液膜分离技术在生化产品提取中的应用进展（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）液膜分离技术在生化产品提取中的应用进展吕宏凌王保国(清华大学化学工程系,北京100084摘要介绍了液膜的基本概念、分类和分离机理。与传统的生化产品分离提纯技术相比,液膜分离技术具有简便、高效且成本低的特点。综述了液膜分离技术在抗生素和氨基酸提取中的应用进展,如青霉素、半合成青霉素、头孢菌素、麦白霉素、苯丙氨酸、亮氨酸和谷氨酸的提取,并指出其发展前景。关键词液膜,分离,氨基酸,抗生素,提取中图分类号TQ02818文献标识码A文章编号1000-6613(200407-0696-051968年,美籍华人黎念之博士首先提出液膜分离技术的概念。经过近40年的广泛研究,该技术在冶金、环保、医药、生物等领域的应用已日趋成熟。众所周知,发酵法是生产生化产品的主要方法,的分离和后续的浓缩。过程要考虑如下因素[1]:续性、适于生化产品的提取。膜分离选择性,能够从含有多种产物的发酵液中高效分离目标产物,萃取和反萃取同时进行,显著提高分离和浓缩效果。液膜分离不需要大量预处理,过程设计和放大基于经典的液-液萃取理论,易于实现工业化。能耗低,化学品消耗少,不产生二次污染,经济效益较好,被认为是生物化工产品提取过程中最有应用前景的技术之一。本文在简要介绍液膜分离技术的基础上,对近几年来国内外液膜分离技术在抗生素和氨基酸提取中的应用进展进行较为详细地综述。1液膜的基本概念液膜通常由膜溶剂、表面活性剂、流动载体和膜增强添加剂组成[2～4]。膜溶剂是成膜的基体物质,一般为水或有机溶剂,选择的依据是液膜的稳定性和对溶质的溶解性。表面活性剂能明显降低液体的表面张力或两相的界面张力,对液膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜的重复使用有直接影响。流动载体的作用是选择性迁移指定的溶质或离子,常为某种萃取剂。膜增强添加剂用于增加膜的稳定性,即要求液膜在分离操作时不会过早破裂,在破乳工序中又容易被破碎。按形态和操作方式的不同,液膜分为乳状液膜和支撑液膜两类[3],如图1。乳状液膜是先将,再在搅拌,O/W/O型和,由于表面张力和毛细管力的综合作用,形成相对稳定的分离界面。图1乳状液膜和支撑液膜2液膜的分离机理液膜分离具有高效、快速、专一等优点,主要源于膜结构和传递机理两方面的突破。其传质机理主要分为以下三类[3,4]。211单纯迁移膜中不含流动载体,内外相不含与待分离物质发生化学反应的试剂,依据待分离组分(A和B在膜中溶解度和扩散系数不同,从而导致待分离组分在膜中渗透速度不同实现分离。分离机理如图2所示。收稿日期2004-03-02;修改稿日期2004-03-19。基金项目国家自然科学基金(No120276033,No120276014和国家“973”项目(No12003CB615701。第一作者简介吕宏凌(1980—,女,硕士研究生。联系人王保国,副教授,主要研究膜分离科学与技术。010-62788777;E-mailbgwang@tsinghua1edu1cn。・696・2004年第23卷第7期化工进展CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS图2单纯迁移分离机理212Ⅰ型促进迁移在接受相内添加与溶质发生不可逆化学反应的试剂(R,使待迁移的溶质(A与其生成不能逆扩散透过膜的产物(P,从而保持渗透物在膜相两侧的最大浓度差,以促进溶质迁移。分离机理如图3所示。3213Ⅱ型促进迁移在制乳时加入流动载体,载体分子(R1先在外相选择性地与某种溶质(A发生化学反应,生成中间产物(R1A,然后这种中间产物扩散到膜的另一侧,与液膜内相中的试剂(R2作用,并把该溶质(A释放到内相,而流动载体又扩散到外相侧,重复上述过程,如图4所示。整个过程中,流动载体没有被消耗,只起了搬移溶质的作用,被消耗的只是内相中的试剂。这种含流动载体的液膜在选择性、渗透性和定向性三方面更类似于生物细胞膜的功能,使分离和浓缩同时完成。图4Ⅱ型促进迁移分离机理3液膜技术在生化产品提取过程的应用311提取抗生素抗生素一般分为5类[5]:β-内酰胺类,包括青霉素类、头孢菌素类等,它们都包含一个四元内酰胺环,是当前最受重视的一类抗生素;氨基糖苷类,包括链霉素、庆大霉素等,它们既含有氨基糖苷,又含有氨基环醇的结构;大环内酯类,如红霉素、麦迪加霉素,它们含有一个大环内酯作配糖体,以苷键和1～3个分子的糖相连;四环素类,如四环素、土霉素等,它们以四并苯为母核;多肽类,如黏多菌素、杆菌肽等。膜分离技术作为一种新型的分离、浓缩和提纯技术,近年来在抗生素提纯的研究中十分活跃,主要涉及超滤、纳滤、反渗透及液膜分