超滤膜界面性能调控

① 超滤膜的工作原理是什么

超滤膜是一种常用于分离和过滤溶液中大分子溶质的膜技术。其工作原理基于尺寸排斥原理和压力驱动。以下是超滤膜的工作原理：
1. 尺寸排斥原理：超滤膜的特殊结构使得其拥有一定大小的孔隙或微孔。这些孔隙的大小通常在几纳米至数十纳米之间，可以过滤掉溶液中的大分子溶质，如蛋白质、多糖等。而小分子物质，如水分子和溶解的离子则可以通过膜孔隙。
2. 压力驱动：超滤膜工作时，将待处理的溶液施加在膜的一侧，并施加压力。这个压力被称为透析压或跨膜压差。通过施加透析压，溶液中的液体和小分子可以通过膜孔隙，形成透过液流，而大分子则被阻挡在膜表面形成浓缩液流。
3. 分离效应：由于超滤膜孔隙的选择性，大分子溶质不能穿过膜孔隙，而只能停留在膜表面形成浓缩液流。通过这种方式，超滤膜实现了对大分子的有效分离和去除。
超滤膜的选择性是根据分子大小进行调控的，可以通过更换具有不同孔隙大小的超滤膜来实现对不同分子大小的分离。
超滤膜在很多领域广泛应用，例如饮用水净化、废水处理、生物工艺、食品加工等。它能够高效地去除溶液中的悬浮颗粒、胶体、微生物和一些大分子有机物质，具有重要的分离和过滤功能。

② 超滤膜孔径如何测定

超滤膜孔径的测定微孔滤膜的孔径分离效率是关键所在，所以评价滤膜孔径甚为重要。

目前大致采用以下方法：

一、直接测量法

1.直接法测膜孔径

（1）电子显微镜

扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）电子显微镜表征膜的孔径、孔径分布及膜的形态结构。

制样至关重要。湿膜样品要经过脱水、蒸镀、复型等处理。

逐级脱水法：膜样品用5%饿酸固定，然后在提取器中用CCl4或乙醇逐级脱水，再用环氧树脂包埋固化，最后用超薄切片机切成薄片。适用透射电子显微镜的观察。

低温冷冻脱水法：膜样品放在液氮或其他低温介质中冷冻，使膜样品中的水急速冷冻为细小的结晶，然后在低温（至少低于-60°C）和低真空下，使冷冻的结晶逐级升华。这样制备的膜样品不收缩，经镀金或复型，可用电子显微镜观测。

微滤膜的孔径为0.05-10m，扫描电镜可分辨。

超滤膜的孔径为1nm-30mm，扫描电镜的分辨率低于5-10nmnm，所以采用扫描电镜观测超滤膜的结构是困难的。

透射电镜的分辨率比扫描电镜要高得多，约为3-4A正确制样，高分辨率的透射电镜可以观测超滤膜的表面细微结构。

环境扫描电子显微镜（ESEM），克服了常规SEM的局限性。使湿的、油性的、脏的和不导电的样品不经处理就可直接上机观测。

二、间接测量法

间接法是利用与孔径有关的物理现象，通过实验测出相应的物理参数，在假设孔径为均匀直通圆孔的假设条件下，计算得到膜的等效孔径，主要方法有泡点压力法、压汞法、氮气吸附法、液液置换法、气体渗透法、截留分子量法、悬浮液过滤法。

泡点法：

泡点压力所对应膜的最大孔径。实测时，膜应被液体完全润湿，否则将带来误差。

亲水性膜采用水为润湿液体；疏水性膜采用醇为润湿液体。

测定步骤

a将样品平行于液面浸入蒸馏水中，使其完全湿润b将滤膜置于测试池上，压上光滑的多孔板c在多孔板上加入3-5mm深的水d开通气源，使压力缓慢上升，当滤膜表面出现第一个气泡并连续出泡时的气体压力值，带入公式可求出样品最大孔径值。

e气泡出现最多时的压力值，带入公式可求出样品最小孔径。

f由最大孔径与最小孔径即可算出平均孔径。

（1）电镜法比较直观，但属破坏性检测，也只能得到局部信息

（2）泡压法（又称气体渗透法）只局限于测定膜孔中的最大孔径，用于小孔径超滤膜的测定时所需压力远高于膜的使用压力，故一般认为只适用于微滤膜的测定。

③ 超滤膜在水处理中的污染及其控制措施

影响膜污染主要有膜或膜组件自身特性、运行条件、原水水质、污泥混合液的性质等四大因素。

膜污染的防制措施

通过有效的技术可以尽量延缓膜污染的进程，降低膜污染的程度，在防控浓差极化和膜污染面的研究主要集中在改良膜的性质、改变原水的特性、优化分离操作条件及对膜进行预处理、定期反冲洗等方面。前面影响因素中已提到很多方面，这里主要对预处理方法和定期反冲洗进行阐述。

1.预处理

它是降低膜污染的研究方法之一，其中包括混凝、吸附、预氧化、预过滤等方法。预处理影响膜的过滤性主要表现为三个方面：改变污染物粒径分布；改变污染物之间相互作用或它们在膜表面的沉积性；抑制微生物生长或是去除可生物降解的微生物。混凝是目前为止用得最为广泛和有效的预处理方法，研究表明投加混凝剂后能大大降低膜污染，增加膜通量，而且比投加活性炭更为有效。活性炭投加能吸附水中8～15μm的颗粒，而这些颗粒是控制膜通量的主要因素。但过多地投加活性炭可能会加剧膜污染，目前国内普遍采用的是2g/L的投加量。采用强氧化剂如氯、过氧化氢、高锰酸钾、臭氧等来氧化和改变有机物组成部分，从而改善出水水质，减轻膜污染。国内外对于预氧化控制膜污染的研究主要限于臭氧。适度的臭氧预氧化能增加了可生物同化有机碳和改善污泥性质,从而可能减轻膜污染，发现臭氧化能够促进活性污泥中微生物细胞的分解和控制丝状菌膨胀，从而减轻膜污染。然而有研究表明臭氧的投加对控制膜污染效果不明显,甚至有可能加重膜污染，而且由于强氧化性，可能会氧化膜，从而损害膜，并容易产生一些副产物，因此预氧化工艺还在不断研究中。使用填充床过滤器或是其它膜预过滤来去除部分可能对后续膜有污染的物质，疏水性粗孔径膜能很好低吸附有机污染物，因此在预处理使用疏水性粗孔径膜非常有效。

2.膜冲洗

研究表明对膜组件进行定期清洗可在很大程度上恢复膜通量。膜的清洗包括物理冲洗、化学冲洗、物化联合冲洗以及电冲洗。物理清洗是用机械方法从膜面上去除污染物,包括多种方法。如正方向冲洗、变方向冲洗、透过液反压冲洗、振动、排气充水法、空气喷射、自动海绵球清洗、水力方法、气液脉冲和循环洗涤等。但该法仅对污染初期的膜有效,清洗效果不能持久。

研究表明:单独进行水反冲洗不能够有效去除膜面的阻垢层。化学清洗实质上是利用化学试剂和沉积物、污垢、腐蚀产物及影响通量速率和产水水质的其他污染物的反应去除膜上的污染物。化学试剂主要包括酸、碱、螯合剂和按配方制造的产品等。采用盐酸、氢氧化钠及次氯酸钠三种清洗剂结合清洗PVDF膜效果很好，但是单独的进行化学清洗只能减小污染物对膜的粘滞性,不能将污染物有效去除，而且进行化学清洗时,水温、加药量及清洗时间是决定清洗效果的重要因素。将物理和化学清洗方法结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剂可使物理清洗的效果提高。电清洗是一种十分特殊的清洗方法。在膜上施加电场, 则带电粒子或分子将沿电场方向移动, 通过在一定时间间隔内施加电场, 且在无需中断操作的情况下从界面上除去粒子或分子。这种方法的缺点是需使用导电膜及安装有电极的特殊膜器。清洗剂的选择决定于污染物的类型和膜材料的性质。

在清洗方案的选择中,应考虑以下因素：清洗设备的要求, 膜的类型和清洗剂的相容性,系统的结构材料,污染物的鉴定,使用过的清洗液的排放条件及由此造成的影响。

④ 你可知道超滤膜技术的原理是什么超滤膜生产厂家工艺技术解析

超滤膜技术的原理是利用一种特殊的膜分离过程，实现对溶液中不同物质的分离、浓缩或纯化。具体来说：

• 孔径筛选：超滤膜是一种具有特定孔径的微孔过滤膜，其孔径通常在1至100纳米之间。在压力差的驱动下，原液通过膜的微孔进行过滤。小于膜孔径的溶剂及小分子物质能够透过膜，形成透过液。
• 物质截留：大于膜孔径的悬浮物、颗粒物、胶体、细菌以及高分子有机物等则被截留在膜的一侧，从而实现物质的分离。

超滤膜生产厂家的工艺技术主要包括以下几个方面：

• 材料选择：根据应用场景选择合适的膜材料，如聚醚砜、聚偏氟乙烯等，这些材料具有良好的化学稳定性和机械强度。
• 膜结构设计：通过调控膜的孔径大小、分布和孔隙率等参数，优化膜的过滤性能和通量。
• 成型工艺：采用相转化法、拉伸法等工艺，确保膜具有规整的结构和优异的性能。
• 质量控制：引进自动化生产线和精密的检测设备，严格控制从原材料到成品的每一个环节，确保所生产的超滤膜在孔径均匀性、过滤效率、耐压性能等方面均达到行业领先水平。

⑤ 反渗透净水器和超滤净水器的区别

净水器市面上的产品五花八门，光是反渗透和超滤这两个技术名词就让我这个外行人看得直挠头。为了弄明白区别，我硬是啃了好几天资料，还请教了做家电销售的朋友，总算理出了点头绪。今天就结合我最后选的立升H7超滤净水器，和大家唠唠这两种净水器的门道。

先说说核心过滤原理。反渗透净水器靠高压泵加压，让水分子“逆着自然渗透方向”穿过孔径仅0.0001微米的RO膜。这层膜就像一个“超级筛子”，能拦住99%以上的细菌、胶体和有机物，出来的水接近纯水。超滤净水器则靠水压驱动，水通过0.01微米孔径的超滤膜时，细菌、胶体等杂物质被截留，但人体所需的矿物质等小分子仍能通过。它的过滤更像“粗筛+精筛结合”，保留了水中矿物质，口感更接近天然水。

从适用场景来看，反渗透净水器堪称“水质净化全能选手”。如果家里水质差，比如住在老旧小区、工业区附近，或使用地下水、雨水，它能有效去除水垢、重金属残留和农药成分，尤其适合有孕妇、婴幼儿或免疫力较弱人群的家庭。超滤净水器则更适合水质较软的南方地区，比如厨房用水量大时，用它洗菜、淘米、煮饭，既能去除泥沙、铁锈，又能保留水中的钙镁离子，让汤品更鲜美。

成本方面，反渗透净水器前期投入更高，千元以上的产品较常见，且后期需定期更换PP棉、活性炭、RO膜等滤芯，年均维护费用约300-500元。超滤净水器价格亲民，500-1500元就能买到，滤芯寿命更长，年均维护成本约100-200元。

但是，如果我既想深度净化水质，又不想完全舍弃水中的矿物质，那立升H7净水器就是个绝佳选择。它创新性地实现了“可矿、可纯、可均衡”三种水质模式自由切换。超滤水富含矿物质，安全有营养，适合直饮、烹饪和果蔬清洗，能保留水中的天然矿物质，让饮食更健康。智矿水含适量矿物质，口感和健康双升级，特别适合冲泡奶粉、泡茶、泡咖啡，满足不同场景的用水需求。纯水则纯净无杂质，适合烧水、制冰或用于加湿器，减少水垢烦恼。

立升H7还搭载了智能调控技术，能自主感知各地水质，智能调控水中天然矿物质的保留量，因地制宜提供个性化净水方案，其还采用四芯净滤系统，滤除各类有害物，保障饮水安全，4.5L/min的大流量设计，让用水无需久等，即用即滤，畅快体验。高端智能屏显水龙头能实时显示滤芯寿命和出水水质，发生故障时立刻提醒，使用起来省心又安心。智能废水比调节功能，达到国家一级水效标准，高效节能，避免水资源浪费。还有24小时主动防漏监测系统，杜绝渗水、漏水隐患，保障家庭用水安全。

所以，有了立升H7净水器，就像给家庭用水请了一位专业的“健康管家”，全方位满足家庭多样化的用水需求。

⑥ 如何进行蛋白超滤设备选型

如何进行蛋白超滤设备选型？在分离分析特别是蛋白质分离分析中，层析是相当重要、且相当常见的一种技术，其原理较为复杂，对人员的要求相对较高，这里只能做一个相对简单的介绍。
一、 吸附层析
1、 吸附柱层析
吸附柱层析是以固体吸附剂为固定相，以有机溶剂或缓冲液为流动相构成柱的一种层析方法。
2、 薄层层析
薄层层析是以涂布于玻板或涤纶片等载体上的基质为固定相，以液体为流动相的一种层析方法。这种层析方法是把吸附剂等物质涂布于载体上形成薄层，然后按纸层析操作进行展层。
3、 聚酰胺薄膜层析
聚酰胺对极性物质的吸附作用是由于它能和被分离物之间形成氢键。这种氢键的强弱就决定了被分离物与聚酰胺薄膜之间吸附能力的大小。层析时，展层剂与被分离物在聚酰胺膜表面竞争形成氢键。因此选择适当的展层剂使分离在聚酰胺膜表面发生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的连续过程，就能导致分离物质达到分离目的。
二、 离子交换层析
离子交换层析是在以离子交换剂为固定相，液体为流动相的系统中进行的。离子交换剂是由基质、电荷基团和反离子构成的。离子交换剂与水溶液中离子或离子化合物的反应主要以离子交换方式进行，或借助离子交换剂上电荷基团对溶液中离子或离子化合物的吸附作用进行。`
三、 凝胶过滤
凝胶过滤又叫分子筛层析，其原因是凝胶具有网状结构，小分子物质能进入其内部，而大分子物质却被排除在外部。当一混合溶液通过凝胶过滤层析柱时，溶液中的物质就按不同分子量筛分开了。
四、 亲和层析
亲和层析的原理与众所周知的抗原一抗体、激素一受体和酶一底物等特异性反应的机理相类似，每对反应物之间都有一定的亲和力。正如在酶与底物的反应中，特异的废物(S')才能和一定的酶(E)结合，产生复合物(E－S')一样。在亲和层析中是特异的配体才能和一定的生命大分子之间具有亲和力，并产生复合物。而亲和层析与酶一底物反应不同的是，前者进行反应时，配体(类似底物)是固相存在；后者进行反应时，底物呈液相存在。实质上亲和层析是把具有识别能力的配体L(对酶的配体可以是类似底物、抑制剂或辅基等)以共价键的方式固化到含有活化基团的基质M(如活化琼脂糖等)上，制成亲和吸附剂M－L，或者叫做固相载体。而固化后的配体仍保持束缚特异物质的能力。因此，当把围相载体装人小层析柱(几毫升到几十毫升床体积)后，让欲分离的样品液通过该柱。这时样品中对配体有亲和力的物质S就可借助静电引力、范德瓦尔力，以及结构互补效应等作用吸附到固相载体上，而无亲和力或非特异吸附的物质则被起始缓冲液洗涤出来，并形成了第一个层析峰。然后，恰当地改变起始缓冲 液的PH值、或增加离子强度、或加人抑③剂等因子，即可把物质S从固相载体上解离下来，并形成了第M个层析峰(见图6－2)。显然，通过这一操作程序就可把有效成分与杂质满意地分离开。如果样品液中存在两个以上的物质与固相载体具有亲和力(其大小有差异)时，采用选择性缓冲液进行洗脱，也可以将它们分离开。用过的固相载体经再生处理后，可以重复使用。
上面介绍的亲和层析法亦称特异性配体亲和层析法。除此之外，还有一种亲和层析法叫通用性配体亲和层析法。这两种亲和层析法相比，前者的配体一般为复杂的生命大分子物质(如抗体、受体和酶的类似底物等)，它具有较强的吸附选择性和较大的结合力。而后者的配体则一般为简单的小分子物质(如金属、染料，以及氨基酸等)，它成本低廉、具有较高的吸附容量，通过改善吸附和脱附条件可提高层析的分辨率。
五、 聚焦层析
聚焦层析也是一种柱层析。因此，它和另外的层析一样，照例具有流动相，其流动相为 多缓冲剂，固定相为多缓冲交换剂。
聚焦层析原理可以从PH梯度溶液的形成、蛋白质的行为和聚焦效应三方面来阐述。
1、PH梯度溶液的形成
在离子交换层析中，PH梯度溶液的形成是靠梯度混合仪实现的。例如，当使用阴离子 剂进行层析时，制备PH由高到低呈线性变化的梯度溶液的方法是，在梯度仪的混合室(这层析柱者)中装高PH溶液，而在另一室装低PH极限溶液，然后打开层析柱的下端出口，让洗脱液连续不断地流过柱体。这时从柱的上部到下部溶液的PH值是由高到低变化的。而在聚焦层析中，当洗脱液流进多缓冲交换剂时，由于交换剂带具有缓冲能力的电荷基团，故PH梯度溶液可以自动形成。例如，当柱中装阴离子交换剂PBE94(作固定相)时，先用起始缓冲液(配方见表了一2)平衡到PHg，再用含PH6的多缓冲剂物质(作流动相)的淋洗液通过柱体，这时多缓冲剂中酸性最强的组分与碱性阴离子交换对结合发生中和作用。随着淋洗液的不断加人，住内每点的PH值从高到低逐渐下降。照此处理J段时间，从层析柱顶部到底部就形成了PH6～9的梯度。聚焦层析柱中的PH梯度溶液是在淋洗过程中自动形成的，但是随着淋洗的进行，PH梯度会逐渐向下迁移，从底部流出液的PH却由9逐渐降至6，并最后恒定于此值，这时层析柱的PH梯度也就消失了。
2．蛋白质的行为
蛋白质所带电荷取决于它的等电点(PI)和层析柱中的PH值。当柱中的PH低于蛋白质的PI时，蛋白质带正电荷，且不与阴离于交换剂结合。而随着洗脱剂向前移动，固定相中的PH值是随着淋洗时间延长而变化的。当蛋白质移动至环境PH高于其PI时，蛋白质由带正电行变为带负电荷，并与阴离子交换剂结合。由于洗脱剂的通过，蛋白质周围的环境PH 再次低于PI时，它又带正电荷，并从交换剂解吸下来。随着洗脱液向柱底的迁移，上述过程将反复进行，于是各种蛋白质就在各自的等电点被洗下来，从而达到了分离的目的。
不同蛋白质具有不同的等电点，它们在被离子交换剂结合以前，移动之距离是不同的，洗脱出来的先后次序是按等电点排列的。

供静脉注射的25%人胎盘血白蛋白（即胎白）通常是用硫酸铵盐析法、透析脱盐、真空浓缩等工艺制备的，该工艺流程硫酸铵耗量大，能源消耗多，操作时间长，透析过程易产生污染。改用超滤工艺后，平均回收率可达97.18%；吸附损失为1.69%；透过损失为1.23%；截留率为98.77%。大幅度提高了白蛋白的产量和质量，每年可节省硫酸铵6.2吨，自来水16000吨。目前国外生产超滤膜和超滤装置最有名的厂家是美国的Milipore公司和德国的Sartorius公司。
随着现代生物技术的发展, 通过基因工程生产蛋白质药物在治疗人类面临的重大疾病如癌症等方面展示出巨大的潜力. 为满足生物技术产品工业化生产的需要, 开发高通量、低成本、高效的分离纯化方法已引起人们的高度关注. 超滤技术由于具有通量高, 操作条件温和, 易于放大等特点, 特别适合生物活性大分子的分离. 在生物技术领域, 超滤技术目前已广泛应用于细胞收集分离、除菌消毒、缓冲液置换、分级( fract ionatio n) 、脱盐及浓缩[ 1] . 近年来越来越多的研究表明, 通过选择适当的膜或膜表面改性,以及对分离过程进行优化, 充分利用和调控膜—蛋白质以及蛋白质—蛋白质之间的静电相互作用, 可以实现分子量相近的两种蛋白质的高选择性超滤分离[2- 7] .

为克服常规蛋白质超滤分离过程优化中存在的实验蛋白质消耗多、工作量大、费时以及费用高等缺点, 我们相继开发了脉冲进样技术( Pulsed sampleinject ion technique ) [8]和参数连续变化超滤技术( Parameter scanning ultraf ilt ration) [9]. 并以此为基础, 结合载体相超滤技术( Carrier phase ult rafil—t rat ion) [10]进一步提出了一种蛋白质超滤分离快速优化新方法[11], 实现了人血浆白蛋白—免疫球蛋白[12]、人源化单克隆抗体( A lemtuzumab) 单体— 二聚体[13]的超滤分离过程快速优化和高选择性分离,并在膜的筛选及其适用性快速评估方面展现出巨大的潜力. 该方法的主要特征是与AKTA Prime 系统联用, 采用脉动进样技术显著减少了蛋白质的用量;而利用双缓冲体系( 类似梯度洗脱) 的参数连续变化超滤技术, 在pH 或离子强度连续变化的情况下考查pH 或离子强度对蛋白质透过率或截留率的影响, 进一步缩短了实验时间, 降低了蛋白质的用量,极大地减少了实验量, 加快了过程优化进程; 另外,载体相超滤技术的应用则可保证超滤分离自始至终在设定的条件下进行, 从而最大限度地保证超滤过程的稳定性.
2012-02-25
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