Phổ biến nhất bao gồm cô đặc lòng trắng trứng, làm trong vàcô đặc trước nước ép trái cây, cô đặc và chiết xuất tro của lợn, bò hoặc gelatin xương, làm trong nước muối thịt để loại bỏ vi
TỔNG QUAN CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG
Ứng dụng của màng trong các ngành công nghiệp chiếm tỷ trọng như sau: xử lý nước thải 50% , thực phẩm và đồ uống 21%, các ứng dụng thực phẩm và y tế 9% Đặc birtj trong ứng dụng công nghiệp cá quá trình tách khí và khử muối là chiếm chủ yếu Hiện tại màng MF chiếm phần lớn nhu cầu trong nghành 44%, RO/FO chiếm 28% và UF chiếm 25% nắm giữu thị phần tương tự nhau trên thị trường, khiến màng NF chỉ chiếm phần nhỏ trong đó.
Lọc bằng màng có thể được áp dụng cho vô số ngành công nghiệp có liên quan đến các quá trình hóa học Ngành công nghiệp thực phẩm, với các thông số kỹ thuật quan trọng trong ngành sữa và đường, dược phẩm, công nghệ sinh học và hóa học, là những lĩnh vực mà quá trình lọc bằng màng có thể rất hữu ích Ứng dụng đa dạng của lọc bằng kỹ thuật màng trong công nghiệp thực phẩm bao gồm vô số lĩnh vực Phổ biến nhất bao gồm cô đặc lòng trắng trứng, làm trong và cô đặc trước nước ép trái cây, cô đặc và chiết xuất tro của lợn, bò hoặc gelatin xương, làm trong nước muối thịt để loại bỏ vi khuẩn và tái sử dụng nước muối, nồng độ của rau và thực vật như đậu nành, cải dầu và yến mạch và loại bỏ cồn khỏi rượu và bia.
Ngành công nghiệp sữa: lọc bằng màng là một phần có giá trị trong quá trình sản xuất, đặc biệt là trong sản xuất nguyên liệu sữa Các ứng dụng của nó có thể được chia thành ba loại: ứng dụng cho sữa, ứng dụng cho váng sữa và các ứng dụng khác như nước muối làm sạch pho mát.
Ngành công nghiệp tinh bột và chất làm ngọt: lợi ích chính là tăng hiệu suất của sản phẩm, bao gồm làm trong xi-rô ngô như dextrose và fructose, nồng độ nước rửa từ tinh bột, làm giàu dextrose, khử dextrose của xi-rô dextrose và phân chia/cô đặc nước ngâm.
Ngành sản xuất đường: lọc bằng màng lọc có thể được sử dụng để làm trong nước trái cây chưa qua chế biến mà không cần sử dụng chất làm trong sơ cấp, do đó loại bỏ nhiều vấn đề xung quanh và cải thiện chất lượng cũng như hiệu suất của các phương pháp truyền thống khác Các màng cũng có thể làm trong, phân tách và cô đặc các dung dịch đường khác nhau trong quá trình sản xuất Nguyên nhân gây tắc nghẽn mang do xuất hiện các ion Ca2+ làm tăng khả năng hình thành gel do polysacarit Dịch đường thu được sau khi tinh chế có chứa các cation kiềm (Na+, K+, Ca2+), công nghệ được lựa chọn nhằm laoij bỏ các ion trên là ED
Công nghiệp hóa chất: nhiều quy trình hóa học sử dụng lọc bằng màng để khử muối, lọc và tinh chế thuốc nhuộm, bột màu và chất làm sáng quang học, để làm sạch nước thải và dòng nước rửa, để cô đặc và khử nước các khoáng chất như đất sét cao lanh, titan dioxide và canxi cacbonat, sản xuất polyme hoặc thu hồi kim loại.
Và một số các ứng dụng trong các ngành khác: ứng dụng tách khí H /CO; N2 2/O2;
CO2/CO trong ngành công nghiệp dầu khí; luyện kim, sản xuất nước siêu tinh khiết trong công nhiệp điện tử.
Ngành dược phẩm: việc thu hoạch tế bào hoặc thu hồi sinh khối là một bước quan trọng trong quá trình lên men, đặc biệt là khi sản xuất các sản phẩm như thuốc kháng sinh Lọc cải thiện sản xuất cũng như giảm khối lượng công việc của người vận hành và chi phí bảo trì Các màng cũng là một phần tiêu chuẩn của dây chuyền sản xuất enzym công nghiệp, khi cô đặc enzym trước các quy trình khác.
Nghành y học: các ứng dụng trong sản phẩm vòng tránh thai, phổi nhân tạo, thận nhân tạo,
Bảng 1-0-1 Một số các ứng dụng của màng trong các ngành công nghiệp
Công nghệ thực phẩm Lọc trong/ xử lý nước uống
Cô đặc sữa, nước trái cây.
Công nghệ môi trường Xử lý nước thải
Khử khoáng và làm mềm nước Khử màu và các chất hữu cơ hòa tan Công nghệ sinh học Thu hoạch sinh khối
Cô đặc/ phân tách tế bào protein Công nghệ hóa học Tách dầu, trích ly dầu
Tách muối Kim loại nặng Thu hồi chất xúc tác
Y học Cô đặc chất kháng sinh trong dung môi hữu cơ Lọc thận,
Sau đây là một vài ứng dụng cụ thể của các loại màng và một số thông số đặc trưng của các loại màng đó:
Bảng 1-0-2 Một số đặc tính của các loại màng và vùng ứng dụng
Thông số Màng vi lọc Màng siêu lọc
Loại màng Xốp, đối Xốp, đối Bất đối xứng, Bất đối xứng xứng tổ hợp composit xứng, tổ hợp composit Độ dày của màng
10-150 m ≈ 150 μm Lớp đỡ 150 μm, lớp da màng 1 μ m Kích thước lỗ xốp
0,05-10 m 10-100 nm 0,5 m /m 3 2 * ngày*bar
Rây lọc Rây lọc Hòa tan, khuếch tán.
Hòa tan, khuếch tán. Vật liệu chế tạo màng
Polyme, sợi, gốm sứ polyme polyme
Làm trong đồ uống, khử trùng,
Sữa, thực phẩm, luyện kim, dệt dược phẩm
Loại bỏ các chất hữu cơ, độ cứng cung cấp nước siêu tinh khiết trong công nghệ thực phẩm, đồ uống, đường, sữa
Loại bỏ ion, khử trùng.
CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG TRONG CÔNG NGHIỆP
Công nghiệp thực phẩm
Lọc bằng màng được ứng dụng trong nhiều ngành liên quan đến quá trình hóa học Ngành công nghiệp thực phẩm, với các sản phẩm quan trọng trong ngành sữa và đường, dược phẩm, công nghệ sinh học và hóa học, là những lĩnh vực mà quá trình lọc bằng màng có thể phát huy tác dụng tốt Ứng dụng của màng trong công nghiệp thực phẩm rất đa dạng tùy thuộc vào đặc tính của từng loại màng (kích thước mao dẫn) và động lực quá trình Quá trình tiền xử lý tùy thuộc vào loại thực phẩm.
Sơ đồ khử trùng lạnh hoặc thanh trùng một số nước giải khát hoặc nước giải khát bằng vi lọc hoặc siêu lọc a Tiền xử lý có thể là đông tụ, hoặc lọc cát, hoặc lọc carbon, hoặc ly tâm, hoặc sự kết hợp của chúng trong khi các loại khử trùng hoặc thanh trùng lạnh khác có thể là chiếu tia UV, hoặc pascalization (áp suất cao), hoặc điện trường xung cường độ cao, hoặc siêu âm và đôi khi những tiền xử lý này có thể không cần thiết tùy thuộc vào độ tinh khiết của nguồn nước; b Có thể không cần tiền xử lý và có thể không áp dụng siêu lọc hoặc chiếu xạ tia cực tím; c Tiền xử lý có thể là ly tâm hoặc có thể không cần thiết trong khi các loại khử trùng lạnh hoặc thanh trùng khác có thể không được sử dụng và trong hầu hết các trường hợp, vi lọc có thể là đủ; d Tiền xử lý có thể không cần thiết và siêu lọc hoặc chiếu tia UV có thể không áp dụng được
Màng có thể được định nghĩa là một rào cản không hoàn chỉnh giữa hai chất lỏng, điều này thể hiện rằng không phải tất cả các thành phần tiếp xúc với màng đều được vận chuyển qua nó với cùng tốc độ và có thể đạt được sự phân tách Sự vận chuyển qua màng có thể xảy ra dưới tác dụng của nhiều lực khác nhau, trong trường hợp lọc qua màng đó là chênh lệch áp suất xuyên màng (TMP) Tác dụng ngăn cách của màng dựa vào:
Thanh trùng sữa tách béo
Thanh trùng tiệt trùng nước
Loại khử trùng lạnh hoặc thanh trùng khácTiền xử lý
- tương tác vật lý hoặc hóa học của các thành phần tách biệt với màng Dưới hiệu ứng sàng được coi là tách các loài bị loại bỏ (ion, phân tử, hạt keo hoặc vi hạt) theo kích thước của chúng Đây là hiệu ứng phân tách chiếm ưu thế trong MF và UF Trong số các tương tác vật lý có lực đẩy tĩnh điện giữa các loài tích điện như ion hóa trị hai, axit amin hoặc chất keo tích điện đóng vai trò quan trọng trong việc phân tách bằng NF hoặc UF khi sử dụng màng có điện tích cố định Sự khác biệt về độ hấp thụ hoặc độ hòa tan có ý nghĩa quyết định trong cơ chế vận chuyển khuếch tán dung dịch trong RO và MP khác Các tương tác hóa học như sự hình thành các phức chất vận chuyển qua màng hay xúc tác phân cắt các chất tan là cơ sở để phân tách và vận chuyển trong các MP khác Tổng quan về MP điều khiển áp suất và các loại loài bị màng loại bỏ trong quy trình nhất định được thể hiện trong Hình 6.1 Ranh giới giữa các quá trình này về kích thước hạt hoặc phân tử không sắc nét và được xác định nghiêm ngặt và chỉ phục vụ cho định hướng thô Trong các hỗn hợp phức tạp điển hình cho các ứng dụng thực phẩm và công nghệ sinh học, tương tác giữa các chất hòa tan có thể ảnh hưởng đến hiệu quả phân tách
Thực phẩm hoặc sản phẩm thực phẩm được cho là mang lại lợi ích về sức khỏe và y tế, bao gồm cả việc phòng ngừa và điều trị bệnh Dược phẩm dinh dưỡng được phân lập từ thực phẩm hoặc được điều chế bằng quy trình công nghệ sinh học Nhu cầu ngày càng tăng đối với các chất chống oxy hóa tự nhiên, protein và peptide cụ thể, v.v trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Chúng hoặc tiền chất của chúng có mặt trong các sản phẩm nông nghiệp và thường có trong chất thải lỏng và rắn từ ngành công nghiệp thực phẩm nông nghiệp Để đáp ứng những nhu cầu này, các phương pháp tách và cô đặc mới đang được phát triển, thường sử dụng phương pháp tách màng bao gồm cả lọc màng Tổng quan về ứng dụng của MP trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm dinh dưỡng có trong các bài báo (Pinelo 2009; Akin 2012)
Không có nhiều dữ liệu về việc thu hồi các thành phần có giá trị cao hơn từ phụ phẩm trái cây Trong nhiều trường hợp, chiết xuất từ các sản phẩm phụ rắn sẽ được xử lý để tách và cô đặc các thành phần thu hồi các chất chống oxy hóa polyphenol trong (Shi 2005) Dữ liệu về nồng độ chiết xuất từ hạt nho của bã nho trực tiếp từ ép phải có trong giấy (Nawaz 2006) hoặc từ bã nho chưng cất trong giấy (Diaz-Reinoso 2009; Diaz-Reinoso 2010) Chiết xuất ethanol tinh khiết của lá hương thảo được cô đặc bằng phương pháp lọc nano thông qua màng kháng dung môi và người ta nhận thấy rằng quá trình lọc đã cải thiện chất lượng của sản phẩm (Peshev 2011) Thu hồi polyphenol từ nước thải của nhà máy ô liu bằng
Chất cô đặc protein từ hạt rau dền đã được nghiên cứu (Cassano 2011) và sản xuất thử nghiệm trong điều kiện thực tế bằng hai phương pháp (Castel 2012) Một phương pháp sử dụng kết tủa đẳng điện sau khi chiết kiềm dịch chiết nước của bột rau dền Phương pháp còn lại xử lý bột bằng axit trước khi chiết kiềm, sau đó làm trong dịch chiết và cô đặc bằng UF Chất lượng protein tạo thành bằng phương pháp UF có chất lượng tốt hơn.
Việc tinh chế và cô đặc các protein trị liệu có giá trị cao được áp dụng trong công nghiệp (van Reis 2007; Zydney 2009) Cải thiện hơn nữa quy trình này có thể đạt được nhờ các màng tích điện ít bị tắc nghẽn hơn (Rohani 2012) Gà đẻ trứng bị loại bỏ do chất lượng trứng thấp Để tăng thêm giá trị cho quy trình tinh chế và cô đặc chất thải này đối với các dipeptide chức năng đã được nghiên cứu (Nabetani, Hagiwara 2012) Chiết xuất nước nóng từ thịt gà nguyên con được tinh chế và cô đặc thêm bằng cách kết hợp sắc ký trao đổi ion và NF Một tập hợp các dipeptide chống oxy hóa Anserine và Carnosine đã được phục hồi Dựa trên các thí nghiệm của nhà máy thí điểm, một quy trình có thể xử lý 3,6 tấn thịt gà trong một ngày và thu hồi 7,4 kg anserine và carnosine tinh khiết đã được thiết kế.
Bảng 1-3 Độ chọn lọc trong các ứng dụng dược phẩm, phụ gia thực phẩm và các thành phần được triết tách Ứng dụng Loại màng
Nước thải nhà máy olive
+ trong dung môi hữu cơ
UF, NF, UF/DF UF
NF, UF NF Đạm: Đạm thực vật
Chiết xuất từ cây rum
Protein thủy phân protein trị liệu protein huyết thanh huyết thanh bò
UF/DF UF UF NF(protein thủy phân) NF
NF NF NF UF/DF(serum pr)
Oligosacarit NF/DF peptide whey
MF/UF NF Polyme sinh học: xanthan
UF Polyme sinh học ngoại bào UF
Bảng 1-4 Các quy trình tích hợp với hai MF trở lên Ứng dụng Loại màng đạm váng sữa UF+UF
A-xít hữu cơ UF+NF/RO+FO
Các loại nước ép trái cây
Nho ép lý chua đen
UF+MDMF+RO, MF+RO+MDMD+RO+NF+MD, MF+RO+MDUF+MD
Chiết xuất thực vật (aq.) UF+NF Đường RO+NF nước thải sữa UF+NF, RO+NF Ứng dụng trong sản xuất rượu, bia:
Rượu vang là một trong những thức uống có cồn phổ biến nhất trên thế giới; Pháp, Ý và Tây Ban Nha là một số nhà sản xuất quan trọng nhất Rượu vang thu được từ quá trình lên men nho và thành phần của chúng phụ thuộc vào thành phần của nho, độ chín của nho khi thu hoạch, điều kiện trồng nho và phuwong pháp làm rượu vang Thành phần của chúng cũng bị ảnh hưởng bởi các chủng nấm men và vi khuẩn và quá trình trao đổi chất của chúng Thành phần trung bình của rượu vang (trắng và đỏ) được thể hiện trong Bảng dưới (El Rayess và cộng sự 2011).
Chất keo rượu vang bao gồm polyphenol, polysacarit và protein (El Rayess et al 2011) Trong rượu vang đỏ, các hợp chất phenolic phong phú nhất là anthocyanin và tanin; trong rượu vang trắng, axit hydroxycinnamic tạo thành một trong những nhóm đại phân tử chính được tìm thấy trong rượu vang là polysacarit Polysacarit có thể được chia thành ba nhóm tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng: polysacarit nho (pectin, chất pectin), polysacarit nấm men và polysacarit Fungi như beta- glucane Protein rượu vang là hỗn hợp của protein nho và protein ở mức độ nhỏ từ men tự phân Rượu vang đỏ chứa rất ít protein, vì chúng bị tanin kết tủa Hơn nữa, rượu vang trắng và vang hồng có thể có nồng độ protein thay đổi lên đến vài trăm (10–500 mg/L), chủ yếu có nguồn gốc từ nho.
Quá trình lọc rượu vang là một bước quan trọng trong sản xuất rượu, giúp loại bỏ cặn và cải thiện độ ổn định vi sinh Độ đục gây ra bởi các đại phân tử và hạt lơ lửng, và các phương pháp lọc truyền thống như lọc tấm và lọc đất cát được sử dụng để giảm độ đục.
Crossflow MF là giải pháp khả thi để cải thiện độ trong và ổn định của rượu vang, đang được phổ biến rộng rãi trong ngành Ưu điểm vượt trội của công nghệ này là loại bỏ việc sử dụng cát, khắc phục các hạn chế về môi trường và sức khỏe Hơn nữa, Crossflow MF còn kết hợp hiệu quả quá trình làm trong, ổn định và lọc vô trùng trong một hoạt động duy nhất.
Hậu quả của việc tắc nghẽn trong quá trình MF chảy trượt của rượu vang là giảm thông lượng thấm, ảnh hưởng đến tính khả thi về mặt kinh tế của quy trình và tăng khả năng lưu giữ một số thành phần, có thể ảnh hưởng đến đặc tính cảm quan của rượu (El Rayess và cộng sự 2011) Việc tắc màng phức tạp do sự phức tạp của thành phần rượu vang, ảnh hưởng của màng với chất keo và hạt rượu vang và điều kiện vận hành Một số nghiên cứu đã báo cáo tác động tiêu cực của polysacarit rượu vang đối với thông lượng thẩm thấu Sự tắc nghẽn màng không liên quan trực tiếp đến tổng hàm lượng polysacarit của nó mà liên quan đến thành phần, cấu trúc của các polysacarit này và sự cân bằng giữa các nhóm polysacarit khác nhau (Vernhet và Moutounet 2002) Protein cũng có thể dẫn đến rất cao và gần như ô nhiễm không thể đảo ngược Các cơ chế liên quan có liên quan đến tương tác kỵ nước giữa protein và vật liệu màng cũng như tương tác protein protein (Ulbricht et al 2009) Ngoài ra, hạt và nấm men có thể đóng một vai trò quan trọng, tác động của chúng phụ thuộc vào kích thước hạt Ngoài ra, sự hình thành bánh thậm chí có thể bảo vệ một phần màng khỏi sự bít lỗ bên trong (Ulbricht et al 2009).
Ví dụ, Boissier et al (2008) đã chỉ ra tác động của nấm men Saccharomyces cerevisiae và các chủng liên quan (vi khuẩn lactic và tập hợp keo), đối với hiệu suất của MF dòng trượt Người ta phát hiện ra rằng chỉ riêng nấm men đã hình thành các chất lắng đọng có thể đảo ngược, liên quan đến đặc tính ưa nước và không tích điện của chúng.
Sự tương tác của các thành phần rượu vang với bề mặt màng là vấn đề cần chú ý trong việc làm tắc màng Ví dụ, Ulbricht et al (2009) từ quá trình làm trong MF của rượu vang trắng cho thấy màng polypropylene tạo ra dòng chảy cao hơn đáng kể so với màng polyarylsulfone, cả hai đều có cùng kích thước lỗ (0,2m) Sử dụng một giải pháp mô hình cho rượu vang, họ đã chỉ ra rằng polyphenol và polysacarit bị hấp phụ rất ít bởi polypropylene nhưng được hấp phụ mạnh bởi màng polyethersulfone Ngoài ra, có ý kiến cho rằng tổng hợp của polyphenol và polysacarit có trong rượu vang đỏ có đóng góp mạnh mẽ vào sự tắc nghẽn hấp phụ và sự tương tác giữa polyphenol và bề mặt màng là hiện tượng chính. Để khắc giải quyết sự tắc nghẽn của màng, có thể giải quyết thông qua việc rửa ngược màng hoặc sử dụng những loại màng có sự điều chỉnh về đặc tính của màng MF không cho thấy bất kỳ tác động đáng kể nào đến các đặc tính cảm quan của rượu Hệ thống sử dụng màng sợi rỗng poly(vinylidene fluoride) cho phép tiếp xúc với dung dịch tẩy rửa Ngoài ra, hệ thống Oenoflow XL-A hoàn toàn tự động và tích hợp xả ngược Hệ thống Flavy FX (Bücher Vaslin) sử dụng màng polyethersulfone ưa nước được điều chỉnh đặc biệt để lọc rượu Cấu trúc bất đối xứng của màng góp phần làm giảm sự tắc nghẽn và đặc tính ưa nước của nó có vai trò hiệu quả trong việc kiểm soát sự hấp phụ của polyphenol và polysacarit Ngoài ra, hệ thống kết hợp xả ngược để thông tắc màng thường xuyên Các hệ thống khác đã được thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm để giảm tắc nghẽn màng trong quá trình lọc rượu Ví dụ, El Rayess et al (2016) đã nghiên cứu một mô-đun lọc quay và rung với thủy động lực học phức tạp được tạo ra bởi một bánh công tác 3 cánh phẳng Với màng polyethersulfone ưa nước, độ thẩm thấu tăng 300% là thu được
Công nghệ y học và sinh học
2.2.1 Chạy thận nhân tạo (lọc máu)
Chạy thận nhân tạo (thẩm tách máu) là phương pháp điều trị cho bệnh nhân suy thận mạn tính (bệnh cầu thận) hoặc tổn thương động mạch thận khi 90% nephron không hoạt động Quá trình chạy thận liên quan đến việc đưa máu của bệnh nhân vào máy thẩm tách với tốc độ dòng chảy từ 200-300 ml/phút Máy thẩm tách chứa màng lọc siêu lọc giúp loại bỏ urê và các chất độc khác trong máu bằng cơ chế khuếch tán vào dịch thẩm tách Dịch thẩm tách là dung dịch ion chảy tuần hoàn ở phía đối diện màng lọc Máu sau lọc được đưa trở lại tĩnh mạch của bệnh nhân Thiết bị chạy thận cũng bao gồm bộ phận cảm biến áp suất động mạch, ống tiêm heparin chống đông máu và hệ thống phát hiện bong bóng khí trong máu bằng quang điện tử.
Vật liệu chế tạo màng dành cho mục đích lọc máu trước đây được chế tạo từ cellulose đã được sử dụng thành công trong thiết bị lọc thận nhân tạo nhiều năm, tuy nhiên vẫn có các lo ngại về khả năng của các nhóm hydroxyl tự do trên bề mặt màng để kích hoạt quá trình đông máu Khi một bộ lọc dựa trên cellulose được tái sử dụng, khả năng tương thích máu của màng cải thiện bởi vì một lớp phủ của protein đã được hình thành trên bề mặt màng Để tìm ra giải pháp thay thế vật liệu này, ngày nay, loại màng này được chế tạo từ polyme tổng hợp có thể kể đến: polyacrylonitrile, polysulfone, polycarbonate, polyamide và poly (methyl methacrylate) Vật liệu này cải thiện tính thấm thủy lực gấp 10 lần so với cellulose, khả năng tách loại đối với các phân tử có trong lượng trung bình trong khoảng 1000-10000 trong máu cải thiện được khả năng tách loại so vơi scellulose chỉ có hiệu quả trong việc loại bỏ các chất chuyển hóa chính, ure và crtini Những chất chuyển hóa này là sản phẩm tích lũy trong thời gian dài cảu cá bệnh nhân chạy thân.
Hình 0-2 Sơ đồ mạch chạy thận kết nối vơi smays chạy thận (máy lọc máu)
1 hệ thống theo dõi huyết áp
3 hệ thống lấy mẫu máu
4 truyền dịch và bơm heparin
6 Mạch vận chuyển dịch thẩm tách
7 hệ thống giám sát áp lực tĩnh mạch
9 hệ thống lấy mẫu máu Dịch thẩm tách loại bỏ độc tố và nước dư thừa, nhưng giữ lại các ion huyết tương vì chúng có cùng nồng độ như trong dịch thẩm tách, ngăn cản sự khuếch tán của chúng Nó lưu thông ngược chiều với máu với tốc độ dòng chảy 500 ml/phút để tối đa hóa quá trình truyền và thường không được tái chế Phương pháp điều trị này yêu cầu 3 lần lọc máu, mỗi lần 4 giờ mỗi tuần, cùng với chế độ ăn kiêng để hạn chế lượng nước và kali đưa vào Họ có hơn 30000 bệnh nhân chạy thận ở Pháp và khoảng 2 triệu người trên thế giới Máy chạy thận nhân tạo, ban đầu là các bộ lọc phẳng hiện nay hầu hết được làm bằng sợi rỗng Những sợi này là xenlulo, cuprophan hoặc polyme, (polysulfone, poly acrylonitrile, PMMA) tương thích máu hơn và có tính thấm cao hơn so với cuprophan.
Loại bỏ độc tố được đo bằng độ thanh thải K tính bằng ml/phút, là tỷ số giữa tốc độ dòng chảy qua màng, chia cho nồng độ độc tố ở đầu vào máy chạy thận nhân tạo, cho kết quả:
K trong đó QBi, Q = QBO Bi-QF tương ứng là tốc độ dòng máu đầu vào và đầu ra và
QBO, C là nồng độ độc tố tương ứng Nếu siêu lọc nhỏ hoặc bằng 0, độ thanh Bi thải K được tính toán theo hàm số của tốc độ dòng chảy của máu và dịch thẩm tách, diện tích màng S và sức cản lọc Rf của máy chạy thận nhân tạo theo công thức
KTrong đó: Độ thanh thải này không phụ thuộc vào nồng độ chất độc trong máu và tình trạng bệnh nhân Tuy nhiên, đối với chất tan trong dịch thẩm tách có trong máy chạy thận nhân tạo như ion natri Na+, độ thanh thải được thay thế bằng dịch thẩm tách
CDi là nồng độ chất tan ở đầu vào của ngăn dịch thẩm tách của máy chạy thận nhân tạo.
Phương pháp điều trị này bao gồm làm sạch máu chỉ bằng phương pháp đối lưu sử dụng siêu lọc mà không có dịch thẩm tách Tốc độ lọc QF phải là 120 mL/phút, đòi hỏi tốc độ máu chảy qua kim ít nhất là 300 ml/phút Cân bằng khối lượng trên máy chạy thận nhân tạo sẽ là
Khi đó K sẽ trở thành:
K trong đó TF= là độ truyền Độ truyền qua này bằng 1 đối với các chất hòa tan nhỏ và giảm dần về 0 khi khối lượng mol của chất tan gần với ngưỡng giới hạn của màng. Ưu điểm của quy trình này là sự đơn giản của nó và thực tế là độ thanh thải của các chất độc khác nhau giảm chậm hơn theo khối lượng phân tử so với trong quá trình lọc máu khi chất truyền được khuếch tán Sự chuyển giao này mang tính sinh lý hơn và mang lại sự ổn định huyết động tốt hơn Tuy nhiên, nó đòi hỏi các màng polyme có tính thấm cao và khả năng kiểm soát siêu lọc chính xác Dịch thẩm tách vô trùng phải được tiêm vào máu quay trở lại bệnh nhân để thay thế một phần dịch thấm, có thể đạt tới 28 l, vượt quá lượng nước sẽ được rút ra và thay đổi từ 1 đến 4l Dịch thẩm tách vô trùng này đắt tiền.
Trong các hệ thống có kiểm soát giải phóng dược chất, một màng được sử dụng để điều tiết tỷ lệ phân phối các loại thuốc vào cơ thể Trong một số các thiết bị màng điều khiển thẩm thấu của thuốc từ một hồ chứa để đạt được tỷ lệ phân phối thuốc cần thiết.
Các thiết bị khác sử dụng áp suất thẩm thấu được sản xuất bởi sự khuếch tán nước qua một màng tới bơm công suất nhỏ Trong một số thiết bị khác, thuốc được ngâm tẩm vào vật liệu màng, sau đó từ từ tan hoặc thoái hóa trong cơ thể Sau đó phân phối thuốc được kiểm soát bởi một sự kết hợp của sự khuếch tán và phân hủy sinh học Mục tiêu của tất cả các thiết bị này là phân phối một loại thuốc vào cơ thể tại một tỷ lệ được xác định trước bởi các thiết kế của thiết bị, và độc lập với các thay đổi môi trường của cơ thể Trong dược phẩm thông thường, chỉ có tổng khối lượng của thuốc giao cho một bệnh nhân thuốc được kiểm soát Trong phân phối thuốc có kiểm soát, cả khối lượng và tỷ lệ thuốc mà tại đó thuốc được phân phối có thể được kiểm soát, cung cấp ba lợi ích điều trị quan trọng:
1 Thuốc được đồng hồ đo để cơ thể hấp thu từ từ trong một thời gian dài; do đó, các vấn đề dùng thuốc quá liều và không đủ liều gắn liền với quy ước định kỳ của thuốc được tránh.
2 Loại thuốc được sử dụng tại chỗ, lý tưởng cho các cơ quan bị nhiễm bệnh một cách trực tiếp, không cần qua tiêm hoặc thuốc viên Kết quả là nồng độ thuốc cao tại nơi sử dụng, nhưng nồng độ thấp và ít tác dụng phụ hơn ở những nơi khác.
3 Như một hệ quả của đồng hồ đo, phân phối thuốc cục bộ, thiết bị kiểm soát phân phối này thường cho hiệu quả điều trị bằng hoặc cao hơn thuốc thông thường, trong khi sử dụng một phần của thuốc Vì vậy, các vấn đề của các tác dụng phụ liên quan đến thuốc là tương đối thấp hơn.
Ứng dụng trong công nghệ sinh học và một các ứng dụng khác
Thẩm tách có thể được sử dụng để trao đổi dung môi, ví dụ: ethanol cho nước trong phân đoạn albumin của con người từ huyết tương (Jaffrin 1994).
Quá trình này cần ba bước sau khi thu thập huyết tương người trong túi Ethanol được thêm vào để kết tủa globulin miễn dịch Sau đó, rượu được loại bỏ bằng cách lọc albumin nổi phía trên Bước cuối cùng là cô đặc protein bằng siêu lọc ở 10kDa cho đến khi nồng độ albumin đạt 210 g/L, cần thiết cho một mũi tiêm Nhiệt độ quá trình nhỏ hơn 10oC để tránh làm biến tính protein.
2.3.1 Điều chế cồn sinh học bằng màng
Quá trình sản xuất etanol sinh học từ quá trình lên men hợp chất ngọt ở châu Âu đã tăng gấp đôi từ năm 2005 đến năm 2006, và dự kiến sẽ tiếp tục tăng nếu dự án trộn 10% etanol sinh học vào xăng được thực hiện Quy trình sản xuất yêu cầu nước được xử lý bằng NF và RO, trong khi sinh khối được cô đặc bằng MF và UF trước khi lên men UF giúp cô đặc sản phẩm trước khi xử lý trong bể phân hủy kỵ khí, và nước thải từ quy trình này có thể được xử lý bằng lò phản ứng sinh học dạng màng Một loại cồn sinh học mới được sản xuất từ sinh khối thực vật để tránh sử dụng các sản phẩm tiêu dùng của con người Quá trình này cũng sử dụng NF, RO, MF và UF để tinh chế sinh khối và cô đặc sản phẩm trước khi phân hủy kỵ khí.
2.3.2 Sản xuất nước apyrogen tinh khiết cho các trung tâm lọc máu và ngành dược phẩm
Quá trình này kết hợp MF+RO với MF ở giai đoạn cuối cùng, trước khi sử dụng. Ứng dụng trong chiết các thành phần dược tính:
Tách các dung dịch trong dung môi hữu cơ có một ứng dụng thú vị trong công nghệ sinh học Ví dụ, chiết xuất spiramycin kháng sinh macrolide trong butylacetate được cô đặc bởi NF thông qua màng polyamide cho thấy hiệu suất phân tách tuyệt vời trong các điều kiện thử nghiệm Thông lượng thấm lớn hơn
20 Lm-2h^-1, và khả năng đào thải spiramycin đạt 99% (Shi 2006).
2.3.3 Nuôi cấy tế bào trên màng cho phép cung cấp oxy
Một ví dụ là sự cố định vĩ mô của các tê bào Langerhans bên trong các sợi rỗng để tạo ra tuyến tụy nhân tạo hoặc tế bào gan để hỗ trợ gan.
2.3.4 Tái chế chất xúc tác đồng nhất và tách hỗn hợp nhiều thành phần bằng phương pháp lọc nano dung môi hữu cơ
Trong xúc tác đồng nhất, việc áp dụng lọc nano dung môi hữu cơ (OSN) đã trở thành một giải pháp thay thế nổi tiếng cho các phương pháp tái chế thông thường Mặc dù một số màng OSN có sẵn trên thị trường, việc phân loại và phạm vi ứng dụng của chúng phải được xác định cho hỗn hợp dung môi cụ thể Màng thương mại Evoniks DuraMem®300 đã được thử nghiệm trong hỗn hợp etanol, etyl axetat và cyclohexan với chất xúc tác là magie triflat Các thông lượng thấm qua được đo cho hai áp suất xuyên màng và bán kính thủy động lực học của các thành phần đã được xác định Một số thành phần trong hỗn hợp bậc ba được giữ lại, điều này làm cho màng cũng thích hợp để phân đoạn chúng.
Trong lĩnh vực xúc tác đồng thể, việc tái chế các chất xúc tác là thách thức lớn trong việc phát triển các quy trình và tổng hợp cạnh tranh mới Các quy trình phổ biến như chưng cất hoặc chiết xuất thường có tác động làm căng chất xúc tác, đặc biệt là khi khả năng hòa tan khó khăn (có vấn đề đối với quy trình chiết xuất) hoặc chất xúc tác rất nhạy cảm với nhiệt độ Do các chất xúc tác đồng thể thường có cấu trúc rất khác nhau và nồng độ rất thấp (xcatalyst
