月11日8、会议进入:2013年9月12日13:30点就可以进入会议室9、特别说明:报名并通过审核将会收到1 封电子邮件通知函(您已注册培训课程),请注意查收,并按提示进入会议室!为了使您的报名申请顺利通过,请填写完整而正确的信息哦~http://simg.instrument.com.cn/webinar/20110223/images/zb_11.gif注意:由于参会名额有限,如您通过审核,请您珍惜宝贵的学习交流机会,按时参加会议。如您临时有事无法参会,请您进入报名页面请假。无故不参会将会影响您下一次的参会报名。快来参加吧:我要报名》》》

  • 【分享】微/ 超滤技术浓缩猪血红蛋白水解液

    猪血红蛋白水解液中多肽、血红素等营养成分浓度较低,有必要对猪血红蛋白水解液进行浓缩。用0.2μm的陶瓷微滤膜和截留相对分子质量3.5 × 103 的超滤膜对猪血红蛋白水解液进行微滤澄清和超滤浓缩,考察膜滤前后水解液中粗多肽、血红素等成分的含量变化及膜的各项性能表征。结果表明,0.2μm 陶瓷膜对猪血红蛋白水解液有明显的澄清效果,粗多肽得率为76.150%,血红素得率为80.154%,膜再生效果好,膜通量恢复率达到97.42%。超滤对粗多肽和血红素的浓缩倍数分别达到3.5 倍和3 倍。因此,微/ 超滤技术适用于浓缩猪血红蛋白水解液,能获得富含多肽和血红素的浓缩物。

  • 【实战宝典】膜分离系统应用浓缩提纯技术――纳滤膜系统及优点?

    [font=宋体]链接:[/font]https://bbs.instrument.com.cn/topic/2112837问题描述:[font=宋体]膜分离系统应用浓缩提纯技术[/font][font='Times New Roman','serif']――[/font][font=宋体]纳滤膜系统及优点?[/font]解答:[font=宋体][color=black][back=white]膜分离技术在浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在[/back][/color][/font][color=black][back=white]100~1000 Dal[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]的纳滤膜。纳滤膜的主要特点是对二价离子、功能性糖类、小分子色素、多肽等物质的截留性能高于[/back][/color][/font][color=black][back=white]98%[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white],而对一些单价离子、小分子酸碱、醇等有[/back][/color][/font][color=black][back=white]30[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]~[/back][/color][/font][color=black][back=white]50%[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]的透过性能,常被应用于溶质的分级、溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整、溶液体系的浓缩等物质的分离、精制、浓缩工艺过程中,纳滤膜分离技术常被用于取代传统工艺中的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。浓缩提纯技术可采用的膜组件主要有:卷式膜、管式膜。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点:[/back][/color][/font][color=black][back=white]a) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]能耗极低,节省浓缩过程成本。[/back][/color][/font][color=black][back=white]b) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]过程无化学反应、无相变化,不带入其他杂质及造成产品的分解变性。[/back][/color][/font][color=black][back=white]c) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]可完全脱除产品的盐分,减少产品灰分,提高产品纯度。[/back][/color][/font][color=black][back=white]d) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]可回收溶液中的酸、碱、醇等物质。[/back][/color][/font][color=black][back=white]e) [/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]操作简便,可实现自动化作业,稳定性好,维护方便。[/back][/color][/font]以上内容来自仪器信息网《样品前处理实战宝典》

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