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【在线与过程分析】超滤原理和优缺点

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2018-03-13 09:37
来源:互联网
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  超滤(Ultrafiltration)技术是一种膜滤法,也有错流过滤(Cross Filtration)之称。它能从周围含有微粒的介质中分离出10~100A的微粒,这个尺寸范围内的微粒,通常是指液体内的溶质。其基本原理是在常温下以一定压力和流量,利用不对称微孔结构和半透膜介质,依靠膜两侧的压力差作为推动力,以错流方式进行过滤,使溶剂及小分子物质通过,大分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被滤膜阻留,从而达到分离、分级、纯化、浓缩目的的一种新型膜分离技术。

  超滤技术的优缺点

  与传统分离方法相比,超滤技术具有以下特点:

  1. 滤过程是在常温下进行,条件温和无成分破坏,因而特别适宜对热敏感的物质,如药物、酶、果汁等的分离、分级、浓缩与富集。

  2. 滤过程不发生相变化,无需加热,能耗低,无需添加化学试剂,无污染,是一种节能环保的分离技术。

  3. 超滤技术分离效率高,对稀溶液中的微量成分的回收、低浓度溶液的浓缩均非常有效。

  4. 超滤过程仅采用压力作为膜分离的动力,因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。

  5. 超滤法也有一定的局限性,它不能直接得到干粉制剂。对于蛋白质溶液,一般只能得到10~50%的浓度。

  超滤装置是在一个密闭的容器中进行,以压缩空气为动力,推动容器内的活塞前进,使样液形成内压,容器底部设有坚固的膜板。小于膜板孔径直径的小分子,受压力的作用被挤出膜板外,大分子被截留在膜板之上。超滤开始时,由于溶质分子均匀地分布在溶液中,超滤的速度比较快。但是,随着小分子的不断排出,大分子被截留堆积在膜表面,浓度越来越高, 自下而上形成浓度梯度,这日才超滤速度就会逐渐减慢,这种现象称为浓度极化现象。为了克服浓度极化现象,增加流速,设计了几种超滤装置:

  1. 无搅拌式超滤

  这种装置比较简单,只是在密闭的容器中施加一定压力,使小分子和溶剂分子挤压出膜外,无搅拌装置浓度极化较为严重,只适合于浓度较稀的小量超滤。

  2. 搅拌式超滤

  搅拌式超滤是将超滤装置位于电磁搅拌器之上,超滤容器内放人一支磁棒。在超滤时向容器内施加压力的同时开动磁力搅拌器,小分子溶质和溶剂分子被排出膜外,大分子向滤膜表面堆积时,被电磁搅拌器分散到溶液中。这种方法不容易产生浓度极化现象,提高了超滤的速度。

  4. 中空纤维超滤

  由于膜板式超滤装置,截留面积有限,中空纤维超滤是在一支空心柱内装有许多的,中空纤维毛细管,两端相通,管的内径一般在0.2mm左右,有效面积可以达到1平方厘米每一根纤维毛细管像一个微型透析袋,极大地增大了渗透的表面积,提高了超滤的速度。

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