生物化工及膜分離技術(shù)分析

羅明剛 李航

摘要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展能夠提高生產(chǎn)力，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行業(yè)都嚴(yán)重依賴高新技術(shù)以提高工作效能，在生物化工行業(yè)內(nèi)的膜分離技術(shù)使用極廣，這是一種發(fā)展起來(lái)不久的高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)，可顯著提升生物產(chǎn)品的最終質(zhì)量。在生物化工行業(yè)中，膜分離技術(shù)的地位不可或缺，膜分離技術(shù)會(huì)隨生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，提高工作質(zhì)量，但是現(xiàn)在膜分離技術(shù)的工作效率和提純精度仍有很大的提高空間，需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究，推動(dòng)生物化工行業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：生物化工;膜分離技術(shù);分析

前言：生物化工是一種交叉學(xué)科，它包含了生物學(xué)和化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，主要研究生物活性物質(zhì)等對(duì)象，包含了理論的內(nèi)容，也包含了一些技術(shù)問(wèn)題。生物化工技術(shù)甚至涉及到了重組DNA技術(shù)和細(xì)胞技術(shù)等高端技術(shù)，能夠有力推動(dòng)基因工程等技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前生物化工技術(shù)已經(jīng)成為生物技術(shù)中重要組成部分，但其具有較為特殊的特點(diǎn)，其中膜分離技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的純度要求較高，同時(shí)要保證生物活性，但在具體操作時(shí)影響因素較多，因此要對(duì)生物化工及膜分離技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行深入了解，結(jié)合具體情況選擇比較實(shí)用的膜分離技術(shù)，從而提高分離質(zhì)量。

一、生物化工技術(shù)的研究

生物化工的研究以實(shí)驗(yàn)為根基，囊括了理論研究，也離不開(kāi)工程研究，例如細(xì)胞工程和酶工程等，通過(guò)對(duì)工程和控制進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，產(chǎn)生想得到的生物產(chǎn)物。生物化工產(chǎn)出價(jià)值高、生產(chǎn)成本低，可用于環(huán)境、能源、食品等方面的研究。以青霉素為代表的抗生素是生物化工技術(shù)研究領(lǐng)域在近現(xiàn)代最杰出的成果，二戰(zhàn)時(shí)期，從青霉素的研究和生產(chǎn)開(kāi)始，生物化工技術(shù)得到了快速發(fā)展，二戰(zhàn)后已經(jīng)滲透到轉(zhuǎn)基因領(lǐng)域，新型生物技術(shù)不斷出現(xiàn)，與生產(chǎn)生活的聯(lián)系越來(lái)越密切，酒精等產(chǎn)品的生產(chǎn)都離不開(kāi)生物化工技術(shù)，生物化工技術(shù)成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)，甚至在化妝品方面也可以利用生物化工技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

二、膜分離技術(shù)的原理和發(fā)展前景

膜分離技術(shù)，顧名思義就是發(fā)半透膜作為過(guò)濾介質(zhì)，形成不同大小分子中間的隔離屏障，通過(guò)膜的選擇性、滲透壓、濃度差等作用因素使不同組分能夠被分離甚至提純。半透膜中膜的孔洞大小差異較單純的目的。在生物化工行業(yè)中膜分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，一般不產(chǎn)生次生污染物，因此，其在生物化工行業(yè)得到了較大的普及應(yīng)用機(jī)會(huì)，例如在生產(chǎn)蛋白質(zhì)和酶的時(shí)候，就可以充分利用膜分離技術(shù)。當(dāng)前膜分離技術(shù)應(yīng)該向著更好的方向發(fā)展，包括向開(kāi)發(fā)多元化的原材料和低成本、高環(huán)保性能的技術(shù)方向進(jìn)行研究，還要對(duì)膜分離系統(tǒng)的操作工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而提升分離效果，對(duì)于特定膜分離材料進(jìn)行開(kāi)發(fā)，研究能夠?qū)δみM(jìn)行高效清洗的藥劑和方法，降低生產(chǎn)成本，還要注重傳統(tǒng)技術(shù)與膜分離技術(shù)的有機(jī)融合，從而推動(dòng)膜分離行業(yè)的市場(chǎng)化進(jìn)展，應(yīng)該擴(kuò)大膜分離應(yīng)用深度并加強(qiáng)普及。

三、膜分離技術(shù)的分類

1.微濾膜分離

微濾膜分離技術(shù)顧是采用孔隙非常細(xì)微而且孔距非常密集的濾膜來(lái)進(jìn)行分離純化，這種分離技術(shù)選擇壓力為主要?jiǎng)恿υ磥?lái)進(jìn)行過(guò)篩形式的分離，大分子和鹽類等物質(zhì)可直接通過(guò)濾膜，但是體積較大的分子甚至微細(xì)的顆粒反而會(huì)被微濾膜攔截在反面，通過(guò)這種過(guò)濾分離技術(shù)讓溶液得以凈化，微濾膜分離在當(dāng)前的膜分離系統(tǒng)中具有較大的應(yīng)用意義，能產(chǎn)生較多的經(jīng)濟(jì)效益。

2.超濾膜分離

超濾膜分離技術(shù)比微濾膜技術(shù)更先進(jìn)一些，它同樣使用篩分原理，就是在進(jìn)行具體的分離的時(shí)候，以壓力差為動(dòng)力使溶液的成分得以實(shí)現(xiàn)分離的目的，其分離效能優(yōu)于比微濾膜分離技術(shù)，僅可容納一部分小分子物質(zhì)和溶劑穿過(guò)超濾膜的濾孔，大分子物質(zhì)和微細(xì)顆粒沒(méi)有機(jī)會(huì)通過(guò)這種不對(duì)稱膜，膜的表面性質(zhì)、孔徑的大小和攔截的能力的大小有直接關(guān)系，超濾膜適用于大分子溶液的分離過(guò)濾，因此在生物化工領(lǐng)域的使用相當(dāng)普遍。

3.反滲透膜分離

雖然原理同樣是基于擴(kuò)散和溶解，但自然滲透過(guò)程和同樣利用壓力差進(jìn)行物質(zhì)分離的反滲透膜分離的原理不同，兩者原理正好相反。將大于自然滲透壓的壓力施加于濃度較高的溶液一側(cè)之后，濃度偏高的溶液中的一部分溶劑沿濾膜向反方向滲透，從而完成了物質(zhì)的分離，這就是半透膜的分離原理，反滲透膜分離技術(shù)多用于低分子量溶液的濃縮，反滲透的滲透壓受溶液的性質(zhì)影響，不受膜的種類的影響。

4.納濾膜分離

納濾膜分離技術(shù)也是根據(jù)擴(kuò)散吸附的原理進(jìn)行分離，與壓力差有一定的關(guān)系，以反滲透為主主要形式的納濾膜分離隸屬于低壓分離技術(shù)，作為相當(dāng)先進(jìn)的一種分離技術(shù)，其分離原理還涉及超濾和反滲透原理技術(shù)，納濾膜分離比反滲透和超濾的滲透效果要好，納米膜為人工合成的一種復(fù)合膜可用于200～2 000的分子量的阻斷。一些無(wú)機(jī)鹽和溶劑可以穿透納米膜，使用納濾膜分離可以節(jié)約動(dòng)力，納濾膜分離不需要施加太高的壓力，超濾膜無(wú)法截?cái)嗟奈镔|(zhì)可用納濾膜的反滲透能力來(lái)分離和攔截，納濾膜的功能比反滲透和超濾膜都好，性能相當(dāng)穩(wěn)定，應(yīng)用極其廣泛，除了化生物化工領(lǐng)域，還可以應(yīng)用醫(yī)藥行業(yè)。

5.液膜分離技術(shù)

液膜分離技術(shù)與其他固態(tài)膜分離技術(shù)形態(tài)差別顯著，它以液態(tài)形式的膜對(duì)不同性質(zhì)的溶液形成分離效果，其原理同樣依據(jù)擴(kuò)散和溶解原理，其提純?cè)韯t以滲透原理為核心。相較于固態(tài)膜分離技術(shù)，液態(tài)膜分離技術(shù)的選擇方向更精準(zhǔn)，表面活性劑和溶劑構(gòu)成的夜膜可使萃取和反萃取在分離期間同時(shí)發(fā)生，具有分離和濃縮雙重功能。

結(jié)束語(yǔ)

生物化工技術(shù)已經(jīng)隨著科學(xué)的進(jìn)步成為一種新興核心產(chǎn)業(yè)，它的主要工作內(nèi)容是以生物化學(xué)和生物學(xué)理論為基礎(chǔ)，分離技術(shù)是生物化工的重要部分，其中膜分離技術(shù)又是分離技術(shù)中的核心內(nèi)容。膜分離技術(shù)隨著科學(xué)的發(fā)展而不斷更新，應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大、效果更好，不同地膜分離技術(shù)適用于不同的化工產(chǎn)品，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)理想的分離效果，我國(guó)在膜分離技術(shù)方面取得了不少的成就，但是有一些膜分離技術(shù)問(wèn)題與其他國(guó)家中有較大差別，需要加強(qiáng)研究。

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