藥物膜分離技術(shù)-典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用（制藥技術(shù)課件）

膜分離技術(shù)--超濾超濾—膜分離技術(shù)大綱1.超濾和超濾膜的特點2.超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域超濾—膜分離技術(shù)超濾技術(shù)始于1861年，其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，約5～10nm，在0.1～0.5MPa的靜壓差推動下，截留各種可溶性大分子。

如：多糖、蛋白質(zhì)、酶等大分子及膠體，形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。1.超濾和超濾膜的特點超濾—膜分離技術(shù)超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜，分離截留的原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸和形狀決定膜的分離效率。1.超濾和超濾膜的特點超濾—膜分離技術(shù)

超濾膜均為不對稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。1.超濾和超濾膜的特點平板式卷式管式中空纖維狀超濾—膜分離技術(shù)

超濾膜均為不對稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)組成。(1)最上層的表面活性層，致密而光滑；(2)中間的過渡層；(3)最下面的支撐層，支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。膜的分離性能主要取決于表面活性層和過度層。1.超濾和超濾膜的特點平板式超濾—膜分離技術(shù)中空纖維狀超濾膜的外徑為0.5～2納米。直徑小，強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi)表面積很大，能有效提高滲透通量。中空纖維管壁上布滿微孔，孔徑以能截留物質(zhì)的分子量表達(dá)，截留分子量可達(dá)幾千至幾十萬。1.超濾和超濾膜的特點超濾—膜分離技術(shù)制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于pH=3-8，三醋酸纖維素超濾膜適用于pH=2-9，芳香聚酰胺超濾膜適用于pH=5-9，溫度0-40℃，而聚醚砜超濾膜的使用溫度則可超過100℃。1.超濾和超濾膜的特點超濾—膜分離技術(shù)

超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為反滲透預(yù)處理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水的處理等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。

是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一，它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。2.超濾膜技術(shù)應(yīng)用超濾—膜分離技術(shù)

超濾技術(shù)在制藥工業(yè)中的主要應(yīng)用：（1）純水的制備。超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、病毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無菌水等。（2）處理熱敏性物質(zhì)。分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。2.超濾膜技術(shù)應(yīng)用膜分離技術(shù)--反滲透反滲透—膜分離技術(shù)大綱1.反滲透原理及反滲透膜的特點2.反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域反滲透—膜分離技術(shù)1.反滲透原理滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。如：海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水制備、廢水處理等方面。（一）反滲透原理及反滲透膜的特點反滲透膜示意圖反滲透—膜分離技術(shù)1.反滲透原理滲透和反滲透的原理如圖所示:如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會自然地透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透（如圖a）。這一過程的推動力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。（一）反滲透原理及反滲透膜的特點滲透與反滲透原理示意圖反滲透—膜分離技術(shù)1.反滲透原理隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至H時，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓（圖b）。滲透過程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。（一）反滲透原理及反滲透膜的特點滲透與反滲透原理示意圖反滲透—膜分離技術(shù)1.反滲透原理如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)，與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水，將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為反滲透（圖c）。（一）反滲透原理及反滲透膜的特點滲透與反滲透原理示意圖反滲透—膜分離技術(shù)2.反滲透膜的特點反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于500，操作壓力為2-100MPa。用于實施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對稱膜，孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。

（一）反滲透原理及反滲透膜的特點滲透與反滲透原理示意圖反滲透—膜分離技術(shù)2.反滲透膜的特點

制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚等。

反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭論，主要有氫鍵理論、選擇吸附-毛細(xì)管流動理論、溶解擴(kuò)散理論等。（一）反滲透原理及反滲透膜的特點滲透與反滲透原理示意圖反滲透—膜分離技術(shù)2.反滲透膜的特點反滲透與超濾、微孔過濾的比較。如表所示。反滲透、超濾和微孔過濾都是以壓力差為推動力，使溶劑通過膜的分離過程，它們組成了分離溶液中的離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程。（一）反滲透原理及反滲透膜的特點反滲透、超濾和微濾技術(shù)的原理與操作特點比較反滲透—膜分離技術(shù)2.反滲透膜的特點

一般來說，分離溶液中分子量低于500的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于500的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑0.1-10微米的粒子應(yīng)該選微孔膜。（一）反滲透原理及反滲透膜的特點反滲透膜反滲透—膜分離技術(shù)（1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水的制備、家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)等；（2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等；（3）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用廢液中有用的物質(zhì)等。（二）反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域反滲透示意圖膜分離技術(shù)--納濾納濾—膜分離技術(shù)大綱1.納濾概念及特點2.納濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域納濾—膜分離技術(shù)1.納濾技術(shù)原理納濾膜是上世紀(jì)八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。

目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨立的分離技術(shù)。

納濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱為“納濾”。（一）納濾原理及納濾膜的特點納濾膜示意圖納濾—膜分離技術(shù)1.納濾概念納濾膜的表層比反滲透膜的表層要疏松，但比超濾膜致密。因此制備納濾膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級的表層孔。（一）納濾概念及特點納濾膜示意圖納濾—膜分離技術(shù)2.納濾技術(shù)特點

納濾膜主要用于截留粒徑在0.1到1nm，分子量為1000左右的物質(zhì)，可以使一價鹽和小分子物質(zhì)透過，具有較小的操作壓。納濾膜被分離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。（一）納濾概念及特點納濾膜示意圖納濾—膜分離技術(shù)2.納濾技術(shù)特點納濾填補了超濾與反滲透之間的空白,它能截留透過超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物,透析被反滲透膜所截留的無機(jī)鹽。而且，納濾膜對不同價態(tài)離子的截留效果不同,對單價離子的截留率低，對二價及多價離子的截留率明顯高于單價離子。（一）納濾概念及特點石墨烯納米篩/碳納米管納濾膜選擇性分離示意圖納濾—膜分離技術(shù)目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。（一）納濾概念及特點納濾膜技術(shù)納濾—膜分離技術(shù)（1）納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于海水及苦咸水的淡化方面。由于該技術(shù)對低價離子與高價離子的分離特性良好，因此在硬度高、有機(jī)物含量高、濁度低的原水處理及高純水制備中，頗受矚目；（2）在醫(yī)藥行業(yè)可用于氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收等方面。（二）納濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域膜分離技術(shù)--電滲析電滲析—膜分離技術(shù)大綱1.電滲析和電滲析膜的特點2.電滲析膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域電滲析—膜分離技術(shù)1.電滲析

在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽兩個電極，并施加電場，則溶液中的陽離子將移向陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為電泳。

如果在陰、陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會選擇性地通過膜，這一過程就稱為電滲析。（一）電滲析和電滲析膜的特點電滲析示意圖電滲析—膜分離技術(shù)1.電滲析電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉等。（一）電滲析和電滲析膜的特點電滲析示意圖電滲析—膜分離技術(shù)1.電滲析

電滲析裝置是由許多只允許陽離子通過的陽離子交換膜K和只允許陰離子通過的陰離子交換膜A組成的這兩種交換膜交替地平行排列在兩正負(fù)電極板之間。

最初，在所有隔室內(nèi)，陽離子與陰離子的濃度都均勻一致，且成電的平衡狀態(tài)。如圖所示。（一）電滲析和電滲析膜的特點電滲析過程原理圖電滲析—膜分離技術(shù)1.電滲析特點

（1）優(yōu)點：能量消耗少；藥劑耗量少，環(huán)境污染??；設(shè)備簡單操作方便；設(shè)備規(guī)模和脫鹽濃度范圍的適應(yīng)性大。（一）電滲析和電滲析膜的特點電滲析技術(shù)電滲析—膜分離技術(shù)1.電滲析特點

（2）缺點①對解離度小的鹽類及不解離的物質(zhì)難以去除掉；②對碳酸根的遷移率較小；③組裝技術(shù)要求比較高，往往會因為組裝不好而影響配水的均勻性；④易產(chǎn)生極化結(jié)垢和中性擾亂現(xiàn)象；⑤電滲析器本身的耗水量比較大；⑥電滲析水處理對原水凈化處理要求較高，需增加精過濾設(shè)備（一）電滲析和電滲析膜的特點電滲析過程原理圖電滲析—膜分離技術(shù)（1）自電滲析技術(shù)問世后，其在苦咸水淡化，飲用水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢。（2）用于中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲析一般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合物和高分子化合物三部分。（二）電滲析膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域電滲析—膜分離技術(shù)（3）電滲析與反滲透、納濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的高純水制備中扮演重要角色。（二）電滲析膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域膜分離技術(shù)--微孔過濾微孔過濾—膜分離技術(shù)大綱1.微孔過濾概念及特點2.微孔過濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域微孔過濾—膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)最重要的組成部分是膜。膜是具有選擇性分離功能的材料。膜分離即是利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮。

膜的孔徑一般為微米級，依據(jù)其孔徑的不同（或稱為截留分子量），可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜?？讖讲煌?，其分離截留的目標(biāo)產(chǎn)物也不同。（一）微孔過濾原理及微孔過濾膜的特點各種膜分離示意圖微孔過濾—膜分離技術(shù)1.微孔過濾概念微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以靜壓差為推動力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程。實施微孔過濾的膜稱為微孔膜。微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在90-150m左右，過濾粒徑在0.025-10微米之間，操作壓在0.01-0.2MPa。（一）微孔過濾概念及特點微孔過濾微孔過濾—膜分離技術(shù)2.微孔過濾技術(shù)特點微孔膜的主要優(yōu)點：（1）孔徑均勻，過濾精度高；（2）孔隙大，流速快。由于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍；無吸附或少吸附；（3）無介質(zhì)脫落。（4）微孔膜為均一的高分子材料，過濾時沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。（一）微孔過濾概念及特點微孔過濾—膜分離技術(shù)2.微孔過濾技術(shù)特點微孔膜的缺點：（1）顆粒容量較小，易被堵塞；（2）使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。（一）微孔過濾概念及特點微孔過濾—膜分離技術(shù)微粒和細(xì)菌的過濾。

可用于水的高度凈化、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等；

微粒和細(xì)菌的檢測。微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測定；氣體、