Dung dịch được hướng đến bề mặt màng được gọi là dòng vào. Dung dịch đi dọc theo bề mặt màng và trở lại bể chứa là dòng hồi lưu (Retentate). Dung dịch này thường được bơm trở lại bể chứa và tuần hoàn. Dung dịch đi qua màng được gọi là dòng thẩm thấu (permeate). Một tính năng quan trọng của CFF là dòng chất lỏng chảy dọc theo bề mặt màng giúp quét sạch sự tích tụ vật liệu trên bề mặt bộ lọc và giảm sự tắc nghẽn của bộ lọc. Ngoài ra, dòng hồi lưu có thể dễ dàng được tuần hoàn, cho phép xử lý triệt để cấu tử thì cần phải lọc.
Trong các ứng dụng của CFF, kích thước lỗ thông thường trong khoảng 0,1 đến 1 μm. Các màng này được sử dụng để tách các tế bào nuôi cấy khỏi môi trường phát triển (dịch lên men) như để loại bỏ vật liệu hạt trong nhiều quá trình dược phẩm sinh học.
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc màng
• Ảnh hưởng của nồng độ cấu tử hòa tan trong dịch lọc ban đầu
Nồng độ của cấu tử hòa tan trong dịch lọc ban đầu có ảnh hưởng đến thông lượng qua màng và độ phân riêng trong quá trình lọc màng. Theo Shishegaran và ctv, (2020), khi tăng nồng độ của dòng nhập liệu làm gia tăng sự hình thành micelle làm cản trở quá trình thẩm thấu của các cấu tử do đó làm giảm thông lượng và độ phân riêng của màng. Đồng thời, khi nồng độ các cấu tử hòa tan tăng làm tăng độ nhớt của dịch lọc, từ đó cũng làm giảm thông lượng qua màng.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ lọc
Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt và sự hình thành micelle của dịch lọc. Khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm và thông lượng qua màng tăng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao thì sự hình thành micelle tăng làm tăng độ phân riêng của màng (Shishegaran và ctv, 2020) đồng thời làm protein bị biến tính làm mất các hoạt tính sinh học của nó. Vì vậy cần nghiên cứu nhiệt độ lọc phù hợp với khả năng chịu nhiệt của màng và đảm bảo tính chất của collagen thủy phân, thông thường nhiệt độ lọc màng được chọn từ 5 C đến 35 C.
• Ảnh hưởng của áp suất
Trong hầu hết các ứng dụng, chế độ vận hành lọc tiếp tuyến đã được áp dụng để việc đưa vật liệu mong muốn vào thẩm thấu không bị tắt nghẽn bởi sự tích tụ liên tục của vật liệu ở bề mặt màng. Áp suất lọc tạo dòng chảy tiếp tuyến cung cấp một động lực nhằm hạn chế sự tích tụ của các cấu tử không thẩm thấu được ở bề mặt màng và do đó thông lượng thấm được duy trì ở mức ổn định. Đối với phương pháp lọc truyền thống, dòng chảy qua màng là trực giao. Các hạt không qua được màng lọc sẽ tích tụ tạo thành một lớp lắng (thường được gọi là lớp cặn) trên bề mặt màng. Độ dày của lớp cặn này tăng theo thời gian và dẫn đến thông lượng giảm, giả sử hoạt động ở áp suất không đổi. Do đó, thông lượng sẽ tiệm cận về không. Ngược lại, ở chế độ lọc tiếp tuyến, dòng cấp liệu song song với bề mặt màng và các cấu tử không thẩm thấu qua màng được loại bỏ liên tục. Vì vậy độ dày cặn này bị giới hạn bởi sự cân bằng
giữa vật liệu đến và vật liệu bị loại bỏ (retentate). Do đó, thông lượng qua màng có xu hướng tới một giá trị khác không hữu hạn (Field & Lipnizki, 2017).
Trong quá trình lọc tiếp tuyến qua màng điều khiển áp lực, lực truyền động dĩ nhiên là áp suất, hay nói chính xác hơn là chênh lệch áp suất giữa phía thượng nguồn và hạ lưu của màng; có nghĩa là, để nói giữa dòng cấp liệu và thẩm thấu. Sự chênh lệch áp suất này được gọi là áp suất xuyên màng (TMP: transmembrane pressure). Áp suất xuyên màng được tính theo công thức sau:
TMP = (PF− P P) in+ (P F− P P) out 2
Trong đó: PF là áp suất dòng nhập liệu
Pp là áp suất của dòng sản phẩm (permeate)
Trong lọc tiếp tuyến thông số lưu lượng dòng cấp liệu tối ưu chính là chức năng của TMP. Nếu TMP thấp thì thông lượng qua màng thấp, khi tăng TMP thì thông lượng qua màng tăng nhưng đến một giới hạn nào đó sẽ hình thành một lớp gel trên bề mặt màng dẫn đến thông lượng qua màng giảm phạm vi của TMP tối ưu và hiệu quả ở vùng trước khi tạo gel trên bề mặt màng (Hình 1.5) (Fallis, 2013).
Nguồn: Fallis, 2013