超濾膜界面性能調控

① 超濾膜的工作原理是什麼

超濾膜是一種常用於分離和過濾溶液中大分子溶質的膜技術。其工作原理基於尺寸排斥原理和壓力驅動。以下是超濾膜的工作原理：
1. 尺寸排斥原理：超濾膜的特殊結構使得其擁有一定大小的孔隙或微孔。這些孔隙的大小通常在幾納米至數十納米之間，可以過濾掉溶液中的大分子溶質，如蛋白質、多糖等。而小分子物質，如水分子和溶解的離子則可以通過膜孔隙。
2. 壓力驅動：超濾膜工作時，將待處理的溶液施加在膜的一側，並施加壓力。這個壓力被稱為透析壓或跨膜壓差。通過施加透析壓，溶液中的液體和小分子可以通過膜孔隙，形成透過液流，而大分子則被阻擋在膜表面形成濃縮液流。
3. 分離效應：由於超濾膜孔隙的選擇性，大分子溶質不能穿過膜孔隙，而只能停留在膜表面形成濃縮液流。通過這種方式，超濾膜實現了對大分子的有效分離和去除。
超濾膜的選擇性是根據分子大小進行調控的，可以通過更換具有不同孔隙大小的超濾膜來實現對不同分子大小的分離。
超濾膜在很多領域廣泛應用，例如飲用水凈化、廢水處理、生物工藝、食品加工等。它能夠高效地去除溶液中的懸浮顆粒、膠體、微生物和一些大分子有機物質，具有重要的分離和過濾功能。

② 超濾膜孔徑如何測定

超濾膜孔徑的測定微孔濾膜的孔徑分離效率是關鍵所在，所以評價濾膜孔徑甚為重要。

目前大致採用以下方法：

一、直接測量法

1.直接法測膜孔徑

（1）電子顯微鏡

掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）電子顯微鏡表徵膜的孔徑、孔徑分布及膜的形態結構。

制樣至關重要。濕膜樣品要經過脫水、蒸鍍、復型等處理。

逐級脫水法：膜樣品用5%餓酸固定，然後在提取器中用CCl4或乙醇逐級脫水，再用環氧樹脂包埋固化，最後用超薄切片機切成薄片。適用透射電子顯微鏡的觀察。

低溫冷凍脫水法：膜樣品放在液氮或其他低溫介質中冷凍，使膜樣品中的水急速冷凍為細小的結晶，然後在低溫（至少低於-60°C）和低真空下，使冷凍的結晶逐級升華。這樣制備的膜樣品不收縮，經鍍金或復型，可用電子顯微鏡觀測。

微濾膜的孔徑為0.05-10m，掃描電鏡可分辨。

超濾膜的孔徑為1nm-30mm，掃描電鏡的解析度低於5-10nmnm，所以採用掃描電鏡觀測超濾膜的結構是困難的。

透射電鏡的解析度比掃描電鏡要高得多，約為3-4A正確制樣，高解析度的透射電鏡可以觀測超濾膜的表面細微結構。

環境掃描電子顯微鏡（ESEM），克服了常規SEM的局限性。使濕的、油性的、臟的和不導電的樣品不經處理就可直接上機觀測。

二、間接測量法

間接法是利用與孔徑有關的物理現象，通過實驗測出相應的物理參數，在假設孔徑為均勻直通圓孔的假設條件下，計算得到膜的等效孔徑，主要方法有泡點壓力法、壓汞法、氮氣吸附法、液液置換法、氣體滲透法、截留分子量法、懸浮液過濾法。

泡點法：

泡點壓力所對應膜的最大孔徑。實測時，膜應被液體完全潤濕，否則將帶來誤差。

親水性膜採用水為潤濕液體；疏水性膜採用醇為潤濕液體。

測定步驟

a將樣品平行於液面浸入蒸餾水中，使其完全濕潤b將濾膜置於測試池上，壓上光滑的多孔板c在多孔板上加入3-5mm深的水d開通氣源，使壓力緩慢上升，當濾膜表面出現第一個氣泡並連續出泡時的氣體壓力值，帶入公式可求出樣品最大孔徑值。

e氣泡出現最多時的壓力值，帶入公式可求出樣品最小孔徑。

f由最大孔徑與最小孔徑即可算出平均孔徑。

（1）電鏡法比較直觀，但屬破壞性檢測，也只能得到局部信息

（2）泡壓法（又稱氣體滲透法）只局限於測定膜孔中的最大孔徑，用於小孔徑超濾膜的測定時所需壓力遠高於膜的使用壓力，故一般認為只適用於微濾膜的測定。

③ 超濾膜在水處理中的污染及其控制措施

影響膜污染主要有膜或膜組件自身特性、運行條件、原水水質、污泥混合液的性質等四大因素。

膜污染的防制措施

通過有效的技術可以盡量延緩膜污染的進程，降低膜污染的程度，在防控濃差極化和膜污染面的研究主要集中在改良膜的性質、改變原水的特性、優化分離操作條件及對膜進行預處理、定期反沖洗等方面。前面影響因素中已提到很多方面，這里主要對預處理方法和定期反沖洗進行闡述。

1.預處理

它是降低膜污染的研究方法之一，其中包括混凝、吸附、預氧化、預過濾等方法。預處理影響膜的過濾性主要表現為三個方面：改變污染物粒徑分布；改變污染物之間相互作用或它們在膜表面的沉積性；抑制微生物生長或是去除可生物降解的微生物。混凝是目前為止用得最為廣泛和有效的預處理方法，研究表明投加混凝劑後能大大降低膜污染，增加膜通量，而且比投加活性炭更為有效。活性炭投加能吸附水中8～15μm的顆粒，而這些顆粒是控制膜通量的主要因素。但過多地投加活性炭可能會加劇膜污染，目前國內普遍採用的是2g/L的投加量。採用強氧化劑如氯、過氧化氫、高錳酸鉀、臭氧等來氧化和改變有機物組成部分，從而改善出水水質，減輕膜污染。國內外對於預氧化控制膜污染的研究主要限於臭氧。適度的臭氧預氧化能增加了可生物同化有機碳和改善污泥性質,從而可能減輕膜污染，發現臭氧化能夠促進活性污泥中微生物細胞的分解和控制絲狀菌膨脹，從而減輕膜污染。然而有研究表明臭氧的投加對控制膜污染效果不明顯,甚至有可能加重膜污染，而且由於強氧化性，可能會氧化膜，從而損害膜，並容易產生一些副產物，因此預氧化工藝還在不斷研究中。使用填充床過濾器或是其它膜預過濾來去除部分可能對後續膜有污染的物質，疏水性粗孔徑膜能很好低吸附有機污染物，因此在預處理使用疏水性粗孔徑膜非常有效。

2.膜沖洗

研究表明對膜組件進行定期清洗可在很大程度上恢復膜通量。膜的清洗包括物理沖洗、化學沖洗、物化聯合沖洗以及電沖洗。物理清洗是用機械方法從膜面上去除污染物,包括多種方法。如正方向沖洗、變方向沖洗、透過液反壓沖洗、振動、排氣充水法、空氣噴射、自動海綿球清洗、水力方法、氣液脈沖和循環洗滌等。但該法僅對污染初期的膜有效,清洗效果不能持久。

研究表明:單獨進行水反沖洗不能夠有效去除膜面的阻垢層。化學清洗實質上是利用化學試劑和沉積物、污垢、腐蝕產物及影響通量速率和產水水質的其他污染物的反應去除膜上的污染物。化學試劑主要包括酸、鹼、螯合劑和按配方製造的產品等。採用鹽酸、氫氧化鈉及次氯酸鈉三種清洗劑結合清洗PVDF膜效果很好，但是單獨的進行化學清洗只能減小污染物對膜的粘滯性,不能將污染物有效去除，而且進行化學清洗時,水溫、加葯量及清洗時間是決定清洗效果的重要因素。將物理和化學清洗方法結合使用可以有效提高清洗效果, 如在清洗液中加入表面活性劑可使物理清洗的效果提高。電清洗是一種十分特殊的清洗方法。在膜上施加電場, 則帶電粒子或分子將沿電場方向移動, 通過在一定時間間隔內施加電場, 且在無需中斷操作的情況下從界面上除去粒子或分子。這種方法的缺點是需使用導電膜及安裝有電極的特殊膜器。清洗劑的選擇決定於污染物的類型和膜材料的性質。

在清洗方案的選擇中,應考慮以下因素：清洗設備的要求, 膜的類型和清洗劑的相容性,系統的結構材料,污染物的鑒定,使用過的清洗液的排放條件及由此造成的影響。

④ 你可知道超濾膜技術的原理是什麼超濾膜生產廠家工藝技術解析

超濾膜技術的原理是利用一種特殊的膜分離過程，實現對溶液中不同物質的分離、濃縮或純化。具體來說：

• 孔徑篩選：超濾膜是一種具有特定孔徑的微孔過濾膜，其孔徑通常在1至100納米之間。在壓力差的驅動下，原液通過膜的微孔進行過濾。小於膜孔徑的溶劑及小分子物質能夠透過膜，形成透過液。
• 物質截留：大於膜孔徑的懸浮物、顆粒物、膠體、細菌以及高分子有機物等則被截留在膜的一側，從而實現物質的分離。

超濾膜生產廠家的工藝技術主要包括以下幾個方面：

• 材料選擇：根據應用場景選擇合適的膜材料，如聚醚碸、聚偏氟乙烯等，這些材料具有良好的化學穩定性和機械強度。
• 膜結構設計：通過調控膜的孔徑大小、分布和孔隙率等參數，優化膜的過濾性能和通量。
• 成型工藝：採用相轉化法、拉伸法等工藝，確保膜具有規整的結構和優異的性能。
• 質量控制：引進自動化生產線和精密的檢測設備，嚴格控制從原材料到成品的每一個環節，確保所生產的超濾膜在孔徑均勻性、過濾效率、耐壓性能等方面均達到行業領先水平。

⑤ 反滲透凈水器和超濾凈水器的區別

凈水器市面上的產品五花八門，光是反滲透和超濾這兩個技術名詞就讓我這個外行人看得直撓頭。為了弄明白區別，我硬是啃了好幾天資料，還請教了做家電銷售的朋友，總算理出了點頭緒。今天就結合我最後選的立升H7超濾凈水器，和大家嘮嘮這兩種凈水器的門道。

先說說核心過濾原理。反滲透凈水器靠高壓泵加壓，讓水分子「逆著自然滲透方向」穿過孔徑僅0.0001微米的RO膜。這層膜就像一個「超級篩子」，能攔住99%以上的細菌、膠體和有機物，出來的水接近純水。超濾凈水器則靠水壓驅動，水通過0.01微米孔徑的超濾膜時，細菌、膠體等雜物質被截留，但人體所需的礦物質等小分子仍能通過。它的過濾更像「粗篩+精篩結合」，保留了水中礦物質，口感更接近天然水。

從適用場景來看，反滲透凈水器堪稱「水質凈化全能選手」。如果家裡水質差，比如住在老舊小區、工業區附近，或使用地下水、雨水，它能有效去除水垢、重金屬殘留和農葯成分，尤其適合有孕婦、嬰幼兒或免疫力較弱人群的家庭。超濾凈水器則更適合水質較軟的南方地區，比如廚房用水量大時，用它洗菜、淘米、煮飯，既能去除泥沙、鐵銹，又能保留水中的鈣鎂離子，讓湯品更鮮美。

成本方面，反滲透凈水器前期投入更高，千元以上的產品較常見，且後期需定期更換PP棉、活性炭、RO膜等濾芯，年均維護費用約300-500元。超濾凈水器價格親民，500-1500元就能買到，濾芯壽命更長，年均維護成本約100-200元。

但是，如果我既想深度凈化水質，又不想完全舍棄水中的礦物質，那立升H7凈水器就是個絕佳選擇。它創新性地實現了「可礦、可純、可均衡」三種水質模式自由切換。超濾水富含礦物質，安全有營養，適合直飲、烹飪和果蔬清洗，能保留水中的天然礦物質，讓飲食更健康。智礦水含適量礦物質，口感和健康雙升級，特別適合沖泡奶粉、泡茶、泡咖啡，滿足不同場景的用水需求。純水則純凈無雜質，適合燒水、製冰或用於加濕器，減少水垢煩惱。

立升H7還搭載了智能調控技術，能自主感知各地水質，智能調控水中天然礦物質的保留量，因地制宜提供個性化凈水方案，其還採用四芯凈濾系統，濾除各類有害物，保障飲水安全，4.5L/min的大流量設計，讓用水無需久等，即用即濾，暢快體驗。高端智能屏顯水龍頭能實時顯示濾芯壽命和出水水質，發生故障時立刻提醒，使用起來省心又安心。智能廢水比調節功能，達到國家一級水效標准，高效節能，避免水資源浪費。還有24小時主動防漏監測系統，杜絕滲水、漏水隱患，保障家庭用水安全。

所以，有了立升H7凈水器，就像給家庭用水請了一位專業的「健康管家」，全方位滿足家庭多樣化的用水需求。

⑥ 如何進行蛋白超濾設備選型

如何進行蛋白超濾設備選型？在分離分析特別是蛋白質分離分析中，層析是相當重要、且相當常見的一種技術，其原理較為復雜，對人員的要求相對較高，這里只能做一個相對簡單的介紹。
一、 吸附層析
1、 吸附柱層析
吸附柱層析是以固體吸附劑為固定相，以有機溶劑或緩沖液為流動相構成柱的一種層析方法。
2、 薄層層析
薄層層析是以塗布於玻板或滌綸片等載體上的基質為固定相，以液體為流動相的一種層析方法。這種層析方法是把吸附劑等物質塗布於載體上形成薄層，然後按紙層析操作進行展層。
3、 聚醯胺薄膜層析
聚醯胺對極性物質的吸附作用是由於它能和被分離物之間形成氫鍵。這種氫鍵的強弱就決定了被分離物與聚醯胺薄膜之間吸附能力的大小。層析時，展層劑與被分離物在聚醯胺膜表面競爭形成氫鍵。因此選擇適當的展層劑使分離在聚醯胺膜表面發生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的連續過程，就能導致分離物質達到分離目的。
二、 離子交換層析
離子交換層析是在以離子交換劑為固定相，液體為流動相的系統中進行的。離子交換劑是由基質、電荷基團和反離子構成的。離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物的反應主要以離子交換方式進行，或藉助離子交換劑上電荷基團對溶液中離子或離子化合物的吸附作用進行。`
三、 凝膠過濾
凝膠過濾又叫分子篩層析，其原因是凝膠具有網狀結構，小分子物質能進入其內部，而大分子物質卻被排除在外部。當一混合溶液通過凝膠過濾層析柱時，溶液中的物質就按不同分子量篩分開了。
四、 親和層析
親和層析的原理與眾所周知的抗原一抗體、激素一受體和酶一底物等特異性反應的機理相類似，每對反應物之間都有一定的親和力。正如在酶與底物的反應中，特異的廢物(S')才能和一定的酶(E)結合，產生復合物(E－S')一樣。在親和層析中是特異的配體才能和一定的生命大分子之間具有親和力，並產生復合物。而親和層析與酶一底物反應不同的是，前者進行反應時，配體(類似底物)是固相存在；後者進行反應時，底物呈液相存在。實質上親和層析是把具有識別能力的配體L(對酶的配體可以是類似底物、抑制劑或輔基等)以共價鍵的方式固化到含有活化基團的基質M(如活化瓊脂糖等)上，製成親和吸附劑M－L，或者叫做固相載體。而固化後的配體仍保持束縛特異物質的能力。因此，當把圍相載體裝人小層析柱(幾毫升到幾十毫升床體積)後，讓欲分離的樣品液通過該柱。這時樣品中對配體有親和力的物質S就可藉助靜電引力、范德瓦爾力，以及結構互補效應等作用吸附到固相載體上，而無親和力或非特異吸附的物質則被起始緩沖液洗滌出來，並形成了第一個層析峰。然後，恰當地改變起始緩沖 液的PH值、或增加離子強度、或加人抑③劑等因子，即可把物質S從固相載體上解離下來，並形成了第M個層析峰(見圖6－2)。顯然，通過這一操作程序就可把有效成分與雜質滿意地分離開。如果樣品液中存在兩個以上的物質與固相載體具有親和力(其大小有差異)時，採用選擇性緩沖液進行洗脫，也可以將它們分離開。用過的固相載體經再生處理後，可以重復使用。
上面介紹的親和層析法亦稱特異性配體親和層析法。除此之外，還有一種親和層析法叫通用性配體親和層析法。這兩種親和層析法相比，前者的配體一般為復雜的生命大分子物質(如抗體、受體和酶的類似底物等)，它具有較強的吸附選擇性和較大的結合力。而後者的配體則一般為簡單的小分子物質(如金屬、染料，以及氨基酸等)，它成本低廉、具有較高的吸附容量，通過改善吸附和脫附條件可提高層析的解析度。
五、 聚焦層析
聚焦層析也是一種柱層析。因此，它和另外的層析一樣，照例具有流動相，其流動相為 多緩沖劑，固定相為多緩沖交換劑。
聚焦層析原理可以從PH梯度溶液的形成、蛋白質的行為和聚焦效應三方面來闡述。
1、PH梯度溶液的形成
在離子交換層析中，PH梯度溶液的形成是靠梯度混合儀實現的。例如，當使用陰離子 劑進行層析時，制備PH由高到低呈線性變化的梯度溶液的方法是，在梯度儀的混合室(這層析柱者)中裝高PH溶液，而在另一室裝低PH極限溶液，然後打開層析柱的下端出口，讓洗脫液連續不斷地流過柱體。這時從柱的上部到下部溶液的PH值是由高到低變化的。而在聚焦層析中，當洗脫液流進多緩沖交換劑時，由於交換劑帶具有緩沖能力的電荷基團，故PH梯度溶液可以自動形成。例如，當柱中裝陰離子交換劑PBE94(作固定相)時，先用起始緩沖液(配方見表了一2)平衡到PHg，再用含PH6的多緩沖劑物質(作流動相)的淋洗液通過柱體，這時多緩沖劑中酸性最強的組分與鹼性陰離子交換對結合發生中和作用。隨著淋洗液的不斷加人，住內每點的PH值從高到低逐漸下降。照此處理J段時間，從層析柱頂部到底部就形成了PH6～9的梯度。聚焦層析柱中的PH梯度溶液是在淋洗過程中自動形成的，但是隨著淋洗的進行，PH梯度會逐漸向下遷移，從底部流出液的PH卻由9逐漸降至6，並最後恆定於此值，這時層析柱的PH梯度也就消失了。
2．蛋白質的行為
蛋白質所帶電荷取決於它的等電點(PI)和層析柱中的PH值。當柱中的PH低於蛋白質的PI時，蛋白質帶正電荷，且不與陰離於交換劑結合。而隨著洗脫劑向前移動，固定相中的PH值是隨著淋洗時間延長而變化的。當蛋白質移動至環境PH高於其PI時，蛋白質由帶正電行變為帶負電荷，並與陰離子交換劑結合。由於洗脫劑的通過，蛋白質周圍的環境PH 再次低於PI時，它又帶正電荷，並從交換劑解吸下來。隨著洗脫液向柱底的遷移，上述過程將反復進行，於是各種蛋白質就在各自的等電點被洗下來，從而達到了分離的目的。
不同蛋白質具有不同的等電點，它們在被離子交換劑結合以前，移動之距離是不同的，洗脫出來的先後次序是按等電點排列的。

供靜脈注射的25%人胎盤血白蛋白（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，操作時間長，透析過程易產生污染。改用超濾工藝後，平均回收率可達97.18%；吸附損失為1.69%；透過損失為1.23%；截留率為98.77%。大幅度提高了白蛋白的產量和質量，每年可節省硫酸銨6.2噸，自來水16000噸。目前國外生產超濾膜和超濾裝置最有名的廠家是美國的Milipore公司和德國的Sartorius公司。
隨著現代生物技術的發展, 通過基因工程生產蛋白質葯物在治療人類面臨的重大疾病如癌症等方面展示出巨大的潛力. 為滿足生物技術產品工業化生產的需要, 開發高通量、低成本、高效的分離純化方法已引起人們的高度關注. 超濾技術由於具有通量高, 操作條件溫和, 易於放大等特點, 特別適合生物活性大分子的分離. 在生物技術領域, 超濾技術目前已廣泛應用於細胞收集分離、除菌消毒、緩沖液置換、分級( fract ionatio n) 、脫鹽及濃縮[ 1] . 近年來越來越多的研究表明, 通過選擇適當的膜或膜表面改性,以及對分離過程進行優化, 充分利用和調控膜—蛋白質以及蛋白質—蛋白質之間的靜電相互作用, 可以實現分子量相近的兩種蛋白質的高選擇性超濾分離[2- 7] .

為克服常規蛋白質超濾分離過程優化中存在的實驗蛋白質消耗多、工作量大、費時以及費用高等缺點, 我們相繼開發了脈沖進樣技術( Pulsed sampleinject ion technique ) [8]和參數連續變化超濾技術( Parameter scanning ultraf ilt ration) [9]. 並以此為基礎, 結合載體相超濾技術( Carrier phase ult rafil—t rat ion) [10]進一步提出了一種蛋白質超濾分離快速優化新方法[11], 實現了人血漿白蛋白—免疫球蛋白[12]、人源化單克隆抗體( A lemtuzumab) 單體— 二聚體[13]的超濾分離過程快速優化和高選擇性分離,並在膜的篩選及其適用性快速評估方面展現出巨大的潛力. 該方法的主要特徵是與AKTA Prime 系統聯用, 採用脈動進樣技術顯著減少了蛋白質的用量;而利用雙緩沖體系( 類似梯度洗脫) 的參數連續變化超濾技術, 在pH 或離子強度連續變化的情況下考查pH 或離子強度對蛋白質透過率或截留率的影響, 進一步縮短了實驗時間, 降低了蛋白質的用量,極大地減少了實驗量, 加快了過程優化進程; 另外,載體相超濾技術的應用則可保證超濾分離自始至終在設定的條件下進行, 從而最大限度地保證超濾過程的穩定性.
2012-02-25
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