对称膜的膜孔结构
缺点：在酸、碱条件下易水解，不耐高温，易受微 生物侵蚀。
2、合成高分子材料膜
主要有聚砜，聚酰胺等。
聚砜类塑料的应用领域
双酚A型聚砜 聚砜是一类在分子 主链上含有芳香基 和砜基的非结晶型 热塑性塑料
聚 芳 砜
聚 醚 砜
双酚A型聚砜（PSU或PSF）
聚芳砜（PAS）
聚醚砜（PES）
界面
多孔膜
临界孔径
膜表面
膜表面对水的优先吸附
3、反渗透工业应用

海水和苦咸水脱盐制饮用水； 制备医药、化学工业中所需的超纯水； 用于处理重金属废水


用于浓缩过程。包括：食品工业中果汁、糖、咖 啡的浓缩；电镀和印染工业中废水的浓缩；奶品工 业中牛奶的浓缩。
目前世界最大的反渗 透苦咸水淡化装置位于美 国，日产水量 28万吨，最 大的反渗透海水淡化装置 位于以色列，日产水量 27.3万吨。 淡化海水5年后直供 北京，可供北京3成用水， 预计成本每吨8元
蛋 白 质 沉 淀 量
分段盐析
ABCFra bibliotek2040
60
80
(NH4)2SO4饱和度（%）
防止蛋白共沉淀
第六章 沉淀和膜分离技术
二、有机溶剂沉淀法
1、原理 带电质点，两个蛋白质
（1）加有机溶剂，降低ε，使蛋白质偶极离子增强 吸引力 （2）有机溶剂常与水相溶，对蛋白质有脱水作用
2、有机溶剂的选择
用于生化制备的有机溶剂的选择首先 是要能与水互溶。沉淀蛋白质和酶常用的 是乙醇、甲醇和丙酮。
（四）、反渗透（Reverse Osmosis，RO）
1、渗透与反渗透
反渗透膜：只透水和小分子物质，不能透过溶质，无 明显孔道结构 传质推动力：压力差
压力差＞渗透压
2、分离机理
反渗透法对分子量>100的电解质、非电解质都可有 效的除去，其中分子量在100～300之间的去除率为 90％以上。 对无机盐的脱除 率达98%以上。
有机溶剂沉淀
PEG沉淀
第二节 膜分离技术 一、定义
膜分离技术：利用具有一定选择透过特性的 膜进行物质分离纯化的技术。
国际学术界一致认为：“谁掌握了膜技术， 谁就掌握了化工的未来”。
二、膜分离技术中对膜材料的要求
1、厚度小、开孔率高 2、耐压 3、耐温 4、耐酸碱 5、膜材料为惰性 6、生物相容性 7、低成本
第六章 沉淀和膜分离技术
第一节 沉淀技术 一、定义
沉淀：溶液中溶质由液相变成固相析出的过程
二、应用 分离、澄清、浓缩、保存
三、沉淀技术的分类
（一）盐析：蛋白质分离的主要方法 1、定义：高浓度中性盐使蛋白质发生沉淀。
2、原理
①中和蛋白质表面电荷
②破坏蛋白质表面水化层
3、影响盐析的因素
(1)盐离子种类和浓度
3、常用分子量为6,000～20,000的 PEG，一般 分子量越高，沉淀效果越好。
不同沉淀方法的比较 优点
盐析
缺点
简便、蛋白质不易变 分离效果较差，进 一步纯 化要脱盐 性、浓缩蛋白质 产品纯度高于盐析， 有机溶剂消耗大， 易变性失活 不用脱盐 工艺简单，PEG用量 成本高，PEG难于 回收 少，条件温和
5、有机溶剂沉淀的影响因素 （2）样品浓度：5mg/mL-20mg/mL （3）pH值：通常是选在等电点附近
（4）离子强度：盐浓度以0.01-0.05M为宜 盐浓度过高会增加蛋白质在水中的溶解度， 通常是在低盐浓度缓冲液中沉淀蛋白质。
三、高聚物沉淀 1、常用高聚物：聚乙二醇（PEG）
2 、原理：亲水性 PEG 竞争结合自由水，破坏 蛋白质表面的水膜，使蛋白质疏水区暴露， 聚集沉淀。
几种盐在不同温度下的溶解度（克/100毫升水） 0℃ （NH4）2SO4 Na2SO4 70.6 4.9 20℃ 75.4 18.9 80℃ 95.3 43.3 100 ℃ 103 42.2
NaH2PO4
1.6
7.8
93.8
101
5、盐析的操作方法
（1）固体加入法 固体硫酸铵的预处理：研成细粉
加入：要在搅拌下缓慢、少量、多次地加入→尽量 避免局部硫酸铵浓度过大而造成共沉淀。
3、操作方法与注意点
与(NH4)2SO4饱和溶液加入法相同
注意点： （1）、低温下操作 （2）、有机溶剂一定要冷冻好
4、有机溶剂沉淀的影响因素
（1）温度
①蛋白质溶解度随温度降低而下降； ②有机溶剂与水混合时产生放热反应； ③蛋白质在有机溶剂中对温度非常敏感： 要求：有机溶剂预冷，操作时要在冰浴中进行，缓 慢加入有机溶剂，并不断搅拌以免局部浓度过浓。
0.001~0.02m
0.1~1nm
小于1nm
（一）、微滤
也称微孔过滤 1、压力差：0.05～1MPa 2、膜的平均孔径：0.01～100. μm 3、应用：医药工业的过滤除菌
（二）、超滤（Ultrafiltration，UF） 截断分子量6000～50万，孔径为1-20nm，压 力差：0.1- 1MPa。
）
）
4、截留的主要物质是盐、生物小分子和离子的过滤 属于（ ） A. 纳滤 B. 微滤 C. 超滤 D. 反渗透
5、截留的主要物质是病毒和生物大分子的过滤属于 （ ） A. 纳滤 B. 微滤 C. 超滤 D. 反渗透 6、营养物质过滤除菌属于（ ） A. 纳滤 B. 微滤 C. 超滤 D. 反渗透 7、海水淡化属于（ ） A. 纳滤 B. 微滤 C. 超滤
（2）饱和溶液加入法 优点：不易造成局部饱和 缺点：体积会变大
6、混合蛋白质的盐析
分段盐析：不同盐浓度下各种蛋白质的溶解 度是不同的，因此调节溶液的盐浓度，可使 不同的蛋白质先后沉淀出来。 沉淀不同蛋白质所需硫酸铵的量一般用硫酸 铵的饱和度表示。 如：加入量为60%饱和度，指加入量为该温 度下饱和溶解度的60%。
牛血清白蛋白：分子 量为66kDa 溶菌酶：分子量为 14kDa
超滤过程示图：
背压阀
△P出
截留液
平板式 超滤膜
透出液
蛋白酶液
恒流泵
△P进
当溶液经由水泵进入超滤器时，水和其它小分子量物质 透过滤膜，大分子物质（如蛋白质、病毒、细菌等）被 截留。
2、超滤应用
蛋白、酶、DNA的浓缩 脱盐/纯化 清洗细胞、纯化病毒 除病毒、热源
三、膜的分类
1、按孔径大小 （1）微滤膜（2）超滤膜（3）纳滤膜（4）反渗透膜 2、按膜结构 （1）对称膜 （2）不对称膜 （3）复合膜
3、按材料分 （1）天然高分子膜 （2）有机高分子膜 （3）无机膜
四、常用膜材料
1 、天然高分子材料膜：主要是纤维素的 衍生物，如醋酸纤维膜，硝酸纤维膜和再 生纤维素膜等。
大分子
纳滤
● ● ●● ●● ■ ■
糖 二价盐 游离酸 单价盐 不游离酸
水
1、根据孔径大小，常用的膜过滤方法可分为 ——— —，————，————和————。
2、实验室和生产中使用的各种真空抽滤机属于（ A. 常压过滤 B. 加压过滤 C. 减压过滤 3、截留的主要物质是细菌和灰尘的过滤属于（ A. 纳滤 B. 微滤 C. 超滤 D. 反渗透
优先吸附模型
压力
H2O H2O Na+ClNa+ClNa+ClNa+ClNa+ClH2O 膜表面 H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O Na+ClNa+ClNa+ClH2O H2O H2O H2O H2O
主体溶液
H2O H2O H2O H2O
纳滤膜的分离机理
（2）道南效应：纳滤膜本体带有电荷性，对 相同电荷的分子具有较高的截留率。
纳滤膜分离机理示意图
料液
＋ ＋ － － ＋ ＋ －
带负电荷的膜 透过通量
2、纳滤膜应用
（1）低聚糖的分离和精制； 可以达到HPLC法同样的分离效果，甚至在很高 的浓度区实现三糖以上的低聚糖同葡萄糖和蔗 糖的分离，而且可以大大降低成本。 （2）制药工业 多肽和氨基酸的分离；抗生素的浓缩和纯化等 （3）水处理 软化水处理；饮水中有害物质的去除
2、临床： 血液透析
六、加压膜分离技术 1、原理 在一定的压力下，小分子溶质能透过一定 孔径的薄膜，而大分子溶质不能透过，从而使 大分子物质得到了部分的纯化。
2、根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径 的不同，分为
微滤 超滤 纳滤 反渗透
（1）微滤膜（2）超滤膜（3）纳滤膜（4）反渗透膜
0.01~10m
①能截留透过超滤膜的那部分有机小分子； ②对一价离子的截留率低，如对 Na + 和 Cl - 等单价离 子（一般低于90%）； ③对二价和高价离子截留率高，如对 Ca2+、 Mg2+、 SO42-截留率高（96%以上），并可以有效去除水中 含有的三卤甲烷中间体 THM（加氯消毒时产生）， 用于饮用水的净化、软化。
果汁澄清
在较好的保留果汁 的原有风味的情况下， 对果汁浊度平均去除率 为90%，膜透过液在室温 保存半年，无沉淀析出。
（三）、纳滤（Nanofiltration，NF）
纳滤：是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离 技术，孔径为0.1~1nm，压力差为0.5- 2MPa。
1、纳滤膜的分离机理
（ 1 ）筛分：截留粒径在 0.1~1nm，分子量范 围约为200-1000Da
(2)pH：等电点时易沉淀
(3)蛋白质浓度的影响 蛋白质浓度越小，盐析所需盐离子浓度越高。 对混合蛋白质的盐析，蛋白质浓度大，会发 生严重共沉作用，一般控制浓度为2.5-3%。
4、中性盐的选择
最常用的中性盐：(NH4)2SO4
优点： ①溶解度大； ②分离效果好：有的提取液加入适量硫酸铵 盐析，一步就可以除去75％的杂蛋白，纯度 提高了四倍。 ③不易引起变性，有稳定酶与蛋白质结构的 作用； ④ 价格便宜，废液不污染环境。