膜分離是利用膜的選擇性，以膜的兩側存在一定量的能量差作為推動力，由於溶液中各組分透過膜的遷移速率不同而實現分離。膜分離操作屬於速率控製的傳質過程，具有設備簡單、可在室溫或低溫下操作、無相變、處理效率高、節能等優點，適用於熱敏性的生物工程產物的分離純化。
一、膜分離類型及其原理
膜分離法包含著豐富的內容，在生物分離領域應用的膜分離法包括微濾（microfiltration，MF）、超濾（ultrafiltration，UF）、反滲透（reverseosmosis，RO）、透析（dialysis，DS）、電滲析（electrodialysis，ED）和滲透氣化（pervaporation，PV）等，各種膜分離法的原理和應用範圍。
二、膜及其組件
生物分離過程常用的膜分離技術為超濾、微濾和反滲透。為實現高效率的膜分離操作，對膜材料有如下要求：起過濾作用的有效膜厚度小，超濾和微濾膜的開孔率高，過濾阻力小；膜材料為惰性，不吸附溶質（蛋白質、細胞等），從而使膜不易汙染，膜孔不易堵塞；適用的pH和溫度範圍廣，耐高溫滅菌，耐酸堿清洗劑，穩定性高，使用壽命長；容易通過清洗恢複透過性能；滿足實現分離目的的各種要求，如對菌體細胞的截留、對生物大分子的通透性或截留作用等。
目前市售膜的種類很多，主要製造材料有天然高分子、合成高分子和無機材料。下麵簡要介紹製造超濾、微濾和反滲透膜的各種膜材料。
1.天然高分子材料
用於製造膜的天然高分子材料主要是纖維素的衍生物，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維素等。其中，醋酸纖維膜的截鹽能力強，常用作反滲透膜，也可用作微濾膜和超濾膜。醋酸纖維膜使用的最高溫度和pH範圍有限，一般使用溫度低於45℃，pH=3～8。再生纖維素可製造透析膜和微濾膜。
2.合成高分子材料
市售膜的大部分為合成高分子膜，種類很多，主要製造材料有聚礬、聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等。其中聚碸是最常用的膜材料之一，主要用於製造超濾膜。聚碸膜的特點是耐高溫（一般為70～80℃，有些可高達125℃），適用pH範圍廣（pH=1～13），耐氯能力強，可調節孔徑範圍寬（1～20nm）。但聚碸膜耐壓能力較低，一般平板膜的操作壓力極限為0.5～1.0MPa。聚酰胺膜的耐壓能力較強，對溫度和pH都有很好的穩定性，使用壽命較長，常用於反滲透。
3.無機材料
用於製造膜的無機材料主要有陶瓷、微孔玻璃、不鏽鋼和碳素等。商品化的無機膜主要有孔徑0.1μm以上的微濾膜和截留相對分子質量1×104以上的超濾膜，其中以陶瓷材料的微濾膜最為常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、矽膠、氧化鋯和鈦等陶瓷微粒燒結而成，膜厚方向不對稱。無機膜的特點是機械強度高，耐高溫、耐化學試劑和耐有機溶劑；但缺點是不易加工，造價較高。