超滤管与有机溶剂

A. 什么是超滤液

循环血液经过肾小球毛细血管时，血浆中的水和小分子溶质，包括少量分子量较小的血浆蛋白，可以滤入肾小囊的囊腔而形成滤过液。这种滤过液就是超滤液。

尿液首先在肾脏，通过肾小球滤过，形成超滤液，人体每天正常生成的超滤液可以达到180升。超滤液进入肾小管后，称为小管液，那么肾小管和集合管可以把人体大部分的水分和各种溶质重吸收回血液，称之为重吸收。

除此以外，肾小管和集合管还有分泌的功能，可以将某些物质分泌入小管腔内，称为分泌。经过肾小管和集合管的重吸收和分泌，人体正常每天生成的尿液只有1.5升。

(1)超滤管与有机溶剂扩展阅读：

超滤技术：

超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤原理也是一种膜分离过程原理.

超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3x10000—1x10000的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时.

水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。

超滤原理并不复杂。在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，这使得超滤的应用受到一定程度的限制。

为此，需通过试验进行研究，以确定最佳的工艺和运行条件，最大限度地减轻浓差极化的影响，使超滤成为一种可靠的反渗透预处理方法。

超滤是一种膜分离技术，(UItrafil-tration 简称UF)。能够将溶液净化，分离或者浓缩。超滤是介于微滤与纳滤之间，且三者之间无明显的分界线。一般来说，超滤膜的孔径在0.05 um–1 nm之间，操作压力为0.1–0.5 Mpa。

主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。超滤膜根据膜材料，可分为有机膜和无机膜。按膜的外型，又可分为：平板式、管式、毛细管式、中空纤维和多孔式。目前家用超滤净水器，多以中空膜为主。

超滤膜的工作以筛分机理为主，以工作压力和膜的孔径大小来进行水的净化处理。以中空纤维为例。

以进水方式可分为外压式：原水从膜丝外进入，净水从膜丝内制取。反之则为内压式。内压式的工作压力较外压式要低。超滤膜在饮用水深度处理，工业用超纯水和溶液浓缩分离等许多领域中，得到了广泛应用。

参考资料资料：网络-原尿

参考资料资料：网络-超滤技术

B. 什么是超滤

超滤膜属于毛细管式中空纤维膜，是以高分子材料经特殊的膜制造工艺生产的不对称半透回膜，它是答一种不产生相变的分离方法，其所用的制膜材料为改性PVC、PAN或者PVDF，具有良好的机械性能和耐热、耐化学性能以及较强的抗污染能力。它的切割分子量为10万道尔顿，超滤膜丝内径0。 9mm，外径1。6mm，属内压式过滤，即原液先进入中空膜丝内部，经压力差驱动，沿径向由内向外渗透过中空膜丝，从而滤除原液中的各种细菌、胶体、杂质等大分子物质。

C. 超滤是什么原理

超滤是一种膜分离技术，其原理是通过半透性膜的选择性透过功能，将不同粒径的溶质与溶剂进行分离。

详细解释如下：

一、超滤的基本原理

超滤是一种利用半透性膜进行物质分离的过程。超滤膜具有特定的孔径大小，允许溶剂通过，同时阻止较大粒径的溶质通过。这种选择性透过功能基于膜孔径与溶质分子大小的相对关系。当溶液在压力驱动下通过超滤膜时，水分子和较小的溶质分子能够通过膜，而较大的溶质分子和颗粒则被截留。

二、超滤膜的结构特点

超滤膜通常是由多种材料制成的多层结构，具有许多细小的通道和孔隙。这些通道和孔隙的大小决定了膜的选择透过性能。超滤膜的孔径范围通常在几纳米到几百纳米之间，这使得它们能够有效地去除水中的悬浮颗粒、有机物、细菌和病毒等。

三、超滤的工作过程

在超滤过程中，待处理的溶液在压力的作用下通过超滤膜表面。水分子和较小的溶质通过膜的孔隙渗透到膜的另一侧，而较大的颗粒则被膜截留。这个过程称为“截留”。随着时间的推移，被截留的颗粒会在膜表面形成一层滤饼，但这并不会显著影响水的渗透过程，因为滤饼中的空隙仍然允许水分子的通过。定期清洗膜表面可以恢复其过滤性能。

四、超滤的应用领域

超滤技术广泛应用于水处理、食品饮料、医药、化工等领域。它可以用于去除水中的杂质和有害物质，提供清洁的饮用水。同时，它还可以用于食品工业中的果汁和饮料的澄清和过滤，以及医药工业中的药物的提纯和分离过程。超滤技术以其高效、节能和环保的特点，成为现代工业中不可或缺的一项技术。

D. 超滤设备的介绍

超滤(Ultra-filtration, UF)是一种能将溶液进行净化和分离的膜分离技术。超滤膜系统是以超滤膜丝为过滤介质，膜两侧的压力差为驱动力的溶液分离装置。超滤膜只允许溶液中的溶剂（如水分子）、无机盐及小分子有机物透过，而将溶液中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，从而达到净化或分离的目的。

E. 超滤膜的材料有哪些 超滤膜什么材质好

超滤膜的材料主要包括有机高分子材料和无机材料两大类。

有机高分子材料： 纤维素酯类：如二醋酸纤维素、三醋酸纤维素和混合纤维素，具有良好的亲水性和成孔性，成本较低，但耐酸碱性能欠佳。 聚砜类：如聚砜、磺化聚砜和聚醚砜，机械强度好，耐热和耐化学性能强，是常用的材料。 聚烯烃类：如聚丙烯和聚丙烯腈，具有良好的机械和化学性能，但PAN需要引入其他共聚单体以提高亲水性和柔韧性。 氟材料：如聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯，具有优异的机械强度和耐高温、耐化学侵蚀性，但成本较高。 聚氯乙烯：制造的超滤膜具有优良的机械强度和化学侵蚀性，成本适中，适用于制造在跨膜压差低的情况下，单位膜面积产水量高的超滤膜。 其他：如聚砜酰胺、聚醚酮、聚脂肪酰胺、聚酰亚胺和聚醚酰亚胺也被用于超滤膜的制造。

无机材料： 主要是陶瓷、玻璃、氧化铝、氧化锆和金属，国内还处于实验室研究阶段，尚未商品化生产。这类材料耐高温，耐有机溶剂性能好，不易老化，可再生性强，适用于特种分离。

关于哪种材质好： PAN：适用于地表水及非重度污染的水处理，价格较低，耐酸碱程度一般，透水性能好。 PVDF：韧性好、强度高，耐氧化性能优良且耐污染程度高，适用于各种废水污水的处理及医药、生化和化工等特种行业的分离。 PES：机械强度好，耐热和耐化学性能强，适用于污水、工业废水等处理。 PS：在有机高分子材料制成的膜中强度最高，透水性和耐酸碱性能都很好，适用于医药、化工等特种行业的浓缩、分离和提纯。

总之，选择超滤膜材料时，应根据具体的水质需求、成本预算、处理效果等因素综合考虑，选择最适合的材质。

F. 什么是超滤液

循环血液通过肾小球毛细血管时，血浆中的水分和小分子溶质会通过肾小囊形成超滤液。超滤液是尿液生成的起始阶段，人体每日生成约180升的超滤液。随后，超滤液进入肾小管，成为小管液。通过肾小管和集合管的重吸收与分泌功能，大部分水分和溶质被重新吸收入血液，形成最终的尿液量，仅1.5升。

超滤技术是一种加压膜分离技术，利用特制的膜在压力作用下，使小分子溶质和溶剂透过膜，而大分子物质被截留。超滤原理基于膜表面的微孔筛选，可以截留分子量在3x10000至1x10000之间的物质。水通过超滤膜后，可以去除大部分胶体硅和有机物。

超滤过程中，被截留的杂质在膜表面积累，可能导致浓差极化现象，进而生成凝胶层，使膜的透水量下降。因此，需通过优化工艺和运行条件，减轻浓差极化的影响，提高超滤的效率和可靠性。

超滤技术广泛应用于饮用水深度处理、工业超纯水制备以及溶液浓缩分离等领域。超滤膜根据材料可分为有机膜和无机膜，按外形可分为平板式、管式、毛细管式、中空纤维和多孔式。家用超滤净水器多采用中空纤维膜。

超滤膜的工作原理主要基于筛分机理，通过调整工作压力和膜孔径大小来实现水的净化处理。以中空纤维为例，可根据进水方式分为外压式和内压式两种类型。超滤技术因其高效、可靠的特点，在许多领域得到了广泛应用。

G. 超滤膜有哪些分类

超滤膜的分类有很多:
按照膜组件的不同分类:有管式超滤膜，板框式超滤膜，卷式超滤膜和中空纤维式超滤膜。
按照按照压力驱动形式的不同:可以分为外压式和外压式。
膜材料的不同分类:有有机超滤膜和无机超滤膜两种。
有机超滤膜按材质又可以分:
1、聚砜类
如聚砜(PS)、磺化聚砜(SPS)、聚醚砜(PES)等。用这种材料制膜，易成型，膜机械强度好，耐热、耐化学性能也较好，是目前用得较多的材料。
2、聚烯烃类
主要是聚丙烯(PP)和聚丙烯腈(PAN)。同聚砜相似，它的机械和化学性能较好。PAN的腈基是强极性基因，但PAN并不十分亲水，通常引入另一种共聚单体(如醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯)，以增加链的柔韧性和亲水性，从而改变其加工性。
3、氟材料
目前主要用的是聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTEE)，这种材料的超滤膜具有极优良的机械强度和耐高温、耐化学侵蚀性性能，使用温度一40~260~C，可在强酸、强碱和多种有机溶剂条件下使用，但成本很高。
4、聚氯乙烯(PVC)
这种材料制造的超滤膜具有优良的机械强度和极佳的化学侵蚀性性能，材料来源广泛、稳定，成本适中，可以制造出优良的超滤膜，尤其是可以制造出在跨膜压差很低的条件下，单位膜面积产水量却很高的超滤膜。例如，海南立升净水科技实业有限公司已生产出在25℃，lm水柱条件下，PVC膜过滤纯水的通量达到400L/(mz.h)(国家十五科技攻关项目)。
5、其他材料除上述材料外，还有聚砜酰胺、聚醚酮、聚脂肪酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺等。广州超禹整理提供，希望能够帮到你!

H. 超滤膜的分类及标准

超滤是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的一种微孔过滤膜。超滤膜采用压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。以膜的额定孔径范围作为区分标准时压力差为推动力的膜过滤可区分为：微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02～10μm;超滤膜(UF)为0.001～0.02μm;反渗透膜(RO)为0.0001～0.001μm。超滤膜的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说在膜的一侧施以适当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。
超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤;后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。
又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面，双分为内压式和外压式。现在应用的为清一色全为外压式。主要优点为单位容积内装填的有效膜面积大，且占地面积小。
超滤膜一般为高分子分离膜，用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物(例如：醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料)、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。由此可知，超滤膜较适于处理溶液中溶质的分离和增浓，或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。PTFE(聚四氟乙烯)：适合水系及各种有机溶剂，耐所有溶剂，低溶解性。具有透气不透水、气通量大、高微粒截留率、耐温性好，抗强酸、碱、有机溶剂和氧化剂，耐老化及不粘、不燃性和无毒、生物相容性等特点。其相关产品广泛应用于化工、医药、环保、电子、食品、能源等领域。水系PES(聚醚砜)：具有较高的化学和热稳定性，流速快、耐酸碱能力强(pH范围1-14);具有高机械强度。水系CA(醋酸纤维)：适合水溶液，较低的蛋白吸附，流速高，热稳定性强，不适用于有机溶剂，特别适用于水基溶液。有机系尼龙：具有良好的亲水性，耐酸耐碱，抗氧化剂。不仅适用于含有酸碱性的水溶液，更适用于含有有机溶剂，如醇类、烃类、脂类、酚类、酮类等有机溶剂。有机系尼龙：适用于绝大多数有机溶剂和水溶液，可用于强酸，70%乙醇、二氯甲烷等有机溶剂。
超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式，其中，中空纤维式国内应用较为广泛的一种，其典型特点为没有膜的支撑物，是靠纤维管的本身强度来承受工作压压力的。超滤膜目前广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。

I. 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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