(2)化學耐受性膜在使用之前必須查明膜的化學組成,了解其化學耐受性。如PP膜為有機膜,可用於有機溶劑的超濾;而醋酸纖維膜為無機膜,它可用於無機溶劑的過濾,但不可用於有機溶劑的過濾。
(3)膜的吸附性質由於各種膜的化學組成不同,對各種溶質分子的吸附情況也不相同。使用超濾膜時,希望它對溶質的吸附盡可能少些。此外,某些介質也會影響膜的吸附能力,例如磷酸緩衝液常會增加膜的吸附作用。
(4)膜的無菌處理許多生化物質必須在無菌條件下進行處理,所以超濾膜必須實行無菌化。除有的膜可以進行高溫滅菌外,不少膜不耐受高溫,因此常采用化學滅菌法。常用的試劑有70%乙醇、5%甲醛、20%的環氧乙烷等。
(二)超濾裝置的設計
超濾裝置一般由若幹超濾組件構成。通常可分為平板式、管式、螺旋卷式和中空纖維式4種主要類型。其中主要膜組件的優缺點比較。
(三)防止濃差極化與膜汙染
在膜分離過程中,濃差極化與膜汙染是經常發生存在的兩種現象。濃差極化是指在分離過程中,料液中的溶劑在壓力驅動下透過膜,溶質被截留,於是在膜表麵與鄰近膜麵區域濃度越來越高,在濃度梯度作用下,溶質由膜麵向本體溶液擴散,形成邊界層,使流體阻力與局部滲透壓增加,從而導致溶劑透過流量下降。溶劑向膜麵流動(對流)引起溶質向膜麵流動,當溶質向膜麵流動速度與濃度梯度使溶質向本體溶液擴散速度達到平衡時,在膜附近存在一個穩定的濃度梯度區,這一區域稱為濃度極化邊界層,這一現象稱為濃差極化。當降低膜兩側壓差到零,無溶劑透過膜,膜表麵溶質向本體溶液擴散,一段時間後,膜表麵溶質濃度與本體溶液溶質濃度相等,濃差極化現象消失,因此濃差極化現象是一個可逆過程。
膜汙染是指處理樣品中的膠體粒子或溶質大分子由於與膜存在物理化學相互作用或機械作用而引起的在膜表麵或膜孔內吸附、沉積,造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產生透過流量與分離特性的不可逆變化現象。它與濃差極化有內在聯係。
濃差極化可通過減小料液中溶質濃度,改善膜麵流體力學條件及提高主體溶液流速或增加湍流程度來減輕濃差極化程度。膜汙染解決的辦法:一是進行預處理,除去懸浮物,並加入螯合劑防止離子和低溶解度鹽的沉澱;二是及時更換和清洗已出現堆積物的膜片,可用水衝洗、脈衝衝洗、酶製劑清洗及其他洗滌劑(如2%~3%稀HCl)清洗。
四、應用
隨著超濾技術的不斷改進,其已被廣泛應用於蛋白質等生物大分子的製備、水處理、醫藥工業及食品加工工業中。
1.蛋白質的純化
在蛋白質的分離純化技術中,超濾主要用於脫鹽、脫水和濃縮等,並具有成本低,操作方便,條件溫和,能較好地保持生物大分子的活性,收率高等優點。
① 重組蛋白IFN-αA的純化,利用10ku和50ku的超濾膜超濾,再應用高效疏水作用色譜純化酵母菌表達的重組蛋白IFN-αA,使之純度達到95%以上。
② 從製備澱粉的廢水中回收蛋白質,用常規方法製備澱粉,約有80%的蛋白質丟失在廢水中,而用截流分子質量為30ku的超濾膜可使蛋白質收率達到87.8%,還減少了環境汙染。
2.蛋白質製品的生產
應用超濾法生產蛋白質製品有很高的經濟效益,例如供靜脈注射的25%人胎盤血白蛋白(即胎白)通常是采用硫酸銨鹽析法、透析脫鹽、真空濃縮等工藝。該工藝流程硫酸銨耗量大,能源消耗多,操作時間長,透析過程易產生汙染。改用超濾技術後,平均收率可達97.18%、吸附損失為1.69%、透過損失為1.23%、截留率為98.77%,大幅度提高了胎白的產量和質量。