探讨生物化工及膜分离技术研究进展

张宝堂

摘 要：生物化工包含了集合了生物学、化学、工程学等多个学科，其中，膜分离技术作为一种选择性分离的技术，在我国生物化工领域的应用十分广泛。基于此，本文首先提出生物化工以及膜分离技术研究进展，分析现行主流的膜分离技术，最后探究膜分离技术现行应用情况。

关键词：生物化工 膜分离技术 研究进展

引 言

膜分离技术是在能够保持分子水平前提下，不同粒径分子混合物通过半透明膜实现选择性分离的一项技术，半透膜也被称之为分离膜、滤膜，膜壁上分布着非常多的小孔，结合不同小孔尺寸可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等，这些过滤技术在生物化工领域中的应用十分广泛，也占据着主流地位。膜分离技术具有效率高、设备简单、节约资源等优势，是当下生物化工领域重点发展的项目之一。

1.生物化工以及膜分离技术的研究进展

当代生物技术作为新兴高技术领域中的主要内容，也是21世纪高新技术核心。是在细胞生物学、分子生物学、生物化学以及基础的生物学发展起来的新技术。该项技术的核心是DNA技术、细胞融合技术，并融合细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程等构成的新型生物化工技术。全面发展生物化工已经成为了全球各国重要的发展战略，目前应用较为广泛的领域是生物医药、农业、化工等。生物化工技术为生物技术提供了多种高效的反应器、新型分离介质、工艺控制技术、后处理技术，实现了生物技术的不断更新和提升。这样让生物化工技术成为全球技术竞争的重要领域。在生物化工不断发展背景下，还衍生出了生物膜技术，通过半透明过滤屏障层，通过膜不同过滤渗透性对混合液中不同组分进行提纯和分离。生物膜孔洞大小决定了过滤等级，如今主流的膜分离技术包括：微滤、超滤、反渗透、纳滤、液膜等分离技术。

2.常见的膜分离技术

2.1微滤膜分离技术。微滤膜分离技术所采用的滤膜通常具有孔隙多、孔隙小的特点，膜作为过滤的主要介质，可以通过筛分方案进行过滤。主要推动力是介质压力，可以让大分子、溶剂、盐类等都通过薄膜，让一些超大分子、细小颗粒被拦截在外，实现溶液净化作用，达到物理分离作用。微滤膜作为膜分离技术的基础，具有经济价值高、应用范围广的优势，也是后续集中膜分离技术发展的核心。该项技术在得生物制药领域中的应用十分广泛。

2.2超滤膜分离技术。超滤膜分离技术应用了筛分原理，也就是在膜分离当中通过压力差让溶剂从溶液中分离。和微滤膜分离相比，超滤膜分离过程中膜孔化学影响性更强。通過施加压力，部分小分子物质、溶剂可以通过膜孔，大分子、细小颗粒会被膜过滤掉，实现过滤功能。超滤膜分离通常都是采用不对称膜，膜表面性质、孔径大小的差异会产生不同拦截作用。超滤膜主要是为了过滤大分子溶液。因此该项技术主要是应用在生物化工领域。

2.3反渗透膜分离技术。反渗透膜采用了扩散、溶解等原理，利用压差作用实现膜分离。反渗透膜分离技术与其他的渗透过程恰好相反。无论是渗透还是反渗透都是采用半透膜分离。溶液浓度较高的一侧施加压力，可以确保反面压力大于自然渗透压力，让浓度较高溶液中的溶剂通过过滤反向渗透，从而实现分离目的。反渗透膜分离技术主要是应用在低分子量浓缩溶液当中，如氨基酸浓缩等领域。溶液性质决定了反渗透的压力，与膜种类并无太大关系。

2.4纳滤膜分离技术。纳滤膜分离技术主要是应用了扩散、吸附等功能，通常是采用压力差实现膜分离。除了这两种原理，还涉及到了超滤、反渗透原理，是当今比较先进的膜分离技术之一。从本质上来说，纳滤是一种低压反渗透方式，在分离性能上要高于上述几种技术，可截断分子量达到了200-2000。纳米膜作为一种人工合成膜，只有部分无机盐、溶剂可以通过膜。纳滤过程中的压力施加要比反渗透技术低很多，可以降低拉动力投入量。同时，超滤膜无法截断溶质，而纳滤膜可以有效拦截，反渗透容易被拦截的有用物质，在纳滤中可以通过。所以纳滤膜分离技术更强。纳滤膜在实际使用中具有非常高的稳定性，所以在生物化工、生物医药等领域应用非常广泛。

2.5液膜分离技术。液膜分离技术在形态上和之前所提的几种技术有很大差异，由表面活性剂、溶剂构成，主要是乳液微粒构成的液态形式。结合溶解、扩散原理，液相膜可以将不同性质溶液有效分离，结合渗透原理实现提纯。该膜分离技术弥补了固态膜通量小、选择性低等问题。整体上可以划分为乳化液膜和支撑液膜两种结构。

3.膜分离技术在生物化工中的应用进展

膜分离技术在实际使用中具有防止热敏性物质失活、使用效率高等优势，因此在生物化工领域中的应用十分广泛。对于医药水中的热源可以通过超滤、反渗透膜分离方法去除。在生产氨基酸过程中，超滤膜可以去除有害菌、热源。超滤膜还可以处理粗酶液，让低分子、盐类等和水一起从膜孔中渗除，实现酶浓缩和精制，使用聚醚砜作为膜材超滤设备，对溶菌酶进行提纯，超滤分离15min之后再进行清洗。采用该技术，酶得率可以达到63%，纯度达到98.5%以上，酶活表现非常好，在提纯侯可以直接冷冻、干燥、浓缩。再者，膜分离技术还可以应用到低分子量发酵产品分离与浓缩工艺中，也可以利用膜制作不同类型的膜反应器。

膜分离技术具有分离效率高、设备简单、节能效益高、适用于生物产品处理等特点，各国对该项技术都十分关注，在分离、过滤方面发挥着极大的效益，为生物化工生产提供了极大的便捷性。随着生物膜技术研究不断深入，其应用范围也会愈加广泛。当今膜分离技术主要的技术瓶颈就是膜分离性能降低。如果能够解决该问题，则膜分离技术将在生物化工领域中发挥更大的作用。

结束语

综上所述，膜分离技术作为生物化工技术的重要组成部分，随着科学技术不断发展，膜分离技术也更加完善，分离、过滤、提纯的作用更强。针对不同化工产品要选择针对性的膜分离技术，从而更好的为各个行业提供服务，为提升生物化工技术水平、应用范围奠定基础。虽然我国膜分离技术在研发已经较为成熟，但是在分离、提纯方面依然存在着问题，未来还需要重点展开这方面的研究工作。

参考文献

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