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超滤
作者:江苏之镒环保 发布日期2019-06-03 16:52
  超滤

超滤
 
  产品介绍
 
  超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的,膜孔径在20-1000A°之间。中空纤维超滤器(膜)具有单位容器内充填密度高,占地面积小等优点。
 
  在超滤过程中,水溶液在压力推动下,流经膜表面,小于膜孔的溶剂(水)及小分子溶质透水膜,成为净化液(滤清液),比膜孔大的溶质及溶质集团被截留,随水流排出,成为浓缩液。超滤过程为动态过滤,分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积,超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡,且通过清洗可以恢复。
 
  超滤是一种加压膜分离技术,即在一定的压力下,使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的的薄膜,而使大分子溶质不能透过,留在膜的一边,从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的 [1]  。
 
  超滤起源于是1748年,Schmidt用棉花胶膜或璐膜分滤溶液,当施加一定压力时,溶液(水)透过膜,而蛋白质、胶体等物质则被截留下来,其过滤精度远远超过滤纸,于是他提出超滤一语,1896年,Martin制出了张人工超滤膜,其20世纪60年代,分子量级概念的提出,是现代超滤的开始,70年代和80年代是高速发展期,90年代以后开始趋于成熟。我国对该项技术研究较晚,70年代尚处于研究期限,80年代末,才进入工业化生产和应用阶段。
 
  超滤装置如同反渗透装置,有板式、管式(内压列管式和外压管束式)、卷式、中空纤维式等形式。浓差极化乃是膜分离过程的自然现象,如何将此现象减轻到程度,是超滤技术的重要课题之一。采取的措施有:①提高膜面水流速度,以减小边界层厚度,并使被截留的溶质及时由水带走;②采取物理或化学的洗涤措施。
 
  原理
 
  超滤是一种加压膜分离技术,即在一定的压力下,使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的的薄膜,而使大分子溶质不能透过,留在膜的一边,从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤原理也是一种膜分离过程原理,超滤利用一种压力活性膜,在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3x10000—1x10000的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时,水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜,而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留,从而使水得到净化。也就是说,当水通过超滤膜后,可将水中含有的大部分胶体硅除去,同时可去除大量的有机物等。
 
  超滤原理并不复杂。在超滤过程中,由于被截留的杂质在膜表面上不断积累,会产生浓差极化现象,当膜面溶质浓度达到某一极即生成凝胶层,使膜的透水量急剧下降,这使得超滤的应用受到一定程度的限制。为此,需通过试验进行研究,以确定的工艺和运行条件,限度地减轻浓差极化的影响,使超滤成为一种可靠的反渗透预处理方法。
 
  超滤是一种膜分离技术,(UItrafil-tration 简称UF)。能够将溶液净化,分离或者浓缩。超滤是介于微滤与纳滤之间,且三者之间无明显的分界线。一般来说,超滤膜的孔径在0。05 um–1 nm之间,操作压力为0。1–0。5 Mpa。主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。超滤膜根据膜材料,可分为有机膜和无机膜。按膜的外型,又可分为:平板式、管式、毛细管式、中空纤维和多孔式。目前家用超滤净水器,多以中空膜为主。
 
  超滤膜的工作以筛分机理为主,以工作压力和膜的孔径大小来进行水的净化处理。以中空纤维为例,以进水方式可分为外压式:原水从膜丝外进入,净水从膜丝内制取。反之则为内压式。内压式的工作压力较外压式要低。超滤膜在饮用水深度处理,工业用超纯水和溶液浓缩分离等许多领域中,得到了广泛应用。
 
  优缺点
 
  超滤膜元件采用世界膜公司产品,确保了客户得到目前世界上质的有机膜元件,从而确保截留性能和膜通量,超滤设备控制系统可根据用户具体使用要求进行个性化设计,结合先进的控制软件,现场在线集中监控重要工艺操作参数,避免人工误操作,多方位确保系统长期稳定运行。
 
  由于每根超滤组件在出厂前加入保护液,使用前要冲洗组件中的保护液,先用低压(0.1MPa)给水冲洗1小时,然后再用高压(0.2MPa)给水冲洗1小时,无论低压还是高压冲洗时,系统的产水排放阀均应全部打开。在使用产水时,应检查并确认产品水中不含有任何杀菌剂。
 
  超滤设备系统回收率高,所得产品品质优良,可实现物料的高效分离、纯化及高倍数浓缩。系统制作材质采用卫生级管阀,现场清洁卫生,满足GMP或FDA生产规范要求。系统工艺设计先进,集成化程度高,结构紧凑,占地面积少,操作与维护简便,工人劳动强度低。
 
  处理过程无相变,对物料中组成成分无任何不良影响,且分离、纯化、浓缩过程中始终处于常温状态,特别适用于热敏性物质的处理,完全避免了高温对生物活性物质破坏这一弊端,有效保留原物料体系中的生物活性物质及营养成分。
 
  超滤组件要轻拿轻放,并注意保护,由于超滤组件是精密器材,所以在使用安装时要小心,要轻拿轻放,更不能甩坏。组件若停用,要先用清水冲洗干净后,加0.5%甲醛水溶液进行消毒灭菌,并密封好。如冬天组件还要进行防冻处理,否则组件可能报废。
 
  超滤设备系统能耗低,生产周期短,与传统工艺设备相比,设备运行费用低,能有效降低生产成本,提高企业经济效益。
 
  超滤技术的优点是操作简便,成本低廉,不需增加任何化学试剂,尤其是超滤技术的实验条件温和,与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化,而且不引起温度、pH的变化,因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。在生物大分子的制备技术中,超滤主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。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。
 
  分类
 
  过滤膜根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径的不同,可分为微孔过滤、超滤和反渗透三种。微孔过滤所用的操作压通常小于2×10^5 Pa,膜的平均孔径为500埃~14微米,用于分离较大的微粒、细菌和污染物等。超滤所用操作压为1×10^5 Pa~6×10^5 Pa,膜的平均孔径为10-100埃,用于分离大分子溶质。反渗透所用的操作压比超滤更大,常达到20×10^5 Pa~70×10^5 Pa,膜的平均孔径小,一般为10埃以下,用于分离小分子溶质,如海水脱盐,制高纯水等。
 
  应用
 
  超滤膜的小截留分子量为500道尔顿,在生物制药中可用来分离蛋白质、酶、核酸、多糖、多肽、抗生素、病毒等。超滤的优点是没有相转移,无需添加任何强烈化学物质,可以在低温下操作,过滤速率较快,便于做无菌处理等。所有这些都能使分离操作简化,避免了生物活性物质的活力损失和变性。
 
  由于超滤技术有以上诸多优点,故常被用作:
 
  (1)大分子物质的脱盐和浓缩,以及大分子物质溶剂系统的交换平衡。
 
  (2)大分子物质的分级分离。
 
  (3)生化制剂或其他制剂的去热原处理。
 
  超滤技术已成为制药工业、食品工业、电子工业以及环境保护诸领域中不可缺少的有力工具。
 
  滤膜
 
  超滤技术的关键是膜。膜有各种不同的类型和规格,可根据工作的需要来选用。早期的膜是各向同性的均匀膜,即常用的微孔薄膜,其孔径通常是0.05mm 和0.025mm。近几年来生产了一些各向异性的不对称超滤膜,其中一种各向异性扩散膜是由一层非常薄的、具有一定孔径的多孔"皮肤层"(厚约0.1mm~1.0mm),和一层相对厚得多的(约1mm)更易通渗的、作为支撑用的"海绵层"组成。皮肤层决定了膜的选择性,而海绵层增加了机械强度。
 
  由于皮肤层非常薄,因此高效、通透性好、流量大,且不易被溶质阻塞而导致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纤维或硝酸纤维或此二者的混合物制成。近来为适应制药和食品工业上灭菌的需要,发展了非纤维型的各向膜,例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。这种膜在pH 1~14都是稳定的,且能在90℃下正常工作。超滤膜通常是比较稳定的,若使用恰当,能连续用1~2年。暂时不用,可浸在1%甲醛溶液或0。2%NaN3中保存。超滤膜的基本性能指标主要有:水通量[cm3/(cm2?h)];截留率(以百分率%表示);化学物理稳定性(包括机械强度)等。

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