药液除菌过滤使用的大多是乙酸纤维膜。
（2）合成有机高分子膜
合成高分子膜材料应用最多，主要有聚砜、
聚酰亚胺、芳香聚酰胺、聚丙烯晴、聚烯烃、聚乙烯醇、尼龙、聚碳酸酯
等。
目前，芳香聚酰胺和杂环类膜材料主要用于反渗透和纳滤。聚酰亚胺
已用于超滤、反渗透和气体分离膜的制备。聚砜是超滤、微滤膜的重要材
料，由于抗压密性和抗氧化性强，也是良好的复合膜支撑材料，但其疏水
二、分离膜
膜是指分隔两相界面并以特定的形式限制和传递
各种物质的分离介质。
（一）膜的种类和结构
1、膜的种类
根据来源不同可分为：天然膜和合成膜。
根据相态不同合成膜可分为：固体膜、液体膜和气体膜，目前 大规模工业应用的是固体膜。
根据材质不同固体膜可分为：有机膜和无机膜；按结构又分为 致密膜和多孔膜。
膜劣化是指膜材质自身发生了不可逆转的变化，从而导致膜性能改变。 导致膜劣化的原因可分为化学、物理及生物三个方面。
本章主要讨论制药工业中一些常用膜分离过程的工作原理、传质机理、 分离效果、装置及应用情况。
掌握内容： 膜分离过程基本原理和特点； 膜的分类和特点； 几种膜组件的特点； 膜性能的评价方法； 膜污染的危害和控制方法； 渗透现象和浓差极化现象对膜过程的影响
第一节 膜分离技术与分离膜
一、膜分离的特点及分类
膜分离过程是指利用天然的或合的、具有选择透过性的薄膜作为分 离介质，在浓度差、压力差等作用下，使混合液体或气体混合物中的某一或某些 组分选择性地透过膜，已达到分离、分级、提纯或浓缩目的。
1、膜分离的特点 （1）以具有选择透过性的膜分隔两相界面，被膜分隔的两相之间依靠 不同组分透过膜得速率差来实现组分分离。 （2）膜分离过程无相变发生，能耗低，无需外加物质，对环境无二次污染之忧。 （3）分离过程通常在温和条件下完成，适用于热敏性药物的分离、分级、浓缩。 （4）膜组件结构紧凑，处理系统集成化、操作方便；处理过程能耗较低、单机 分离效率高、无污染等优点。
电渗析的结构和工作原理
电渗析的应用 电渗析是一种相当成熟的膜分离技术，主要用于海水的淡化、苦咸水除
盐、制备纯水以及从体系中脱出电解质等处理。此外，电渗析还可以 在制药行业中用于纯水的制备。
三、浓度差驱动膜分离过程
以浓度差为推动力的膜分离过程主要是渗析，也叫透析。在渗析中料 液和渗析液分别从膜两侧通过，料液和渗析液中的小分子溶质在膜两 侧浓度梯度的推动下，通过膜扩散相互交换。由于各组分的分子大小 和溶解度不同，使得不同溶质的扩散速率也不同，通过选择适当膜孔 径的渗析膜可实现分子大小不同组分分离目的。在实际中常用来脱除 混合溶液中的低分子量组分，达到浓缩的目的。
表11-3絮凝-超滤法和醇沉法处理刺五加提取液的比较
样品成分 总黄酮（mg/L） 蛋白质（mg/L） 澄清度（OD460）
初提液 醇沉处理 超滤透过液
0.927 0.893 0.823
232.1 38.8 0.033
1.240 0.796 0.432
（三）反渗透
1、渗透和反渗透
渗透：将溶剂和溶液用半透膜隔开，并且这种膜只能透过 溶剂分子而不能透过溶质分子。若膜两侧的静压力相等， 将发生溶剂分子从溶剂侧透过膜到溶液侧的渗透现象。
根据膜的电荷情况可分为荷电膜和非荷电膜。荷电膜结构中载 有固定的正电荷或负电荷。包括离子交换膜、反渗透膜和纳滤膜。离 子交换膜又分为阴离子交换膜和阳离子交换膜。
2、膜的结构 根据膜的断面结构及制备过程可分为对称膜、不对称膜和复合膜。
对称膜和不对称膜示意图
（二）膜材料
膜的断面结构示意图
目前使用的分离膜大体上分为三类：天然高分子膜、合成高分子膜和
膜的截留率与截留分子量、膜的渗透通量等，同时还应有膜的使用温 度范围、PH范围、抗压能力和对溶剂稳定性等参数。
膜的选择性和渗透通量是以压力为驱动力膜分离过程两个非常重要的 技术指数。
膜的选择性常用截留率R0来表征，表达式为
R0=1-cp/cm
由于cm不易测得，通常用料液浓度cb替代，此时截留率为表观截留率R
无机膜。前两者合称为有机高分子膜 。分离过程中对膜的要求是：具有良
好的成膜性、热稳定性好、化学稳定性，耐酸、碱和微生物侵蚀及耐氧化
性能。
1、有机膜材料
（1）天然高分子膜
天然高分子膜主要为纤维素的衍生物，是应用
最早，也是目前应用最多的膜材料。主要用于反渗透、超滤、微滤，在气
体分离和渗透汽化中也有应用。如乙酸纤维、硝酸纤维等，在注射针剂中
膜污染就是指由于膜表面形成了吸附层或膜孔赌塞等外部因素导致膜 性能下降的现象。
不同的膜分离过程，膜的污染程度和造成原因也不同。微滤膜的膜污 染主要是由颗粒在膜孔径内堵塞和在膜表面形成凝胶层造成的；超滤 膜所遇到的污染问题主要是由浓度极化造成的；反渗透和纳滤为无孔 膜，污染主要是溶质在膜表面吸附和沉积作用造成的。
（1）溶解-扩散理论 Lonsdale和riley等人将反渗透膜的表面层设想为 致密无孔，并假设溶剂和溶质均溶解于非多孔膜表面层内，溶解情况 服从亨利定律，然后各自在浓度差或压力差作用下扩散通过膜，再从 膜的另一侧解吸出来。
（2）优先吸附-毛细孔流理论 当水溶液与高分子多孔膜接触时，由于 膜的化学性质对溶质排斥，对水分子优先吸附，则在膜与溶液界面上 形成一层纯水层。 在压力作用下，优先吸附的水通过膜就形成了脱盐 过程。纯水层的厚度与溶液性质和膜表面的化学性质有关。当膜表面 毛细管直径为纯水层2倍（2-4个水分子层）时，对毛细管而言，能够 得到最大流量的纯水，该孔径被称为“临界孔径”。
离
作用主要是筛分效应和Donnan效应两种特征。在分离浓度恒定的同电性
离子时，纳滤膜对价态低的、半径小的离子有较低的截留率。而在处理
不同自由离子时，膜对离子的截留率还与离子的浓度有关。
主要应用有：纳滤精制低聚糖；对青霉素等抗生素进行浓缩和纯化等
二、电力驱动膜分离过程
以电位差为推动力的膜分离过程典型代表为电渗析（ED），电 渗析是利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法。
聚四氟乙烯微滤膜电镜照片
微滤的应用
微滤在所有膜分离过程中应用最普遍、销售总额最大。制药行业中的 除菌过滤、中药液体制剂澄清;中药复方提取液的除杂，在不影响药效 的情况下具有较好的澄清除杂效果。
（二）超滤
超滤（UF）膜多为不对称膜，操作静压差一般为0.1~0.5MPa，被分 离组分直径大约为0.01~0.1um，即截留组分的相对分子质量介于 500~1000000的大分子和胶体粒子。
一、压力驱动膜分离过程
目前已经实现工业化的以压力差为推动力的膜过程有：微滤、超滤、 纳滤和反渗透。
微滤（MF）是一种与粗滤相似的膜分离过程。微孔滤膜具有比较整 齐的、均匀的多孔结构。又称为精过滤。
微滤的分离机理
为微滤的分离机理一般认为属于机械筛分，膜的物理结构起决定性 作 用。微孔滤膜截留作用大体可分为以下两类：膜的表面截留和膜内部截留。
第 十 一 章 膜 分 离 技 术
第十一章 膜分离技术
概述 第一节 膜分离技术与分离膜 第二节 膜分离过程与分离机理 第三节 膜分离技术的关键 第四节 膜分离技术的应用与实例 第五节 新型膜分离技术简介
概述
膜分离现象广泛存在于自然界中。膜分离的过程在我国的 利用可追溯到2000多年以前，当时在酿造、烹饪、炼丹和 制药等过程中就有“莞蒲厚洒”，“弊箪淡卤”及“海井” 的海水淡化等记载。由于受到人类认识能力和当时科技条 件的限制，在其后漫长历史进程中对膜技术的理论研究和 技术应用并没有得到实质性的突破。
3. 反渗透的应用
反渗透的应用领域已从早期的海水、苦咸水脱盐淡化发展到化工、食 品、制药以及造纸工业中某些有机物及无机物的分离。反渗透技术在 中草药制剂的浓缩及回收中药有效成分提取液中的溶剂等方面有很大 的发展前景。
（三）纳滤

纳滤（NF）介于反渗透和超滤之间，是20世纪80年代初期继反渗
透之后开发出来的一种新型膜分离技术。纳滤膜表面孔径处于纳米级范
R=1-cp/cb
膜的渗透通量J代表了膜的处理能力，即溶剂通过膜的速率水通量或膜通
量
J=V/St
二、膜的污染与清洗
（一）膜的污染和劣化
在膜分离的过程中，由于溶剂和小分子溶质大量透过膜，大分子溶 质被截留在膜表面积累，当浓度高于主体料液浓度时将引发这些溶质 从膜的表面向主体料液扩散，这一现象称为浓差极化。这一现象几乎 存在于所有的膜分离过程中，出现的时间取决于料液的性质、膜性能 及操作条件。

渗析在医疗上主要用于血液透析。由于渗析过程传质推动力是膜
两侧溶液中组分的浓度差，受体系条件限制，处理效率低，选择性不
高，故在工业上应用不多。仅用于从血清蛋白和疫苗中脱除盐和其他
低分子溶质，降低啤酒的醇含量以及在实验室用于粗酶提纯等。
第三节 膜分离过程中的关键技术
一、膜的性能参数
表征膜的性能参数主要有：膜的孔道特征、膜的荷电性与亲水性能、
到分离、提纯的目的。
不同的膜过程使用的膜不同，推动力也不同。根据推动力不同，膜
过程可分为四大类： （1）以压力差为推动力（压力驱动）的过程； （2）以电位差为推动力（电位驱动）的过程； （3）以浓度差为推动力（浓度差驱动）的过程； （4）以蒸汽分压差为推动力（蒸汽分压驱动）的过程。
不同的膜分离过程往往有不同的分离机制，即使同一个分离过程也有 不同的机理模型。
超滤的应用
超滤主要应用于尺寸较大的分子、微粒与低分子物质或溶剂分离过程。 利用超滤膜“筛分”机理即膜孔径大小特征将中药体系中的有效组分或有 效部位进行分离提纯，在中药中日益受到青睐。其应用包括三个方面：分 离纯化，有效去除非药效成分；提高药效成分浓度，减少剂量；制剂生产， 包括制备注射液、口服液等。