CN105188892A - 使用横向流过滤膜从液体流除去颗粒的方法 - Google Patents

使用横向流过滤膜从液体流除去颗粒的方法 Download PDF

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CN105188892A CN201480015319.XA CN201480015319A CN105188892A CN 105188892 A CN105188892 A CN 105188892A CN 201480015319 A CN201480015319 A CN 201480015319A CN 105188892 A CN105188892 A CN 105188892A
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Abstract

本发明提供了一种通过横向流机制从液体流分离颗粒的方法。使液体流切向地经过膜，其中所述膜包含具有非织造物形式的纤维结构的活性层，并且所述非织造物具有：i)0.03至1.7微米的平均流孔径，ii)3.1微米的最大孔径，和具有小于300微米的平均厚度的活性层。

Description

使用横向流过滤膜从液体流除去颗粒的方法
技术领域
本发明涉及一种使用横向流过滤膜从液体流除去颗粒的方法。
背景技术
横向流(或切向流)过滤需要使要过滤的液体(例如悬浮液、分散体或溶液)在膜的一侧切向跨越。通常使用施加的压力迫使液体的一部分穿过膜到达膜的滤液或下游侧。如在传统的“法线流”或“盲端”过滤方法中那样，因为过大而不能穿过膜的颗粒被截留在膜的进料或上游侧上。但是，与法线流过滤不同，这些颗粒被切向流扫到一边，使得在膜上不存在颗粒的“积累”。用于横向流过滤的膜通常是由塑料或陶瓷或者由玻璃或金属组成的非纤维性的含孔膜。这些膜通常具有小于20μm的薄活性区域，其中活性区域被理解为表示在其中发生实际过滤的膜区域。以使得活性区域通常位于颗粒富集侧上的方式使用膜。在典型横向流过滤膜的情况下，活性区域经常仅仅是膜厚度中的小部分。膜的剩余部分主要充当支撑体且对过滤具有有限的影响。
典型的膜由于它们的结构而具有有限的渗透性(即低通流速率)。为了克服该缺点，以便获得经济的过滤过程，用户可以增加膜的总面积以获得可接受的总过程通量，或者增加跨膜的液体压力差(即跨膜压力或TMP)以迫使更多的液体穿过。通常，采取这两种行为。增加TMP经常通过造成过早膜阻塞(即，由于较高的液体压力而迫使或压迫颗粒成为较致密的结构)而导致较短的过滤周期和/或膜寿命。调节跨膜表面的液体切向流速率(即横向流速率)以尝试控制在膜的活性层的表面上的堆积物(例如饼或凝胶层)，所述堆积物可以降低过滤性能。
过滤过程会被用于再生阻塞的膜并延长它们的总使用寿命的清洁周期中断。所述清洁周期不可能除去所有的阻塞物质，并且可能导致膜降解。对于塑料和陶瓷膜而言，为了获得经济的过滤过程，需要长膜寿命。
期望克服已知的横向流过滤方法和膜的缺点。
发明内容
本发明涉及一种用于从液体流分离颗粒的方法，其包括以下步骤：
(a)提供要过滤的包含颗粒的液体流，并提供用于分离所述颗粒的膜，所述膜具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
(b)使所述液体流切向跨越所述膜的第一表面；
(c)从所述膜的第一表面回收所述液体流的颗粒富集级分；以及
(d)从所述膜的第二表面回收所述液体流的颗粒减少级分；
其中所述膜包括活性层，所述活性层具有非织造物形式的纤维结构，或在某些实施例中，所述活性层由非织造物形式的纤维结构组成，其中所述非织造物具有i)0.03至1.7微米的平均流孔径，ii)3.1微米或更小的最大孔径，和iii)具有小于300微米的平均厚度的活性层。
本发明也提供了一种横向流过滤膜，或具有膜的过滤装置，其中所述膜含有活性层，所述活性层具有非织造物形式的纤维结构或由其组成，其中所述非织造物具有i)0.03至1.7微米的平均流孔径，ii)3.1微米或更小的最大孔径，和iii)具有小于300微米的平均厚度的活性层。
附图说明
图1显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，比较例1(C1)的顶表面的扫描电子显微术(SEM)图像。
图2显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，比较例1(C1)的横截面的SEM图像。
图3显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，比较例7(C7)的顶表面的SEM图像。
图4显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，比较例7(C7)的横截面的SEM图像。
图5显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，PES样品1、顶表面的SEM图像。
图6显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，PES样品1、横截面的SEM图像。
图7显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，PES样品3、顶表面的SEM图像。
图8显示了在低(顶照片)和高(底照片)放大率，PES样品3、横截面的SEM图像。
具体实施方式
申请人明确地并入在本公开内容中的所有引用的参考文献的整个内容。此外，当将量、浓度或其它值或参数给出为范围、优选范围、或优选上值和优选下值的列表时，这应理解为明确地公开从任何范围上限或优选值和任何范围下限或优选值的任何对形成的所有范围，不论这样的范围是否单独地公开。在本文列出数值的范围的情况下，除非另有说明，否则所述范围意图包括其端点和在该范围内的所有整数和分数。
本文中使用的术语“膜”表示用于从液体流分离颗粒的过滤装置的元件。膜可以是但不限于薄膜、非织造物、织造织物、网或筛，但是通常特征在于具有含相对表面的二维结构和在所述表面之间的厚度，所述厚度具有与表面的尺寸相比远远更小的尺寸。
本文中使用的术语“颗粒”在类型、大小、形状或组成方面没有限制。
术语“非织造物”是指包括多个无规分布的纤维的纤维网。所述纤维通常可以彼此粘结，或可以是未粘结的。所述纤维可以是短纤维或连续纤维。所述纤维可以包含单一材料或多种材料，作为不同纤维的组合，或作为各自包含不同材料的类似纤维的组合。“纳米纤维网”是包含纳米纤维的非织造纤维网。本文中使用的术语“纳米纤维网”与术语“纳米纤维网”同义。形成非织造纤维网的纤维可以具有不同的纤维直径尺寸，包括例如纳米纤维。在本发明的一个实施例中，形成非织造纤维网的纤维可以具有小于约7000nm、或甚至小于5000nm、或甚至小于3000nm的数均纤维直径。
术语“连续”当应用于纤维时意指，所述纤维在非织造结构的制造过程中已经在连续流中铺设，而不是断开或切断。
本文中使用的术语“纳米纤维”表示具有小于约1000nm、甚至小于约800nm、甚至在约50nm和500nm之间、并且甚至在约100和400nm之间、或甚至150和600nm的数均直径或横截面的纤维。本文中使用的术语直径包括非圆形形状的最大横截面。
应用于本发明的术语“纳米纤维网”也指主要由纳米纤维构成的非织造纤维网。主要意指，所述纤维网中大于50％的纤维是纳米纤维。在非圆形横截面纳米纤维的情况下，本文中使用的术语“直径”是指最大横截面尺寸。本发明的纳米纤维网也可以具有大于70％或90％的纳米纤维，或者其甚至可以含有100％的纳米纤维。
本发明的纺成的非织造物或纳米纤维网可以通过本领域已知的方法(例如压延)进行联合，以便赋予期望的物理性能的改善。术语“联合”通常意指，所述非织造物或纳米纤维网已经经过这样的过程：其中它被压缩并且它的总孔隙率已经被减小。在本发明的一个实施例中，将纺成的非织造物或纳米纤维网供入两个无图案辊之间的辊隙(nip)，其中一个辊是无图案软辊，并且一个辊是无图案硬辊。可以改变一个或两个辊的温度、辊的组成和硬度、以及施加于非织造物的压力，以产生期望的最终使用性能。在本发明的一个实施例中，一个辊是硬金属，诸如不锈钢，并且另一个是软金属或聚合物涂覆的辊或具有小于RockwellB70的硬度的复合材料辊。所述纤维网在两个辊之间的辊隙中的停留时间受所述纤维网的线速度控制，优选地在约1m/min和约50m/min之间，并且两个辊之间的占用面积是同时与两个辊接触的纤维网移动的纵向(MD)距离。所述占用面积由两个辊之间的辊隙施加的压力控制，并且通常以每个辊线性交叉方向(CD)尺寸的力来测量，并且优选地在约1mm和约30mm之间。
此外，可以拉伸非织造纤维网，任选地同时加热至纤维聚合物的玻璃化转变温度(Tg)和最低开始熔化温度(Tom)之间的温度。所述拉伸可以在所述纤维网穿过轮压机辊的辊隙之前和/或之后进行，并且在MD或CD中的任一个或两个方向上。
在非织造物(例如纳米纤维网)的表面的上下文中，所谓“部分地熔合”意指存在这样的区域：其中所述表面上的纤维的至少一部分已经熔合，使得该部分中的单个纤维结构在非织造物的表面的显微照片中不可见，尽管熔合的纤维可能是可见的，其中可以看到纤维的轮廓。
如应用于非织造结构的所谓“独立式”或“无支撑的”意指，在运行中，所述结构在其表面的任何位置或所有位置上不需要背衬介质或稀松布稀松布(scrim)，尽管它可能通过它的边缘得到支撑。
术语“横向流过滤”的使用意指，通过使流体(即进料)与膜的表面平行地或切向地经过或循环，而从所述流体(例如，液体血液)分离颗粒。流体的一部分横穿膜(即滤液)，流体的剩余部分同时继续沿着膜的上游侧切向地流动(即渗余物)。与进料流体相比，渗余物通常含有更高浓度的颗粒，而滤液通常含有更低浓度的颗粒。如果需要的话，可以将全部或部分渗余物经过膜的表面再循环和经过多次。这样的技术是本领域众所周知的。但是，纤维膜，特别是本文描述的优选膜，尚未用于横向流过滤。本文中使用的术语“液体流”与术语“流体”和“流体流”同义。
术语“活性层”是指在其中发生流体过滤的膜区域。对于穿过活性层的滤液而言，穿过活性层以后滤液中的颗粒的浓度基本上与离开膜的滤液的浓度相同。在其中过滤膜仅由非织造物(例如纳米纤维网层或细纤维层)组成的系统中，活性层应当视作与非织造物的厚度同义。在其中非织造物(例如纳米纤维网层或细纤维层)被支撑在更开放的衬底、稀松布或粗糙纤维层上的系统中，活性层应当视作与非织造物的厚度同义，因为可忽略的固体颗粒除去发生在开放的衬底、稀松布或粗糙纤维层中。
在一个实施例中，本发明涉及一种用于从液体流分离颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)提供包含颗粒的液体流，并提供膜，所述膜具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，
(ii)使要过滤的液体流切向地穿过所述膜的第一表面，
(iii)从所述膜的第一表面回收所述液体流的颗粒富集级分，以及
(iv)从所述膜的第二表面回收所述液体流的颗粒减少级分，
其中所述膜包含活性层，所述活性层具有非织造物形式的纤维结构和/或由其组成，并且其中所述非织造物具有
i)0.03至1.7微米的平均流孔径和小于3.1微米的最大流动孔径；并且
ii)所述非织造物的平均厚度小于300微米。
在其它实施例中，所述非织造物的厚度可以小于100微米、小于50微米或甚至小于40微米。在某些实施例中，所述非织造物的活性层的厚度小于300微米或甚至小于100微米、小于50微米或小于40微米。
所述纤维结构包含可能含有聚合物的纤维。在一些实施例中，所述聚合物选自以下中的至少一种：聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚酰亚胺(PI)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)或纤维素或它们的组合。
所述活性层可以包含呈面对面关系的多个不同纤维层，所述纤维层没有相互缠绕。
在另一个实施例中，所述非织造物是纳米纤维网，并且所述纳米纤维网包含纳米纤维。所述纳米纤维可以是连续的。所述纳米纤维网可以附接到支撑层，所述支撑层位于纳米纤维网的与要过滤的液体所接触的侧相对的侧面上。所述支撑层不是所述膜的活性层的一部分。
与要过滤的液体流接触的纳米纤维网的表面可以至少部分地熔合。
本发明的纤维结构可以是处于纺成条件的或联合的或拉伸的非织造物。所述非织造物可以是纳米纤维网。所述纺成的纳米纤维网主要地或排它地包含纳米纤维，所述纳米纤维有利地通过电纺或电吹来生产，并且在某些情况下，通过熔化吹成或其它这样的合适的方法。经典的电纺是例如在美国专利4,127,706(其以引用方式全文并入本文)中阐述的技术，其中将高电压施加于溶液中的聚合物以建立纳米纤维和非织造物垫。但是，在电纺过程中的总处理量过低以致于在商业上不可用于形成较重基重的纤维网。
可用于制造本发明的非织造物的“电吹”方法的一个实例公开在PCT专利公开WO03/080905中，其以引用方式全文并入本文。将包含聚合物和溶剂的聚合物溶液流从贮存罐供料至吐丝器内的一系列纺丝喷嘴，向所述纺丝喷嘴施加高电压并穿过其放出聚合物溶液。同时，将任选地加热的压缩空气从空气喷嘴放出，所述空气喷嘴设置在纺丝喷嘴的侧壁中或纺丝喷嘴的周围。所述空气通常被引导向下作为吹出气体流，其包封和转运新放出的聚合物溶液并辅助纤维网的形成，所述纤维网收集在真空室上方的接地(grounded)多孔收集带上。所述电吹方法允许在相对较短的时间段中形成商业大小和量的纳米纤维网，其基重超过每平方米约1克(g/m2)，甚至高达约40g/m2或更大。
在本发明中有用的非织造物诸如纳米纤维网也可以通过离心纺丝方法来生产。离心纺丝是一种纤维形成方法，所述方法包括以下步骤：将纺丝溶液或熔化物供给至具有旋转圆锥形喷嘴的旋转喷雾器，所述纺丝溶液或熔化物具有任选地溶解在至少一种溶剂中的至少一种聚合物，所述喷嘴具有凹陷的内表面和向前表面释放边缘；沿着所述凹陷内表面从旋转喷雾器放出纺丝溶液，从而向所述喷嘴的释放边缘的向前表面分布所述纺丝溶液；以及在溶剂蒸发的同时从纺丝溶液形成单独的纤维流以在有或没有电场存在下产生聚合物纤维。成形流体可以围绕喷嘴流动以引导纺丝溶液远离旋转喷雾器。可以将纤维收集在收集器上以形成纤维网。离心纺丝过程的实例参见美国专利8,277,711和8,303,874，它们据此以引用方式全文并入本文。
可以将衬底或稀松布布置在收集器装置上以收集和结合纳米纤维网。衬底/稀松布的实例包括多种非织造布料，诸如熔化吹成的或纺丝粘合的非织造布料、穿针孔的或系纺丝带的非织造布料、编织的布料、针织的布料、纸等，并且可以没有限制地使用，只要纳米纤维层可以添加到衬底/稀松布上即可。所述非织造布料可以包含纺丝粘合的纤维、干法铺设的或湿法铺设的纤维、纤维素纤维、熔化吹成的纤维、玻璃纤维或其掺合物。
在本发明的一个实施例中，所述非织造物是纳米纤维网，且在另一个实施例中，至少50％的纤维具有小于1,000nm的纤维直径。
所述非织造物还可以包含具有0.2至10微米的数均纤维直径的纤维。这样的非织造物的一个实例可以是熔化吹成的非织造编织物。商业的熔化吹成方法(如例如Buntin等人的美国专利3,849,241所教导的)使用聚合物流和加热的从气压源形成的高速空气流来延长和破碎挤出的纤维。该方法还会显著地减小纤维直径。典型的熔化吹成模具引导来自位于孔口附近的2个相对喷嘴的空气流，使得它们在聚合物孔口出口下面固定距离处以锐角汇合。取决于气压和速度和聚合物流速，得到的纤维可以是不连续的或基本上连续的。
因此，所述非织造物可以包含这样的纤维：其单个地具有在0.2至10微米和优选0.2至7微米范围内的纤维直径。
所述非织造物或纳米纤维网可以是独立结构(即，“无支撑”)或附接到支撑层，所述支撑层位于液体流接触侧相对的非织造物或纳米纤维网的一侧上。在这样的其中使用支撑层的实施例中，所述支撑层不是所述膜的活性层的一部分。支撑层具有更粗的孔径。所述支撑层可以是例如可渗透的薄膜、非织造物、织造织物、网或筛。
因此，根据本发明的纤维结构构造可以包括单个或多个非织造物层。在一个实施例中，具有最小孔径的非织造物层优选地位于与要过滤的流体接触且构成活性层的结构的表面上。
不论支撑层是否存在，活性层中的平均孔径可以是0.03至5微米，或0.2至2微米，或甚至0.45至1微米。最大孔径可以是例如3.1微米或更小。在一个实施例中，平均流孔径是在0.3至1.7微米之间，并且最大孔径是3.1微米。
在一个实施例中，第一支撑层包含具有纤维的可渗透的粗糙纤维材料，所述纤维具有至少10微米、通常且优选约12(或14)至30微米的平均直径。在某些实施例中，可渗透的粗糙纤维材料的第一层可以包含具有不大于约300g/m2且至少15g/m2的基重的介质。在其它实施例中，所述基重可以是约70至270g/m2。在一个实施例中，可渗透的粗糙纤维介质的第一层是至少0.0005英寸(12微米)厚，并且通常和优选地是约0.001至0.030英寸(25至800微米)厚。
在一个实施例中，所述液体流以介于0.1和2m/s之间或甚至0.1至7m/s并且特别是0.1至1m/s的流速(即横向流速率)切向地供应经过膜。在该流速范围中，特别有效的过滤性能是可能的。与常规方法相比，用于再循环液体的能量被低速度降低。
跨膜压力(TMP)通常是在0.1至2巴之间，并且可以甚至是4巴。
借助于过滤过程变量，例如通过调节跨膜的TMP，可以有利地调节渗透物穿过膜的流速(穿过流速度)。可以将穿过流速度调节至恒定值，但是预定的时间范围也可以是有利的。对于饮料的过滤而言，所述流速可以是例如100至200升/m2/h。
本发明的膜可以整合进过滤器装置的任意合适设计中，例如螺旋缠绕的元件、板框系统、管状装置或依赖于横向流原理而实现过滤的其它构型。因而，本发明也涉及过滤器装置，其含有如本文中所述的在本发明中有用的膜。
在另一个实施例中，所述纤维结构包含含有聚合物的纤维。所述纤维结构可以进一步包含从以下中的至少一种形成的纤维：聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚酰亚胺(PI)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)或纤维素或它们的组合。
在另一个实施例中，所述纤维结构是独立结构，其中除了所述纤维结构通过它的边缘得到支撑以外，不存在支撑层。
所述膜的活性层也可以包括呈面对面关系且没有相互缠绕的多个不同纤维层。
在另一个实施例中，所述膜的第一表面是与液体流直接接触的非织造物的第一表面。在这样的一个实施例中，所述膜还可任选地包括一个或多个支撑层，其中所述支撑层附接到非织造物的第二表面上，所述第二表面与接触液体流的第一表面相对。在一些实施例中，提供膜的第一表面的非织造物可以是纳米纤维网。
在所述方法的一个实施例中，与进料液体接触的纳米纤维网至少部分地联合。这样的联合可以例如通过本文描述的分类索引(calendaring)方法来进行。
实例
试验方法
根据美国材料试验学会标准编号(ASTMDesignation)E1294-89，“StandardTestMethodforPoreSizeCharacteristicsofMembraneFiltersUsingAutomatedLiquidPorosimeter”测量平均流孔径和最大孔径(泡点)，该标准使用得自美国材料试验学会标准编号F316的自动化泡点方法使用毛细管流气孔计(型号CFP-34RTF8A-3-6-L4，PorousMaterials，Inc.(PMI)，Ithaca，NY)大约测量具有0.05μm至300μm的孔径直径的膜的孔径特征。将各个样品(8、20或30mm直径)用低表面张力流体(1，1，2，3，3，3-六氟丙烯或“Galwick”，其具有16达因/cm的表面张力)润湿。将每个样品放在支架中，并施加空气压差和从样品除去流体。使用供给的软件使用湿润流等于干燥流(没有润湿溶剂时的流)的一半时的压差计算平均流孔径。泡点或最大流孔表示最大孔径。
基重(BW)通过ASTMD-3776进行确定，其据此以引用方式并入，并以g/m2(gsm)为单位报告。
厚度通过ASTMD-645(或ISO534)进行确定，其据此以引用方式并入，在10kPa的施加负载和200mm2的砧子表面积下。以毫米为单位报告厚度，并转化成微米。
试验的样品
微米评级表示过滤器能够从悬浮液除去的微生物的标称大小。比较样品的评级由生产商提供。
试验的比较样品是：
C10.2微米聚醚砜(PES)(KochMembraneSystemsMFK603)
C20.05微米PES.(MP005)
C30.16微米PES(实验样品)
C40.2微米聚砜(PSu)(AlfaLaval，GRM0.2PP)
C50.1微米PSu.(AlfaLaval，GRM0.1PP)
C6300kDaMWCOPES(Hydronautics，Supro300.)
C71.4微米PES(KochMembraneSystems，MFK601)
图1-4显示了比较例1(C1)和7(C7)的扫描电子显微术(SEM)图像。它们显示了这些样品的典型形态学。膜表面是光滑的(平坦的)，类似于薄膜，且显示非常确定的孔向厚度中的穿透。横截面图像显示了膜和支撑层。穿过膜厚度的孔的结构是通过本领域已知的多种方法建立的膜的典型，诸如例如，倒相方法，其中可以看到“泡沫”样互连孔结构。跨膜孔不是通过纤维在相对于彼此的位置的铺设而形成，其留下用于流体穿过的间隙。
通过如在美国专利7,618,579(其以引用方式全文并入本文)中描述的电吹方法，制备非织造物膜(样品1-5)。然后如在2009年10月29日公开的美国专利申请公开2009/0261035中所述联合纺成的非织造物。
样品1-5的基本性能描述在下表中。
表1：样品性能
样品 材料 基重(g/m2) 厚度(μm) 平均流孔(μm) 最大流孔(μm)
1 PES 39 39 0.6 15
2 PES 39 40 0.8 1.8
3 PES 39 58 1.7 3.1
4 PI 14 35 U 2.6
5 PI 21 34 1.4 2.6
图5-8显示了样品1和3的SEM图像，它们是所有样品的结构的代表。如图5和7所示的顶表面显微照片显示了样品的纤维性质。通过纤维相对于彼此的铺设而形成孔。在这些样品中，显示的纳米纤维网已经被分类索引且已经发生表面的部分联合。可以看到其中纤维已经彼此熔合的区域。
图6和8分别显示了样品1和3的横截面。纤维的铺设会建立穿过膜厚度的复杂孔网络。通过纺丝和联合过程来控制孔径分布。这不同于比较例的膜，在后者中，孔倾向于以显著更小的迂曲度从一个表面延伸至另一个表面。
本发明要求保护的方法的一个区别特征是，横向流过滤膜是纤维结构，且不是薄膜(例如浇铸的、倒相的、有纤丝的或本领域已知的任意其它薄膜)。所述孔由纤维铺设形成，而不是由洞形成，甚至由任何有纤丝结构中的洞形成，所述有纤丝结构可能存在于可从其形成膜的薄膜中。
实验部分
膜安装和准备
使用适当地设定大小的模板，切出一块膜(10cm×14cm)。使用用于进料通过的80mil平行间隔件，将膜安装进(SepaCF)。
然后将膜预处理，然后用在所述方法中以在使用前从膜除去残余的甘油和其它化学物质。
Koch膜的预处理由以下步骤组成：
i.以3升/min的横向流速率和0.7巴的压力(在入口处)用水冲洗系统10min。
ii在搅拌板上预溶解清洁化学物质(20mLUltrasil110和1g得自Ecolabs的KX7011)在0.5L水中。
iii.使水已经在系统中循环0.5h以后，检查进料罐中的温度。如果它已经达到50℃±5℃，则加入溶解的清洁化学物质。如果温度尚未达到50℃±5℃，则延迟清洁化学物质的加入直到达到该温度，并记录达到温度所需的额外时间。
化学物质添加以后，将进料循环另外0.5小时。用20mLUltrasil110、1gKX7011和8mL漂白剂重复上面列出的步骤。结束0.5h循环以后，冲洗系统直到渗透物(滤液)和渗余物(进料侧)管线为中性。
所有其它膜的预处理由以下步骤组成：
i.以横向流＝3L/min和0.7巴的压力(在入口处)用水冲洗系统10min
ii用3L水填充系统并将水浴设定为50℃
iii.使水循环15分钟以达到40℃：横向流为3L/min，压力(在入口处)为0.7巴
iv.测量10mLUltrasil110。
水已经在系统中循环15分钟以后，检查进料罐中的温度。如果它已经达到40℃±5℃，则加入清洁化学物质。如果温度尚未达到40℃±5℃，则在达到该温度之前不加入清洁化学物质，并记录达到温度所需的额外时间。
化学物质添加以后，将进料继续循环15分钟。再循环15分钟以后，冲洗系统直到渗透物(滤液)和渗余物(进料侧)管线为pH中性。
过滤试验
根据以下公式测量净水通量。
其中：
CWF25标准化至25℃的清洁水通量(L/m2/小时/巴)
℃
μt在试验温度下水的粘度(mPa*s)
μ25℃在25℃时水的粘度(mpa*s)
Q测量的渗透物速率(L/小时)
A试验膜的面积(m2)
TMP试验的跨膜压力(巴)
使水再循环穿过SepaCell，并在3种不同的TMP(0.9、1.4、1.9)测量渗透速率。记录温度，然后从以上公式计算每个TMP设定点的CWF。
以再循环模式进行过滤实验，使渗透物和渗余物返回进料罐。将1.5升发酵液和1.5升水加入带夹套的进料容器中。进料泵(Baldor-Electric56C，1.5HP离心泵)速率设定为8升/min，没有超过0.5巴入口压力。大多数实验运行在6和7升/min之间，入口压力是最重要的参数。
使进料再循环3小时，维持特定培养液(broth)需要的温度设定点。每小时对渗余物和渗透物取样以确定穿过膜的酶传递水平。每小时记录渗透物流速、渗余物再循环速率、温度和压力。将过程通量报告为在再循环的1、2和3小时记录的平均通量。将平均酶传递报告为在再循环的1、2和3小时的平均蛋白通过。
5分钟以后，取渗透物样品用于突破试验。将渗透物在微量离心机中在14,000rpm离心5分钟。将离心的渗透物目检沉淀物。在OD550nm测量上清液浊度，并报告为未离心的渗透物和离心的渗透物之间的浊度差异。由于测量方法的固有变异性，将低于0.05的任何结果视作等同的。
对于第一组实验(实验1)，用于分析的发酵液是葡萄糖淀粉酶。菌株是瑞氏木霉(Trichodermareesei)，由不含有不溶物的确定成分培养基中的全细胞组成。在25℃运行所述方法。
第二组实验(实验2)使用生产许多水解酶的木霉菌株，所以进行总蛋白测定以评估蛋白通过。
结果
下表(表2)总结了在本发明的膜和对比膜上得到的实验结果。
表2：结果的总结
样品 实验 平均校正的清洁水通量(CWF) 平均过程通量 平均蛋白通过
(LMH/巴)在25℃下 (LMH/巴) (％)
1 1 3240 2.12 66.0％
2 1 5687 2.62 72.0％
3 1 5568 2.70 60.0％
4 1 5322 3.22 63.0％
5 1 5387 2.20 70.0％
C1 1 115 1.70 37.7％
C2 1 496 4.04 2.0％
C3 1 354 3.36 22.7％
C4 1 492 2.63 24.9％
C5 1 250 1.32 17.5％
C6 1 614 3.74 43.3％
4 2 5557 10.33 55.4％
C7 2 1840 1.89 67.7％
这些结果表明，在实验室试验所用的条件下，本发明的膜对于等同的过程通量而言具有显著优越的蛋白通过。
另外，清洁水通量比对比膜好大约1个数量级。该结果是显著的，因为它允许本领域中的用户降低跨膜压力(TMP)且仍然维持高渗透物通量。降低TMP是本领域已知的，以导致膜阻塞的减少，从而导致膜清洁周期之前更长的运行和总体延长的膜寿命。
通过分析穿过膜的渗漏，证实过滤效率和膜完整性(表3)。本发明的浊度差异值与对比膜C4(其是其它膜的代表)等同。在试验的条件下，本发明的完整性优于比较样品的完整性，如通过在离心机中观察到的沉淀物的缺乏所确定的。
表3：渗漏结果
本发明的优异完整性允许在没有支撑层(稀松布)的情况下使用，因此减小装置中分离元件的厚度。这允许在给定的装置(确定的体积)中包括另外的膜，从而导致增加的总过滤能力或在给定能力下所述过程的占用面积的减小。
本发明也提供了用于横向流过滤的膜，其能够具有高穿流速率且是成本效益好的。

Claims (10)

1.一种用于从液体流分离颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供要过滤的包含颗粒的液体流，和用于分离所述颗粒的膜，所述膜具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
(b)使所述液体流切向跨越所述膜的第一表面；
(c)从所述膜的第一表面回收所述液体流的颗粒富集级分；以及
(d)从所述膜的第二表面回收所述液体流的颗粒减少级分；
其中所述膜包括活性层，所述活性层具有非织造物形式的纤维结构，其中所述非织造物具有：i)0.03至1.7微米的平均流孔径，ii)3.1微米或更小的最大孔径，和iii)小于300微米的活性层的平均厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维结构包含含有一种或多种聚合物的纤维。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一种或多种聚合物选自以下中的至少一种：聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚丙烯腈或纤维素或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性层是无支撑的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述活性层包含呈面对面关系的多个不同纤维层，所述纤维层没有相互缠绕。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述非织造物是纳米纤维网，并且所述纳米纤维网包含纳米纤维。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述纳米纤维是连续的。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述膜的第一表面是与所述液体流接触的所述纳米纤维网的第一表面，并且所述膜还包括支撑层，所述支撑层附接到与所述纳米纤维网的第一表面相对的表面上的所述纳米纤维网。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜的第一表面是与所述液体流接触的所述非织造物的表面。
10.根据权利要求9所述的方法，其中与所述液体流接触的所述非织造物的表面至少部分地熔合。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3381476B1 (en) 2009-03-19 2022-11-09 EMD Millipore Corporation Removal of microorganisms from fluid samples using nanofiber filtration media
JP2013541408A (ja) 2010-08-10 2013-11-14 イー・エム・デイー・ミリポア・コーポレイシヨン レトロウイルス除去方法
KR101551298B1 (ko) 2011-04-01 2015-09-08 이엠디 밀리포어 코포레이션 나노섬유 함유 복합재료 구조
KR20210115050A (ko) 2014-06-26 2021-09-24 이엠디 밀리포어 코포레이션 개선된 먼지 포집 능력을 갖는 필터 구조
CN107614771A (zh) * 2015-04-03 2018-01-19 株式会社未来科学 纳米纤维结构
KR20170113638A (ko) * 2015-04-17 2017-10-12 이엠디 밀리포어 코포레이션 접선방향 유동 여과 모드에서 작동되는 나노섬유 한외여과막을 사용하여 샘플에서 목적하는 생물학적 물질을 정제하는 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5582907A (en) * 1994-07-28 1996-12-10 Pall Corporation Melt-blown fibrous web
CN101558194A (zh) * 2006-09-20 2009-10-14 纳幕尔杜邦公司 改进的纳米纤网

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3353682A (en) * 1966-02-28 1967-11-21 Pall Corp Fluid-permeable fibrous multilayer materials and process of making the same
US3849241A (en) 1968-12-23 1974-11-19 Exxon Research Engineering Co Non-woven mats by melt blowing
GB1522605A (en) 1974-09-26 1978-08-23 Ici Ltd Preparation of fibrous sheet product
KR100549140B1 (ko) 2002-03-26 2006-02-03 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 일렉트로-브로운 방사법에 의한 초극세 나노섬유 웹제조방법
US8303874B2 (en) 2006-03-28 2012-11-06 E I Du Pont De Nemours And Company Solution spun fiber process
US8277711B2 (en) 2007-03-29 2012-10-02 E I Du Pont De Nemours And Company Production of nanofibers by melt spinning
JP2013535314A (ja) * 2010-06-30 2013-09-12 アモグリーンテック カンパニー リミテッド 電気放射されたナノ繊維ウェブを利用した液体フィルター用フィルターろ材とその製造方法及びこれを利用した液体フィルター

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5582907A (en) * 1994-07-28 1996-12-10 Pall Corporation Melt-blown fibrous web
CN101558194A (zh) * 2006-09-20 2009-10-14 纳幕尔杜邦公司 改进的纳米纤网

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