膜分離技術(shù)在生物化工中的應(yīng)用

1、本文由lgg21st貢獻pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看?？萍夹畔⒏咝＠砜蒲芯磕し蛛x技術(shù)在生物化工中的應(yīng)用中南大學(xué)湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院劉軍[摘要]通過對分離技術(shù)中的膜分離技術(shù)的原理類型及特點作簡要的介紹說明了膜分離技術(shù)在生物化工技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化中的重要性并簡要敘述了膜分離技術(shù)在生物化工中的應(yīng)用.[關(guān)鍵詞]生物化工膜分離技術(shù)應(yīng)用膜分離技術(shù)被認為是21世紀最有前途“最有發(fā)展前景的重大高新技術(shù)之

2、一它在工業(yè)技術(shù)改造中起著戰(zhàn)略性作用“世.界上許多國家包括我國在內(nèi)都把膜分離技術(shù)及其應(yīng)用列為國家重點發(fā)展項目.膜分離技術(shù)對許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用.甚至有人預(yù)言“誰掌握了膜技術(shù)誰就掌握了化學(xué)工業(yè)的未來“.目前膜產(chǎn)品的世界年銷售額已經(jīng)超過100億美元而且年增長率在20%左右.膜分離技術(shù)作為一種新興的高效分離技術(shù)現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于化工環(huán)保電子輕工紡織石油食品醫(yī)藥生物技術(shù)能源工程等.國外有關(guān)專家甚至把膜分離技術(shù)的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命“

3、下面就膜分離技術(shù)的原理.特點及在生物化工中的應(yīng)用作簡要的敘述.1膜分離技術(shù)1.1膜分離原理膜分離是指用半透膜作為分離介質(zhì)借助于膜的選擇滲透性作用在能量濃度或化學(xué)位差的作用下對混合物中的不同組分進行分離提純.由于半透膜中濾膜孔徑大小不同可以允許某些組分透過膜層而其它組分被保留在混合物中以達到一定的分離效果.膜可以是固相液相或氣相膜的結(jié)構(gòu)可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的膜可以是中性的或帶電的但必須都具有選擇性通過物質(zhì)的特性.具體的工作原理可分為兩類:一

4、是根據(jù)混合物物質(zhì)的質(zhì)量體積大小和幾何形態(tài)的不同用過篩的方法將其分離二是根據(jù)混合物的不同化學(xué)性質(zhì)分離開物質(zhì).1.2膜分離技術(shù)的類型目前己經(jīng)深入研究和開發(fā)的膜分離技術(shù)有微濾超濾納濾反滲透滲析電滲析滲透汽化和氣體分離等.正在開發(fā)研究中新的膜過程有:膜蒸餾支撐液膜膜萃取膜生物反應(yīng)器控制釋放膜仿生膜生物膜無機膜膜電極膜分相膜控制釋放雙極膜以及LB膜等過程.1.3膜分離技術(shù)的特點膜分離技術(shù)作為一門新型的高效分離濃縮提純及凈化技術(shù)由于其多學(xué)科性特點膜

5、技術(shù)可應(yīng)用于大量的分離過程.各種膜過程具有不同的機理適用于不同的對象和要求.但有其共同的優(yōu)點:膜分離過程裝置比較簡單同時操作方便結(jié)構(gòu)緊湊維修費用低且方便易于自動控制膜分離過程一般不涉及相變無二次污染且能耗較低膜分離過程可以在室溫或低溫下操作適宜熱敏感物質(zhì)(酶藥物)的濃縮分離膜分離過程具有相當(dāng)大的選擇性適用對象廣泛可以分離肉眼看得見的顆粒也可以分離離子和氣體該過程可以在室溫下連續(xù)操作設(shè)備易于放大可以專一配膜選擇合適的膜從而得到較高的回收率

6、膜分離處理系統(tǒng)可以在密閉系統(tǒng)中循環(huán)進行因而可以防止外界的污染在過程中不用添加任何外來的化學(xué)物質(zhì)透過液可以循環(huán)使用從而降低了成本并可以減少環(huán)境污染.當(dāng)然膜分離過程也有自身的缺點如易濃差極化和膜污染膜壽命有限等而這些也正是需要我們克服或者需要解決的問題所在.正由于膜分離技術(shù)具有上述優(yōu)點是現(xiàn)代生物化工分離技術(shù)中一種效率較高的分離手段完全可以取代傳統(tǒng)的過濾吸附蒸發(fā)冷凝等分離技術(shù)所以膜分離技術(shù)在生物化工分離工程中起著很大的作用.2膜分離技術(shù)在生物

7、化工中的應(yīng)用2.1在生物化工產(chǎn)品分離提純中的應(yīng)用傳統(tǒng)的生物化工產(chǎn)品如氨基酸抗生素乳酸及低聚糖等的提取與精制通常采用離心沉淀吸附萃取離子交換和色譜等方法因此存在工藝過程復(fù)雜操除菌率高于98～99%濃縮倍數(shù)達25倍膜平均通量為80Lm2h當(dāng)加水量達到發(fā)酵液的0.1倍時谷氨酸收率達99.7%.在牛奶的除菌過濾中采用膜孔徑為115∧的微孔陶瓷膜脫除低脂牛奶中細m菌效率可達99.6%濾速達500L700Lm2h產(chǎn)品在低溫下的保存期由未處理前的68

8、天延長至1621天.～～在鮮啤酒生產(chǎn)過程中采用微濾膜常溫下處理用水及發(fā)酵液可有效去除水中的大腸桿菌和谷類雜菌有效去除發(fā)酵濃中的污染微生物和殘留的酵母菌.諸良銀等人采用孔徑為0.5∧陶瓷膜處理除m菌率達100%色截留率僅為3%.2.3在食品工業(yè)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)用于食品工業(yè)開始于20世紀60年代末首先是從乳品加工和啤酒的無菌過濾開始的隨后逐漸用于果汁飲料加工酒精類精制等方面.至今膜分離技術(shù)在食品加工中已得到廣泛應(yīng)用.主要用于以下幾個方面:

9、①利用膜分離技術(shù)對植物蛋白進行濃縮提純和分離.②利用膜分離技術(shù)加工乳制品.③利用膜分離技術(shù)對卵蛋白驚醒濃縮.④利用膜分離技術(shù)對動物血漿進行濃縮.⑤利用膜分離技術(shù)對明膠進行提純.⑥在含酒精飲料加工中的應(yīng)用.⑦在非酒精飲料加工中的應(yīng)用.⑧膜分離技術(shù)在處理淀粉廢水中的應(yīng)用.⑨膜分離技術(shù)在制糖工業(yè)中的應(yīng)用.膜分離技術(shù)在食用油加工中的應(yīng)用.膜分離技術(shù)在食品κβλβ添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用.膜分離技術(shù)用于食品加工有很多優(yōu)點:與傳統(tǒng)方法相比不會因加熱而產(chǎn)生

10、色營養(yǎng)成分等質(zhì)量指標(biāo)的惡化節(jié)省能源香設(shè)備占地面積小更重要的是由于分離膜性能的提高能在很高精度水平下分離各種成分.2.4在生物技術(shù)中的應(yīng)用在生物技術(shù)方面膜技術(shù)也有各種應(yīng)用其中應(yīng)用最廣泛的是微濾和超濾技術(shù).例如:從植物或動物組織萃取液中進行酶的精制從發(fā)酵液或反應(yīng)液中進行產(chǎn)物的分離濃縮等.膜技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)加水分解或糖液生產(chǎn)有助于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品的收率和降低成本.由于應(yīng)用分離膜可以在室溫下進行物理化學(xué)分離所以它特別適合于熱敏性生物物質(zhì)的分

11、離.可以想象膜分離技術(shù)在生物技術(shù)方面將會得到越來越廣泛的應(yīng)用.2.5在醫(yī)藥工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備方面的應(yīng)用膜分離技術(shù)在這方面的應(yīng)用已經(jīng)有30多年的歷史現(xiàn)在微濾超濾反滲透和滲透等膜技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用.在制藥工業(yè)中膜技術(shù)主要用于:①利用微濾技術(shù)進行藥物澄清②利用超濾和反滲透技術(shù)進行藥液精制和濃縮③利用分滲透技術(shù)制備滅菌水除熱原水和注射水等④滲析技術(shù)在醫(yī)藥科學(xué)中的典型應(yīng)用是人工模擬腎臟進行血液的透析分離⑤利用親合膜技術(shù)通過在膜

12、上固載特定的功能配位鍵.在醫(yī)療設(shè)備方面除了用于藥物控制釋放的膜技術(shù)外膜式人工肺人工腎也都應(yīng)用了膜分離技術(shù).隨著新的膜材料的出現(xiàn)以及膜成本的降低膜技術(shù)將會在醫(yī)藥和醫(yī)院中起到更重要的作用.2.6在環(huán)境工程中的應(yīng)用隨著工業(yè)的進一步發(fā)展水源和大氣被污染更加嚴重這就要求人們提高對它們進行處理凈化的能力因此膜分離技術(shù)在環(huán)境工程中的地位越來越突出.應(yīng)用膜分離技術(shù)來處理工業(yè)廢水廢氣已經(jīng)被證明是卓有成效的在不少廢水處理中膜分離技術(shù)能實現(xiàn)閉路循環(huán)在消除污染

13、的同時變廢為寶取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益.除了微濾超濾反滲透電滲析的過程外滲透汽化的其他膜技術(shù)也將在21世紀的環(huán)境工程中發(fā)揮極其重要的作用.3膜分離技術(shù)在生物化工應(yīng)用中存在的問題膜分離技術(shù)具有許多優(yōu)點是一種較理想的分離手段但在應(yīng)用中還存在一定的問題.與色譜法比較分離精度不高同時多組分分離做不到在操作過程中膜面易受污染形成附著層使膜的性能降低降低膜的透水率形成濃差極化現(xiàn)象.為了減少濃差極化常采用錯流流程即過濾液主體水平流過膜面而過濾液