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[下游技术] 超滤技术

本主题由 nano 于 08-8-12 19:48 关闭 

超滤技术

超滤技术


4 C. T! z: N% k+ K主要内容:
0 q+ u, e3 c/ Q: m: e( S1.超滤原理
; A1 n  l* Y0 Z- u) f/ w2.超滤技术的优缺点
. N" N1 W# t0 l4 Q# d3.超滤类型及其原理& b. _( M$ n# T
4.超滤实验基本步骤( B" D; a' V+ u: v7 U2 t3 L: `9 }& S
5.超滤膜% j# S6 B  k% C, z* @; L0 O8 g
6.超滤的影响因素5 |' R) a: A( ]9 R' ~# ?$ ~: Z
7.提高超滤收率方法% h! M+ j! L/ h9 j/ V( L
8.超滤注意事项
5 C: Y" D0 h1 W) l8 f9.超滤技术的应用
& D% H9 n, ^: l$ u$ h
1 t7 W! k5 C# O8 Y1 r% I. L声明:
) m$ k+ }0 K5 f/ u  @# d1、 本篇涉及的资源主要源于网络及相关书籍,由酷友搜集、分析、整理、审改,供大家学习参考用,如有转载、传播请注明源于基因酷及本篇的工作人员;若本篇侵犯了您的版权或有任何不妥,请Email genecool@126.com告知。
8 t  y: D2 w1 L; m6 A. }8 e! Z0 ~5 ], D2、 由于我们的学识、经验有限,本篇难免会存在一些错误及缺陷,敬请不吝赐教:请到基因酷论坛(www.genecool.com/bbs)本篇对应的专题跟贴指出或Email genecool@126.com: a( a: H0 v  _6 _- ^0 u% w5 U
致谢:
( I/ f( d/ w8 L% a! d' o整理者:phyllis  审改者:nano  db( W! w* t* }: r( a( c, Z, v4 E
主要参考资料:《蛋白质技术手册》  sartorius超滤
6 x  N  l: Y5 f% _9 v3 t' a
; d3 G0 B; v6 E& d* Y[ 本帖最后由 nano 于 08-9-14 09:04 编辑 ]
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超滤原理

超滤原理


( u, C5 ?0 ]# w% c        超滤(Ultrafiltration)技术是一种膜滤法,也有错流过滤(Cross Filtration)之称。它能从周围含有微粒的介质中分离出10~100A的微粒,这个尺寸范围内的微粒,通常是指液体内的溶质。其基本原理是在常温下以一定压力和流量,利用不对称微孔结构和半透膜介质,依靠膜两侧的压力差作为推动力,以错流方式进行过滤,使溶剂及小分子物质通过,大分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被滤膜阻留,从而达到分离、分级、纯化、浓缩目的的一种新型膜分离技术。
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超滤技术的优缺点

超滤技术的优缺点


! Y8 P4 I- H3 I* O2 l% l  与传统分离方法相比,超滤技术具有以下特点:
, e5 T! M# G; @7 I8 ~/ d2 I# b1. 滤过程是在常温下进行,条件温和无成分破坏,因而特别适宜对热敏感的物质,如药物、酶、果汁等的分离、分级、浓缩与富集。
! D1 \# Z# `- J  Z0 ]" F2. 滤过程不发生相变化,无需加热,能耗低,无需添加化学试剂,无污染,是一种节能环保的分离技术。
2 i) N  w1 w. D$ F# n! i8 E3. 超滤技术分离效率高,对稀溶液中的微量成分的回收、低浓度溶液的浓缩均非常有效。/ u0 G# W  l3 k% \: W- W
4. 超滤过程仅采用压力作为膜分离的动力,因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。
7 B7 D9 j$ l5 Z" \' {, b% b5. 超滤法也有一定的局限性,它不能直接得到干粉制剂。对于蛋白质溶液,一般只能得到10~50%的浓度。
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超滤类型及其原理

超滤类型及其原理

3 f% L6 k: t0 [  `( A8 F
  超滤装置是在一个密闭的容器中进行,以压缩空气为动力,推动容器内的活塞前进,使样液形成内压,容器底部设有坚固的膜板。小于膜板孔径直径的小分子,受压力的作用被挤出膜板外,大分子被截留在膜板之上。超滤开始时,由于溶质分子均匀地分布在溶液中,超滤的速度比较快。但是,随着小分子的不断排出,大分子被截留堆积在膜表面,浓度越来越高, 自下而上形成浓度梯度,这日才超滤速度就会逐渐减慢,这种现象称为浓度极化现象。为了克服浓度极化现象,增加流速,设计了几种超滤装置:
2 J! z  t' {2 u. c/ p* X1. 无搅拌式超滤9 ^; N1 c( V' a; ~* a* \2 E
  这种装置比较简单,只是在密闭的容器中施加一定压力,使小分子和溶剂分子挤压出膜外,无搅拌装置浓度极化较为严重,只适合于浓度较稀的小量超滤。   \$ I+ I+ Z& J& D. J
2. 搅拌式超滤
: ^1 S. `1 {; ~5 k  搅拌式超滤是将超滤装置位于电磁搅拌器之上,超滤容器内放人一支磁棒。在超滤时向容器内施加压力的同时开动磁力搅拌器,小分子溶质和溶剂分子被排出膜外,大分子向滤膜表面堆积时,被电磁搅拌器分散到溶液中。这种方法不容易产生浓度极化现象,提高了超滤的速度。
/ f' w5 T; W4 F0 l% d/ f# R3. 中空纤维超滤4 C5 K0 m  P7 k# }
由于膜板式超滤装置,截留面积有限,中空纤维超滤是在一支空心柱内装有许多的,中空纤维毛细管,两端相通,管的内径一般在0.2mm左右,有效面积可以达到1平方厘米每一根纤维毛细管像一个微型透析袋,极大地增大了渗透的表面积,提高了超滤的速度。
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超滤实验基本步骤

超滤实验基本步骤

+ \* j4 n( Z+ Y$ W! S: V7 I6 G) a
1. 配料;
) Z% n1 N) u: s/ {0 h+ |4 o6 P4 H2. 检查出口阀门是否关闭,搅拌料浆; 4 n4 o! R8 F. z; K6 m" a! Y+ r9 u
3. 启动泵,打开出口阀,开始超滤; 7 L: x! W& R$ t! i; n( a
4. 改变压力,观察不同压力对超滤的影响;
6 |6 C# r' a; i0 Y5. 配制不同浓度的悬浮液进行超滤,观察悬浮液浓度对超滤的影响; ; F7 k4 f; E& f  G9 ^; ^
6. 关闭泵,结束实验。
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超滤膜

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& p& K0 W7 g$ k: J- d- l3 ^( v
: `9 z: Z* ^1 \; m[ 本帖最后由 nano 于 08-9-14 09:05 编辑 ]
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超滤的影响因素

超滤的影响因素


# f+ W- V- j0 R8 c9 E5 O  超滤透过通量的影响因素如下:
0 E" Z* {& U* ^$ b3 T1. 料液流速
, \0 z8 R) f1 g& ?$ ~; w: P, ~
  提高料液流速虽然对减轻浓差极化、提高透过通量有利,但需要提高料液压力,增加耗能。一般紊流体系中流速控制在1-3m/s。
* A1 b' }0 V% N8 I+ F" t% y/ J2. 操作压力
4 O, l& q7 K! z' w" c4 u% i7 ]. E6 U  超滤膜透过通量与操作压力的关系取决于膜和凝胶层的性质。超滤过程为凝胶化模型,膜透过通量与压力无关,这时的通量成为临界透过通量。实际操作压力应在极限通量附近进行,此时的操作压力约为0.5-0.6Mpa。 + y9 e# e- O" v8 M9 I" D6 k( H
  超滤过程中只有当工作压力达到一定程度,才能使液料中的小分子透膜分离。工作压力太小时,滤液的产量小,不能满足正常的生产。而工作压力太大时,会增加极化层的厚度,抵消增压的增速效果,同时也会把沉积在膜上的沉积层压实,难以被冲刷,膜孔很快被堵塞,影响超滤效果,此外,每一种超滤膜均有其耐压范围,使用时应在这个范围内进行。
2 K" i: e5 f& t, ~7 F3. 温度
4 `7 w- r  u* G; {: J" B# N7 |; ]  操作温度主要取决于所处理的物料的化学、物理性质。由于高温可降低料液的黏度,增加传质效率,提高透过通量,因此应在允许的最高温度下操作。 & P' R/ i/ S5 ~" ~' D
  温度升高时可部分克服分子间的作用力,降低粘度。同时也影响膜的工作性能,增加通透性。温度过高也会影响超滤膜的寿命。' B) l8 X9 k9 O* o, L0 y7 j
4. 运行周期
( ?5 o- o( i% ~) |
  随着超滤过程的进行,在膜表面逐渐形成凝胶层,使透过通量下降,当通量达到某一最低数值时,就需要进行冲洗,这段时间成为运行周期。运行周期的变化与清洗情况有关。
) o% z+ b, V; D5. 进料浓度
3 \: [; t8 j6 Y" F& P  随着超滤过程的进行。主题液流的浓度逐渐增加。此时黏度变大,使凝胶层厚度增加,从而影响透过通量。因此对主体液流应定出最高允许浓度。4 z& ]( g' W) i) a; A/ O6 A
  料液浓度直接影响滤速。超滤的通量与浓度的对数呈直线关系。一般来讲,随着料液浓度的增高,料液的粘度会升高,超滤时形成极化层的时间会缩短,从而使超滤的速度降低、效率也降低。因此在超滤时应注意控制料液的浓度,, O  `' s1 t# d6 }
6. 料液的预处理
0 \4 ?% p- u( C7 P8 L* t8 I  为了提高膜的透过通量,保证超滤膜的正常稳定运行,根据需要应对料液 进行预处理。 预处理效果好坏,直接影响超滤膜的污染程度,系统的生产能力以及超滤膜的使用寿命。预处理一般采用高速离心法、微滤法、调PH值、热处理、冷藏法或多种方法组合进行。近年来发展起来的絮凝剂法可去除提取液中的鞣质、色素、果胶等有机大分子不稳定物质。
/ ?: ?( }/ u6 v2 L7. 膜的清洗 : A3 @/ r7 W  j  X! Q
  膜必须进行定期冲洗,以保持一定的透过量,并能延长膜的使寿命。一般在规定的料液和压力下,在允许的pH值范围内,温度不超过60。C时,超滤膜可使用12-18个月。如膜清洗不佳,回使膜的寿命缩短。) s8 R2 ?( T2 ?2 ~
8. 超滤膜孔径大小
6 U& O6 n/ x0 P6 ~  超滤膜孔径大小的选择应与药液中目标成分的大小相一致。孔径过大,则分离效果不好,杂质含量过高,影响澄明度和稳定性。孔径过小,有效成分通透率较低,损失较大。) b& [  n% m8 L3 M& y$ N
9. 洗脱量
3 p8 |  ]4 Q# r9 V$ G  洗脱量的多少影响滤液中目标成分的含量。洗脱量太少,则留在浓缩液中的目标成分会较多,损失较大;洗脱量太大时,虽然回收率增加,但有可能需要后处理或使原有的后处理工序时间延长,应注意协调它们之间的关系。
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提高超滤收率方法

提高超滤收率方法

& t8 G. J" f- P* f4 u) C
  当需要较高的收率时,尤其当研究的样品对象在微克范围时,建议应考虑以下几点:6 L( I, i5 z0 Q) c. C  D' |
1. 根据样品处理量,选择最小可用的超滤容器,在小容器中反复添加样品,反复超滤。
: j5 i- Z/ u8 x' V4 A2. 在适量范围内,选截留分子量最低的超滤膜。
7 Z9 n! Z  T4 i3 \* Z7 {6 o/ z$ P/ K3. 如可能,使用水平转头代替角转头离心,这样可减少在离心过程中溶液与离心管接触的表面积。
6 i7 K: W" A( Z! D- C4. 将压力或离心力降低到大约最大推荐数值的一半。
4 W2 |% P/ A( _1 ~5. 避免过度浓缩,最终体积越小,越难得到完全回收,如可能,在第一次回收后,用一滴或多滴缓冲液润洗容器,然后再次回收。
# T; |5 I$ z- A6. 用溶于蒸馏水中的5%SDS、Tween 20或Triton X预先浸泡超滤容器过夜,然后在使用前彻底润洗。
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超滤注意事项

超滤注意事项

( M, F' a% D0 L4 A6 s8 e$ L
  超滤技术存在的主要问题是超滤膜污染。超滤膜在使用过程其性能随着时间的增加,膜透过流速会迅速下降,同时对溶质的阻止率也会明显上升,这是由膜的劣比的附生污垢所引起的。膜易出现污染与堵塞,膜的使用寿命相对较短,有必要对超滤膜的再生进行研究。解决办法一方面是加强料液的前处理,另一方面是对超滤膜的清洗方法的研究。! }  N9 s5 ]3 E' a: B! i/ e9 G
  超滤法的应用,应明确截留什么和除去什么,必须着重研究目标成分的截留率,密切注意各种类型膜的技术标准及其适用范围,客观评价其处理速率是否能达到生产所需,只有较好的解决量与速度,才能更加好地应用超滤技术。
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超滤技术的应用

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4 z! }; I) k1 F9 Q$ ?% K, D3 F! d/ k7 d. z4 K
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