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過濾是實(shí)驗(yàn)室常用的技術(shù),使用膜過濾器是效果且易于操作的過濾方法。從能量消耗,操作簡便和過濾效果上看,膜過濾優(yōu)于其他分離過程,比如蒸餾或結(jié)晶。特別是對于生化或藥物的應(yīng)用尤為重要,因?yàn)槠渲械牡鞍踪|(zhì)和有效成分很多是熱敏感的。隨后實(shí)驗(yàn)室的過濾工藝才可能被放大和改進(jìn),并zui終應(yīng)用到實(shí)際的大規(guī)模生產(chǎn)中。
過濾也是分離液體中固體顆粒的zui常用方法之一。我們熟悉的土壤是zui大的天然過濾器,地下水在通過不同類型的土壤之后積聚,并保留了各種成分,如顆粒物和污染物。
在生物和制藥技術(shù)行業(yè)的許多領(lǐng)域,包括食品和飲料行業(yè),生物技術(shù)和飲用水處理行業(yè),都普遍使用過濾膜用于過濾。
過濾膜的工作原理
膜過濾器的原理非常簡單:待過濾的溶液通過薄的微孔膜,其滲透性取決于孔的大小,與普通篩的網(wǎng)孔大小相當(dāng)。比濾膜孔更小的顆粒穿過濾膜,同時(shí)比過濾膜孔大的顆粒截留下來。
PTFE濾芯
由PTFE聚四氟乙烯制成的ZITEX圓形過濾器,除孔徑外的其他變量取決于過濾器的設(shè)計(jì)和材料。在簡單的過濾過程中,膜過濾器只作為一個(gè)膜片,待過濾的液體在壓力下通過該膜片被吸入或壓入。但是它們也可以作為過濾膜組或?yàn)V芯,在離心管中或在96孔板中作為高通量篩選(HTS)的微孔板來使用。膜過濾器的技術(shù)設(shè)計(jì)幾乎是無限的。
PVDF濾芯
PTFE聚四氟乙烯膜過濾器作為過濾器的特定應(yīng)用取決于不同材料,例如疏水性的PVDF,硝酸纖維素,醋酸纖維素,尼龍,PES和PTFE。材料的選擇取決于將要分離的物質(zhì)以及顆粒存在于何種溶劑中,PVDF和PTFE過濾膜更適合于特殊應(yīng)用,例如需要化學(xué)穩(wěn)定性過濾或清潔氣體過濾。
纖維素濾芯
硝酸纖維素膜和醋酸纖維素膜堪稱過濾材料中的“經(jīng)典過濾膜”,具有非常廣泛的應(yīng)用。
孔徑?jīng)Q定了應(yīng)用,根據(jù)孔徑的大小,將不同的過濾膜技術(shù)分為三類:微過濾,超過濾和納米級過濾。
1.微過濾膜技術(shù)
微孔過濾膜的孔徑一般在5μm和0.1μm之間??讖綖?.1μm至0.2μm,可以分離酵母菌和細(xì)菌,這就是為什么微孔過濾膜在微生物實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常被使用,它是一種溫和快速的殺菌方法。例如注射式過濾器,即使在少量溶液的情況下,各種溶液也可以進(jìn)行無菌過濾,這類微過濾膜主要應(yīng)用于研究和醫(yī)學(xué)工作。微型過濾錐由硼硅酸鹽玻璃制成。
在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)上,這種濾膜技術(shù)以濾芯形式使用,特別是在醫(yī)藥,食品和飲料工業(yè)中。例如,在生物技術(shù)中用于生物反應(yīng)器中生長階段之后的“收獲”和細(xì)菌分離的生物技術(shù),廢水處理或渾濁液的油水分離。這類過濾只需要低于2巴的低壓。
2.超過濾膜技術(shù)
大分子被濃縮時(shí)可使用超濾技術(shù),所以過濾原理在這里被逆轉(zhuǎn)使用,超濾過濾膜孔徑在0.1μm和0.01μm之間。由于該技術(shù)主要用于濃縮蛋白質(zhì),所以不被稱為“孔徑”,而是被特殊定義為“分子量切斷”(MWCO)或“標(biāo)稱分子量切斷”(NMWC),SI 單元被稱為道爾頓(質(zhì)量單位,等于一氧原子的1/16)。MWCO值表示被膜截留的球狀分子的zui小分子量。為了安全起見,應(yīng)總是選擇MWCO值至少比要分離的大分子的分子量高20%。這種膜過濾技術(shù)的應(yīng)用,必須有外部壓力,通常在1-10巴之間。
離心管由無內(nèi)襯的PP管制成,也可用于離心力分離。使用離心過濾器需要有配合的特殊離心管,其底端帶有特定分子量值的過濾膜并充滿了待過濾的溶液。在離心過程中,溶液被壓進(jìn)管底端的過濾膜進(jìn)入離心管。大分子由于太大,被截留下來。離心過濾器有很多不同的設(shè)計(jì),無論是小型還是大型,都可利用離心膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)自己的過濾目的。離心過濾的一個(gè)變種被稱為“滲濾”,這是透析和過濾的組合,用于交換緩沖溶液或改變?nèi)芤褐宣}的濃度,飲用水處理廠大規(guī)模使用滲濾膜技術(shù)。
3.納米級過濾技術(shù)
納米級過濾使用帶更小孔徑的膜過濾器,其孔徑小于0.005μm。該膜過濾器用來截留更小的有機(jī)分子和鹽,例如重金屬離子。納米級過濾需要外部壓力,過濾壓力一般在10-80巴之間。納米級過濾膜技術(shù)zui主要應(yīng)用于污水處理中的污染物截留,并可在制藥和生物技術(shù)工業(yè)中用于分類和處理可回收物質(zhì)。現(xiàn)在中國政府加大環(huán)境治理力度,嚴(yán)格控制工業(yè)排污,如何有效進(jìn)行污水處理和回收有用物料成為生產(chǎn)企業(yè)的重要課題,RCT的納米級過濾膜產(chǎn)品可以幫助您解決這些難題。
納米級過濾工藝簡便且應(yīng)用廣泛,不僅可以使用過濾器進(jìn)行消毒或濃縮,還可以將濾膜制成各種形狀,用于溶劑和緩沖液的日常精細(xì)過濾。許多分析儀器如HPLC或UHPLC系統(tǒng),需要使用極其清潔和無顆粒的溶液,以防止毛細(xì)管堵塞和敏感的高孔隙吸附劑失活。因此,對于今天高科技的分析技術(shù)和儀器來說,可靠的納米過濾膜是不可忽視和非常重要的。
膜過濾器是可以“串聯(lián)”的,具有不同孔徑的膜過濾器可用于分離不同尺寸的粒子并將其分餾。例如預(yù)過濾器可以用來分離污垢和懸浮顆粒,后續(xù)過濾過程中,膜過濾器的孔徑可以逐漸減小,以zui終獲得所需的溶液純度或不同大小的分子。
總體看來,簡便的膜過濾技術(shù)顯示出巨大的潛力并被正確使用,可有效取代或替代許多其他清潔或提純工藝。