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濃縮程序理論

來源：青島強(qiáng)星設(shè)備科技有限公司 2008年08月26日 08:30

濃縮程序理論的一些簡(jiǎn)單知識(shí)，希望對(duì)大家有用。

濃縮

在生物程序中所生產(chǎn)的物質(zhì)常溶在溶劑（水）中成稀薄的溶液，必須經(jīng)過濃縮(concentrating)的過程將濃度提高。依照濃縮所需的能量大小次序?yàn)槟し蛛x(membrane separation)、蒸發(fā)(evaporation)與冷凍濃縮(freeze concentration)等三種程序。本章將探討膜分離與蒸發(fā)。冷凍濃縮是一種結(jié)晶分離的過程，待有機(jī)會(huì)探討結(jié)晶時(shí)再行討論。

膜分離

一、前言

膜分離（membrane separation）利用具有一定選擇性透過特性的過濾介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)的分離存化。膜在分離過程中，對(duì)于物質(zhì)做識(shí)別與滲透使混合物中各組成分之間產(chǎn)生分離；作為分隔的界面，將透過液和保留液分為互不混合的兩相；作為反應(yīng)場(chǎng)，在膜表面及孔內(nèi)表面含有與特定溶質(zhì)具有相互作用能力的官能團(tuán)，通過物理作用、化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)提高膜分離的選擇性和分離速度。

二、膜分離法及其原理

膜分離法包含著非常豐富的內(nèi)容，在生物分離領(lǐng)域應(yīng)用的膜分離法包括微濾（Microfiltration，MF）、超濾（Ultra-filtration，UF）、逆滲透（Reverse osmosis，RO）、透析（Dialysis，DS）、電滲析（Electrodialysis，ED）和滲透汽化（Pervaporation，PV）等。

（一）滲透壓與逆滲透

一個(gè)容器中間用一張半透膜隔開。半透膜可透過溶劑（水），但不能透過溶質(zhì)。膜的兩側(cè)分別加入純水和含溶質(zhì)的水溶液，若膜兩側(cè)壓力相等，在濃度差的作用下作為溶劑的水分子從溶質(zhì)濃度低（水濃度高）的一側(cè)向溶質(zhì)濃度高的一側(cè)透過，這種現(xiàn)象稱為滲透。促使水分子透過的推動(dòng)力稱為滲透壓。

溶質(zhì)濃度越高，滲透壓越大，水分子由滲透壓小的一側(cè)向滲透壓大的方向移動(dòng)。如果欲使高滲透壓溶液中的溶劑（水）透過到低滲透壓左側(cè)，在右側(cè)所施加的壓力必須大于此滲透壓，這種操作稱為逆滲透。一般逆滲透的操作壓力常達(dá)到幾十個(gè)大氣壓。

圖中側(cè)1為純水，右側(cè)2為水溶液中間以滲透膜隔開，分別為溶質(zhì)與溶劑的莫耳分率。水分子可以擴(kuò)散通過滲透膜，而溶質(zhì)分子無法透過。平衡時(shí)兩側(cè)的壓力差稱為滲透壓(osmotic pressure)

因?yàn)槠渲袨榧內(nèi)軇┑哪w積。，為溶液中溶質(zhì)的莫耳分率，在稀薄溶液時(shí)所以溶液的滲透壓常表示成

，或，其中為溶質(zhì)的莫耳濃度。

RO膜無明顯的孔道結(jié)構(gòu)，其透過機(jī)理尚不十分清楚。目前多采用熱力學(xué)方法解釋RO膜的透過機(jī)理，而不考慮膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，其中溶解-擴(kuò)散模型簡(jiǎn)單實(shí)用。該溶質(zhì)假設(shè)溶劑或溶質(zhì)首先溶解在膜中，然后擴(kuò)散通過RO膜。

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