《制藥工程》PPT課件

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1、 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 定義定義: :利用天然和人工合成的，具有選擇透過性的薄利用天然和人工合成的，具有選擇透過性的薄 膜，以外界能量或化學位差為推力，對雙組分膜，以外界能量或化學位差為推力，對雙組分 或多組分體系進行分離、分級、提純或富集的或多組分體系進行分離、分級、提純或富集的 技術(shù)技術(shù) 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)是膜分離技術(shù)是2121世紀最為先進的分離技術(shù)之一，世紀最為先進的分離技術(shù)之一，隨著膜材料、膜組件、膜設備的不斷改進，膜分離隨著膜材料、膜組件、膜設備的不斷改進，膜分離技術(shù)已成為現(xiàn)代制藥工業(yè)和醫(yī)療中技術(shù)革新的重要技術(shù)已成為現(xiàn)代制藥工業(yè)和醫(yī)療中技術(shù)革新的重

2、要手段手段 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)在短短的時間迅速發(fā)展起來，已廣泛有膜分離技術(shù)在短短的時間迅速發(fā)展起來，已廣泛有效地應用于石油化工、生化制藥、醫(yī)療衛(wèi)生、冶金、電效地應用于石油化工、生化制藥、醫(yī)療衛(wèi)生、冶金、電子、能源、輕工、紡織、食品、環(huán)保、航天、海運、人子、能源、輕工、紡織、食品、環(huán)保、航天、海運、人民生活等領域，形成了獨立的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前，世民生活等領域，形成了獨立的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前，世界膜市場以每年遞增界膜市場以每年遞增1414- -3030速度發(fā)展速度發(fā)展 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)得到世界各國的普遍重視，歐、美、日膜分離技術(shù)得到世界各國的普遍重視，歐、美、日等發(fā)

3、達國家投巨資立專項進行開發(fā)研究，已取得在此等發(fā)達國家投巨資立專項進行開發(fā)研究，已取得在此領域的領先地位。我國在領域的領先地位。我國在“六五六五”、“七五七五”、“八八五五”、“九五九五”以及以及863863、973973計劃中均列為重點項目，計劃中均列為重點項目，給予支持給予支持 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 目前已經(jīng)工業(yè)化應用的膜分離過程有微濾目前已經(jīng)工業(yè)化應用的膜分離過程有微濾(MF)(MF)、超濾、超濾(UF)(UF)、反、反滲透滲透(RO)(RO)、滲析、滲析(D)(D)、電滲析、電滲析(ED)(ED)、氣體分離、氣體分離(GS)(GS)、滲透汽化、滲透汽化(PV)(PV)、乳化液膜乳化液膜(

4、ELM)(ELM)等八種等八種 還有許多正在開發(fā)研究中的新膜過程，它們是膜萃取、膜蒸餾、還有許多正在開發(fā)研究中的新膜過程，它們是膜萃取、膜蒸餾、雙極性膜電滲析、膜分相、膜吸收、膜反應、膜控制釋放、膜生物傳雙極性膜電滲析、膜分相、膜吸收、膜反應、膜控制釋放、膜生物傳感器等。這些膜過程目前尚處在小型試驗和中試階段感器等。這些膜過程目前尚處在小型試驗和中試階段 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離過程的共同優(yōu)點是成本低、能耗少、膜分離過程的共同優(yōu)點是成本低、能耗少、效率高、無污染并可回收有用物質(zhì)，特別適合于性效率高、無污染并可回收有用物質(zhì)，特別適合于性質(zhì)相似組分、同分異構(gòu)體組分、熱敏性組分、生物質(zhì)相似組分、

5、同分異構(gòu)體組分、熱敏性組分、生物物質(zhì)組分等混合物的分離物質(zhì)組分等混合物的分離 分離膜分離膜 分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質(zhì)的分隔兩分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質(zhì)的分隔兩相或兩部分的界面。膜的形式可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)相或兩部分的界面。膜的形式可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。被膜分割的流體物質(zhì)可以是液態(tài)的，也可以是氣態(tài)的。的。被膜分割的流體物質(zhì)可以是液態(tài)的，也可以是氣態(tài)的。膜至少具有兩個界面，膜通過這兩個界面與被分割的兩側(cè)流膜至少具有兩個界面，膜通過這兩個界面與被分割的兩側(cè)流體接觸并進行傳遞。分離膜對流體可以是完全透過性的，也體接觸并進行傳遞。分離膜對流體可以是完全透過性的

6、，也可以是半透過性的，但不能是完全不透過性的。膜在生產(chǎn)和可以是半透過性的，但不能是完全不透過性的。膜在生產(chǎn)和研究中的使用技術(shù)被稱為膜技術(shù)研究中的使用技術(shù)被稱為膜技術(shù) 分離膜分離膜 1.1.定義定義 在流體相內(nèi)或兩個流體相之間有一薄層在流體相內(nèi)或兩個流體相之間有一薄層 凝聚相物質(zhì)把流體相分隔成兩部分，此薄層凝聚相物質(zhì)把流體相分隔成兩部分，此薄層 物質(zhì)就是膜物質(zhì)就是膜 2.2.特性特性 a a 必須有兩個界面必須有兩個界面 b b 具有選擇透過性具有選擇透過性 膜原料側(cè)稱為膜上游膜原料側(cè)稱為膜上游 透過側(cè)稱為膜下游透過側(cè)稱為膜下游 膜的種類及結(jié)構(gòu)膜的種類及結(jié)構(gòu) 1.1.按膜的材料分類按膜的材料分類

7、 合成聚合物膜、無機材料膜等合成聚合物膜、無機材料膜等 類類 別別 膜材料膜材料 舉舉 例例 纖維素酯類纖維素酯類 纖維素衍生物類纖維素衍生物類 醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等 非纖維素酯非纖維素酯類類 聚砜類聚砜類 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 聚酰聚酰( (亞亞) )胺類胺類 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等 聚酯、烯烴類聚酯、烯烴類 滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 含氟含氟( (硅硅) )類類 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基

8、硅氧烷聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等等 其他其他 殼聚糖，聚電解質(zhì)等殼聚糖，聚電解質(zhì)等 膜的種類及結(jié)構(gòu)膜的種類及結(jié)構(gòu) 2.2.按膜的分離原理及適用范圍分類按膜的分離原理及適用范圍分類 根據(jù)分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分根據(jù)分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等 3.3.按膜斷面的物理形態(tài)分類按膜斷面的物理形態(tài)分類 根據(jù)分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分為對稱根據(jù)分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分為對稱膜，不對稱膜、復合膜、平板膜、管式膜、

9、中空纖維膜膜，不對稱膜、復合膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等等 膜的種類及結(jié)構(gòu)膜的種類及結(jié)構(gòu) 對稱膜對稱膜: : 膜兩側(cè)截面結(jié)構(gòu)及形態(tài)相同，孔徑與孔徑分布膜兩側(cè)截面結(jié)構(gòu)及形態(tài)相同，孔徑與孔徑分布基本一致基本一致 膜厚度約為膜厚度約為1010- -200m200m 有疏松和致密兩種，致密目前工業(yè)少用有疏松和致密兩種，致密目前工業(yè)少用 膜的種類及結(jié)構(gòu)膜的種類及結(jié)構(gòu) 非對稱膜非對稱膜 由致密的表皮層及疏松的多孔支撐層組成，由致密的表皮層及疏松的多孔支撐層組成， 致密層厚度約為致密層厚度約為0.10.1- -0.5m0.5m，支撐層厚度約為，支撐層厚度約為5050- -150m150m 表皮層與疏松的

10、多孔支撐層材料相同表皮層與疏松的多孔支撐層材料相同 膜的種類及結(jié)構(gòu)膜的種類及結(jié)構(gòu) 復合膜復合膜 一種具有表皮的非對稱膜，但表皮材料與用作一種具有表皮的非對稱膜，但表皮材料與用作支撐層的對稱或非對稱膜材料不同支撐層的對稱或非對稱膜材料不同 皮層可以多層疊合皮層可以多層疊合 膜材料膜材料 要求：要求： 1.1.具有良好的成膜性能和物化穩(wěn)定性具有良好的成膜性能和物化穩(wěn)定性 2.2.耐酸、堿、微生物侵蝕和耐氧化等耐酸、堿、微生物侵蝕和耐氧化等 3.3.耐壓、耐溫（分離耐壓、耐溫（分離0 0- -80 80 清洗清洗110 110 ） 4.4.化學相容性化學相容性 能耐各種化學物質(zhì)的侵蝕能耐各種化學物質(zhì)

11、的侵蝕 5.5.生物相容性生物相容性 不使蛋白質(zhì)和酶發(fā)生變性，無不使蛋白質(zhì)和酶發(fā)生變性，無抗原性抗原性 6.6.低成本低成本 膜材料膜材料 1.1.合成聚合物膜材料（高分子膜合成聚合物膜材料（高分子膜 多采用）多采用） 纖維素類、聚酰胺類、芳香雜環(huán)類、聚纖維素類、聚酰胺類、芳香雜環(huán)類、聚 砜類、聚烯烴類等砜類、聚烯烴類等 2.2.無機膜無機膜 金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷等金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷等 膜材料膜材料 無機膜優(yōu)點：無機膜優(yōu)點： 1.1.熱穩(wěn)定性好，適用于高溫（可達熱穩(wěn)定性好，適用于高溫（可達400400）、高壓體系）、高壓體系 2.2.化學穩(wěn)定性好，能耐酸和弱堿，化學穩(wěn)定性

12、好，能耐酸和弱堿，pHpH值范圍寬值范圍寬 3.3.抗微生物能力強，與一般的微生物不發(fā)生生化及化學反應抗微生物能力強，與一般的微生物不發(fā)生生化及化學反應 4.4.無機膜組件機械強度大無機膜組件機械強度大 5.5.清潔狀態(tài)好，本身無毒，容易再生和清洗清潔狀態(tài)好，本身無毒，容易再生和清洗 6.6.孔分布窄，分離性能好孔分布窄，分離性能好 膜材料膜材料 無機膜缺點：無機膜缺點： 1. 1. 沒有彈性、比較脆沒有彈性、比較脆 2. 2. 不易成型加工不易成型加工 3. 3. 用于造膜的材料少用于造膜的材料少 4. 4. 成本較高成本較高 5. 5. 強堿條件下受到侵蝕強堿條件下受到侵蝕 膜分離性能表示

13、法膜分離性能表示法 包括包括 ： 1.1.物化穩(wěn)定性物化穩(wěn)定性 指膜的強度、允許使用壓力、溫度、指膜的強度、允許使用壓力、溫度、pHpH值以及對有機溶劑和各種化學藥品的抵抗性，值以及對有機溶劑和各種化學藥品的抵抗性，他是決定膜的作用壽命的主要因素他是決定膜的作用壽命的主要因素 2.2.分離特性分離特性 主要包括分離效率、滲透通量和通量衰主要包括分離效率、滲透通量和通量衰減系數(shù)三個方面減系數(shù)三個方面 分離效率：用表觀分離率分離效率：用表觀分離率R RE E表示表示 R RE E = =（1 1- -C CP P/C/Cb b）100%100% C CP P膜的透過液濃度膜的透過液濃度 C Cb

14、b上游側(cè)主體溶液濃度上游側(cè)主體溶液濃度 滲透通量：單位時間內(nèi)通過單位膜面積的透過滲透通量：單位時間內(nèi)通過單位膜面積的透過 物量，用物量，用J JW W表示表示 J Jw w=V/S=V/S t t V V- -透過液的容積或質(zhì)量透過液的容積或質(zhì)量 S S- -膜的有效面積膜的有效面積 t t- -運轉(zhuǎn)時間運轉(zhuǎn)時間 通量衰減系數(shù)：膜的滲透通量由于過程的濃度極化、通量衰減系數(shù)：膜的滲透通量由于過程的濃度極化、膜的壓密以及膜污染等原因?qū)㈦S時間而衰減，用衰減系膜的壓密以及膜污染等原因?qū)㈦S時間而衰減，用衰減系數(shù)數(shù)m m表示表示 J JT T=J=J1 1 t tm m J JT T、J J1 1- -

15、膜運轉(zhuǎn)膜運轉(zhuǎn)t t小時和小時和1 1小時后的透過速度小時后的透過速度 t t- -運轉(zhuǎn)時間運轉(zhuǎn)時間 m m衰減系數(shù)（通量衰減因子）衰減系數(shù)（通量衰減因子） 膜組件膜組件 將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼通過一定的粘合將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼通過一定的粘合或組裝構(gòu)成的一個單元，是膜分離裝置的核心或組裝構(gòu)成的一個單元，是膜分離裝置的核心 主要有板框式、卷式、管式、中空纖維式，前二種使用平板膜，主要有板框式、卷式、管式、中空纖維式，前二種使用平板膜，后二種使用管式膜后二種使用管式膜 操作方式操作方式 膜的操作方式可分為死端操作和錯流操作膜的操作方式可分為死端操作和錯流操作 1

16、.1.死端操作（無流動操作）死端操作（無流動操作） 所有原料均被強制通過膜，原料所有原料均被強制通過膜，原料 中被截留組分的濃度隨時間不斷增加，中被截留組分的濃度隨時間不斷增加， 因而滲透量隨時間而減少，易受污染因而滲透量隨時間而減少，易受污染 2)2)錯流操作錯流操作 原料以一定組成進入膜組件并平行原料以一定組成進入膜組件并平行流過膜表面，沿膜組件內(nèi)不同位置，流過膜表面，沿膜組件內(nèi)不同位置，原料組成逐漸變化，原料流分為兩股：原料組成逐漸變化，原料流分為兩股：滲透物流和截留物流滲透物流和截留物流 操作方式操作方式 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 推動力推動力 適用的分離范圍適用的分離范圍 應用應用 微濾

17、微濾 壓力差壓力差 0.010.01- -10 10 微米微米 除顆粒物及細菌除顆粒物及細菌 超濾超濾 壓力差壓力差 0.0010.001- -0.010.01微米微米 除病毒、熱原和蛋白除病毒、熱原和蛋白 納濾納濾 壓力差壓力差 切割分子量切割分子量200200- -1000 1000 分子的濃縮分子的濃縮 反滲透反滲透 壓力差壓力差 離子級離子級 去除無機鹽、金屬離子去除無機鹽、金屬離子 滲透汽化滲透汽化 分離物的分壓分離物的分壓 分離物濃度在分離物濃度在0.1%0.1%- -10 % 10 % 水水/ / 有機物有機物 有機物有機物/ / 有機物分離有機物分離 透析透析 濃度差濃度差 切

18、割分子量切割分子量5050- -10,000 10,000 血液凈化血液凈化 氣體分離氣體分離 分壓差分壓差 分離物在膜中的相對溶解性分離物在膜中的相對溶解性 富氧的制備富氧的制備 各種分離技術(shù)的特點各種分離技術(shù)的特點 膜分離技術(shù)類型膜分離技術(shù)類型 1)1)反滲透反滲透 當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種鹽通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加

19、壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過膜的凈流量等于抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側(cè)的壓力零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側(cè)的壓力 大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉(zhuǎn)，此時，鹽大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉(zhuǎn)，此時，鹽 水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲 透（透（RORO）處理的基本原理）處理的基本原理 膜分離技術(shù)類型膜分離技術(shù)類型 適合制備反滲透膜的主要原料有適合制備反滲透膜的主要原料有芳香族聚酰胺類、芳香族聚酰胺類、纖維素的醋酸酯

20、類、殼聚糖纖維素的醋酸酯類、殼聚糖等，目前僅有芳香族聚酰等，目前僅有芳香族聚酰胺類、纖維素的醋酸酯類用于商品化胺類、纖維素的醋酸酯類用于商品化 膜分離技術(shù)類型膜分離技術(shù)類型 2)2)超濾超濾 超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，使小超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過一定孔徑的特制的薄膜，而使大分子溶分子溶質(zhì)和溶劑穿過一定孔徑的特制的薄膜，而使大分子溶質(zhì)不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了部分質(zhì)不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了部分的純化與濃縮的純化與濃縮 優(yōu)點：優(yōu)點：a.a.操作簡便，成本低廉，不需操作簡便，成本低廉，不需 增加任何

21、化學試劑增加任何化學試劑 b.b.沒有相的變化，而且不引起沒有相的變化，而且不引起 溫度、溫度、pHpH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、的變化，因而可以防止生物大分子的變性、 失活和自溶失活和自溶 超超濾濾膜膜組組件件 膜分離技術(shù)類型膜分離技術(shù)類型 超濾膜超濾膜 常用的膜一般是由常用的膜一般是由乙酸纖維乙酸纖維或或硝酸纖維硝酸纖維或或此二者的混此二者的混合物合物制成。近年來為適應制藥和食品工業(yè)上滅菌的需要，制成。近年來為適應制藥和食品工業(yè)上滅菌的需要，發(fā)展了非纖維型的各向異性膜，例如發(fā)展了非纖維型的各向異性膜，例如聚砜膜、聚砜酰胺膜聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在等

22、。這種膜在pH1pH11414都是穩(wěn)定的，且能在都是穩(wěn)定的，且能在9090下正常工作。超濾膜通常是比較穩(wěn)定的，若使用恰當，下正常工作。超濾膜通常是比較穩(wěn)定的，若使用恰當，能連續(xù)用能連續(xù)用1 12 2年年 管式膜管式膜 膜分離技術(shù)類型膜分離技術(shù)類型 3 3）納）納 濾濾 納濾納濾(NF)(NF)介于反滲透和超濾之間，介于反滲透和超濾之間，膜的孔徑范圍在幾個納膜的孔徑范圍在幾個納米左右，米左右，膜表面分離皮層一般可具有納米級的分離微孔結(jié)構(gòu)。膜表面分離皮層一般可具有納米級的分離微孔結(jié)構(gòu)。納濾是以壓力差為推動力的膜分離過程納濾是以壓力差為推動力的膜分離過程 優(yōu)點：優(yōu)點：a.a.能截留透過超濾膜的小相對

23、分子質(zhì)量的有機物能截留透過超濾膜的小相對分子質(zhì)量的有機物 b.b.能透析反滲透膜所截留的部分無機鹽能透析反滲透膜所截留的部分無機鹽 膜分離技術(shù)類型膜分離技術(shù)類型 納濾膜納濾膜 納濾膜的成膜材料基本上與反滲透材料相同。納濾膜的成膜材料基本上與反滲透材料相同。商品化納濾膜的膜材質(zhì)主要有以下幾種：醋酸纖商品化納濾膜的膜材質(zhì)主要有以下幾種：醋酸纖維素維素(CA)(CA)、磺化聚砜、磺化聚砜(SPS)(SPS)、磺化聚醚砜、磺化聚醚砜(SPES)(SPES)和聚乙烯醇和聚乙烯醇(PVA)(PVA)等等 膜分離技術(shù)類型膜分離技術(shù)類型 4)4)電滲析電滲析 利用半透膜的選擇透過性來分利用半透膜的選擇透過性來

24、分離不同的溶質(zhì)粒子（如離子）的方離不同的溶質(zhì)粒子（如離子）的方法稱為滲析。在電場作用下進行滲法稱為滲析。在電場作用下進行滲析時，溶液中的帶電的溶質(zhì)粒子析時，溶液中的帶電的溶質(zhì)粒子（如離子）通過膜而遷移的現(xiàn)象稱（如離子）通過膜而遷移的現(xiàn)象稱為電滲析為電滲析 優(yōu)點：去除水中能離解成陰、陽離優(yōu)點：去除水中能離解成陰、陽離子的無機鹽類子的無機鹽類 Na+ClNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+ClClClClClClClClAKKKKKAAAADCDDDDCCC陽極水陰極水咸水Cl2NaOH脫鹽水濃縮液A A：陰離子膜，：陰離子膜，K K：陽離子膜；：陽離子膜；D D：稀室，：稀室，C C

25、：濃室：濃室 應應 用用 藥學：藥學： 1.1.生物和醫(yī)藥制品的澄清、滅菌生物和醫(yī)藥制品的澄清、滅菌 2.2.生物和醫(yī)藥制品的除熱原和病毒生物和醫(yī)藥制品的除熱原和病毒 3.3.生物和醫(yī)藥制品的濃縮、分離和純化生物和醫(yī)藥制品的濃縮、分離和純化 4.4.滅菌水、除熱原水和注射水的制備滅菌水、除熱原水和注射水的制備 應應 用用 醫(yī)學：醫(yī)學： 1.1.血液凈化（透析）血液凈化（透析） 2.2.空氣滅菌和凈化空氣滅菌和凈化 3.3.醫(yī)用膜制氧設備醫(yī)用膜制氧設備 4.4.膜式人工肺膜式人工肺 應應 用用 透析：透析： 原理原理: : 溶質(zhì)溶質(zhì)( (低分子低分子) )由由A A側(cè)通過擴散透過膜，溶劑側(cè)通過擴

26、散透過膜，溶劑（水）由（水）由B B側(cè)根據(jù)滲透原理透過膜側(cè)根據(jù)滲透原理透過膜- -進行相互進行相互移動移動 經(jīng)一段時間后，兩側(cè)液體中的小分子物質(zhì)經(jīng)一段時間后，兩側(cè)液體中的小分子物質(zhì)和水達到動態(tài)平衡和水達到動態(tài)平衡- -這種現(xiàn)象這種現(xiàn)象 稱為透析稱為透析 圖8-1圖8-1是一種擴散控制的，以濃度是一種擴散控制的，以濃度梯度為驅(qū)動力的膜分離方法梯度為驅(qū)動力的膜分離方法 目的：借助這種擴散速度的差，使目的：借助這種擴散速度的差，使A A側(cè)側(cè) 兩組分以上的溶質(zhì)得以分離兩組分以上的溶質(zhì)得以分離 應應 用用 透析膜：透析膜： 是一種以濃度差為推動力的分離膜。根據(jù)分離是一種以濃度差為推動力的分離膜。根據(jù)分離

27、的溶質(zhì)的粒徑，要求分離膜上有相適應的孔徑均勻的溶質(zhì)的粒徑，要求分離膜上有相適應的孔徑均勻的微孔。膜孔徑在的微孔。膜孔徑在1m1m以下的有機高聚物的均質(zhì)膜，以下的有機高聚物的均質(zhì)膜，是一類不帶電荷的多孔膜是一類不帶電荷的多孔膜 應應 用用 透析特點：透析特點： 1. 1. 分離目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子；小分子溶分離目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子；小分子溶 質(zhì)溶液脫大分子質(zhì)溶液脫大分子 2. 2. 截留物尺寸：截留物尺寸：0.0010.001- -1 1 m(m(工業(yè)工業(yè)0.02m,0.02m,人工腎人工腎0.005m )0.005m ) 3. 3. 透過膜的物質(zhì)透過膜的物質(zhì): :微小溶質(zhì)微小溶

28、質(zhì), ,較小溶質(zhì)較小溶質(zhì) 4. 4. 推動力：為濃度差推動力：為濃度差 應應 用用 透析特點：透析特點： 5. 5. 傳質(zhì)傳質(zhì)/ /選擇性機理選擇性機理: :微孔膜中的篩分微孔膜中的篩分, ,受阻擴散受阻擴散 6. 6. 供料和滲透物的相態(tài)供料和滲透物的相態(tài): : 液體液體 7. 7. 流動形式流動形式: : 多采用多采用“錯流錯流” 8. 8. 膜類型：非對稱膜、離子交換膜膜類型：非對稱膜、離子交換膜 應應 用用 理想透析膜材料的特點：理想透析膜材料的特點： 1. 1. 膜材料純度高，不含有任何對生體有害的物質(zhì)膜材料純度高，不含有任何對生體有害的物質(zhì) 2. 2. 具有優(yōu)良的生物相容性，對蛋白

29、質(zhì)無特異吸附具有優(yōu)良的生物相容性，對蛋白質(zhì)無特異吸附 3. 3. 有穩(wěn)定的物理、化學性能和良好的力學性能有穩(wěn)定的物理、化學性能和良好的力學性能 4. 4. 能經(jīng)受消毒處理而不影響結(jié)構(gòu)、性能能經(jīng)受消毒處理而不影響結(jié)構(gòu)、性能 應應 用用 理想透析膜材料的特點：理想透析膜材料的特點： 5. 5. 加工成型方便，膜表皮層及支撐層的孔隙率盡加工成型方便，膜表皮層及支撐層的孔隙率盡可能高，以獲得更高的通量可能高，以獲得更高的通量 6. 6. 孔徑分布應盡可能窄，使膜對所有被希望脫除孔徑分布應盡可能窄，使膜對所有被希望脫除分子的篩分系數(shù)都接近于分子的篩分系數(shù)都接近于1 1 7. 7. 透析器的封裝材料不能含

30、有亞甲基二苯胺、不透析器的封裝材料不能含有亞甲基二苯胺、不會釋放環(huán)氧乙烷等會釋放環(huán)氧乙烷等 應應 用用 膜材料：膜材料： 有天然纖維素及其衍生物與合成聚合物兩大類有天然纖維素及其衍生物與合成聚合物兩大類 纖維素類：醋酸纖維素、再生纖維素等纖維素類：醋酸纖維素、再生纖維素等 合成聚合物類：聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚砜、聚合成聚合物類：聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚砜、聚 烯烴、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烯烴、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯 烷酮、聚甲基丙烯酸酯、乙烯烷酮、聚甲基丙烯酸酯、乙烯- -醋酸乙烯共醋酸乙烯共 聚物、聚醚嵌段共聚物等聚物、聚醚嵌段共聚物等 膜材料膜材料 生產(chǎn)廠商生

31、產(chǎn)廠商 評評 論論 銅氨法再生纖維素銅氨法再生纖維素 AkzoAkzo- -EnKa*EnKa* 首次用于臨床透析首次用于臨床透析 Asahi ChemicalAsahi Chemical 第一種日本透析膜第一種日本透析膜 TerumoTerumo 脫乙酰基纖維素脫乙?；w維素 CordisCordis- -DowDow 第一種中空纖維透析膜第一種中空纖維透析膜 TeijinTeijin 蒸汽消毒蒸汽消毒 醋酸纖維素醋酸纖維素 CordisCordis- -DowDow 蛋白質(zhì)過濾膜蛋白質(zhì)過濾膜 ToyoboToyobo 聚丙烯腈聚丙烯腈 Rhone Poulenc*Rhone Poulenc

32、* 由合成聚合物制造的第一種膜由合成聚合物制造的第一種膜 Asahi ChemicalAsahi Chemical 用于清除用于清除2 2- -小球蛋白的第一種不對稱透析膜小球蛋白的第一種不對稱透析膜 聚甲基丙烯酸酯聚甲基丙烯酸酯 TorayToray 采用特征吸附，采用特征吸附，射線消毒，以清除射線消毒，以清除2 2- -小球蛋白小球蛋白 乙烯乙烯- -乙烯醇共聚物乙烯醇共聚物 KurarayKuraray 抗凝血酶源透析膜抗凝血酶源透析膜 聚醚砜聚醚砜/ /多芳基化合物合金多芳基化合物合金 FreseniusFresenius 用于清除用于清除2 2- -小球蛋白的不對稱透析膜小球蛋白的不

33、對稱透析膜 聚砜聚砜 NikkisoNikkiso 易于控制滲透率的不對稱透析膜易于控制滲透率的不對稱透析膜 聚酰胺聚酰胺 GrambroGrambro 用于清除用于清除2 2- -小球蛋白的不對稱透析膜小球蛋白的不對稱透析膜 已商業(yè)化的人工腎使用的透析膜材料已商業(yè)化的人工腎使用的透析膜材料 應應 用用 人工腎：人工腎： 血液透析俗稱血液透析俗稱 人工腎人工腎 ，即將血液與透析液分置，即將血液與透析液分置于一人工合成的半透膜兩側(cè)，利用各自不同的濃度和于一人工合成的半透膜兩側(cè)，利用各自不同的濃度和滲透壓互相進行擴散和滲透的治療方法。血液透析可滲透壓互相進行擴散和滲透的治療方法。血液透析可將患者體

34、內(nèi)多余水及代謝廢物排出體外，并從透析液將患者體內(nèi)多余水及代謝廢物排出體外，并從透析液中吸收機體缺乏的電解質(zhì)及堿基，以達到糾正水電解中吸收機體缺乏的電解質(zhì)及堿基，以達到糾正水電解質(zhì)及酸堿平衡的目的質(zhì)及酸堿平衡的目的 應應 用用 人工腎構(gòu)成：人工腎構(gòu)成： 由透析器、透析液供給裝置和自動監(jiān)護裝置三部分組成，由透析器、透析液供給裝置和自動監(jiān)護裝置三部分組成，通過血液回路把人體與透析型人工腎連接起來通過血液回路把人體與透析型人工腎連接起來 透析器是人工腎的關鍵部件之一，血液透析過程就在透析透析器是人工腎的關鍵部件之一，血液透析過程就在透析器中進行器中進行 應應 用用 應應 用用 人工肝：人工肝： 人工肝

35、技術(shù)是借助體外機械、化學或生物人工肝技術(shù)是借助體外機械、化學或生物性裝置，暫時部分替代肝臟功能，從而協(xié)助治性裝置，暫時部分替代肝臟功能，從而協(xié)助治療肝功能不全、肝衰竭或相關肝臟疾病療肝功能不全、肝衰竭或相關肝臟疾病 人工肝作為肝衰竭時人體肝臟的替代裝置人工肝作為肝衰竭時人體肝臟的替代裝置和肝功能的輔助裝置，其在臨床得到廣泛地應和肝功能的輔助裝置，其在臨床得到廣泛地應用用 應應 用用 人工肝以及血液凈化的技術(shù)基礎之一就是人工肝以及血液凈化的技術(shù)基礎之一就是各類膜材料的使用。利用膜分離技術(shù)將人體血各類膜材料的使用。利用膜分離技術(shù)將人體血液中愈量的代謝廢物、毒物、致病物質(zhì)以及其液中愈量的代謝廢物、毒

36、物、致病物質(zhì)以及其他有害的溶質(zhì)，從血液中分離出去，恢復血液他有害的溶質(zhì)，從血液中分離出去，恢復血液的正常溶質(zhì)的濃度，保持血液與人體的正常生的正常溶質(zhì)的濃度，保持血液與人體的正常生理功能理功能 PLASMAPHERESISPLASMAPHERESIS ( (血漿置換血漿置換) ) 目的：目的：凈化血液凈化血液 基本原理基本原理：是利用血細胞分離機，是利用血細胞分離機，在體外將患者的血液分離成血漿在體外將患者的血液分離成血漿和血細胞成分和血細胞成分，然后棄去含有害然后棄去含有害致病物質(zhì)的血漿，用等量的置換致病物質(zhì)的血漿，用等量的置換液代替液代替 BIOREACTORBIOREACTOR ( (生物

37、反應器生物反應器) ) 生物反應器內(nèi)大量肝細胞，生物反應器內(nèi)大量肝細胞，通過一層半透膜與血漿或血液進通過一層半透膜與血漿或血液進行物質(zhì)交換，實現(xiàn)體外人工肝臟行物質(zhì)交換，實現(xiàn)體外人工肝臟的代謝、合成和解毒等功能的代謝、合成和解毒等功能 應應 用用 人工肺：人工肺： 又稱氧合器，根據(jù)生物肺肺泡氣體交換原理，利用高又稱氧合器，根據(jù)生物肺肺泡氣體交換原理，利用高分子纖維膜作為交換的主要場所，完成分子纖維膜作為交換的主要場所，完成氧氣和二氧化碳氧氣和二氧化碳的的交換。其基本功能是將靜脈血中的交換。其基本功能是將靜脈血中的二氧化碳二氧化碳排走排走, , 同時將同時將氧氣氧氣加入到血中加入到血中, , 以暫

38、時或長時間取代自然肺的作用以暫時或長時間取代自然肺的作用 目前主要用于目前主要用于心胸手術(shù)中的心肺旁路（體外循環(huán)）、心胸手術(shù)中的心肺旁路（體外循環(huán)）、呼吸輔助（體外膜式氧合器、體內(nèi)膜式氧合器）呼吸輔助（體外膜式氧合器、體內(nèi)膜式氧合器） 應應 用用 膜式人工肺的核心部件是放置膜式人工肺的核心部件是放置在血流中的微孔纖維膜（中空纖在血流中的微孔纖維膜（中空纖維），血氣各走一邊，氧氣和二氧維），血氣各走一邊，氧氣和二氧化碳在膜兩側(cè)的轉(zhuǎn)移主要通過氣體化碳在膜兩側(cè)的轉(zhuǎn)移主要通過氣體分壓梯度彌散，血液則不能通過膜分壓梯度彌散，血液則不能通過膜 應應 用用 空氣無菌過濾：空氣無菌過濾： 金屬膜和陶瓷膜具有堅

39、固、耐酸堿、耐高溫、可反復使用金屬膜和陶瓷膜具有堅固、耐酸堿、耐高溫、可反復使用等特點等特點, , 常用于條件苛刻的情況常用于條件苛刻的情況, , 如高壓消毒氣的進氣過濾、儲如高壓消毒氣的進氣過濾、儲存罐和無菌室的空氣除菌過濾存罐和無菌室的空氣除菌過濾, , 除去空氣中的噬菌體、桿菌等除去空氣中的噬菌體、桿菌等 膜技術(shù)滅菌與傳統(tǒng)滅菌方法的最大區(qū)別是膜技術(shù)滅菌與傳統(tǒng)滅菌方法的最大區(qū)別是: : 傳統(tǒng)方法是通傳統(tǒng)方法是通過將細菌殺死過將細菌殺死, , 來達到殺菌目的來達到殺菌目的, , 而膜技術(shù)則并不殺死細菌而膜技術(shù)則并不殺死細菌, , 它它是將細菌截留在膜的進料側(cè)是將細菌截留在膜的進料側(cè), , 使透過液中不含細菌使透過液中不含細菌, , 從而達到除從而達到除菌目的菌目的 應應 用用 膜技術(shù)在藥學和醫(yī)學已得到了廣泛應用膜技術(shù)在藥學和醫(yī)學已得到了廣泛應用, , 但目但目前前, , 膜技術(shù)的進一步擴大應用還受到幾個方面的約膜技術(shù)的進一步擴大應用還受到幾個方面的約束束, , 一是價格一是價格, , 二是膜的污染二是膜的污染, , 三是膜分離性能的三是膜分離性能的提高提高, , 如果這幾個方面的問題能有效地解決如果這幾個方面的問題能有效地解決, , 則膜則膜技術(shù)在藥學和臨床醫(yī)學上將會發(fā)揮更大的應用技術(shù)在藥學和臨床醫(yī)學上將會發(fā)揮更大的應用