超滤设备的结构剖析

　　超滤设备的结构剖析

　　【超滤(UF)简介】

　　1、 简介：

　　超滤：是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量(CWCO)一般为6000 到50 万，孔径为100nm(纳米)。

　　2、 超滤的基本原理：

　　在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。

　　3、 超滤的分类及特点：

　　对超滤膜的分类，主要分为卷式，板框式，管式和中空纤维式。其中，中空纤维式国内应用最为广泛的一种，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。

　　又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面，可分为内压式和外压式。现在应用的大部分为内压式。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。

　　【超滤膜污染和堵塞的原因】

　　(1)超滤膜的污染原因是超滤膜表皮层的小孔被堵塞导致的，堵塞超滤表层小孔的主要原因为金属离子在超滤膜表层孔内的沉积。具体原因如下：①根清滤饼层前后纯水通量的变化，可以得出滤饼层对通量降低的贡献仅有20﹪的作用，超滤膜本身的污染占80﹪，滤饼层不是膜污染的主要原因;②从新膜、污染的超滤膜和不同化学溶剂浸泡后的膜表面的电镜扫描可以看出，50000倍下观察到的膜孔堵塞程度和超滤膜的纯水通量有明显的关系。

　　(2)造成膜孔堵塞的原因为金属离子在膜孔的沉积，有机物增强了金属离子和膜的结合。通过分析各种溶液浸泡后的超滤膜的纯水通量和浸泡液的有机物和金属离子的含量，可以得出金属离子是污染超滤膜的主要原因，有机物对膜污染的影响不大。分析不同溶液浸泡后超滤膜中金属的含量，超滤膜中Fe、Ca、K的含量和纯水通量成反比，这三种金属离子是污染超滤膜的主要因素。分析氢氧化钠和次氯酸钠浸泡液得到：超滤膜中所吸附的有机物主要为中性亲水性小分子有机物;通过FTIR和GC、MS的分析可以得出，污染超滤膜的有机物为芳香烃类、烷烃类有机物，醇类有机物也可能污染超滤膜。

　　【超滤膜的污染原因】

　　超滤膜的污染原因是超滤膜表皮层的小孔被堵塞导致的，堵塞超滤表层小孔的主要原因为金属离子在超滤膜表层孔内的沉积。具体原因如下：

　　①根清洗滤饼层前后纯水通量的变化，可以得出滤饼层对通量降低的贡献仅有20﹪的作用，超滤膜本身的污染占80﹪，滤饼层不是膜污染的主要原因;

　　②从新膜、污染的超滤膜和不同化学溶剂浸泡后的膜表面的电镜扫描可以看出，50000倍下观察到的膜孔堵塞程度和超滤膜的纯水通量有明显的关系。

　　(4)造成膜孔堵塞的原因为金属离子在膜孔的沉积，有机物增强了金属离子和膜的结合。通过分析各种溶液浸泡后的超滤膜的纯水通量和浸泡液的有机物和金属离子的含量，可以得出金属离子是污染超滤膜的主要原因，有机物对膜污染的影响不大。

　　分析不同溶液浸泡后超滤膜中金属的含量，超滤膜中Fe、Ca、K的含量和纯水通量成反比，这三种金属离子是污染超滤膜的主要因素。

　　分析氢氧化钠和次氯酸钠浸泡液得到：超滤膜中所吸附的有机物主要为中性亲水性小分子有机物;通过FTIR和GC、MS的分析可以得出，污染超滤膜的有机物为芳香烃类、烷烃类有机物，醇类有机物也可能污染超滤膜。

　　【超滤法除热源】

　　超滤法除热原是一种物理分离方法，选用何种规格的超滤膜为宜，首先须了解药液中e热原的相对分子质量大小、性质以及浓度。

　　文献提出，由于脂多糖的终端结构类脂A具有较小的相对分子质量，因此需选用切割相对分子质量小于5000相对分子质量的超滤膜。如果选用截留相对分子质量为1万至20万的超滤膜，除去相对分子质量为几万到几百万的热原，则应再使用热原吸附剂除去小相对分子质量的热原，包括相对分子质量约为2000的类脂A。这些不同规格滤膜的平均孔径为2nm到0.1μm

　　稻见良秋等报道，用超滤法除热原，必须采用孔径为1nm的超滤膜，截留相对分子质量6000左右。但产量低，处理量大时，设备大型，压力要求也较高。其次，采用截留相对分子质量规格为5000或10000的超滤膜除热原，对部分含有较大相对分子质量成份的药液是不合适的。因为，在除去热原的同时会把药液中的有效成分阻留与吸附，使产品得率大受影响。因此，也有选用10万至30万截留相对分子质量的滤膜除去大部分发热性物质后(产品物质基本上通过滤膜)，再采用热原吸附剂除去余下部分热原，使得产品收得率既高，去除热原效果又好。为了提高产量，采用聚酰胺(尼龙)为原料制成的微孔滤膜，过滤热原浓度为20ng/ml的自来水，由于材质具有特异的吸附热原的特性，过滤后的水质符合药典规定，其产量高达2000L/(m2•h)。

　　K.Mueeller报道，除热原用超滤膜的截留相对分子质量规格是6000。

　　永田彦在其专利中称，一般的注射液，为除去低相对分子质量发热物质，采用截留相对分子质量1万的超滤膜。

　　田原修等采用截留相对分子质量为1万的超滤膜，平板式装置，除去乳酸钠中的热原。

　　桥本雅文指出，一般从低相对分子质量药液中去除热原采用截留相对分子质量为1万的滤膜，包括静脉注射液除热原。

　　M.M.Solin报道，用尼龙66制成的带电荷微孔滤膜，孔径大小为0.1、0.2μm和0.45μm，也可用于对相对分子质量为4万的葡聚糖溶液除热原。其中0.45μm的微孔膜作预处理，0.1μm和0.2μm的微孔膜进一步作除热原处理。

　　综上所述，超滤膜孔径及材质的选择，需视被处理药物的相对分子质量、特性，及药品中热原的含量而定，通过工艺试验选择最为合适的超滤膜规格及处理工艺。