纳滤膜是在上世纪八十年代初期,由美国FilmTec的科学家研制而出,它能使90%的NaCl透析,而99%的蔗糖被截留,由于这种膜在渗透过程中截留率大于95%的最小分子直径约为1纳米,因而它被命名为“纳滤膜”。由于它的独特性能――能完全截留大分子及多价离子,又能使小分子无机盐透过膜,而成为一种新兴的膜分离技术被广泛利用于各种工业生产领域中,作为物料的浓缩、脱盐来取代原有的树脂提纯、蒸发浓缩等工序。
因为无机盐能通过纳滤膜而透析,使得纳滤的渗透压远比反渗透为低,这样,在保证一定的膜通量的前提下,纳滤过程所需的外加压力比反渗透低的多。而在同等压力下,纳滤的膜通量则比反渗透大得多。此外,纳滤能使浓缩与脱盐的过程同时进行。所以用纳滤代替反渗透,浓缩过程能有效快速地进行,并达到较大的浓缩倍数。由于具备以上特点,使得NF膜可以同时进行脱盐和浓缩并具在相当快的处理速度:用NF膜对抗生素、合成药进行浓缩脱盐具有常温无破坏、低成本、收率高、无二次污染问题的特点。
详细介绍
1、抗生素发酵滤液的浓缩与纯化
在制药工业中,目前抗生素的生产大多采用发酵的方法。发酵产生的溶液经过滤除去生物残渣、树脂脱色提纯后得到的解析液的抗生素浓度往往很低。通常都采用溶剂萃取的方法,薄膜蒸发等工艺进行纯化、浓缩。
纳滤膜可直接浓缩抗生素树脂解析液,如头C的生产过程,利用纳滤膜的特性,将头C解析液浓缩到效价达到12万左右,即可用溶媒结晶法得到产品。采用纳滤膜浓缩的优点是浓缩过程无相变,而且整个过程可在常温下进行,解析液不会由于有热敏性而受到破坏,同时,采用纳滤浓缩可大大节省能耗,降低生产成本。另外,纳滤膜可用于浓缩抗生素发酵滤液的浓缩,如青霉素、红霉素的生产,用纳滤膜浓缩抗生素发酵滤液,至较小体积后再用有机溶剂的萃取,利用这种方法,现有的萃取设备的生产能力将大幅度地提高,并可大量减少抽提过程中溶剂的用量。
通常待浓缩的抗生素滤液(或解析液)被加在进料罐中,通过高压循环泵增压后输入膜组件,水和无机盐(或溶媒)通过膜而透析。而被膜截留的含抗生素的浓缩液则重新循环回到进料罐中,继续进行下一步的循环,直至达到给定的浓度后进入下一工序。
2、合成药的浓缩脱盐
由于合成过程产生大量的无机盐,一般会达到7~8%。在传统的工艺大都采用树脂提纯、脱盐,树脂的再生过程将造成二次污染,同时这类解析液浓度往往很低,因此必须利用薄膜蒸发或真空蒸发的方法进行浓缩,蒸发浓缩通常需很长时间,而且能耗大,温度不易控制,容易引起药液的变性分解。
利用纳滤膜对无机盐小分子的脱除效率及对大分子的截留性能,利用纳滤取代树脂脱盐及薄膜浓缩过程,可缩短生产工序,降低生产成本。在合成药浓缩过程中,无机盐随同水透过膜,而药液得到浓缩,在后期,补加去离子水将浓缩液内的无机盐小分子洗涤带出,直到药液内的无机盐脱除干净(透析液电导低于100us),则进入下一工序处理。
3、纳滤膜技术浓缩纯化的优点:
a 、能耗极低(各种浓缩方法除水成本比较见图6);
b、膜耐受的条件范围宽,浓缩倍数高;
c、设备结构简洁紧凑,操作十分方便,可实现自动化作业;
d、常温浓缩不破坏有效成分,损失率极低(0.1%以下),透析液不造成二次污染;
e、在浓缩的同时可脱除无机盐杂质,减少产品灰份;
f、采用纳滤浓缩工艺,单位除水成本基本在10~20元/吨水,而采用薄膜蒸发单位成本在100元/吨 水 左右,相差5倍之多,即使比较新的反渗透浓缩工艺,单位出水成本也在30元以上。
另外,纳滤膜在染料生产、中药生产、有机废水处理等方面也都有较多的应用,新一代纳滤膜技术的出现为生物、医药、食品、化工工业降低生产成本提高产品品质提供了一条捷径,随着越来越多的企业认识到新技术所带来的巨大效益及竞争优势,纳滤膜技术在医药、化工、食品、冶金等领域的应用将越来越广,并为国家提倡的循环经济及可持续发展政策贡献一份力量