超濾

產(chǎn)品介紹
超濾是以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)之一。以大分子與小分子分離為目的,膜孔徑在20-1000A°之間。中空纖維超濾器(膜)具有單位容器內(nèi)充填密度高,占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。
在超濾過(guò)程中,水溶液在壓力推動(dòng)下,流經(jīng)膜表面,小于膜孔的溶劑(水)及小分子溶質(zhì)透水膜,成為凈化液(濾清液),比膜孔大的溶質(zhì)及溶質(zhì)集團(tuán)被截留,隨水流排出,成為濃縮液。超濾過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)濾,分離是在流動(dòng)狀態(tài)下完成的。溶質(zhì)僅在膜表面有限沉積,超濾速率衰減到一定程度而趨于平衡,且通過(guò)清洗可以恢復(fù)。
超濾是一種加壓膜分離技術(shù),即在一定的壓力下,使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過(guò)一定孔徑的的薄膜,而使大分子溶質(zhì)不能透過(guò),留在膜的一邊,從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化。超濾是以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)之一。以大分子與小分子分離為目的 [1] 。
超濾起源于是1748年,Schmidt用棉花膠膜或璐膜分濾溶液,當(dāng)施加一定壓力時(shí),溶液(水)透過(guò)膜,而蛋白質(zhì)、膠體等物質(zhì)則被截留下來(lái),其過(guò)濾精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)濾紙,于是他提出超濾一語(yǔ),1896年,Martin制出了張人工超濾膜,其20世紀(jì)60年代,分子量級(jí)概念的提出,是現(xiàn)代超濾的開(kāi)始,70年代和80年代是高速發(fā)展期,90年代以后開(kāi)始趨于成熟。我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究較晚,70年代尚處于研究期限,80年代末,才進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用階段。
超濾裝置如同反滲透裝置,有板式、管式(內(nèi)壓列管式和外壓管束式)、卷式、中空纖維式等形式。濃差極化乃是膜分離過(guò)程的自然現(xiàn)象,如何將此現(xiàn)象減輕到程度,是超濾技術(shù)的重要課題之一。采取的措施有:①提高膜面水流速度,以減小邊界層厚度,并使被截留的溶質(zhì)及時(shí)由水帶走;②采取物理或化學(xué)的洗滌措施。
原理
超濾是一種加壓膜分離技術(shù),即在一定的壓力下,使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過(guò)一定孔徑的的薄膜,而使大分子溶質(zhì)不能透過(guò),留在膜的一邊,從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過(guò)程原理,超濾利用一種壓力活性膜,在外界推動(dòng)力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì),而水和小的溶質(zhì)顆粒透過(guò)膜的分離過(guò)程。通過(guò)膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質(zhì)。當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過(guò)膜表面時(shí),水分子和分子量小于300—500的溶質(zhì)透過(guò)膜,而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留,從而使水得到凈化。也就是說(shuō),當(dāng)水通過(guò)超濾膜后,可將水中含有的大部分膠體硅除去,同時(shí)可去除大量的有機(jī)物等。
超濾原理并不復(fù)雜。在超濾過(guò)程中,由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累,會(huì)產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象,當(dāng)膜面溶質(zhì)濃度達(dá)到某一極即生成凝膠層,使膜的透水量急劇下降,這使得超濾的應(yīng)用受到一定程度的限制。為此,需通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究,以確定的工藝和運(yùn)行條件,限度地減輕濃差極化的影響,使超濾成為一種可靠的反滲透預(yù)處理方法。
超濾是一種膜分離技術(shù),(UItrafil-tration 簡(jiǎn)稱UF)。能夠?qū)⑷芤簝艋?,分離或者濃縮。超濾是介于微濾與納濾之間,且三者之間無(wú)明顯的分界線。一般來(lái)說(shuō),超濾膜的孔徑在0.05 um–1 nm之間,操作壓力為0.1–0.5 Mpa。主要用于截留去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細(xì)菌和病毒等大分子物質(zhì)。超濾膜根據(jù)膜材料,可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。按膜的外型,又可分為:平板式、管式、毛細(xì)管式、中空纖維和多孔式。目前家用超濾凈水器,多以中空膜為主。
超濾膜的工作以篩分機(jī)理為主,以工作壓力和膜的孔徑大小來(lái)進(jìn)行水的凈化處理。以中空纖維為例,以進(jìn)水方式可分為外壓式:原水從膜絲外進(jìn)入,凈水從膜絲內(nèi)制取。反之則為內(nèi)壓式。內(nèi)壓式的工作壓力較外壓式要低。超濾膜在飲用水深度處理,工業(yè)用超純水和溶液濃縮分離等許多領(lǐng)域中,得到了廣泛應(yīng)用。
優(yōu)缺點(diǎn)
超濾膜元件采用膜公司產(chǎn)品,確保了客戶得到目前上質(zhì)的有機(jī)膜元件,從而確保截留性能和膜通量,超濾設(shè)備控制系統(tǒng)可根據(jù)用戶具體使用要求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì),結(jié)合*的控制軟件,現(xiàn)場(chǎng)在線集中監(jiān)控重要工藝操作參數(shù),避免人工誤操作,多方位確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
由于每根超濾組件在出廠前加入保護(hù)液,使用前要沖洗組件中的保護(hù)液,先用低壓(0.1MPa)給水沖洗1小時(shí),然后再用高壓(0.2MPa)給水沖洗1小時(shí),無(wú)論低壓還是高壓沖洗時(shí),系統(tǒng)的產(chǎn)水排放閥均應(yīng)全部打開(kāi)。在使用產(chǎn)水時(shí),應(yīng)檢查并確認(rèn)產(chǎn)品水中不含有任何殺菌劑。
超濾設(shè)備系統(tǒng)回收率高,所得產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良,可實(shí)現(xiàn)物料的高效分離、純化及高倍數(shù)濃縮。系統(tǒng)制作材質(zhì)采用衛(wèi)生級(jí)管閥,現(xiàn)場(chǎng)清潔衛(wèi)生,滿足GMP或FDA生產(chǎn)規(guī)范要求。系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)*,集成化程度高,結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積少,操作與維護(hù)簡(jiǎn)便,工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。
處理過(guò)程無(wú)相變,對(duì)物料中組成成分無(wú)任何不良影響,且分離、純化、濃縮過(guò)程中始終處于常溫狀態(tài),特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理,*避免了高溫對(duì)生物活性物質(zhì)破壞這一弊端,有效保留原物料體系中的生物活性物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分。
超濾組件要輕拿輕放,并注意保護(hù),由于超濾組件是精密器材,所以在使用安裝時(shí)要小心,要輕拿輕放,更不能甩壞。組件若停用,要先用清水沖洗干凈后,加0.5%甲醛水溶液進(jìn)行消毒滅菌,并密封好。如冬天組件還要進(jìn)行防凍處理,否則組件可能報(bào)廢。
超濾設(shè)備系統(tǒng)能耗低,生產(chǎn)周期短,與傳統(tǒng)工藝設(shè)備相比,設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低,能有效降低生產(chǎn)成本,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
超濾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便,成本低廉,不需增加任何化學(xué)試劑,尤其是超濾技術(shù)的實(shí)驗(yàn)條件溫和,與蒸發(fā)、冷凍干燥相比沒(méi)有相的變化,而且不引起溫度、pH的變化,因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。在生物大分子的制備技術(shù)中,超濾主要用于生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。超濾法也有一定的局限性,它不能直接得到干粉制劑。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液,一般只能得到10~50%的濃度。
分類
過(guò)濾膜根據(jù)所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同,可分為微孔過(guò)濾、超濾和反滲透三種。微孔過(guò)濾所用的操作壓通常小于2×10^5 Pa,膜的平均孔徑為500埃~14微米,用于分離較大的微粒、細(xì)菌和污染物等。超濾所用操作壓為1×10^5 Pa~6×10^5 Pa,膜的平均孔徑為10-100埃,用于分離大分子溶質(zhì)。反滲透所用的操作壓比超濾更大,常達(dá)到20×10^5 Pa~70×10^5 Pa,膜的平均孔徑小,一般為10埃以下,用于分離小分子溶質(zhì),如海水脫鹽,制高純水等。
應(yīng)用
超濾膜的小截留分子量為500道爾頓,在生物制藥中可用來(lái)分離蛋白質(zhì)、酶、核酸、多糖、多肽、抗生素、病毒等。超濾的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有相轉(zhuǎn)移,無(wú)需添加任何強(qiáng)烈化學(xué)物質(zhì),可以在低溫下操作,過(guò)濾速率較快,便于做無(wú)菌處理等。所有這些都能使分離操作簡(jiǎn)化,避免了生物活性物質(zhì)的活力損失和變性。
由于超濾技術(shù)有以上諸多優(yōu)點(diǎn),故常被用作:
(1)大分子物質(zhì)的脫鹽和濃縮,以及大分子物質(zhì)溶劑系統(tǒng)的交換平衡。
(2)大分子物質(zhì)的分級(jí)分離。
(3)生化制劑或其他制劑的去熱原處理。
超濾技術(shù)已成為制藥工業(yè)、食品工業(yè)、電子工業(yè)以及環(huán)境保護(hù)諸領(lǐng)域中*的有力工具。
濾膜
超濾技術(shù)的關(guān)鍵是膜。膜有各種不同的類型和規(guī)格,可根據(jù)工作的需要來(lái)選用。早期的膜是各向同性的均勻膜,即常用的微孔薄膜,其孔徑通常是0.05mm 和0.025mm。近幾年來(lái)生產(chǎn)了一些各向異性的不對(duì)稱超濾膜,其中一種各向異性擴(kuò)散膜是由一層非常薄的、具有一定孔徑的多孔"皮膚層"(厚約0.1mm~1.0mm),和一層相對(duì)厚得多的(約1mm)更易通滲的、作為支撐用的"海綿層"組成。皮膚層決定了膜的選擇性,而海綿層增加了機(jī)械強(qiáng)度。
由于皮膚層非常薄,因此高效、通透性好、流量大,且不易被溶質(zhì)阻塞而導(dǎo)致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物制成。近來(lái)為適應(yīng)制藥和食品工業(yè)上滅菌的需要,發(fā)展了非纖維型的各向膜,例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH 1~14都是穩(wěn)定的,且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩(wěn)定的,若使用恰當(dāng),能連續(xù)用1~2年。暫時(shí)不用,可浸在1%*或0.2%NaN3中保存。超濾膜的基本性能指標(biāo)主要有:水通量[cm3/(cm2?h)];截留率(以百分率%表示);化學(xué)物理穩(wěn)定性(包括機(jī)械強(qiáng)度)等。