一、新型膜分离技术概述
（一）膜分离技术的基本原理
膜分离技术是一种使用半透膜进行分离的方法，利用膜两侧的压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩和纯化。膜分离技术主要采用天然或人工合成高分子薄膜，通过外界能量或化学位差作为推动力，对双组分或多组分流体中的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。
（二）膜分离技术的分类
膜分离技术包含多种类型，如微滤（MF）能除去细菌、微粒等不溶物，实现绝对过滤；超滤（UF）适用于生化产品、酶制剂等的分离和浓缩；纳滤（NF）则用于溶液脱色、有机物去除及硬水软化；反渗透（RO）利用静压差选择性透过溶剂而截留离子物质。此外，还有渗透汽化、气体分离、膜蒸馏等新型技术，这些膜分离技术各具特色，在生物分离工程中发挥着重要作用，能够高效、精确地实现物质的分离和提纯，为生物产品的生产提供了有力支持。
（三）新型膜分离技术的特点
新型膜分离技术具有高效分离的特点，能在分子级水平上进行物质分离，展现出高度的精确性；同时，其设备相对简单，操作便捷，易于实现自动化控制；此外，膜分离过程通常在常温下进行，无需相变，因此能耗较低且无污染，符合节能环保的要求；更重要的是，该技术适用范围广泛，从微粒级到微生物菌体，乃至离子级分离均可应用。
二、新型膜分离技术在生物分离工程中的应用
（一）渗透汽化技术在生物分离中的应用
渗透汽化技术是指被分离物通过膜时，在膜两侧组分的蒸汽分压差作用下，液体混合物部分汽化，从而达到分离目的的膜分离技术。渗透汽化技术在生物分离工程中具有独特的应用优势，特别是在生物发酵制取无水乙醇中，由于醇水存在共沸，传统工艺需发酵后两级精馏分离，周期长，能耗大。而渗透汽化法分离效率高，能耗小，能有效解决这一问题。此外，渗透汽化技术还可用于乳酸酯的分离和提纯[1]。乳酸酯是一种可生物降解的“绿色溶剂”，可用于食品工业等多个领域。采用渗透汽化技术可以取代传统的有毒溶剂，实现绿色生产。
（二）气体分离膜技术在生物分离中的应用
气体分离膜技术是一种利用膜的选择渗透性，对混合气体进行分离的技术。在生物分离工程中，气体分离膜技术主要用于富氧、浓氮、脱酸性气等。例如，在生化反应中，用膜法富氧代替空气，可以显著降低气体处理费用，减少环境污染，提高反应速度和产量。此外，气体分离膜技术还可用于果蔬保鲜和运输。采用膜分离制氮技术制造的气调保鲜运输车，可以保持车内恒温、恒湿的特定环境，使果蔬在运输过程中减缓新陈代谢作用，保持水分及良好的外观和营养成分，提高果蔬的新鲜度和出口创汇能力。
（三）膜蒸馏技术在生物分离中的应用
膜蒸馏技术是疏水性的微孔通过温差分离挥发性物质的一种膜过程。与其他膜分离过程相比，膜蒸馏技术具有操作简便、设备简单、可在常压、低温下进行的优点。膜蒸馏过程十分纯净，并具有以高效率的小型组件构成大规模生产体系的灵活性。膜蒸馏技术在生物分离工程中主要用于热敏性物质的分离和浓缩。例如，透明质酸是一种重要的医药、食品及精细化工原料，但其属于热敏性物质，在温度大于40℃时会自然分解[2]。采用膜蒸馏技术可以在常温下实现透明质酸的分离和浓缩，避免了传统方法的设备投资大、能耗高及产品收率低等问题。
（四）纳滤技术在生物分离中的应用
纳滤膜具有纳米级孔径，能够截留相对分子质量为200~1000的物质，使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤技术在生物分离工程中主要用于溶液脱色、去除有机物、去除饮用水中加氯前三卤代烷前驱物、硬水软化和海水脱硫酸盐等。在抗生素提炼中，纳滤技术具有显著优势。多数抗生素的相对分子质量在300~1200范围内，存在于细胞外，需从发酵液中提取[3]。传统方法如吸附法、溶剂萃取法、离子交换法和沉淀法，工艺繁杂，能耗高，回收率低。而采用纳滤技术可以简化工艺，提高回收率和纯度。
（五）电驱动膜技术在生物分离中的应用
电驱动膜技术，凭借其对不同性质离子的选择透过性，在生物分离工程中发挥着重要作用。该技术主要应用于生物反应器的在线控制，能够实时调节反应体系中的离子浓度，确保生物反应的稳定进行。同时，在产物分离提纯方面，电驱动膜技术通过选用适宜的离子交换膜，能够高效分离和提纯目标产物中的特定离子，显著提升生物产品的质量和纯度。这一技术的应用，不仅简化了生物分离工艺，还提高了分离效率和产品收率，为生物分离工程的发展注入了新的活力。
（六）其他新型膜分离技术在生物分离中的应用
除了上述几种新型膜分离技术外，还有超滤、微滤、反渗透等技术在生物分离工程中具有广泛应用。例如，超滤技术已广泛应用于各种生物制品的分离、浓缩和纯化；微滤技术主要用于预处理方法，与其他技术联用，提高分离效率；反渗透技术则主要用于海水淡化、纯水制备等领域。
三、新型膜分离技术的发展前景
随着生物技术的快速发展和生物分离工程需求的不断增加，新型膜分离技术展现出广阔的发展前景。一方面，膜材料的不断改进和创新，如抗污染性能好的共混改性膜、无机膜以及复合膜的研发，将进一步提高膜分离技术的分离效率和稳定性。另一方面，多种膜分离技术的联用和集成，如渗透汽化与蒸馏联用、气体分离与发酵联用等，将拓展膜分离技术的应用领域和适用范围。此外，新型膜分离技术在节能环保、绿色生产方面的优势，也将使其成为未来生物分离工程中的主流技术之一。随着膜分离技术的不断发展和完善，相信其在生物分离工程中将发挥越来越重要的作用。
四、结论
本文综述了新型膜分离技术的基本原理、分类及其特点，并探讨了其在生物分离工程中的应用现状和发展前景。通过介绍渗透汽化、气体分离、膜蒸馏等新型膜分离技术，旨在为生物技术专业的高校学生和科研人员提供理论参考和实践指导。未来，随着膜材料的不断改进和创新，以及多种膜分离技术的联用和集成，新型膜分离技术将在生物分离工程中发挥更加重要的作用。
参考文献
[1]李欢. 膜分离技术及其应用 [J]. 化工管理, 2022, (33): 50-53.
[2]吕德鹏,杨玥. 膜分离技术在生物制药中的应用 [J]. 山西化工, 2022, 42 (05): 25-28.
[3]姜安玺,赵玉鑫,李丽,等. 膜分离技术的应用与进展 [J]. 黑龙江大学自然科学学报, 2002, (03): 98-103.
