膜过滤技术及其应用范围介绍

膜过滤技术及其应用范围介绍

北京陶普森膜应用工程技术有限公司孙永杰

过滤是分离液体中固体性颗粒的常用方法之一。我们熟悉的土壤就是一个天然过滤器，池塘、湖泊和河流中的地表水在通过不同类型的土壤之后，渗透聚积成相对洁净的地下水，土壤让水透过的时候截留了其它成分，如颗粒物和污染物等，而渗透到深处的地下水得到了净化。

过滤是实验室常用的物料分离技术。从筛网、滤纸到膜滤器等技术手段的延伸、发展，促进了产品提纯技术的提高，净化效果明显，分离精度大大提高。在能量消耗，过滤效果和操作简便方面，相比于传统的分离方法如蒸馏或结晶，膜过滤技术的表现优于其他分离过程。在许多分离领域，膜过滤克服了传统技术局限性，尤其对生化或药物的加工应用过程，膜技术的应用提高了产品品质和收率，因为其中的蛋白质和有效成分大多是热敏感的。因膜过滤为物理过滤方式，膜材质稳定性强，经验证的实验室过滤工艺，很容易被放大和改进，更易成功应用到实际的大规模生产中。

在生物和制药技术行业的许多领域，包括食品和饮料行业，生物技术和饮用水处理行业，都普遍使用过滤膜用于过滤。

过滤膜的工作原理：膜过滤器的原理类似于上面提到的地下水渗透过程，人工制备的膜相当于地表土层，待过滤的溶液中一部分的小分子物质可以通过薄膜的微孔，其渗透性取决于孔的大小。比滤膜孔更小的颗粒可透过滤膜，而比滤膜孔大的颗粒就被截留下来。

一般情况下，膜的孔径决定了应用，根据孔径的大小，将不同的过滤膜技术分为四类：微滤，超滤和纳滤以及反渗透。

1. 微滤膜技术

过滤膜的孔径一般在5μm和0.1μm之间。在微生物实验中经常被使用孔径为0.1μm至0.2μm的膜，可以分离出酵母菌和细菌，是一种温和快速的杀菌方法。在工业化生产上，这种滤膜技术通常为过滤器的滤芯，广泛应用在医药，食品和饮料工业生产线中。例如，生物制药厂用于生物反应器中微生物生长阶段之后的“收获”和细菌菌体的分离，废水处理或浑浊液的油水分离等。

2. 超滤膜技术

超滤技术常常用于大分子的浓缩和脱水，超滤膜过滤“孔径”在0.1μm和0.01μm之间。由于该技术主要用于分离或浓缩蛋白质分子，所以膜的过滤孔径被定义为“分子量切断”(MWCO)或“标称分子量切断”(NMWC)，单位为道尔顿(质量单位，等于一氧原子的1/16)。MWCO值表示可被膜截留的球状分子的小分子量。为了安全起见，应总是选择MWCO值至少比要分离的大分子的分子量高20%。这种膜过滤技术的应用操作压力，通常在2-10巴之间。

3.纳滤技术

是纳米级过滤技术的简称，纳米级过滤的膜过滤器，其孔径小于0.005μm，可截留更小的有机分子和大部分盐类物质，以及重金属离子等。陶普森纳米级过滤需要更高的外部压力，过滤压力一般在10-80巴之间。

纳米级过滤膜技术主要用于制药和生物技术工业中处理可回收物质，并可应用于污水处理中的污染物截留。中国政府加大环境治理力度，严格控制工业排污，如何有效进行污水处理和回收有用物料成为生产企业的重要课题，陶普森公司提供的纳米级过滤膜产品可以帮助您解决这些难题。

实际应用中，膜过滤器“串联”起来使用的效果更好。具有不同孔径的膜过滤器可用于分离不同尺寸的粒子分离。例如预过滤器可以用来分离胶体、淤泥和悬浮颗粒，后续过滤过程中，膜过滤器的孔径可以逐渐减小，可获得所需的溶液纯度或不同大小的分子级。

膜过滤工艺简便且效果明显，不仅用过滤器进行消毒或浓缩，还可用于一些溶剂和缓冲液的日常精细过滤。许多分析仪器如HPLC 或UHPLC系统，需要使用极其清洁和无颗粒的溶液，以防止毛细管堵塞和敏感的高孔隙吸附剂失活。因此，对于今天高科技的分析技术和仪器来说，可靠的纳米过滤膜是不可忽视和非常重要的。

4.反渗透膜技术

我们知道，“渗透”通常是指水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动、透过的过程。这是因为浓溶液侧的渗透压低于稀溶液一侧的缘故，浓溶液一侧随着水的不断流入而被逐渐稀释。当稀溶液中的水向浓溶液流动而产生的压力（势能高）足够用来阻止水继续净流入时，渗透处于平衡状态，即达到动态平衡。当在浓溶液液上外加压力，且该压力大于渗透压时，则浓溶液中的水就会克服渗透压而通过半透膜反流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程就是渗

透的相反过程，称为反渗透。我们制备的这样的膜就是反渗透膜。

反渗透的分离技术是当代先进的水脱盐技术。反渗透膜分离技术是利用反渗透膜原理进行分离净化水中的盐类物质的，具体特点如下：

◇在常温不发生相变的条件下，利用低压作为膜分离动力对溶质和水进行分离。

◇反渗透膜分离技术去除杂质范围广。

◇较高的脱盐率和水回用率，可截留粒径几个纳米以上的溶质。过滤需要更高的外部压力，过滤压力一般在40-150巴之间。