1.生物化工過程中常用的分離方法如蒸餾、萃取、過濾、結晶、吸附和干燥等屬于傳統的單元操作過程，而另一些則為新近發(fā)展的分離技術，如細胞膜破碎技術(包括球磨破碎和化學破碎等)、膜分離、色層分離等。

　　作者在此著重介紹膜分離技術。

　　2膜分離技術概述

　　膜分離技術被認為是2O世紀末至21世紀中期有發(fā)展前途，甚至會導致一次工業(yè)革命的高新技術之一，成為當今世界各國研究熱點。膜分離作為一種新發(fā)展的高新分離技術，其應用領域不斷擴大，廣泛應用于化工、食品、水加下工業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境保護、生物技術、能源工程等領域，并發(fā)揮了巨大的作用‘。

　　我國對膜分離技術的研究是從2O世紀6O年代對離子交換膜的研究開始的。從6O年代的反滲透技術到90年代的滲透汽化技術，我國的膜分離技術得到了迅速的發(fā)展。經過幾十年的努力，目前我國的膜分離技術研究開發(fā)方面已成功地研制出一批具有實用價值、接近或達到先進水平的成果，如無機膜反應分離技術等。

　　3膜分離技術的原理及優(yōu)點

　　膜分離是指用半透膜作為障礙層，借助于膜的選擇滲透作用，在能量、濃度或化學位差的作用下對混合物中的不同組分進行分離提純。由于半透膜中濾膜孔徑大小不同，可以允許某些組分透過膜層，而其它組分被保留在混合物中，以達到一定的分離效果。利用膜分離技術來進行分離具有如下優(yōu)點：膜分離過程裝置比較簡單，同時操作方便、結構緊湊、維修費用低且方便、易于自動控制；膜分離過程一般不涉及相變，無二次污染且能耗較低；膜分離過程可以在室溫或低溫下操作，適宜熱敏感物質(酶、藥物)的濃縮分離；膜分離過程具有相當大的選擇性，適用對象廣泛，可以分離肉眼看得見的顆粒，也可以分離離子和氣體；該過程可以在室溫下連續(xù)操作，設備易于放大，可以專一配膜，選擇合適的膜，從而得到較高的回收率；膜分離處理系統可以在密閉系統中循環(huán)進行，因而可以防止外界的污染；在過程中不用添加任何外來的化學物質，透過液可以循環(huán)使用，從而降低了成本，并可以減少環(huán)境污染。

　　正由于膜分離技術具有上述優(yōu)點，是現代生物化工分離技術中一種效率較高的分離手段，*可以取代傳統的過濾、吸附、蒸發(fā)、冷凝等分離技術，所以膜分離技術在生物化工分離工程中起著很大的作用。

　　4幾種主要的膜分離技術

　　在生物化工過程中常用的膜分離技術有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)、電滲析(ED)、液膜(LM)等。

　　4．1微濾

　　微濾是以多孔細小的薄膜作為過濾的介質，以篩分原理為根據的薄膜過濾。在壓力作為推動力的作用下，溶劑、水、鹽類及大分子物質均能透過薄膜，而微細顆粒和超大分子等顆粒直徑大于膜孔徑的物質均被滯留下來，以達到分離的目的，進一步使溶液凈化。微濾是目前膜分離技術中應用廣且經濟價值大的技術，主要應用于生物化工中的制藥行業(yè)。

　　4．2超濾

　　超濾是根據篩分原理，以一定的壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的操作。同微濾過程相比，超濾過程受膜表面孔的化學性質影響較大，在一定的壓力差下溶劑或小分子量的物質可以透過膜孔，而大分子物質及微細顆粒卻被截留，以達到分離目的。超濾膜通常為不對稱膜，膜孔徑的大小和膜表面的性質分別起著不同的截留作用。超濾主要應用于濃縮大分子溶液的凈化等．在生物化工過程中應用廣。反滲透過程主要是根據溶液的溶解、擴散原理，以壓力差為推動力的膜分離過程。它與自然的滲透過程剛好相反。滲透和反滲透均是通過半透膜來完成的。在濃溶液一側，當施加壓力高于自然滲透壓力時，就會迫使溶液中溶劑反向透過膜層，流向稀溶液一側，從而達到分離提純的目的。反滲透過程主要應用于低分子量組分的濃縮，如氨基酸濃縮(甘氨酸HGB 3075—79)、乙醇濃縮(GB 679-65)等。其滲透壓的大小與膜的種類無關，而與溶液的性質有關。

　　4．4納濾

　　納濾也是根據吸附、擴散原理，以壓力差為推動力的膜分離過程。它除了有本身的工作原理外，還具有反滲透和超濾的工作原理。納濾又可以稱為低壓反滲透，是一種新型的膜分離技術，這種膜過程，拓寬了液相膜分離的應用，分離性能介于超濾和反滲透之間，其截斷分子量約為200～2000。納米膜屬于復合膜，允許一些無機鹽和某些溶劑透過膜。納濾過程所需壓力比反滲透低得多，具有節(jié)約動力的優(yōu)點。它能截斷易透過超濾膜的那部分溶質，同時又可能被反滲透膜所截斷的溶質透過，其*功能是反滲透和超濾無法取代的。納濾膜具有良好的熱穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性和對有機溶劑的穩(wěn)定性，因此現已廣泛應用于各個工業(yè)領域，尤其是醫(yī)藥、生物化工行業(yè)的分離提純過程。納濾膜是現今先進的膜分離技術。微濾、超濾、反滲透、納濾4種分離技術沒有太明顯的分界線，均是以壓力作為推動力，被截斷的溶質的直徑大小在某些范圍內相互重疊。

　　4．5電滲析

　　電滲析是以電位差為推動力，在直流電作用下利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現溶液的淡化、精制或純化目的。

　　4．6液膜

　　液膜是懸浮在液體中的一層乳液微粒，形成液相膜。依據溶解、擴散原理，通過這層液相膜可以將兩個組成不同而又互溶的溶液分開，并通過滲透的現象起到分離、提純的效果，它克服了固體膜存在的選擇性低和通量小的特點。液膜一般由溶劑、表面活性劑和添加劑構成。按其構型和操作方式分為乳化液膜(Liq—uid surfactant membranes)和支撐液膜(Supportediquid m embranes)。

　　5膜分離技術在生物化工應用中存在的問題

　　膜分離技術具有許多優(yōu)點，是一種較理想的分離手段，但在應用中還存在一定的問題。在操作過程中，膜面易受污染，形成附著層，使膜的性能降低，降低膜的透水率，形成濃差極化現象。為了減少濃差極化，常采用錯流流程，即過濾液主體水平流過膜面，而過濾液是垂直通過膜面。此外，在膜分離技術中容易遇到膜污染問題，即膜的透水量隨運行時間延長而下降。因此需采用一定的方法對膜面或膜內的污染物進行清洗，以使透水量得到提高。常甩清洗方法是高流速水清洗和用化學清洗劑對膜進行清洗。膜分離雖然原理簡單，在生物化工領域廣泛應用，但由于生物化工產品種類繁多、性質各異，對膜分離會產生不同的影響，如吸附會使膜孔堵塞等，所以要想很好地利用膜分離技術，必須針對具體過程研究開發(fā)各種防止膜性能降低的裝置并探討有效的操作方法。

　　6膜分離技術在生物化工中的應用進展

　　由于膜分離技術具有防止熱敏性物質失活、效率高等優(yōu)點，所以在生物化工中應用極為廣泛?？梢圆捎贸瑸V或反滲透除去醫(yī)藥用水中的熱源。在氨基酸生產工藝中，使用超濾法可以除菌或去熱源。也可以采用超濾技術將粗酶液進行處理，使低分子和鹽類與水一起從膜孔滲除，從而濃縮和精制酶。另外膜分離技術還可以應用于低分子量發(fā)酵產品的分離與濃縮，還可以利用膜制作不同類型的膜反應器等。膜分離技術具有分離效率高、節(jié)能、設備簡單、適合生物產品處理等優(yōu)點，受到了廣泛關注，在分離方面提供了許多可行之處，帶來了方便。隨著研究的不斷深入，其應用范圍將會越來越廣泛。在膜分離技術應用方面主要的障礙就是膜分離性能的降低。如果能將該問題解決，則膜分離技術將在生物化工領域中起到更大的作用，在國民經濟中發(fā)揮更大的作用，在人類社會的發(fā)展*起到不可代替的作用。