第十一章-膜分离技术基础详解课件

第十一章第十一章 膜分离技术膜分离技术第一节第一节 膜分离技术与分离膜膜分离技术与分离膜 第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 第四节第四节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术第五节第五节 膜分离技术在中药制剂中的应用膜分离技术在中药制剂中的应用 1、膜的概念、膜的概念 如如果果在在一一个个流流体体相相内内或或两两个个流流体体相相之之间间有有一一薄薄层层凝凝聚聚相相物物质质把把流体相分隔开来成为两部分流体相分隔开来成为两部分,那么这一薄层物质就是膜。那么这一薄层物质就是膜。特性特性：1）膜不管薄到什么程度，至少必须具有）膜不管薄到什么程度，至少必须具有两个界面两个界面。通过这两个界面分别与被膜分开于两侧的流体物质互相接触。通过这两个界面分别与被膜分开于两侧的流体物质互相接触。2）膜应具有）膜应具有选择透过性选择透过性。膜可以是完全透过性的，也可以是半透过性的。膜可以是完全透过性的，也可以是半透过性的。11.1 膜分离技术与膜分离膜分离技术与膜分离20世纪世纪30年代的微滤年代的微滤；40年代透析；年代透析；50年代电渗析；年代电渗析；60年代反渗透；年代反渗透；70年代超滤和液膜；年代超滤和液膜；80年代气体分离，纳滤；年代气体分离，纳滤；90年代渗透汽化。年代渗透汽化。2、膜分离技术的发展、膜分离技术的发展 1960年美国加利福尼亚大学的年美国加利福尼亚大学的Loeb和和Sourirajan研制出第一张可实研制出第一张可实用的反渗透膜后，膜分离技术从此进入了大规模工业化应用的时代。用的反渗透膜后，膜分离技术从此进入了大规模工业化应用的时代。膜分离过程：指利用天然的或合成的、具有选择透过性的薄膜作为分离膜分离过程：指利用天然的或合成的、具有选择透过性的薄膜作为分离介质，在介质，在浓度差、压力差或电位差浓度差、压力差或电位差等作用下，使混合液体或气体混合物等作用下，使混合液体或气体混合物中的某一或某些组分选择性地透过某些膜，以达到中的某一或某些组分选择性地透过某些膜，以达到分离、分级、提纯或分离、分级、提纯或浓缩目的浓缩目的。特点特点：以具有选择透过性的膜分隔两相界面，被膜分隔的两相之间依靠不同以具有选择透过性的膜分隔两相界面，被膜分隔的两相之间依靠不同组分透过膜的速率差来实现组分分离。组分透过膜的速率差来实现组分分离。多数膜分离过程多数膜分离过程无相变发生，能耗低，无需外加物质、对环境无二次无相变发生，能耗低，无需外加物质、对环境无二次污染之忧污染之忧。分离过程通常在分离过程通常在温和条件下完成温和条件下完成，适用于热敏性药物的分离、分级与，适用于热敏性药物的分离、分级与浓缩。浓缩。膜组件膜组件结构紧凑，处理系统集成化、操作方便结构紧凑，处理系统集成化、操作方便；处理过程能耗较低、；处理过程能耗较低、单级分离效率高、无污染等优点。单级分离效率高、无污染等优点。3、膜分离过程的特点及分类、膜分离过程的特点及分类 分类分类：根据根据驱动力不同驱动力不同膜分离过程大致分为三类：膜分离过程大致分为三类：压力驱动膜分离过程，浓度压力驱动膜分离过程，浓度差驱动膜过程和电力驱动膜过程差驱动膜过程和电力驱动膜过程。3、膜分离过程的特点及分类、膜分离过程的特点及分类 膜分离膜分离类型型推推动力力透透过组分分渗析（渗析（D）浓度差度差小分子溶小分子溶质或或较小的溶小的溶质微微滤（MF）压力差力差溶溶剂、溶解物等、溶解物等超超滤（UF）压力差力差溶溶剂、离子、有机小分子、离子、有机小分子纳滤（NF）压力差力差溶溶剂、低价、低价盐离子离子反渗透（反渗透（RO）压力差力差溶溶剂等等电渗析（渗析（ED）电位差位差有机、无机离子有机、无机离子分类分类：根据根据驱动力不同驱动力不同膜分离过程大致分为三类：膜分离过程大致分为三类：压力驱动膜分离过程，浓度压力驱动膜分离过程，浓度差驱动膜过程和电力驱动膜过程差驱动膜过程和电力驱动膜过程。3、膜分离过程的特点及分类、膜分离过程的特点及分类 根据根据来源不同来源不同可分为天然膜和合成膜。根据可分为天然膜和合成膜。根据相态不同相态不同合成膜可分为固体合成膜可分为固体膜、液膜和气膜三类。膜、液膜和气膜三类。4、膜的种类和结构、膜的种类和结构 气膜分离目前尚处于实验室研究阶段，液膜已有中试规模的工业应用，目前大气膜分离目前尚处于实验室研究阶段，液膜已有中试规模的工业应用，目前大规模工业应的是固膜。规模工业应的是固膜。1）根据膜的）根据膜的断面形态结构断面形态结构可分为对称膜、不对称膜两大类可分为对称膜、不对称膜两大类。4、膜的种类和结构、膜的种类和结构 不对称膜又根据表层和支撑层是否为同一材质分为非对称膜和复合膜。不对称膜又根据表层和支撑层是否为同一材质分为非对称膜和复合膜。有机有机无机复合膜无机复合膜对称膜对称膜 对对称称膜膜可可以以是是疏疏松松的的微微孔孔膜膜或或致致密密的的均均相相膜膜,膜膜的的厚厚度度大大致致在在10200m范范围围内内。致致密密的的均均相相膜膜由由于于膜膜较较厚厚而而导导致致渗渗透透通通量量低低,目目前前已已很少在工业过程中应用。很少在工业过程中应用。非对称膜非对称膜 非非对对称称膜膜由由致致密密的的表表皮皮层层及及疏疏松松的的多多孔孔支支撑撑层层组组成成。膜膜上上下下两两侧侧截截面面的的结结构构及及形形态态不不相相同同,致致密密层层厚厚度度约约为为0.10.5m,支支撑撑层层厚厚度度约约为为50150m。在在膜膜过过程程中中,渗渗透透通通量量一一般般与与膜膜厚厚成成反反比比,由由于于非非对对称称膜膜的的表表皮皮层层比比致密膜的厚度致密膜的厚度(10200m)薄得多薄得多,故其渗透通量比致密膜大得多。故其渗透通量比致密膜大得多。复合膜复合膜 表表皮皮层层材材料料与与用用作作支支撑撑层层的的对对称称或或非非对对称称膜膜材材料料不不同同,皮皮层层可可以以多多层层叠叠合合,通通常常超超薄薄的的致致密密皮皮层层可可以以用用化化学学或或物物理理等等方方法法在在非非对对称称膜膜的的支支撑撑层层上上直直接复合制得。接复合制得。2）根据膜的荷电情况又可分为荷电膜和非荷电膜。）根据膜的荷电情况又可分为荷电膜和非荷电膜。荷电膜结构中载有固定的正电荷或负电荷。荷电膜结构中载有固定的正电荷或负电荷。它包括它包括离子交换膜、反渗透膜和纳滤膜离子交换膜、反渗透膜和纳滤膜等。等。离子交换膜：离子交换膜：阴离子交换膜阴离子交换膜和和阳离子交换膜阳离子交换膜。4、膜的种类和结构、膜的种类和结构 对膜材料的要求是：对膜材料的要求是：1）具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性，耐酸、碱和微生物）具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性，耐酸、碱和微生物侵蚀及耐氧化性能。侵蚀及耐氧化性能。2）反渗透、超滤、微滤用膜）反渗透、超滤、微滤用膜最好为亲水性最好为亲水性，在处理水溶液时以提高，在处理水溶液时以提高水通量和抗污染能力。水通量和抗污染能力。3）电渗析用膜则特别强调膜的）电渗析用膜则特别强调膜的耐酸、碱性和热稳定性耐酸、碱性和热稳定性。4）若用于有机溶剂分离还要求膜材料不被有机溶剂溶解。）若用于有机溶剂分离还要求膜材料不被有机溶剂溶解。膜材料膜材料4、膜的种类和结构、膜的种类和结构 有机膜有机膜纤维素类膜材料纤维素类膜材料是应用最早，也是目前应用最多的膜材料，主要用于是应用最早，也是目前应用最多的膜材料，主要用于反反渗透、超滤、微滤，在气体分离和渗透汽化渗透、超滤、微滤，在气体分离和渗透汽化中也有应用。中也有应用。芳香聚酰胺和杂环类膜材料芳香聚酰胺和杂环类膜材料目前主要用于目前主要用于反渗透和纳滤反渗透和纳滤。聚酰亚胺聚酰亚胺是近年来开发应用的耐高温、抗化学药剂的优良膜材料，目前是近年来开发应用的耐高温、抗化学药剂的优良膜材料，目前已用于已用于超滤、反渗透和气体分离膜超滤、反渗透和气体分离膜的制造。的制造。聚砜聚砜是是超滤、微滤膜超滤、微滤膜的重要材料，由于抗压密性和抗氧化性强，也是良的重要材料，由于抗压密性和抗氧化性强，也是良好的复合膜支撑材料，但其好的复合膜支撑材料，但其疏水性使膜的透水性差疏水性使膜的透水性差。聚醚砜聚醚砜是在聚砜的基础上改性得到，材料的抗氧化性、耐热性及耐溶剂是在聚砜的基础上改性得到，材料的抗氧化性、耐热性及耐溶剂性能都有所增强。性能都有所增强。聚丙烯腈聚丙烯腈也是也是超滤、微滤膜超滤、微滤膜的常用材料，它的亲水性强于聚砜。的常用材料，它的亲水性强于聚砜。聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯是是近年来开发的耐污染性最强的一种膜材料，主要用于制是是近年来开发的耐污染性最强的一种膜材料，主要用于制备备微滤膜微滤膜和截留分子量较高的和截留分子量较高的超滤膜超滤膜。无机膜无机膜无机膜是固体膜的一种，由无机材料（金属、金属氧化物、陶瓷、多无机膜是固体膜的一种，由无机材料（金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等）制成的半透膜。孔玻璃、沸石、无机高分子材料等）制成的半透膜。无机膜组件的价格偏高，目前市场占有率为无机膜组件的价格偏高，目前市场占有率为5%8%，但最近几年增长，但最近几年增长速度达速度达30%35%，远远高于有机膜。，远远高于有机膜。优点点缺点缺点1.耐高温；耐高温；2.不可不可压缩，机械性能，机械性能稳定；定；3.化学化学稳定性定性强强，耐酸、碱，特，耐酸、碱，特别耐有机溶耐有机溶剂；4.不会老化，使用寿命不会老化，使用寿命长；5.允允许用蒸汽用蒸汽灭菌、高菌、高压反冲洗等苛刻的清洗操作反冲洗等苛刻的清洗操作6.抗抗污染性能染性能强强；7.膜孔径大小均一。膜孔径大小均一。1.膜膜质脆、易碎，需要特殊构型和脆、易碎，需要特殊构型和组装；装；2.设备费用偏高；用偏高；3.高温高温应用用时密封密封较复复杂。工业用的陶瓷膜主要是工业用的陶瓷膜主要是Al2O3,ZrO2,SiO2等等无机材料制成的无机材料制成的多孔膜，孔径由多孔膜，孔径由2-50nm陶瓷陶瓷超滤膜超滤膜和和50nm到到10m陶瓷陶瓷微微滤膜滤膜。为降低渗透阻力，一般采用多层非对称结构，由多孔。为降低渗透阻力，一般采用多层非对称结构，由多孔支撑层、过渡层、分离层组成。但也有少量的致密无机膜，支撑层、过渡层、分离层组成。但也有少量的致密无机膜，如金属钯、银及其合金膜。如金属钯、银及其合金膜。无机膜无机膜一、压力驱动膜过程一、压力驱动膜过程压力驱动膜过程有：微滤、超滤、纳滤和反渗透。压力驱动膜过程有：微滤、超滤、纳滤和反渗透。第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 1、微滤、微滤 孔径范围为孔径范围为0.0510m，使过滤从一般比较粗糙的相对性质过度到精密，使过滤从一般比较粗糙的相对性质过度到精密的绝对性质。因此，又称谓精过滤。的绝对性质。因此，又称谓精过滤。微滤的基本原理：微滤的基本原理：（1）膜的表面截留膜的表面截留：起主要作用起主要作用 机械截留作用机械截留作用 指膜具有截留比其孔径大或与其孔径相当的微粒等杂质作用。指膜具有截留比其孔径大或与其孔径相当的微粒等杂质作用。吸附作用吸附作用 膜表面因范德化引力、静电力等作用对溶质具有一定吸附截留作用。膜表面因范德化引力、静电力等作用对溶质具有一定吸附截留作用。架桥作用架桥作用 部分微粒可粘附在滤膜表面原先粘附的颗粒上而被截留。部分微粒可粘附在滤膜表面原先粘附的颗粒上而被截留。（2）膜内部截留膜内部截留 指膜内部的网络结构吸附或截留部分微粒。指膜内部的网络结构吸附或截留部分微粒。筛分膜，筛分膜，这种膜拥有几乎完美的圆这种膜拥有几乎完美的圆柱形孔，这些孔或多或少与膜表面垂柱形孔，这些孔或多或少与膜表面垂直并随机分散直并随机分散“深层深层”膜，膜，这种膜孔是弯曲不这种膜孔是弯曲不规则的，膜的表面也很粗糙，一部分规则的，膜的表面也很粗糙，一部分孔的路径与膜表面是平行的孔的路径与膜表面是平行的微滤的基本原理：微滤的基本原理：对称结构对称结构非对称结构非对称结构(1)(1)膜表面的机械截留；比膜孔大的颗粒的机械截留；膜表面的机械截留；比膜孔大的颗粒的机械截留；(2)(2)颗粒之间的相互作用（如聚集、吸附）及颗粒与膜表面的吸附；颗粒之间的相互作用（如聚集、吸附）及颗粒与膜表面的吸附；(3)(3)颗粒之间的架桥作用。对于颗粒之间的架桥作用。对于“深层膜深层膜”，人们认为颗粒被截留在，人们认为颗粒被截留在网络孔的内部。网络孔的内部。微滤的基本原理：微滤的基本原理：中药提取液除杂中药提取液除杂液体制剂的精制液体制剂的精制：中药复方提取液中含有多种杂质，如药渣、泥沙、纤维等，同时还含有大中药复方提取液中含有多种杂质，如药渣、泥沙、纤维等，同时还含有大分子的淀粉、树脂、糖类及油脂等，使药液色深且浑浊，用常规的过滤方分子的淀粉、树脂、糖类及油脂等，使药液色深且浑浊，用常规的过滤方法很难去除上述杂质。采用微滤不仅能除去液体中较小的固体颗粒（分离法很难去除上述杂质。采用微滤不仅能除去液体中较小的固体颗粒（分离出出0.0510m的粒子），而且能截留多糖、蛋白质等胶体大分子，在不影的粒子），而且能截留多糖、蛋白质等胶体大分子，在不影响药效的情况下具有较好的澄清除杂效果。响药效的情况下具有较好的澄清除杂效果。制药工业制水制药工业制水：一是在反渗透和电渗析前作一是在反渗透和电渗析前作保安过滤器保安过滤器，用以去除进水中的细小悬浮物；，用以去除进水中的细小悬浮物；二是置于离子交换床之后，作为二是置于离子交换床之后，作为终端过滤手段终端过滤手段，用于滤除树脂碎片或细菌，用于滤除树脂碎片或细菌等杂质。等杂质。在生物化学和微生物研究中应用：在生物化学和微生物研究中应用：常利用不同孔径的微滤膜收集细菌、酶、蛋白质和虫卵等以提供检测分析。常利用不同孔径的微滤膜收集细菌、酶、蛋白质和虫卵等以提供检测分析。用孔径小于用孔径小于0.5m的微滤膜过滤啤酒和饮料，产品清澈、透明、存放时间的微滤膜过滤啤酒和饮料，产品清澈、透明、存放时间长，且成本低。长，且成本低。微滤的应用：微滤的应用：第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 2、超滤、超滤 超滤膜多为不对称膜，操作静压差一般为超滤膜多为不对称膜，操作静压差一般为0.10.5MPa，被分离组分的直，被分离组分的直径大约为径大约为0.010.1m，即截留组分的相对分子量大于，即截留组分的相对分子量大于500百万的大分子和胶百万的大分子和胶体粒子。体粒子。超滤的基本原理：超滤的基本原理：与微滤分离过程相似。与微滤分离过程相似。超滤膜截留分子量的确定表征表征：超滤过程的对象是超滤过程的对象是大分子大分子，膜的孔径常用被截留分子的分子量的大小来，膜的孔径常用被截留分子的分子量的大小来表征。表征。中空纤维超滤膜结构单单 内内 皮皮 层层双双 皮皮 层层在生物化工方面在生物化工方面：超滤可用于发酵液的过滤和细胞收集。如利用大多数抗生素分子量较超滤可用于发酵液的过滤和细胞收集。如利用大多数抗生素分子量较小（大都小于小（大都小于1000）可以透过超滤而蛋白质、多肽、多糖等杂质能被）可以透过超滤而蛋白质、多肽、多糖等杂质能被截留的特性，从发酵液中截留的特性，从发酵液中提取抗生素提取抗生素。通过选用不同截留分子量的超滤膜，采用不同膜材质和工艺可通过选用不同截留分子量的超滤膜，采用不同膜材质和工艺可实现不实现不同酶、蛋白和多糖的纯化、浓缩同酶、蛋白和多糖的纯化、浓缩。在中药生产中应用在中药生产中应用超滤膜在中药生产中的应用主要包括三个方面：超滤膜在中药生产中的应用主要包括三个方面：分离纯化，分离纯化，有效去除有效去除非药效成分；非药效成分；浓缩浓缩，提高药效成分浓度，减少剂量；，提高药效成分浓度，减少剂量；制剂生产制剂生产，包括，包括制备注射液、口服液等。制备注射液、口服液等。超滤的应用：超滤的应用：第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 3、反渗透、反渗透在恒温条件下，若将一种溶液和组成这种溶液的溶剂放在一起，溶质从高浓度向低浓在恒温条件下，若将一种溶液和组成这种溶液的溶剂放在一起，溶质从高浓度向低浓度度自发扩散自发扩散造成的。若用造成的。若用半透膜隔开半透膜隔开，膜两侧的静压力相等，将发生溶剂分子从溶剂，膜两侧的静压力相等，将发生溶剂分子从溶剂侧透过膜到溶液侧的渗透现象，侧透过膜到溶液侧的渗透现象，反渗透的基本原理：反渗透的基本原理：图图4 渗透与反渗透原理示意图渗透与反渗透原理示意图反渗透过程必须满足两个条件：反渗透过程必须满足两个条件：1）有一种选择性和高透过率的）有一种选择性和高透过率的选择透过膜；选择透过膜；2）是）是操作压力操作压力必须高于溶液的渗透压。实际反渗透过程中，膜两侧必须高于溶液的渗透压。实际反渗透过程中，膜两侧的静压差还必须克服透过膜的阻力。的静压差还必须克服透过膜的阻力。实际操作操作压力一般在力一般在1.510.5MPa。第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 3、反渗透、反渗透反渗透的截留特点：反渗透的截留特点：绝大多数二价的盐离子，基本上能被反渗透膜完全脱除。绝大多数二价的盐离子，基本上能被反渗透膜完全脱除。对于相对分子量大于对于相对分子量大于150的大多数组分，不管是电解质还是非电解质，都能被很的大多数组分，不管是电解质还是非电解质，都能被很好的截留。好的截留。在实际应用中，对于不同的分离体系反渗透膜的在实际应用中，对于不同的分离体系反渗透膜的选择透过性受多种因素的制约选择透过性受多种因素的制约。因此，具体的因此，具体的膜分离规律和特性必须通过试验来确定膜分离规律和特性必须通过试验来确定。水处理方面水处理方面：海水、苦咸水脱盐淡化海水、苦咸水脱盐淡化中药提取：中药提取：反渗透技术在中草药制剂的反渗透技术在中草药制剂的浓缩浓缩及及回收回收中药有效成分提取液中的中药有效成分提取液中的溶剂溶剂等；等；其他行业其他行业：化工、食品、制药以及造纸工业中化工、食品、制药以及造纸工业中某些有机物及无机物的分离某些有机物及无机物的分离。反渗透的应用：反渗透的应用：工工业业应应用用的的反反渗渗透透装装置置工业工业应用应用的反的反渗透渗透装置装置的膜的膜组件组件之间之间的连的连接接第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 4、纳滤、纳滤 纳滤介于反渗透和超滤之间，是纳滤介于反渗透和超滤之间，是20世纪世纪80年代初期继反渗透之后开发出年代初期继反渗透之后开发出来的一种新型膜分离技术。在来的一种新型膜分离技术。在20世纪世纪90年代时纳滤膜曾被称为疏松反渗透、年代时纳滤膜曾被称为疏松反渗透、低压反渗透和超反渗透。低压反渗透和超反渗透。纳滤膜表面孔径处于纳米级范围，其分离对象主要为粒径尺寸在纳滤膜表面孔径处于纳米级范围，其分离对象主要为粒径尺寸在1nm左左右的物质，对分子量介于右的物质，对分子量介于2002000以上的有机物具有良好的截留性能，以上的有机物具有良好的截留性能，对单价离子和小分子物质的截留率相对较低。对单价离子和小分子物质的截留率相对较低。操作压力一般低于操作压力一般低于1MPa。第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 4、纳滤、纳滤纳滤的基本原理：纳滤的基本原理：目前大多数学者认为：纳滤膜的分离作用主要是目前大多数学者认为：纳滤膜的分离作用主要是筛分效应筛分效应和和Donnan效效应应两种特性。在分离浓度恒定的同电性离子时，纳滤膜对价态低的、半径小两种特性。在分离浓度恒定的同电性离子时，纳滤膜对价态低的、半径小的离子有较低的截留率。而在处理不同自由离子时，膜对离子的截留率还与的离子有较低的截留率。而在处理不同自由离子时，膜对离子的截留率还与离子的浓度有关。离子的浓度有关。纳滤广泛用于纳滤广泛用于脱出脱出溶液中的溶液中的部分小分子有机物部分小分子有机物和和单价盐离子及水单价盐离子及水的场合。的场合。如使用纳滤如使用纳滤精制精制低聚糖；对青霉素等多种抗生素进行低聚糖；对青霉素等多种抗生素进行浓缩和纯化浓缩和纯化；利用利用Donnan效应效应分离不同种类的氨基酸和多肽。分离不同种类的氨基酸和多肽。荷电的纳滤膜对于处于等电状态的氨基酸或多肽的截留率几乎为零荷电的纳滤膜对于处于等电状态的氨基酸或多肽的截留率几乎为零，而，而对于带电状态的氨基酸或多肽却表现出较高的截留率。因此，可通过调节对于带电状态的氨基酸或多肽却表现出较高的截留率。因此，可通过调节料液的料液的pH值，利用值，利用Donnan效应对不同的氨基酸或多肽进行分离纯化。效应对不同的氨基酸或多肽进行分离纯化。制备软化水和超纯水等。制备软化水和超纯水等。纳滤的应用：纳滤的应用：二、电力驱动膜过程二、电力驱动膜过程以电位差为推动力的膜分离过程典型代表为电渗析（以电位差为推动力的膜分离过程典型代表为电渗析（ED）。第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 1、电渗析、电渗析 电渗析法电渗析法是在外加是在外加直流电场直流电场作用下，以作用下，以电位差电位差为推动力，利用离为推动力，利用离子交换子交换膜膜的选择透过性使水中的选择透过性使水中阴、阳离子作定向迁移阴、阳离子作定向迁移，把电解质从溶液中，把电解质从溶液中分离分离出出来，从而实现溶液的来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯浓缩、淡化、精制和提纯。20世纪初电渗析的研究开始于德国，世纪初电渗析的研究开始于德国，50年代进入工业化应用。目前电渗年代进入工业化应用。目前电渗析技术已发展成为一个析技术已发展成为一个相当成熟相当成熟的化工单元过程，在膜分离领域中占有重的化工单元过程，在膜分离领域中占有重要的地位。要的地位。正极正极 阴离子交换膜阴离子交换膜 负极负极+固定离子固定离子Cl-Na+-第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理+阳极阳极阴极阴极Cl-Na阳膜阳极室阳极室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa浓缩室淡化室淡化室浓缩室阴极室阴极室阴膜阳膜阴膜电渗析过程原理图电渗析过程原理图第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 第二节第二节 各种膜分离过程及其原理各种膜分离过程及其原理 1、电渗析、电渗析 电渗析法工作原理：电渗析法工作原理：1）在阴极和阳极之间交替排列一系列）在阴极和阳极之间交替排列一系列阴离子交换膜和阳离子交换膜。阴离子交换膜和阳离子交换膜。2）通直流电源；）通直流电源；3）淡水室、浓水室和极室。）淡水室、浓水室和极室。结构：结构：1）应应用用于于海海水水淡淡化化、苦苦咸咸水水除除盐盐、制制备备纯纯水水以以及及从从体体系系中中脱脱出出电电解解质质（如如乳乳品品、糖溶液中脱灰分、果汁浓缩及从一些生化制品中脱盐和氨基酸）等处理。糖溶液中脱灰分、果汁浓缩及从一些生化制品中脱盐和氨基酸）等处理。2）它它是是目目前前所所有有膜膜分分离离过过程程中中唯唯一一涉涉及及化化学学变变化化的的分分离离过过程程。它它能能有有效效地地将将生生产产过程与产品的分离过程融合起来过程与产品的分离过程融合起来，具有其它方法不可比拟的优势。，具有其它方法不可比拟的优势。如如四四室室电电渗渗析析提提取取乳乳酸酸，不不但但将将乳乳酸酸从从发发酵酵液液中中分分离离出出来来，同同时时将将钙钙盐盐转转化化成成酸的形式，与传统工艺相比工序简单、能耗少，产率高，且易实现大规模的生产。酸的形式，与传统工艺相比工序简单、能耗少，产率高，且易实现大规模的生产。电渗析的应用：电渗析的应用：实际应用的实际应用的电渗析器电渗析器总结总结膜分离膜分离类型型推推动力力传质影响传质影响透透过组分分应用用微微滤（MF）压力差力差颗粒大小颗粒大小及形状及形状溶溶剂、溶解物等、溶解物等料液澄清、除菌等料液澄清、除菌等超超滤（UF）压力差力差分子大小分子大小及形状及形状溶溶剂、离子、有机小分、离子、有机小分子子大分子物大分子物质浓缩或去除，不同或去除，不同分子量物分子量物质的初步分的初步分级纳滤（NF）压力差力差离子大小离子大小及电荷及电荷溶溶剂、低价、低价盐离子离子小分子物小分子物质的的浓缩、分离，料、分离，料液脱液脱盐、纯水制水制备等等反渗透反渗透（RO）压力差力差扩散特定扩散特定溶溶剂等等纯水制水制备，小分子物，小分子物质浓缩电渗析渗析（ED）电位差位差电解质的电解质的带电性带电性有机、无机离子有机、无机离子纯水制水制备，料液脱，料液脱盐一、膜的传质过程一、膜的传质过程 第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 1、膜的性能参数、膜的性能参数 膜的膜的选择性选择性和和渗透通量渗透通量是以压力为驱动力膜分离过程两个非常重要的技术指标。是以压力为驱动力膜分离过程两个非常重要的技术指标。1）膜的选择性常用）膜的选择性常用截留率截留率R0来表征来表征 式中，式中，cm高高压侧膜表面的溶膜表面的溶质浓度；度；cp透透过液的溶液的溶质浓度。度。由于由于Cm不易不易测得，通常用料液得，通常用料液浓度度Cb替代。此替代。此时截留率截留率为表表观截留率截留率R：一、膜的传质过程一、膜的传质过程 第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 1、膜的性能参数、膜的性能参数 2）膜的）膜的渗透通量渗透通量J代表了膜的处理能力，即溶剂透过膜的速率，代表了膜的处理能力，即溶剂透过膜的速率，又称为水通量或膜通量。又称为水通量或膜通量。式中，式中，J膜通量，膜通量，L/m2h；V渗透液的体积，渗透液的体积，L；S膜的有效面积，膜的有效面积，m2；t操作时间，操作时间，h。出厂膜的渗透通量一般采用纯水在出厂膜的渗透通量一般采用纯水在0.35MPa、25条件下实验测得。条件下实验测得。膜在使用过程中，由于膜本身的性质、操作因素和膜污染等原因使膜在使用过程中，由于膜本身的性质、操作因素和膜污染等原因使膜通量大膜通量大大降低大降低，甚至无法进行膜分离操作，必须，甚至无法进行膜分离操作，必须进行更换进行更换。一、膜的传质过程一、膜的传质过程 第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 2、膜的浓差极化、膜的浓差极化 在膜分离过程中，由于溶剂和小分子溶质大量透过膜，大分子溶质被截留而在在膜分离过程中，由于溶剂和小分子溶质大量透过膜，大分子溶质被截留而在膜表面积累，当浓度高于主体料液浓度时将引发这些溶质从膜表面向主体料液反向膜表面积累，当浓度高于主体料液浓度时将引发这些溶质从膜表面向主体料液反向扩散，这一现象称为扩散，这一现象称为浓差极化浓差极化。浓差极化现象浓差极化现象严重影响膜的传递性能和分严重影响膜的传递性能和分离性能，甚至缩短膜的使用寿命离性能，甚至缩短膜的使用寿命 。一、膜的传质过程一、膜的传质过程 第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 2、膜的浓差极化、膜的浓差极化 当分离高分子和胶体溶液时，这些被截留的组当分离高分子和胶体溶液时，这些被截留的组分在膜上游侧表面浓度达到饱和浓度（或凝胶点）分在膜上游侧表面浓度达到饱和浓度（或凝胶点）时，会在膜表面形成时，会在膜表面形成凝胶层凝胶层。在膜表面溶质的浓度达到凝胶浓度之前，通量在膜表面溶质的浓度达到凝胶浓度之前，通量随着压力升高而增大；当膜表面形成凝胶层后，膜随着压力升高而增大；当膜表面形成凝胶层后，膜的渗透流速显著下降。若进一步升高操作压力，短的渗透流速显著下降。若进一步升高操作压力，短时间内膜的渗透通量会有所提高，但凝胶层也随之时间内膜的渗透通量会有所提高，但凝胶层也随之增厚，过滤阻力增高使膜通量又回到原来水平。透增厚，过滤阻力增高使膜通量又回到原来水平。透过通量在极短的时间内达到动态平衡过通量在极短的时间内达到动态平衡。二、膜的污染与清洗二、膜的污染与清洗第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 3、膜的污染和劣化、膜的污染和劣化 膜污染膜污染是指由于膜表面形成了是指由于膜表面形成了吸附层或膜孔堵塞吸附层或膜孔堵塞等外部因素导致了等外部因素导致了膜性膜性能下降能下降的现象。其中膜的的现象。其中膜的渗透通量下降渗透通量下降是一个重要的污染标志。是一个重要的污染标志。膜污染产生原因膜污染产生原因 二、膜的污染与清洗二、膜的污染与清洗第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 3、膜的污染和劣化、膜的污染和劣化 膜污染膜污染是指由于膜表面形成了是指由于膜表面形成了吸附层或膜孔堵塞吸附层或膜孔堵塞等外部因素导致了等外部因素导致了膜性膜性能下降能下降的现象。其中膜的的现象。其中膜的渗透通量下降渗透通量下降是一个重要的污染标志。是一个重要的污染标志。膜污染产生原因膜污染产生原因 二、膜的污染与清洗二、膜的污染与清洗第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 4、膜的清洗、膜的清洗膜的清洗是膜的清洗是恢复膜的分离性能恢复膜的分离性能、延长膜的使用寿命的重要操作、延长膜的使用寿命的重要操作。常用的清洗方法可以分成常用的清洗方法可以分成水力清洗、机械清洗、化学清洗和电清洗水力清洗、机械清洗、化学清洗和电清洗四种四种 1）水力清洗方法：）水力清洗方法：有膜表面有膜表面低压高速冲洗、反冲洗、低压水与空气混合冲洗低压高速冲洗、反冲洗、低压水与空气混合冲洗。冲洗液可以是去离子水或透过液。在清洗时冲洗液可以是去离子水或透过液。在清洗时交替改变冲洗液的压力和流动交替改变冲洗液的压力和流动方向，增大流动的紊乱程度方向，增大流动的紊乱程度，可将膜表面上的沉积物松散、瓦解，在料液的冲，可将膜表面上的沉积物松散、瓦解，在料液的冲刷作用下被带离膜表面进入溶液主体。刷作用下被带离膜表面进入溶液主体。这种清洗方法这种清洗方法对对膜孔堵塞膜孔堵塞和膜表面因凝胶层压实形成的和膜表面因凝胶层压实形成的滤饼层滤饼层等污染比较等污染比较有效，使膜的渗透通量得到一定程度的恢复。有效，使膜的渗透通量得到一定程度的恢复。二、膜的污染与清洗二、膜的污染与清洗第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 4、膜的清洗、膜的清洗2）机械清洗方法：）机械清洗方法：有有海绵球清洗或刷洗海绵球清洗或刷洗，通常用于，通常用于超滤和微滤超滤和微滤的内压式管式膜组件。的内压式管式膜组件。海绵球的直径略大于膜管直径，通过水力使海绵球在管内流动，强制性地海绵球的直径略大于膜管直径，通过水力使海绵球在管内流动，强制性地洗去膜表面的污染物。该法几乎能洗去膜表面的污染物。该法几乎能去除全部的软质垢去除全部的软质垢，对于，对于硬质垢的清洗可能硬质垢的清洗可能会造成膜表面损伤会造成膜表面损伤。3）电清洗方法：）电清洗方法：通过对膜施加电场，使带电粒子或分子沿电场方向迁移，达到清除污染的通过对膜施加电场，使带电粒子或分子沿电场方向迁移，达到清除污染的目的。该法适用于荷电膜且装置上配有电极的场合，如电渗析目的。该法适用于荷电膜且装置上配有电极的场合，如电渗析 二、膜的污染与清洗二、膜的污染与清洗第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 4、膜的清洗、膜的清洗4）化学清洗方法：）化学清洗方法：选用一定的选用一定的化学药剂化学药剂，对膜组件进行，对膜组件进行浸泡浸泡或采用在或采用在膜表面循环清洗膜表面循环清洗。如如抗生素抗生素生产中对发酵液进行超滤分离，每隔一定时间（如运行生产中对发酵液进行超滤分离，每隔一定时间（如运行1周）采用周）采用pH值为值为11的稀碱液的稀碱液对膜组件浸泡对膜组件浸泡1520min后循环清洗，以除去膜表面的蛋白后循环清洗，以除去膜表面的蛋白质沉淀和有机污染物。质沉淀和有机污染物。又如当膜表面被又如当膜表面被油脂污染油脂污染以后亲水性能下降，膜的透水性降低，这种情况可以后亲水性能下降，膜的透水性降低，这种情况可以采用以采用热的表面活性剂热的表面活性剂溶液进行浸泡清洗。溶液进行浸泡清洗。常用的化学清洗剂有常用的化学清洗剂有酸、碱、酶、鳌合剂、表面活性剂、次氯酸盐、磷酸酸、碱、酶、鳌合剂、表面活性剂、次氯酸盐、磷酸盐盐等，主要利用清洗剂的溶解、氧化、渗透等作用松动和瓦解污染层，达到清等，主要利用清洗剂的溶解、氧化、渗透等作用松动和瓦解污染层，达到清洗目的。洗目的。二、膜的污染与清洗二、膜的污染与清洗第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 4、膜的清洗、膜的清洗膜污染被认为是影响膜正常运行的主要问题，定期膜污染被认为是影响膜正常运行的主要问题，定期清洗是解决方法清洗是解决方法之一，但属于之一，但属于被被动操作动操作，应积极主动寻求预防和减轻膜污染的方法。，应积极主动寻求预防和减轻膜污染的方法。主要防御污染方法：主要防御污染方法：1）料液的）料液的预处理预处理是预防污染的有效措施之一。针对于具体的膜分离过程，可选用是预防污染的有效措施之一。针对于具体的膜分离过程，可选用杀菌、调节杀菌、调节pH值，预除粗大颗粒物等多种预处理方法。值，预除粗大颗粒物等多种预处理方法。如在超滤或微滤过程中，调节料液的如在超滤或微滤过程中，调节料液的pH值，或采取离心、砂滤等手段除去料液中的值，或采取离心、砂滤等手段除去料液中的粗大杂质等。粗大杂质等。又如在反渗透和纳滤过程中，采用微滤、超滤做预处理，对进液消毒，在料液中加又如在反渗透和纳滤过程中，采用微滤、超滤做预处理，对进液消毒，在料液中加入某些络合剂防止沉淀等。入某些络合剂防止沉淀等。2）优化操作方式优化操作方式来实现。如控制初始膜通量在临界值以下，采用来实现。如控制初始膜通量在临界值以下，采用反向操作模式反向操作模式，改变溶液的流边性，如脉动流、鼓泡、振动膜组件，超声等。改变溶液的流边性，如脉动流、鼓泡、振动膜组件，超声等。3）缩短膜的清洗周期缩短膜的清洗周期、选择抗污染性能强的膜选择抗污染性能强的膜对防治膜污染都有作用。对防治膜污染都有作用。三、膜组件三、膜组件安装膜的最小单元被称为膜组件。安装膜的最小单元被称为膜组件。将将膜膜、固定膜的、固定膜的支撑材料支撑材料、间隔物间隔物或或管式外壳管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件。等组装成的一个单元称为膜组件。工业上应用的膜组件主要有工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式中空纤维式、管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。等四种型式。管式和中空纤维式管式和中空纤维式组件也可以分为组件也可以分为内压式和外压式内压式和外压式两种。两种。（一）（一）板框式膜组件板框式膜组件第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染（一）（一）板框式膜组件板框式膜组件三、膜组件三、膜组件第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 三、膜组件三、膜组件（二）卷式膜组件（二）卷式膜组件 u多孔性的隔网被夹在多孔性的隔网被夹在信封状的半透膜袋内信封状的半透膜袋内，半透膜的开口与中心透过液收集管密，半透膜的开口与中心透过液收集管密封连接，在两张膜封连接，在两张膜原料侧之间设有网状间隔器原料侧之间设有网状间隔器（同时起湍流促进器的作用），间隔（同时起湍流促进器的作用），间隔器连同膜袋一起在中心管外缠绕成卷。器连同膜袋一起在中心管外缠绕成卷。u膜袋的数目称为叶数，叶数越多密封的要求越高。在分离过程中原料溶液从端面膜袋的数目称为叶数，叶数越多密封的要求越高。在分离过程中原料溶液从端面进入，轴向流过膜组件，而渗透液在多孔支撑层中沿螺旋路线运行，最后进入中心进入，轴向流过膜组件，而渗透液在多孔支撑层中沿螺旋路线运行，最后进入中心收集管。收集管。第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 三、膜组件三、膜组件（二）卷式膜组件（二）卷式膜组件 第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 三、膜组件三、膜组件（二）卷式膜组件（二）卷式膜组件 为了减少透过液侧的压力降，为了减少透过液侧的压力降，膜袋也不宜过长膜袋也不宜过长。由于由于料液侧空间狭窄料液侧空间狭窄和和网状间隔器的存在网状间隔器的存在，料液中的微粒或悬浮物容易导致流道，料液中的微粒或悬浮物容易导致流道阻塞，因此必须对料液进行阻塞，因此必须对料液进行预处理预处理。由于卷式膜组件由于卷式膜组件结构简单、造价低、装填密度高结构简单、造价低、装填密度高，同时具有一定，同时具有一定抗污染性抗污染性，尽管，尽管具有不易清洗等缺点，目前在反渗透和纳滤领域占据了大部分市场份额，在超滤和具有不易清洗等缺点，目前在反渗透和纳滤领域占据了大部分市场份额，在超滤和气体分离过程中也有应用。气体分离过程中也有应用。第三节第三节 膜的传质过程与膜污染膜的传质过程与膜污染 三、膜组件三、膜组件第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（三）管式膜组件（三）管式膜组件 u有有内压式内压式和和外压式外压式两种。两种。u内压式膜组件内压式膜组件的膜被直接浇铸在多孔不锈钢管内或用玻璃纤维增强的塑料管内，的膜被直接浇铸在多孔不锈钢管内或用玻璃纤维增强的塑料管内，也有将膜先浇铸在多孔纸上，然后外面再用管子支持。对于内压式膜组件，加压料也有将膜先浇铸在多孔纸上，然后外面再用管子支持。对于内压式膜组件，加压料液从管内流过，透过液在管外侧收集。液从管内流过，透过液在管外侧收集。u内压式膜组件内压式膜组件，膜被浇铸在支撑体的外侧，加压料液从管外侧流动，透过液通过，膜被浇铸在支撑体的外侧，加压料液从管外侧流动，透过液通过膜进入多孔支撑管内收集。膜进入多孔支撑管内收集。三、膜组件三、膜组件第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（三）管式膜组件（三）管式膜组件 优点优点:1)对料液预处理要求不高，可用于处理高浓度悬浮液。对料液预处理要求不高，可用于处理高浓度悬浮液。料液流速可在很宽范围内调节，对控制运行过程中浓差极化比较有利。料液流速可在很宽范围内调节，对控制运行过程中浓差极化比较有利。2)膜面清洗不仅可采用化学法清洗，还可以采用海绵球之类的机械清洗方法。膜面清洗不仅可采用化学法清洗，还可以采用海绵球之类的机械清洗方法。缺点缺点:设备投资和运行费用较高，膜的装填密度不高。设备投资和运行费用较高，膜的装填密度不高。内压式内压式外压式外压式三、膜组件三、膜组件第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（四）中空纤维膜组件（四）中空纤维膜组件 u其抗压强度其抗压强度靠膜自身的非对称结构支撑靠膜自身的非对称结构支撑，故可承受，故可承受6MPa的静压力而不致压实。的静压力而不致压实。u优点：装填密度最高的一种组件形式。优点：装填密度最高的一种组件形式。u缺点：易堵塞；清洗困难，尤其是内压式的；流体的压力损失较大等。缺点：易堵塞；清洗困难，尤其是内压式的；流体的压力损失较大等。u目前使用的中空纤维目前使用的中空纤维微滤微滤组件几乎组件几乎全部为外压式全部为外压式。u内内压压式式的的超超滤滤和和纳纳滤滤组组件件，料料液液要要求求经经过过严严格格的的预预处处理理，根根据据需需要要去去除除料料液液中中的的全部微粒，甚至大分子物质全部微粒，甚至大分子物质。第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（四）中空纤维膜组件（四）中空纤维膜组件 三、膜组件三、膜组件四种膜四种膜组件性能比件性能比较比比较项目目卷卷 式式中空中空纤维式式管管 式式板框式板框式填充密度填充密度/（m2/m3）2001000500300003032830500料液料液压降降/MPa0.30.60.010.030.20.30.30.6抗抗污染染中等中等差差非常好非常好好好易清洗易清洗较好好差差优好好膜更膜更换方式方式组件件组件件膜或膜或组件件膜膜组件件结构构复复杂复复杂简单非常复非常复杂膜更膜更换成本成本较高高较高高中中低低预处理后，料液中允理后，料液中允许存在最大溶存在最大溶质尺寸尺寸/m1025510不需要不需要预处理理1025相相对价格价格低低低低高高高高总结总结二、膜系统设计和操作方式二、膜系统设计和操作方式 第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（一）膜的基本操作方式（一）膜的基本操作方式 u死端过滤死端过滤回收率回收率较错流操作较错流操作高高，但过程，但过程通量衰减严重通量衰减严重。u错错流流操操作作时时，料料液液流流动动产产生生的的剪剪切切力力可可有有效效防防止止和和减减少少被被截截留留物物在在膜膜表表面面的的沉沉积积，并并减轻浓差极化减轻浓差极化的影响，的影响，有利于维持较高的渗透通量有利于维持较高的渗透通量。膜的操作方式有膜的操作方式有死端操作死端操作和和错流操作错流操作两种。两种。三、膜分离过程的影响三、膜分离过程的影响 第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（一）膜材料和组件形式的选择（一）膜材料和组件形式的选择2、膜组件形式的选择主要取决于两个方面：、膜组件形式的选择主要取决于两个方面：1）膜本身的性质；）膜本身的性质；主要包括主要包括膜成本、膜通量、选择性、截留率、稳定性膜成本、膜通量、选择性、截留率、稳定性等，其中膜成本是最重要的。等，其中膜成本是最重要的。2）过程的特殊性）过程的特殊性。是指分离过程中膜的是指分离过程中膜的污染情况、处理量大小污染情况、处理量大小等。等。u一一般般来来说说，药药液液澄澄清清和和分分离离过过程程中中污污染染问问题题比比较较严严重重，尤尤其其是是超超滤滤和和微微滤滤，因因此此需需要要选选择择耐污染的组件形式耐污染的组件形式。u通通常常，带带隔隔网网作作料料液液流流道道的的组组件件，固固体体物物容容易易在在膜膜表表面面沉沉积积、堵堵塞塞；而而管管状状与与薄薄流流流流道道设设计计的的组组件件，可可以以利利用用高高速速流流动动料料液液产产生生的的剪剪切切力力控控制制料料液液中中粒粒子子或或大大分分子子溶溶质质在在膜膜表表面面沉积，减小浓差极化或凝胶层的形成。沉积，减小浓差极化或凝胶层的形成。1、膜材料与膜的选择主要取决于其本身的物化性质以及与应用体系的相互作用关系。、膜材料与膜的选择主要取决于其本身的物化性质以及与应用体系的相互作用关系。三、膜分离过程的影响三、膜分离过程的影响 第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（二）操作参数对膜分离过程的影响（二）操作参数对膜分离过程的影响 当当膜膜表表面面形形成成凝凝胶胶层层后后，渗渗透透通通量量J趋趋于于恒恒定定，不不在在随随p而而变变化化，此此时时膜膜的的渗渗透透通通量量称称为为临界渗透通量临界渗透通量。1.操作压力的影响操作压力的影响 在实际操作过程中，应在在实际操作过程中，应在接近临界渗透通量的压差条件下操作接近临界渗透通量的压差条件下操作，过高不，过高不仅浪费电能而且可能导致膜的严重污染。仅浪费电能而且可能导致膜的严重污染。三、膜分离过程的影响三、膜分离过程的影响 第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（二）操作参数对膜分离过程的影响（二）操作参数对膜分离过程的影响 u料料液液浓浓度度增增加加，粘粘度度增增大大，膜膜表表面面流流动动的的边边界界层层增增厚厚，不不利利于于膜膜表表面面的的传传质质过过程程，易易导导致致浓浓差差极极化化现现象象严严重重，甚甚至至形形成成凝凝胶胶层层。此此外外，由由此此而而引引发发的的溶溶质质吸吸附附和沉淀也不可忽略。和沉淀也不可忽略。u如多糖、蛋白质胶体吸附到膜表面上；或离子过饱和析出等。如多糖、蛋白质胶体吸附到膜表面上；或离子过饱和析出等。2.料液浓度和流速的影响料液浓度和流速的影响 三、膜分离过程的影响三、膜分离过程的影响 第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（二）操作参数对膜分离过程的影响（二）操作参数对膜分离过程的影响 u一一方方面面，温温度度升升高高料料液液粘粘度度下下降降，扩扩散散系系数数增增大大，降降低低了了浓浓差差极极化化的的影影响响。这这样不仅减轻了膜污染，还使渗透通量增高。样不仅减轻了膜污染，还使渗透通量增高。u另另一一方方面面，温温度度升升高高可可能能会会破破坏坏膜膜的的结结构构或或引引起起料料液液中中某某些些成成分分变变性性，从从而而影影响药效。响药效。3.温度的影响温度的影响 三、膜分离过程的影响三、膜分离过程的影响 第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（二）操作参数对膜分离过程的影响（二）操作参数对膜分离过程的影响 1)影响溶质的溶解特性、带电性影响溶质的溶解特性、带电性;2)影响膜的亲疏水性和荷电性影响膜的亲疏水性和荷电性.从而影响膜与溶质间的相互作用，使膜的截留特性和膜的渗透通量发生改变。从而影响膜与溶质间的相互作用，使膜的截留特性和膜的渗透通量发生改变。4.pH值值的影响的影响 三、膜分离过程的影响三、膜分离过程的影响 第三节第三节 膜分离过程中的关键技术膜分离过程中的关键技术（二）操作参数对膜分离过程的影响（二）操作参数对膜分离过程的影响 在在膜膜分分离离过过程程中中，随随着着运运行行时时间间的的推推移移，因因膜膜被被压压实实、浓浓差差极极化化、凝凝胶胶层层的的形形成成和其它污染原因造成膜的渗透通量逐渐下降。和其它污染原因造成膜的渗透通量逐渐下降。5.操作时间的影响操作时间的影响 1）在）在反渗透和纳滤反渗透和纳滤的运行的运行初期也会出现膜通量快速下降初期也会出现膜通量快速下降的现象，分析认为产生的现象，分析认为产生这种现象的主要原因是这种现象的主要原因是膜被压实膜被压实。而对于微滤和超滤过程运行初期膜渗透通量迅速。而对于微滤和超滤过程运行初期膜渗透通量迅速下降的原因多为料液中下降的原因多为料液中大分子物质吸附造成大分子物质吸附造成的。的。2）随着运行时间的增长，膜的工作界面开始出现浓差极化并逐步形成）随着运行时间的增长，膜的工作界面开始出现浓差极化并逐步形成“二层膜二层膜”，膜的渗透通量，膜的渗透通量衰减较为平缓衰减较为平缓；3）当膜表面因截留溶质的浓度过大逐渐形成凝胶层后，渗透通量）当膜表面因截留溶质的浓度过大逐渐形成凝胶层后，渗透通量再次出现迅速再次出现迅速衰减。衰减。膜分离技术在中药制剂中的应用主要集中在以下四个方面：膜分离技术在中药制剂中的应用主要集中在以下四个方面：精制纯化中药提取物，以得到有效成分、有效部位和有效部位群。精制纯化中药提取物，以得到有效成分、有效部位和有效部位群。浓缩，提高药效成分浓度，减少剂量。浓缩，提高药效成分浓度，减少剂量。制剂生产，包括注射剂、口服液等，解决制剂的澄明度、无菌、无热制剂生产，包括注射剂、口服液等，解决制剂的澄明度、无菌、无热源问题。源问题。有机溶剂的回收，实现萃取或其它分离过程的有机溶剂循环使用，节有机溶剂的回收，实现萃取或其它分离过程的有机溶剂循环使用，节约资源，保护环境。约资源，保护环境。第四节第四节 膜分离技术在中药制剂中的应用膜分离技术在中药制剂中的应用 一、在中药注射剂和口服液生产中的应用一、在中药注射剂和口服液生产中的应用第五节第五节 膜分离技术在中药制剂及生物制剂生产中的应用膜分离技术在中药制剂及生物制剂生产中的应用(一一)中药注射剂生产中除杂、除热源中药注射剂生产中除杂、除热源（二）口服液生产中除杂（二）口服液生产中除杂二、在浸膏剂生产中的应用二、在浸膏剂生产中的应用三、在中药有效成分分离中的应用三、在中药有效成分分离中的应用采用超滤法制备的浸膏剂几乎达到与西药相同的崩解时限，浸膏体积缩小为采用超滤法制备的浸膏剂几乎达到与西药相同的崩解时限，浸膏体积缩小为原来的原来的1/31/5。此外，采用纳滤或反渗透对超滤透过液进行。此外，采用纳滤或反渗透对超滤透过液进行浓缩浓缩与蒸发或蒸与蒸发或蒸馏相比，浓缩效率被大大提高且可在常温下操作节省大量的热源。馏相比，浓缩效率被大大提高且可在常温下操作节省大量的热源。通过选用不同截留特性的膜组件构成膜分离系统对中药有效部位和有效通过选用不同截留特性的膜组件构成膜分离系统对中药有效部位和有效成分进行分离和纯化，成分进行分离和纯化，四、在生物制剂中的应用四、在生物制剂中的应用第四节第四节 膜分离技术在中药制剂中的应用膜分离技术在中药制剂中的应用 膜分离技术在发酵过程中的应用膜分离技术在发酵过程中的应用四、在生物制剂中的应用四、在生物制剂中的应用第四节第四节 膜分离技术在中药制剂中的应用膜分离技术在中药制剂中的应用 蛋白质的分离纯化