浅谈膜分离过滤技术的应用

　　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：实验与分析