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微生物发酵工程中发酵液过滤技术综述
作者:未知 来源:生物秀 时间:2006-8-10

        几种主要膜技术发展近况大致如下:
        微滤在30年代硝酸纤维素微滤膜商品化,60年代主要开发新品种。近年来以四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微滤膜已商品化,具有耐高温、耐溶剂、化学稳定性好等优点,使用温度在-100~260℃。目前销售量居第一位。
        超滤从70年代进入工业化应用后发展迅速,已成为应用领域最广的技术。日本开发出孔径为5~50nm的陶瓷超滤膜, 截留分子量为2万, 并开发成功直径为1~2mm, 壁厚200~400的陶瓷中空纤维超滤膜,特别适合于生物制品的分离提纯。
        离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水脱盐,近年市场容量也近饱和。80年代新型含氟离子膜在氯碱工业成功应用后, 引起氯碱工业的深刻变化。离子膜法比传统的隔膜法节约总能耗30%,节约投资20%。90年世界上已有34个国家近140套离子膜电解装置投产, 到2000年全世界将1/3氯碱生产转向膜法。
        60年洛布(Loeb)与索里拉简(Sourirajan)发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜, 把反渗透(RO)首次用于海波及苦咸水淡化。70年代开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜,使RO膜性能进一步提高。90年代出现低压反渗透复合膜, 为第三代RO膜,膜性能大幅度提高,为RO 技术发展开辟了广阔的前景。目前RO 已在许多领域得到广泛应用,例如,超纯水制造、锅炉水软化,食品、医药的浓缩,城市污水处理,化工废液中有用物质回收。
        1979年Monsanto公司用于H2/N2分离的Prism系统的建立, 将气体分离推向工业化应用。1985年Dow化学公司向市场提供以富N2为目的空气分离器“Generon”气体分离用于石油、化工、天然气生产等领域, 大大提高了过程的经济效益。
        80年代后期进入工业应用的膜分离技术是用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水,由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的1/3~1/2,且不使用苯等挟带剂,在取代恒沸精馏及其它脱水技术上具有很大的经济优势。德国GFT公司是率先开发成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等国出售了100多套生产装置,其中最大的为年产4万吨无水乙醇的工业装置,建于法国。除此之外,用PV法进行水中少量有机物脱除及某些有机/有机混合物分离, 例如水中微量含氯有机物分离,MTBE/甲醇分离, 近年也有中试规模的研报导。
    在我国,膜技术的发展是从1958年离子交换膜研究开始的。65年开始对反渗透膜进行探索,66年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产,为电渗析工业应用奠定了基础。67年海水淡化会战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动作用。70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发,80年代进入推广应用阶段。80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步,1985年中国科学院大连化物所首次研制成功中空纤维N2/H2分离器, 主要性能指标接近国外同类产品指标, 现已投入批量生产, 每套成本仅为进口装置的1/3。
        我国渗透汽化(PV)过程研究开始于1984年, 进入90年代以来, 复合膜的制备取得了较大进展, 1992年, 我系研制的改性PVA/PAN复合膜通过技术鉴定, 98年在燕化建立我国第一个千吨级苯脱水示范工程, 为我国PV技术的工业化应用奠定了基础。 

    四.膜分离学科发展的主要学科支持体系
    以选择性分离膜为中心的膜科学研究自本世纪50年代形成一个学科以来,取得了飞速发展,主要围绕几个方向深入研究, 这几个方面是:膜材料和膜结构;膜制备与膜形成机理;膜性能与结构的关系; 膜过程和传递机理; 过程和设备设计与优化;膜应用研究等。膜分离技术之所以能够在短短30年内迅速发展脱颖而出,首先是因为它有坚实的理论基础,例如化学渗透压学说,气体膜透过理论、膜孔径理论、膜平衡概念、定电位学说、双电层理论等等。其次是近代科学技术的发展为分离膜材料研究提供了良好的条件,高分子科学的进展为膜分离提供了具有各种特性的合成高分子膜材料;电子显微镜等近代分析技术的进展为分离膜的结构分析和分离机理研究提供了有效手段。第三是现代工业的发展迫切需要节能、低品位原料的再利用和消除环境污染的新技术,而膜分离正好是能满足这些需要的新技术。  
    五.目前基础研究的前沿课题
    1.以水处理为主的膜材料及膜研究
        大通量、高表面积的反渗透膜研究 
        截留分子量低于1000, 高于100万的超滤膜及透过机理; 抗污染膜制造 
        孔径从0.1m到75m 微孔膜系列化研究 
        界面缩聚法制备纳滤膜活性层的方法 
    2. 大通量高选择性气体分离膜研究
        二氧化碳分离 
        有机废气(VOCS)处理 
    3. 渗透汽化膜
        从水中分离有机物的高选择性膜研究 
        有机物/有机物分离膜研究 
    4. 无机膜
        超薄化, 超微孔化复合膜研究; 多组分复合膜研究 
        电导移动膜研究 
        无机与有机材料接枝膜 
    5. 膜催化反应器的传质、传热模型
    6. 膜过程在环境保护及治理、水资源再生、燃料电池隔膜的理论和应用研究
    7.膜中的分子模拟

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