反滲透過程主要是根據溶液的溶解、擴散原理,以壓力差為推動力的膜分離過程。它與自然的滲透過程剛好相反。滲透和反滲透均是通過半透膜來完成的。在濃溶液一側,當施加壓力高于自然滲透壓力時,就會迫使溶液中溶劑反向透過膜層,流向稀溶液一側,從而達到分離提純的目的。反滲透過程主要應用于低分子量組分的濃縮,如氨基酸濃縮(甘氨酸HGB 3075—79)、乙醇濃縮(GB 679-65)等。其滲透壓的大小與膜的種類無關,而與溶液的性質有關。
4.4 納濾
納濾也是根據吸附、擴散原理,以壓力差為推動力的膜分離過程。它除了有本身的工作原理外,還具有反滲透和超濾的工作原理。納濾又可以稱為低壓反滲透,是一種新型的膜分離技術,這種膜過程,拓寬了液相膜分離的應用,分離性能介于超濾和反滲透之間,其截斷分子量約為200~2000。納米膜屬于復合膜,允許一些無機鹽和某些溶劑透過膜。納濾過程所需壓力比反滲透低得多,具有節約動力的優點。它能截斷易透過超濾膜的那部分溶質,同時又可能被反滲透膜所截斷的溶質透過,其特有功能是反滲透和超濾無法取代的。納濾膜具有良好的熱穩定性、pH 穩定性和對有機溶劑的穩定性,因此現已廣泛應用于各個工業領域,尤其是醫藥、生物化工行業的分離提純過程。納濾膜是現今最先進的膜分離技術。微濾、超濾、反滲透、納濾4種分離技術沒有太明顯的分界線,均是以壓力作為推動力,被截斷的溶質的
直徑大小在某些范圍內相互重疊。
4.5 電滲析
電滲析是以電位差為推動力,在直流電作用下利用離子交換膜的選擇透過性,把電解質從溶液中分離出來,從而實現溶液的淡化、精制或純化目的。
4.6 液膜
液膜是懸浮在液體中的一層乳液微粒,形成液相膜。依據溶解、擴散原理,通過這層液相膜可以將兩個組成不同而又互溶的溶液分開,并通過滲透的現象起到分離、提純的效果,它克服了固體膜存在的選擇性低和通量小的特點。液膜一般由溶劑、表面活性劑和添加劑構成。按其構型和操作方式分為乳化液膜(Liq—uid surfactant membranes)和支撐液膜(Supportediquid m embranes)。
5 膜分離技術在生物化工應用中存在的問題
膜分離技術具有許多優點,是一種較理想的分離手段,但在應用中還存在一定的問題。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,而過濾液是垂直通過膜面。此外,在膜分離技術中容易遇到膜污染問題,即膜的透水量隨運行時間延長而下降。因此需采用一定的方法對膜面或膜內的污染物進行清洗,以使透水量得到提高。常甩清洗方法是高流速水清洗和用化學清洗劑對膜進行清洗。膜分離雖然原理簡單,在生物化工領域廣泛應用,但由于生物化工產品種類繁多、性質各異,對膜分離會產生不同的影響,如吸附會使膜孔堵塞等,所以要想很好地利用膜分離技術,必須針對具體過程研究開發各種防止膜性能降低的裝置并探討有效的操作方法。
6 膜分離技術在生物化工中的應用進展
由于膜分離技術具有防止熱敏性物質失活、效率高等優點,所以在生物化工中應用極為廣泛。可以采用超濾或反滲透除去醫藥用水中的熱源。在氨基酸生產工藝中,使用超濾法可以除菌或去熱源。也可以采用超濾技術將粗酶液進行處理,使低分子和鹽類與水一起從膜孔滲除,從而濃縮和精制酶。另外膜分離技術還可以應用于低分子量發酵產品的分離與濃縮,還可以利用膜制作不同類型的膜反應器等。膜分離技術具有分離效率高、節能、設備簡單、適合生物產品處理等優點,受到了廣泛關注,在分離方面提供了許多可行之處,帶來了方便。隨著研究的不斷深入,其應用范圍將會越來越廣泛。在膜分離技術應用方面最主要的障礙就是膜分離性能的降低。如果能將該問題解決,則膜分離技術將在生物化工領域中起到更大的作用,在國民經濟中發揮更大的作用,在人類社會的發展史上起到不可代替的作用。