超濾
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概述
超濾是以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)之一。以大分子與小分子分離為目的，膜孔徑在20－1000A°之間。中空纖維超濾器（膜）具有單位溶器內(nèi)充填密度高，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。
在超濾過(guò)程中，水深液在壓力推動(dòng)下，流經(jīng)膜表面，小于膜孔的深劑（水）及小分子溶質(zhì)透水膜，成為凈化液（濾清液），比膜孔大的溶質(zhì)及溶質(zhì)集團(tuán)被截留，隨水流排出，成為深縮液。超濾過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)濾，分離是在流動(dòng)狀態(tài)下完成的。溶質(zhì)僅在膜表面有限沉積，超濾速率衰減到一定程度而趨于平衡，且通過(guò)清洗可以恢復(fù)。
超濾起源于是1748年，Schmidt用棉花膠膜或璐膜分濾溶液，當(dāng)施加一定壓力時(shí)，溶液（水）透過(guò)膜，而蛋白質(zhì)、膠體等物質(zhì)則被截留下來(lái)，其過(guò)濾精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)濾紙，于是他提出超濾一語(yǔ)，1896年，Martin制出了第一張人工超濾膜，其20世紀(jì)60年代，分子量級(jí)概念的提出，是現(xiàn)代超濾的開(kāi)始，70年代和80年代是高速發(fā)展期，90年代以后開(kāi)始趨于成熟。我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究較晚，70年代尚處于研究期限，80年代末，才進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用階段。
超濾裝置如同反滲透裝置，有板式、管式（內(nèi)壓列管式和外壓管束式）、卷式、中空纖維式等形式。濃差極化乃是膜分離過(guò)程的自然現(xiàn)象，如何將此現(xiàn)象減輕到最低程度，是超濾技術(shù)的重要課題之一。目前采取的措施有：①提高膜面水流速度，以減小邊界層厚度，并使被截留的溶質(zhì)及時(shí)由水帶走；②采取物理或化學(xué)的洗滌措施。
原理
超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過(guò)一定孔徑的特制的薄膜，而使大分子溶質(zhì)不能透過(guò)，留在膜的一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過(guò)程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動(dòng)力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對(duì)較高的物質(zhì),而水和小的溶質(zhì)顆粒透過(guò)膜的分離過(guò)程。通過(guò)膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質(zhì)。當(dāng)被處理水借助于外界壓力的作用以一定的流速通過(guò)膜表面時(shí)，水分子和分子量小于300—500的溶質(zhì)透過(guò)膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于篩分作用被截留，從而使水得到凈化。也就是說(shuō)，當(dāng)水通過(guò)超濾膜后，可將水中含有的大部分膠體硅除去，同時(shí)可去除大量的有機(jī)物等。
超濾原理并不復(fù)雜。在超濾過(guò)程中，由于被截留的雜質(zhì)在膜表面上不斷積累，會(huì)產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，當(dāng)膜面溶質(zhì)濃度達(dá)到某一極限時(shí)即生成凝膠層，使膜的透水量急劇下降，這使得超濾的應(yīng)用受到一定程度的限制。為此，需通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究，以確定最佳的工藝和運(yùn)行條件，最大限度地減輕濃差極化的影響，使超濾成為一種可靠的反滲透預(yù)處理方法。
分類
超濾根據(jù)所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同，可分為微孔過(guò)濾、超濾和反滲透三種。微孔過(guò)濾所用的操作壓通常小于4×10^4 Pa，膜的平均孔徑為500埃～14微米，用于分離較大的微粒、細(xì)菌和污染物等。超濾所用操作壓為4×10^4 Pa～7×10^5 Pa，膜的平均孔徑為10-100埃，用于分離大分子溶質(zhì)。反滲透所用的操作壓比超濾更大，常達(dá)到35×10^5 Pa～140×10^5 Pa，膜的平均孔徑最小，一般為10埃以下，用于分離小分子溶質(zhì)，如海水脫鹽，制高純水等。
優(yōu)點(diǎn)&缺點(diǎn)
超濾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，成本低廉，不需增加任何化學(xué)試劑，尤其是超濾技術(shù)的實(shí)驗(yàn)條件溫和，與蒸發(fā)、冷凍干燥相比沒(méi)有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。在生物大分子的制備技術(shù)中，超濾主要用于生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10～50％的濃度。
超濾膜
超濾技術(shù)的關(guān)鍵是膜。膜有各種不同的類型和規(guī)格，可根據(jù)工作的需要來(lái)選用。早期的膜是各向同性的均勻膜，即現(xiàn)在常用的微孔薄膜，其孔徑通常是0.05mm 和0.025mm。近幾年來(lái)生產(chǎn)了一些各向異性的不對(duì)稱超濾膜，其中一種各向異性擴(kuò)散膜是由一層非常薄的、具有一定孔徑的多孔"皮膚層"（厚約0.1mm～1.0mm），和一層相對(duì)厚得多的（約1mm）更易通滲的、作為支撐用的"海綿層"組成。皮膚層決定了膜的選擇性，而海綿層增加了機(jī)械強(qiáng)度。由于皮膚層非常薄，因此高效、通透性好、流量大，且不易被溶質(zhì)阻塞而導(dǎo)致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物制成。近年來(lái)為適應(yīng)制藥和食品工業(yè)上滅菌的需要，發(fā)展了非纖維型的各向異性膜，例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH 1～14都是穩(wěn)定的，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩(wěn)定的，若使用恰當(dāng)，能連續(xù)用1～2年。暫時(shí)不用，可浸在1％甲醛溶液或0.2％NaN3中保存。 超濾膜的基本性能指標(biāo)主要有：水通量[cm3/(cm2?h)]；截留率（以百分率％表示）；化學(xué)物理穩(wěn)定性（包括機(jī)械強(qiáng)度）等。
超濾裝置
超濾裝置一般由若干超濾組件構(gòu)成。通常可分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型。由于超濾法處理的液體多數(shù)是含有水溶性生物大分子、有機(jī)膠體、多糖及微生物等。這些物質(zhì)極易粘附和沉積于膜表面上，造成嚴(yán)重的濃差極化和堵塞，這是超濾法最關(guān)鍵的問(wèn)題，要克服濃差極化，通常可加大液體流量，加強(qiáng)湍流和加強(qiáng)攪拌。
應(yīng)用
在生物制品中應(yīng)用超濾法有很高的經(jīng)濟(jì)效益，例如供靜脈注射的25％人胎盤(pán)血白蛋白（即胎白）通常是用硫酸銨鹽析法、透析脫鹽、真空濃縮等工藝制備的，該工藝流程硫酸銨耗量大，能源消耗多，操作時(shí)間長(zhǎng)，透析過(guò)程易產(chǎn)生污染。改用超濾工藝后，平均回收率可達(dá)97.18％；吸附損失為1.69％；透過(guò)損失為1.23％；截留率為98.77％。大幅度提高了白蛋白的產(chǎn)量和質(zhì)量，每年可節(jié)省硫酸銨6.2噸，自來(lái)水16000噸。目前國(guó)外生產(chǎn)超濾膜和超濾裝置最有名的廠家是美國(guó)的Milipore公司和德國(guó)的Sartorius公司。
超濾凈水器
超濾凈水器即使用超濾技術(shù)對(duì)水進(jìn)行凈化處理的設(shè)備。與其它凈水設(shè)備的區(qū)別在于它的設(shè)備中使用有超濾膜。 采用中空纖維超過(guò)濾新技術(shù)，配合三級(jí)預(yù)處理過(guò)濾清除自來(lái)水中雜質(zhì)；超濾微孔小于0.01微米（十萬(wàn)分之一毫米），能徹底濾除水中的細(xì)菌、鐵銹、膠體等有害物質(zhì)，保留水中對(duì)人體有益的微量元素和礦物質(zhì)，雜質(zhì)超濃縮水由排放閥排出；中空纖維膜出水量大，不易堵塞，濾芯可反復(fù)清洗，壽命長(zhǎng)；超濾機(jī)利用自來(lái)水壓提供動(dòng)力，不耗電，濾芯更換方便。
一般由：①PP棉濾芯、②顆粒活性碳、③樹(shù)脂濾芯、④超濾膜濾芯 四級(jí)過(guò)濾組成，五級(jí)過(guò)濾設(shè)備多加了一個(gè)后置活性炭，六級(jí)的多加了一個(gè)礦化濾芯就成立市場(chǎng)上見(jiàn)到的直飲水機(jī)。
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