生物工業(yè)下游技術(shù)第八章膜的分離過程

膜的特點具有較大的透過速度和較高的選擇性；機械強度好，耐熱，耐化學和細菌侵蝕，耐凈化和殺菌處理，成本低。本文檔共112頁；當前第1頁；編輯于星期二\3點20分1.對稱膜結(jié)構(gòu)與方向無關(guān)的膜，孔徑不規(guī)則或一定。2.非對稱膜分離層（活性膜）和多孔支持層；活性膜要朝向待濃縮的原溶液；多孔支持層只起支撐作用，使膜具有必要的強度；具有高傳質(zhì)速率和良好的機械強度，被脫除的物質(zhì)大多在其表面，易于清除。一.膜和膜分離過程的分類與特性本文檔共112頁；當前第2頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第3頁；編輯于星期二\3點20分3.復(fù)合膜活性膜層沉積于具有微孔的底膜（支撐層）表面上；表層與底層是不同的材料；膜的性能與活性膜和底層膜都有關(guān)系。4.荷電膜（離子交換膜）含有溶脹膠載著固定的正電荷或負電荷；陰離子交換膜：帶正電荷；陽離子交換膜：帶負電荷。本文檔共112頁；當前第4頁；編輯于星期二\3點20分5.微孔膜（0.05－20m）6.動態(tài)膜在多孔介質(zhì)上沉積一層顆粒物作為有選擇作用的膜；沉積層與溶液處于動態(tài)平衡；可在高溫下應(yīng)用，膜更新容易，不穩(wěn)定。本文檔共112頁；當前第5頁；編輯于星期二\3點20分1.滲透（osmosis）和透析（dialysis）滲透是一個擴散過程，在膜兩邊滲透壓差的作用下溶劑產(chǎn)生流動；透析是利用膜兩邊的濃度差從溶液中分離出小分子物質(zhì)的過程；透析過程與滲透過程相重疊；溶液濃度不斷降低。重要的膜分離過程本文檔共112頁；當前第6頁；編輯于星期二\3點20分1.醋酸纖維素膜2.聚酰胺膜純水鹽溶液施加的外壓力滲透反滲透本文檔共112頁；當前第7頁；編輯于星期二\3點20分2.反滲透（reverseosmosis）在膜的兩邊造成一個壓力差，并使其大于滲透壓，就會發(fā)生溶劑倒流，使?jié)舛容^高的溶液進一步濃縮。3.超濾（ultrafiltration）按粒徑選擇分離溶液中所含的微粒和大分子的膜分離操作；膜只阻擋大分子，大分子的滲透壓不明顯。本文檔共112頁；當前第8頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第9頁；編輯于星期二\3點20分4.微過濾（microfiltration）多孔細小薄膜為過濾介質(zhì)，使不溶物濃縮過濾的操作。5.電滲析（electrodialysis）在電場中交替裝配的陰離子和陽離子交換膜，在電場中形成一個個隔室，使溶液中的離子有選擇地分離或富集。6.氣體透過（gaspermeation）利用微孔或無孔膜進行氣體分離。本文檔共112頁；當前第10頁；編輯于星期二\3點20分負極陽離子膜淡水陰離子膜正極鹽水+——+++————++鹽水本文檔共112頁；當前第11頁；編輯于星期二\3點20分二、膜的制造膜具有較大的透過速度和較高的選擇性，還應(yīng)具備：機械強度好、耐熱、耐化學和細菌腐蝕、耐凈化和殺菌處理、成本低。本文檔共112頁；當前第12頁；編輯于星期二\3點20分制造膜的材料：改性天然物醋酸纖維素、丙酮-丁酸纖維素、再生纖維素、硝酸纖維素。合成產(chǎn)物聚胺（聚芳香胺、聚胺肼）、乙烯基聚合物、聚砜、聚脲、聚呋喃、聚乙烯、聚丙烯。特殊材料聚電解絡(luò)合物、多孔玻璃、氧化石墨、ZrO2-聚丙烯酸。本文檔共112頁；當前第13頁；編輯于星期二\3點20分醋酸纖維素膜優(yōu)點：水滲透流率高，截留率好，適宜制備反滲透膜；原料來源豐富，價格便宜；無毒制膜工藝簡單，便于工業(yè)化生產(chǎn)。缺點：熱穩(wěn)定性差，在低溫下容易招致細菌生長；抗氧化性能差，膜的使用壽命低；易水解，易壓密；抗微生物侵蝕性能較弱。本文檔共112頁；當前第14頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第15頁；編輯于星期二\3點20分1.相轉(zhuǎn)變法制造膜制備澆鑄液在適宜的支持物上把澆鑄液鋪開蒸發(fā)一部分溶劑凝膠的形成熱處理（退火）本文檔共112頁；當前第16頁；編輯于星期二\3點20分醋酸纖維膜的處方澆鑄液：

醋酸纖維素25%

丙酮45%甲酰胺30%沉淀劑：水操作條件：澆鑄溫度20℃

凝膠浴溫度1℃

退火溫度78℃退火時間10min本文檔共112頁；當前第17頁；編輯于星期二\3點20分缺點：制膜的重演性很差不對稱膜易壓密本文檔共112頁；當前第18頁；編輯于星期二\3點20分2.燒結(jié)法取顆粒大小一定的膜材料細粉置于一定的模具內(nèi)，嚴格控制溫度和壓力，使細粒子的表面由軟變?nèi)郏M而互相粘結(jié)而形成多孔體，最后經(jīng)機械加工即得。有平整不易變形和耐高溫的優(yōu)點。本文檔共112頁；當前第19頁；編輯于星期二\3點20分3.核徑跡法將厚為5～15μm薄膜于放射性物質(zhì)下接受粒子照射，使高分子主干的化學鍵斷裂形成徑跡?？椎拿芏扔烧丈鋾r間加以控制。將照射過的膜用酸堿液腐蝕，使輻射受損的材料刻蝕形成垂直孔道。膜的表面光滑、孔道直且大小均勻、適宜于聚碳酸酯和聚乙酯作微孔膜。本文檔共112頁；當前第20頁；編輯于星期二\3點20分4.拉伸法首先將晶態(tài)聚烯烴在低熔融溫度下擠壓成膜，然后拉伸得到高的熔融應(yīng)力，再在無張力條件下退火，然后拉伸即得。本文檔共112頁；當前第21頁；編輯于星期二\3點20分5.復(fù)合膜的制備一種是把稀薄的聚合物溶液浸漬疊加在支撐材料上；在多孔支撐表面進行相界面聚合作用。本文檔共112頁；當前第22頁；編輯于星期二\3點20分三、膜的性能和參數(shù)1.孔道特征包括孔徑、孔徑分布和空隙度。2.水通量（J）（m3/m2·s）單位時間內(nèi)通過單位膜面積的水體積流量，也稱透水率。本文檔共112頁；當前第23頁；編輯于星期二\3點20分三、膜的性能和參數(shù)3.截留率和截斷分子量截留率：σ=1—CP/CB

截斷分子量：相當于一定截留率（90%以上）的最小被截留溶質(zhì)的分子量。CPCB本文檔共112頁；當前第24頁；編輯于星期二\3點20分影響截留率的因素溶質(zhì)分子的大小分子的形狀吸附作用其他高分子溶質(zhì)的影響溫度、pH、離子強度等本文檔共112頁；當前第25頁；編輯于星期二\3點20分四、膜的使用壽命1.膜的壓密作用在壓力的作用下，膜的水通量隨運行時間的延長而逐漸降低，膜外觀厚度減少，膜由半透明變?yōu)橥该?。影響因素：操作壓力和溫度。本文檔共112頁；當前第26頁；編輯于星期二\3點20分2.膜的水解作用醋酸纖維素是有機酯類化合物，比較容易水解，水解的結(jié)果是乙?；摰簟嶋H操作中，可控制進液pH和進料溫度。本文檔共112頁；當前第27頁；編輯于星期二\3點20分3.膜的濃差極化在膜分離過程中，膜表面上溶質(zhì)濃度高于主體溶質(zhì)濃度的現(xiàn)象。如下圖：后果：提高滲透壓，降低水通量；降低膜的截留率；產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，造成物理堵塞，使膜逐漸失去透水能力。本文檔共112頁；當前第28頁；編輯于星期二\3點20分4.膜污染一種是附著層，由料液中懸浮物堆積于膜面，由溶解性的有機物粘附和溶解性的無機物生成的水垢積附、膠體物質(zhì)和微生物等吸附于膜面；另一種是堵塞，是微細粒子或小分子溶質(zhì)吸附、積累在膜表面或膜孔中結(jié)晶沉積所致。本文檔共112頁；當前第29頁；編輯于星期二\3點20分減輕膜污染的方法料液的有效預(yù)處理改善膜的表面性質(zhì)和電荷性改變操作條件本文檔共112頁；當前第30頁；編輯于星期二\3點20分膜分離過程的類型及其特點

粒子項目粒子大小分離方法分離動力粗?！?00μm常規(guī)過濾壓力差細粒1—100μm高速離心、常規(guī)過濾壓力差微粒0.01—10μm微濾壓力差大分子1—100nm超濾、透析壓力差、擴散小分子、離子0.1—10nm反滲透、電滲析壓力差、電能本文檔共112頁；當前第31頁；編輯于星期二\3點20分（一）膜組件結(jié)構(gòu)與特點良好的膜組件應(yīng)具備的條件：沿膜面的流動性好，以利于減少濃差極化；較大的膜面積與壓力容器體積比；組件的價格低；清洗和膜的更新方便；保留體積小，且無死角。五、膜的應(yīng)用本文檔共112頁；當前第32頁；編輯于星期二\3點20分（一）膜組件結(jié)構(gòu)與特點1.管式特點：無死角，易清洗；處理含固體較多的料液；單根管子可以調(diào)換。缺點：保留體積大；單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大。五、膜的應(yīng)用本文檔共112頁；當前第33頁；編輯于星期二\3點20分保留體積小;單位體積中所含過濾面積大;可以逆洗;料液需要預(yù)處理;單根纖維損壞時，需調(diào)整整個模件。2.中空纖維式本文檔共112頁；當前第34頁；編輯于星期二\3點20分3.螺旋卷繞式單位體積中所含過濾面積大；換新膜容易；料液需要預(yù)處理；壓降大；易污染，清洗困難。本文檔共112頁；當前第35頁；編輯于星期二\3點20分4.平板式保留體積小，操作費用低的壓力降，液流穩(wěn)定，比較成熟。死體積較大，易漏，高固含量會堵塞進料液通道，拆卸比清潔管道更費時間。本文檔共112頁；當前第36頁；編輯于星期二\3點20分1-料液2-泵3-膜組件4-濾液5閥6-壓力表本文檔共112頁；當前第37頁；編輯于星期二\3點20分1.優(yōu)點相態(tài)不變，無需加熱，設(shè)備簡單，能耗低。2.膜的特性透水率、透鹽率、抗壓性等。3.應(yīng)用海水脫鹽，食品醫(yī)藥的濃縮，超純水的制造等。4.膜材料醋酸纖維膜、芳香聚酰胺膜、高分子電解質(zhì)膜、無機質(zhì)膜等。（二）反滲透（RO或HF）本文檔共112頁；當前第38頁；編輯于星期二\3點20分1.概念凡是能截留分子量在500以上的高分子的膜分離過程。2.應(yīng)用各種小分子可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、酶、病毒等溶液的濃縮、分離和純化。（三）超濾（UF）本文檔共112頁；當前第39頁；編輯于星期二\3點20分3.材料醋酸纖維，聚砜，芳香聚酰胺，聚丙烯，聚乙烯，聚碳酸酯，尼龍等高分子材料。4.濃縮模式過濾溶劑和小分子溶質(zhì)被除去，料液逐漸濃縮。5.透析過濾在過程中不斷加入水或緩沖液，保持較高的通量。本文檔共112頁；當前第40頁；編輯于星期二\3點20分6.應(yīng)用檸檬酸、抗生素、氨基酸等小分子物質(zhì)分子量在500～2000之間超濾膜的截斷分子量為10000～30000，使大小分子分開。酶和蛋白質(zhì)的脫鹽濃縮，如用醋酸纖維素膜濃縮-淀粉酶，平均收率95%，可濃縮4～5倍。本文檔共112頁；當前第41頁；編輯于星期二\3點20分1.應(yīng)用主要用于分離流體中0.1～10m的微生物和微粒子，以達到凈化、分離和濃縮的目的。2.材料纖維素酯類，聚酰胺，聚氯乙烯，聚丙烯等。（四）微孔過濾（MF）本文檔共112頁；當前第42頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第43頁；編輯于星期二\3點20分1.概念介于超濾和反滲透之間，以壓力差為動力，從溶液中分離出300～1000相對分子量物質(zhì)的膜分離過程。2.特點能截留小分子有機物；并同時透析出鹽；濃縮與透析為一體；操作壓力低。（五）納米過濾（NF）本文檔共112頁；當前第44頁；編輯于星期二\3點20分板式膜分離器（實驗室用）本文檔共112頁；當前第45頁；編輯于星期二\3點20分中空纖維膜分離器（實驗室用）本文檔共112頁；當前第46頁；編輯于星期二\3點20分板式膜分離器（實驗室用）本文檔共112頁；當前第47頁；編輯于星期二\3點20分Millipore公司板式膜分離器（實驗室用）本文檔共112頁；當前第48頁；編輯于星期二\3點20分中空纖維膜分離器（工業(yè)用）本文檔共112頁；當前第49頁；編輯于星期二\3點20分卷式膜分離器（工業(yè)用）本文檔共112頁；當前第50頁；編輯于星期二\3點20分思考題1.何謂膜分離？主要有那幾種膜分離方法？2.膜在結(jié)構(gòu)上可分為那幾種？膜材料主要用什么？3.簡述微濾、超濾膜、反滲透膜在膜材料、結(jié)構(gòu)、性能、分離機理及其應(yīng)用等方面的異同點3.膜分離的表征參數(shù)有那些？何謂膜截留分子量？4.何謂濃差極化現(xiàn)象？它是如何影響膜分離的？減少濃差極化現(xiàn)象的措施？5.膜的清洗及保存方法有那幾種？6.膜分離設(shè)備按膜組件形式可分為幾種？相比較的優(yōu)缺點？本文檔共112頁；當前第51頁；編輯于星期二\3點20分超氧化物岐化酶(SOD)的制備

SOD（Superoxidedismutase），是一種廣泛存在于動、植物及微生物中的金屬酶。自從1973年Weisiger等在雞肝中發(fā)現(xiàn)兩種SOD以來，至今已采用了各種分離及分析方法，成功地從各種動物肝臟及血液中，分離純化了SOD。本文檔共112頁；當前第52頁；編輯于星期二\3點20分同時發(fā)現(xiàn)SOD的存在可能與機體衰老、腫瘤發(fā)生、自身免疫性疾病和輻射防護等有關(guān)。目前臨床上主要用于延緩人體衰老，防止色素沉著，消除局部炎癥，特別是治療風濕性關(guān)節(jié)炎、慢性多發(fā)性關(guān)節(jié)炎及放射治療后的炎癥，無抗原性，毒副作用較小，是很有臨床價值的治療酶。本文檔共112頁；當前第53頁；編輯于星期二\3點20分SOD不僅在臨床上大顯身手，而且近年來又被廣泛地應(yīng)用于日用化工行業(yè)。含有SOD的化妝護膚品，對抗衰老及去除臉面雀斑等有顯著作用。添加SOD的化妝護膚品倍受女士的青睞，其產(chǎn)品具有很強的競爭力。？？？隨著SOD被廣泛應(yīng)用于護膚霜、洗面奶、香皂等領(lǐng)域及活性氧、疾病診斷和抗輻射等方面的研究，SOD將成為廣大藥廠和日用化工廠的重要原料。

本文檔共112頁；當前第54頁；編輯于星期二\3點20分新鮮牛血分離血球血漿（供制備凝血酶用）血球沉淀（棄去）上清液沉淀上清夜（棄去）沉淀物用蒸餾水溶解雜物（棄去）上清夜上清夜（回收）沉淀溶解雜物（棄去）上清液DEAE－SephadexA-50分離純化洗脫液透析液濃縮干燥提取沉淀產(chǎn)品從牛血中提取SOD本文檔共112頁；當前第55頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟分離血球：取新鮮牛血，按100kg牛血加3.8g檸檬酸三鈉投料，攪拌均勻，裝入離心管中，在離心機中以3000轉(zhuǎn)／分速度離心15分鐘，收集血球，血漿可用于制備凝血酶。本文檔共112頁；當前第56頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟提取：把收集的血球用0.9％氯化鈉溶液洗三遍(每次用血球2倍體積的氯化鈉溶液)，然后加入蒸餾水(和牛血等量的水)，在0～4℃條件下，攪拌溶血30分鐘，再緩慢加入溶血的血球0.25倍體積的95％乙醇和0.15倍體積(相對于溶血的血球而言)的氯仿(乙醇和氯仿要事先冷卻至4℃以下)，攪拌均勻，靜置20分鐘，置離心機中離心30分鐘，收集上清液，棄去沉淀。本文檔共112頁；當前第57頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟沉淀：在上清液中加入2倍體積的冷丙酮，攪拌均勻，于冷處靜止20分鐘，離心收集沉淀。沉淀物用1～2倍體積的水溶解，在55℃水浴中保溫15分鐘，離心收集上清液。再用2倍冷丙酮使上清液沉淀，靜置過夜。然后離心收集沉淀，上清液可回收丙酮。本文檔共112頁；當前第58頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟DEAE—SephadexA-50分離純化：把以上沉淀溶于pH值為7.6、2.5μmol／L的K2HPO4-KH2PO4緩沖液中，用離心法除去雜質(zhì)，收集上清液準備上柱。本文檔共112頁；當前第59頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟先把DEAE-SephadexA-50裝入3×40厘米的柱中，用pH值為7.6、2.5微摩爾／升的緩沖液上柱，等流出液的pH值為7.6時，然后將樣品上柱，用pH值7.6、2.5微摩爾／升～50微摩爾／升的緩沖液進行梯度洗脫(洗脫液濃度從2.5微摩爾／升開始逐漸加大至最終濃度達50微摩爾／升，這樣便形成一個洗脫梯度)，收集具有SOD的活性峰。本文檔共112頁；當前第60頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第61頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第62頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第63頁；編輯于星期二\3點20分本文檔共112頁；當前第64頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟將洗脫液倒入透析袋中，在蒸餾水中進行透析(透析方法是利用小分子物質(zhì)在溶液中通過透析袋，而蛋白質(zhì)和粘多糖等大分子不能通過透析袋的性質(zhì)而達到不同大小分子分離的一種方法)，然后將透析液經(jīng)超濾濃縮后，冷凍干燥即為SOD產(chǎn)品。

本文檔共112頁；當前第65頁；編輯于星期二\3點20分新鮮豬血分離血球黃色血漿（供制備凝血酶用）紅血球血紅蛋白（棄去）離心液沉淀清夜（棄去）沉淀物熱變沉淀（棄去）上清液上清夜（回收）沉淀溶解雜物（棄去）上清液DEAE－SephadexA-50分離純化洗脫液透析液濃縮干燥除血紅蛋白冷丙酮產(chǎn)品從豬血中提取SOD本文檔共112頁；當前第66頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟分離血球：取新鮮牛血，按100kg牛血加3.8g檸檬酸三鈉投料，攪拌均勻，裝入離心管中，在離心機中以3000轉(zhuǎn)／分速度離心15分鐘，收集血球，血漿可用于制備凝血酶。本文檔共112頁；當前第67頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟除血紅蛋白：紅血球用兩倍0.9％氯化鈉溶液離心洗滌三遍，然后向洗凈的紅血球加入等體積去離子水，劇烈攪拌30分鐘，于0～4℃靜置過夜。再向溶血液中分別緩慢加入0.25倍體積的預(yù)冷乙醇和0.15倍體積的預(yù)冷氯仿，攪拌15分鐘左右；靜置30分鐘，然后用離心法除去沉淀，收集微帶藍色的清澈透明粗酶液體。本文檔共112頁；當前第68頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟沉淀：在上清液中加入2倍體積的冷丙酮，攪拌均勻，于冷處靜止20分鐘，離心收集沉淀。沉淀物用1～2倍體積的水溶解，在55℃水浴中保溫15分鐘，離心收集上清液。再用2倍冷丙酮使上清液沉淀，靜置過夜。然后離心收集沉淀，上清液可回收丙酮。本文檔共112頁；當前第69頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟沉淀：在上清液中加入2倍體積的冷丙酮，攪拌均勻，于冷處靜止20分鐘，離心收集沉淀。沉淀物用1～2倍體積的水溶解，在55℃水浴中保溫15分鐘，離心收集上清液。再用2倍冷丙酮使上清液沉淀，靜置過夜。然后離心收集沉淀，上清液可回收丙酮。本文檔共112頁；當前第70頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟DEAE—SephadexA-50分離純化：把以上沉淀溶于pH值為7.6、2.5μmol／L的K2HPO4-KH2PO4緩沖液中，用離心法除去雜質(zhì)，收集上清液準備上柱。本文檔共112頁；當前第71頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟先把DEAE-SephadexA-50裝入3×40厘米的柱中，用pH值為7.6、2.5微摩爾／升的緩沖液上柱，等流出液的pH值為7.6時，然后將樣品上柱，用pH值7.6、2.5微摩爾／升～50微摩爾／升的緩沖液進行梯度洗脫(洗脫液濃度從2.5微摩爾／升開始逐漸加大至最終濃度達50微摩爾／升，這樣便形成一個洗脫梯度)，收集具有SOD的活性峰。本文檔共112頁；當前第72頁；編輯于星期二\3點20分操作步驟將洗脫液倒入透析袋中，在蒸餾水中進行透析(透析方法是利用小分子物質(zhì)在溶液中通過透析袋，而蛋白質(zhì)和粘多糖等大分子不能通過透析袋的性質(zhì)而達到不同大小分子分離的一種方法)，然后將透析液經(jīng)超濾濃縮后，冷凍干燥即為SOD產(chǎn)品。

本文檔共112頁；當前第73頁；編輯于星期二\3點20分第二節(jié)液膜分離本文檔共112頁；當前第74頁；編輯于星期二\3點20分由于固體膜存在選擇性低和通量小的缺點，故人們試圖用改變固體高分子膜的狀態(tài)，使穿過膜的擴散系數(shù)增大、膜的厚度變小,從而使透過速度躍增,并再現(xiàn)生物膜的高度選擇性遷移。在60年代中期誕生了一種新的膜分離技術(shù)－液膜分離法,又稱液膜萃取法，這是一種以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動力的膜分離操作。它與溶劑萃取雖然機理不同、但都屬于液-液系統(tǒng)的傳質(zhì)分離過程。簡介本文檔共112頁；當前第75頁；編輯于星期二\3點20分當液膜為水溶液時(水型液膜)，其兩側(cè)的液體為有機溶劑；當液膜由有機溶劑構(gòu)成時(油型液膜)，其兩側(cè)的液體為水溶液。因此，液膜萃取可同時實現(xiàn)萃取和反萃取。這是液膜萃取法的主要優(yōu)點之一，對于簡化分離過程、提高分離速度、降低設(shè)備投資和操作成本是非常有利的。

本文檔共112頁；當前第76頁；編輯于星期二\3點20分液膜分離的優(yōu)點分離過程中沒有相變化，他不需要使液體沸騰，也不需要使氣體液化，因而是一種低能耗，低成本的分離技術(shù)；分離過程一般在常溫下進行，因而對那些需避免高溫分離，分級，濃縮與富集的物質(zhì)，如果汁，藥品等，顯示出其獨特的優(yōu)點；分離技術(shù)應(yīng)用范圍廣，對無機物、有機物及生物制品等均可適用；分離裝置簡單，操作容易，制造方便。本文檔共112頁；當前第77頁；編輯于星期二\3點20分

一、液膜的定義及其組成液膜是懸浮在液體中很薄的一層乳液微粒。它能把兩個組成不同而又互溶的溶液隔開，并通過滲透現(xiàn)象起到分離的作用。

乳液微粒通常是由溶劑(水和有機溶劑)、表面活性劑和添加劑制成的。溶劑構(gòu)成膜基體；表面活性劑起乳化作用，它含有親水基和疏水基，可以促進液膜傳質(zhì)速度并提高其選擇性；添加劑用于控制膜的穩(wěn)定性和滲透性。本文檔共112頁；當前第78頁；編輯于星期二\3點20分

一、液膜的定義及其組成通常將含有被分離組分的料液作連續(xù)相，稱為外相；接受被分離組分的液體，稱內(nèi)相；處于兩者之間的成膜的液體稱為膜相，三者組成液膜分離體系。本文檔共112頁；當前第79頁；編輯于星期二\3點20分分類1．乳狀液膜乳狀液膜根據(jù)成膜液體的不同，分為(W/O)/W(水-油-水)和(O/W)/O(油-水-油)兩種。在生物分離中主要應(yīng)用(W/O)/W型乳狀液膜。膜溶液主要由膜溶劑、表面活性劑和添加劑(流動載體)組成，其中膜溶劑含量占90％以上，而表面活性劑和添加劑分別占1％～5％。表面活性劑起穩(wěn)定液膜的作用，是乳狀液膜的必需成分。因此，乳狀液膜又稱表面活性劑液膜(surfactantliquid

membrane)。本文檔共112頁；當前第80頁；編輯于星期二\3點20分(W/O)/W(水-油-水)本文檔共112頁；當前第81頁；編輯于星期二\3點20分向溶有表面活性劑和添加劑的油中加入水溶液，進行高速攪拌或超聲波處理，制成W/O(油包水)型乳化液，再將該乳化液分散到第二個水相(通常為待分離的料液)進行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳狀液膜，此時第二個水相為連續(xù)相。乳狀液膜中表面活性劑有序排列在油水分界面處，對乳狀液膜的穩(wěn)定性起至關(guān)重要的作用，并影響液膜的滲透性。此外，液膜中的添加劑主要是液膜萃取中促進溶質(zhì)跨膜輸送的流動載體，為溶質(zhì)的選擇性化學萃取劑。本文檔共112頁；當前第82頁；編輯于星期二\3點20分2.

支撐液膜(SLM/CLM)支撐液膜是由溶解了載體的液膜，在表面張力作用下，依靠聚合凝膠層中的化學反應(yīng)或帶電荷材料的靜電作用，含浸在多孔支撐體的微孔內(nèi)而制得的，如下圖支撐液膜示意圖本文檔共112頁；當前第83頁；編輯于星期二\3點20分由于將液膜含浸在多孔支撐體上，可以承受較大的壓力，且具有更高的選擇性，因而，它可以承擔合成聚合物膜所不能勝任的分離要求。支撐液膜的性能與支撐體材質(zhì)、膜厚度及微孔直徑的大小密切相關(guān)。支撐體一般都要求采用聚丙烯、聚乙烯、聚砜及聚四氟乙烯等疏水性多孔膜，膜厚為25～50μm，微孔直徑為0.02～1μm。通?？讖皆叫∫耗ぴ椒€(wěn)定，但孔徑過小將使空隙率下降，從而將降低透過速度。本文檔共112頁；當前第84頁；編輯于星期二\3點20分

流動液膜也是一種支撐液膜，是為彌補上述支撐液膜的膜相容易流失的缺點而提出的，液膜相可循環(huán)流動，因此在操作過程中即使有所損失也很容易補充，不必停止萃取操作進行液膜的再生。液膜相的強制流動或降低流路厚度可降低液膜相的傳質(zhì)阻力。3.流動液膜本文檔共112頁；當前第85頁；編輯于星期二\3點20分支撐液膜流動液膜本文檔共112頁；當前第86頁；編輯于星期二\3點20分液膜的制備①表面活化劑—它是液膜的主要成分之一，主要用于控制液膜的穩(wěn)定性，常用的油膜表面活化劑是Span809單油酸山梨糖醇酐），水膜表面活化劑是Saponin（皂角疳）。②膜溶劑—膜溶劑是構(gòu)成膜的機體,為了保持液膜的穩(wěn)定性，要求溶劑具有一定的黏度.溶劑不溶于膜內(nèi)相和外相。在油膜中，國外一般采用S100N（中性油）和ISOPAPM（IsoparM）（異鏈烷烴）做溶劑。本文檔共112頁；當前第87頁；編輯于星期二\3點20分液膜的制備③添加劑—分離操作過程中要求液膜具有一定的穩(wěn)定性，而在破乳階段又要求它容易破碎，為了使二者統(tǒng)一，通常使用添加劑。④流動載體—液膜分離中流動載體是實現(xiàn)分離傳質(zhì)的關(guān)鍵，流動載體主要有離子型和非離子型兩大類，而離子型載體又分為正電性載體和負電性載體。一般非離子型載體比離子型載體好，如冠醚就是一種分離型優(yōu)良的流動載體。本文檔共112頁；當前第88頁；編輯于星期二\3點20分油膜（W/O）和水膜（O/W0）示意圖a——油膜（W/O），W/O/W體系b——水膜（O/W），O/W/O體系本文檔共112頁；當前第89頁；編輯于星期二\3點20分液膜A料液(a)料液C試劑(R)C+RP(b)膜中試劑(R1)料液試劑(R2)D+R1P1D+R2P2P1(c)E(f)料液懸浮物(d)(a)----選擇性滲透

(b)----滴內(nèi)化學反應(yīng)

(c)----膜中化學反應(yīng)

(d)----萃取和吸附

無載體液膜主要分離機理本文檔共112頁；當前第90頁；編輯于星期二\3點20分外相外相內(nèi)相內(nèi)相液膜相液膜相溶質(zhì)流1溶質(zhì)流2溶質(zhì)流溶質(zhì)流步驟步驟（1）（1）（2）（2）（3）（3）（4）（4）（5）（5）結(jié)果結(jié)果低濃度極低濃度高濃度C2C11-2圖（a）逆向遷移機理（1）載體C與溶質(zhì)1反應(yīng)，同時釋放出供能物質(zhì)2；（2）載體絡(luò)合物C1在膜內(nèi)擴散；（3）溶質(zhì)2與載體絡(luò)合物反應(yīng)供入能量，釋放出溶質(zhì)1；（4）載體絡(luò)合物C2在膜內(nèi)逆向擴散；（5）未絡(luò)合的溶質(zhì)1在膜內(nèi)溶解度很低，故不能返回去；結(jié)果溶質(zhì)2的遷移引起溶質(zhì)1逆濃度梯度的遷移圖（b）同向遷移機理（1）載體與溶質(zhì)1，2反應(yīng)，溶質(zhì)1為欲濃集離子，而溶質(zhì)2供應(yīng)能量；（2）載體絡(luò)合物在膜內(nèi)擴散；（3）溶質(zhì)2釋放出來，并為溶質(zhì)1的釋放提供能量；（4）解絡(luò)載體在膜內(nèi)反向擴散；結(jié)果：溶質(zhì)2順其濃度梯度遷移，導致溶質(zhì)1逆其濃度梯度遷移。本文檔共112頁；當前第91頁；編輯于星期二\3點20分相２相１相２相２相１相１液膜組分內(nèi)水相相３Ｗ／Ｏ型乳液Ｗ／Ｏ／Ｗ型乳液實驗室制備乳化液膜的一種方法本文檔共112頁；當前第92頁；編輯于星期二\3點20分液膜萃取機理液膜萃取機理根據(jù)待分離溶質(zhì)種類的不同，主要可分為如下幾種類型本文檔共112頁；當前第93頁；編輯于星期二\3點20分又稱物理滲透，根據(jù)料液中各種溶質(zhì)在膜相中的溶解度(分配系數(shù))和擴散系數(shù)的不同進行萃取分離。由于一般溶質(zhì)之間擴散系數(shù)的差別不大，因此物理滲透主要是基于溶質(zhì)之間分配系數(shù)的差別實現(xiàn)分離的。達到平衡時，溶質(zhì)遷移不再發(fā)生。這種萃取機理的液膜分離無溶質(zhì)濃縮放應(yīng)。單純遷移本文檔共112頁；當前第94頁；編輯于星期二\3點20分在有機酸等弱酸性電解質(zhì)的分離純化方而，可利用強堿(如NaOH)溶液為反萃相。反萃相((W/O)/W型乳狀液膜的內(nèi)水中)中含有NaOH，與料液中溶質(zhì)(有機酸)發(fā)生不可逆化學反應(yīng)生成不溶于膜相的鹽。反萃相化學反應(yīng)促進遷移本文檔共112頁；當前第95頁；編輯于星期二\3點20分在膜相傳質(zhì)速率為控制步驟(即NaOH與酸的反應(yīng)速度很快)時,反萃相中有機酸的濃度接近于零,使膜相兩側(cè)保持最大濃差,促進有機酸的遷移，直到NaOH反應(yīng)完全。這種利用反萃相內(nèi)化學反應(yīng)的促進遷移又稱I型促進遷移。與上述單純遷移相比，溶質(zhì)在反萃相可得到濃縮，并且萃取速率快。本文檔共112頁；當前第96頁；編輯于星期二\3點20分在膜相加入可與目標產(chǎn)物發(fā)生可逆化學反應(yīng)的萃取劑C，目標產(chǎn)物與該萃取劑C在膜相的料液一側(cè)發(fā)生正向反應(yīng)生成中間產(chǎn)物。此中間產(chǎn)物在濃差作用下擴散到膜相的另一側(cè)，釋放出目標產(chǎn)物。膜相載體輸送本文檔共112頁；當前第97頁；編輯于星期二\3點20分這樣，目標產(chǎn)物通過萃取劑C的搬運從料液一側(cè)轉(zhuǎn)入到反萃相，而萃取劑C在濃差作用下從膜相的反萃液一側(cè)擴散到料液相一側(cè)，重復(fù)目標產(chǎn)物的跨膜輸送過程。因此，萃取劑C稱為液膜的流動載體。利用膜相中流動載體選擇性輸送作用的傳質(zhì)機理稱為載體輸送，又稱為Ⅱ型促進遷移。本文檔共112頁；當前第98頁；編輯于星期二\3點20分利用載體輸送的萃取過程可大大地提高溶質(zhì)的滲透性和選擇性。更為重要的是，載體輸送有能量泵的作用，使目標溶質(zhì)從低濃度區(qū)沿反濃度梯度方向向高濃度區(qū)持續(xù)遷移。顯然，載體輸送需要能量。根據(jù)向流動載體供能方式不同，載體輸送分為兩種。(1)反向遷移(2)同向遷移本文檔共112頁；當前第99頁；編輯于星期二\3點20分液膜材料的選擇液膜分離技術(shù)的關(guān)鍵是選擇最適宜的流動載體、表面活性劑和有機溶劑等材料來制備合乎要求的液膜，并構(gòu)成合適的液膜體系。作為流動載體必須具備如下條件：a

溶解性，流動載體及其絡(luò)合物必須溶于膜相，而不溶于鄰接的溶液相，b

絡(luò)合性，作為有效載體，其絡(luò)合物形成體應(yīng)該有適中的穩(wěn)定性，即該載體必須在膜的一側(cè)強烈地絡(luò)合指定的溶質(zhì)，從而可以轉(zhuǎn)移它，而在膜的另一側(cè)很微弱地絡(luò)合指定的溶質(zhì)，從而可釋放它，實現(xiàn)指定溶質(zhì)的跨膜遷移過程；c

載體應(yīng)不與膜相的表面活性劑反應(yīng)，以免降低膜的穩(wěn)定性。本文檔共112頁；當前第100頁；編輯于星期二\3點20分流動載體按電性可分為帶