浅谈膜分离过滤技术的应用

新材料社团2018-04-15 10:03:25

德国Reichelt Chemietechnik(RCT)股份有限公司成立于1978年9月1日 ,由Peter Reichelt博士收购了德国Serva-Technik股份有限公司作为生产和销售公司。在起初公司的产品范围只有600个品种,通过20000份印刷的产品手册做宣传广告,在公司刚刚成立的日子里确实是一个令人印象深刻的数字。然而随着产品范围迅速扩大,RCT的供货范围不久就有2000种以上产品,特别专注于"洁净工程”,"FDA美国药监局标准”,"USP美国药典标准”和“液相色谱法”领域的产品。位于德国海德堡的RCT公司不仅活跃在德国的生产技术、工艺技术、实验室技术、流体技术、医药和生物技术、化工技术、仪器制造、机械制造、计量仪器等领域,产品也遍布欧洲和世界各地。
 
创新,坚持和卓越,是Reichelt Chemietechnik公司的宗旨,是我们的产品范围和管理政策中执行贯彻的明确方针,营销与服务给RCT公司带来向前发展和不断稳固的市场地位。我们携手中国合作伙伴青岛海润达进出口有限公司,将全线产品带到中国市场,服务中国工业。
 
过滤是实验室常用的技术,使用膜过滤器是效果极佳且易于操作的过滤方法。从能量消耗,操作简便和过滤效果上看,膜过滤优于其他分离过程,比如蒸馏或结晶 。 特别是对于生化或药物的应用尤为重要,因为其中的蛋白质和有效成分很多是热敏感的。随后实验室的过滤工艺才可能被放大和改进,并最终应用到实际的大规模生产中。
 
过滤也是分离液体中固体颗粒的最常用方法之一。 我们熟悉的土壤是最大的天然过滤器,地下水在通过不同类型的土壤之后积聚,并保留了各种成分,如颗粒物和污染物。 一个通俗的例子是“咖啡过滤”可以用水和咖啡粉做成香浓的咖啡。
 
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
 
膜过滤器的原理非常简单:待过滤的溶液通过薄的微孔膜,其渗透性取决于孔的大小,与普通筛的网孔大小相当。 比滤膜孔更小的颗粒穿过滤膜,同时比过滤膜孔大的颗粒截留下来。
 



PTFE滤芯

 
由PTFE聚四氟乙烯制成的ZITEX圆形过滤器,除孔径外的其他变量取决于过滤器的设计和材料。 在简单的过滤过程中,膜过滤器只作为一个膜片,待过滤的液体在压力下通过该膜片被吸入或压入。 但是它们也可以作为过滤膜组或滤芯,在离心管中或在96孔板中作为高通量筛选(HTS)的微孔板来使用。 膜过滤器的技术设计几乎是无限的。

 


PVDF滤芯

 
PTFE聚四氟乙烯膜过滤器作为过滤器的特定应用取决于不同材料, 例如疏水性的PVDF,硝酸纤维素,醋酸纤维素,尼龙,PES和PTFE。 材料的选择取决于将要分离的物质以及颗粒存在于何种溶剂中, PVDF和PTFE过滤膜更适合于特殊应用,例如需要化学稳定性过滤或清洁气体过滤。
 



纤维素滤芯

 
硝酸纤维素膜和醋酸纤维素膜堪称过滤材料中的“经典过滤膜”,具有非常广泛的应用。
 
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三类: 微过滤,超过滤和纳米级过滤。
 
1.微过滤膜技术
 
微孔过滤膜的孔径一般在5μm和0.1μm之间。 孔径为0.1μm至0.2μm,可以分离酵母菌和细菌,这就是为什么微孔过滤膜在微生物实验中经常被使用,它是一种温和快速的杀菌方法。 例如注射式过滤器,即使在少量溶液的情况下,各种溶液也可以进行无菌过滤,这类微过滤膜主要应用于研究和医学工作。微型过滤锥由硼硅酸盐玻璃制成。
 
在工业化大规模生产上,这种滤膜技术以滤芯形式使用,特别是在医药,食品和饮料工业中。 例如,在生物技术中用于生物反应器中生长阶段之后的“收获”和细菌分离的生物技术,废水处理或浑浊液的油水分离。这类过滤只需要低于2巴的低压。
 
2.超过滤膜技术
 
大分子被浓缩时可使用超滤技术,所以过滤原理在这里被逆转使用,超滤过滤膜孔径在0.1μm和0.01μm之间。 由于该技术主要用于浓缩蛋白质,所以不被称为“孔径”,而是被特殊定义为“分子量切断”(MWCO)或“标称分子量切断”(NMWC),SI 单元被称为道尔顿(质量单位,等于一氧原子的1/16)。 MWCO值表示被膜截留的球状分子的最小分子量。 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,必须有外部压力,通常在1-10巴之间。
 
离心管由无内衬的PP管制成,也可用于离心力分离。使用离心过滤器需要有精确配合的特殊离心管,其底端带有特定分子量值的过滤膜并充满了待过滤的溶液。 在离心过程中,溶液被压进管底端的过滤膜进入离心管。 大分子由于太大,被截留下来。 离心过滤器有很多不同的设计,无论是小型还是大型,都可利用离心膜技术实现自己的过滤目的。 离心过滤的一个变种被称为“渗滤“, 这是透析和过滤的组合,用于交换缓冲溶液或改变溶液中盐的浓度, 饮用水处理厂大规模使用渗滤膜技术。
 
3.纳米级过滤技术
 
纳米级过滤使用带更小孔径的膜过滤器,其孔径小于0.005μm。 该膜过滤
 
器用来截留更小的有机分子和盐,例如重金属离子。 纳米级过滤需要外部压力,过滤压力一般在10-80巴之间。 纳米级过滤膜技术最主要应用于污水处理中的污染物截留,并可在制药和生物技术工业中用于分类和处理可回收物质。现在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,RCT的纳米级过滤膜产品可以帮助您解决这些难题。
 
纳米级过滤工艺简便且应用广泛,不仅可以使用过滤器进行消毒或浓
 
缩,还可以将滤膜制成各种形状,用于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。
 
膜过滤器是可以“串联”的, 具有不同孔径的膜过滤器可用于分离不同尺寸的粒子并将其分馏。 例如预过滤器可以用来分离污垢和悬浮颗粒, 后续过滤过程中,膜过滤器的孔径可以逐渐减小,以最终获得所需的溶液纯度或不同大小的分子。
 
总体看来,简便的膜过滤技术显示出巨大的潜力并被正确使用,可有效取代或替代许多其他清洁或提纯工艺。来源:中国化工仪器网


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