摘要：超滤（Ultrafiltration, UF）是一种以压力驱动的膜分离技术，膜孔径范围1-100纳米，可有效截留病毒、大分子有机物等。在医药领域，超滤膜广泛应用于生物制剂纯化（如单克隆抗体、疫苗）、中药有效成分浓缩、注射用水制备等。随着使用时间的延长，膜包表面
转自：东富龙
超滤（Ultrafiltration, UF）是一种以压力驱动的膜分离技术，膜孔径范围1-100纳米，可有效截留病毒、大分子有机物等。在医药领域，超滤膜广泛应用于生物制剂纯化（如单克隆抗体、疫苗）、中药有效成分浓缩、注射用水制备等。随着使用时间的延长，膜包表面会逐渐积累蛋白质、多糖、脂类等污染物，导致膜通量下降、截留率降低，甚至引发微生物滋生。因此，科学清洗不仅是维持膜性能的关键手段，更是延长设备寿命、降低运营成本的核心环节。尤其在生物制药领域，合规性清洗方案更是直接影响产品质量与生产连续性。
超滤膜清洗剂满足条件【1】
▶ 能有效去除系统中残留和被膜吸附的溶质而不对其表面产生不利影响；
▶ 清洗完成后，必须能够验证系统中的清洗剂及其副产物的去除；
▶不与结构材料发生破坏性反应。
超滤膜清理方法
膜清洗的目的在于消除膜污染，恢复膜过滤性能。超滤膜包的污染机理复杂多样，主要可分为三大类：有机污染、无机污染及生物污染。有机污染通常由蛋白质、多糖等大分子物质在膜表面吸附形成凝胶层，这类污染物具有黏附性强、难降解的特点，尤其在生物制药领域更为常见。无机污染则以钙镁离子结垢为主，在硬水处理过程中易形成致密沉淀层，导致膜通量急剧下降。生物污染则由微生物及其代谢产物引起，其形成的生物膜不仅堵塞膜孔，还可能引发二次污染。这些污染物的共同作用机制包括：物理堵塞膜孔、化学吸附在膜表面以及生物活性物质的催化沉积。针对超滤膜包污染机理的多样性，膜清洗主要作用机理通常分为两类，分别是物理清洗和化学清洗。
物理清洗
物理清洗是通过物理作用（如水力、机械、超声等）去除膜表面或孔道内的松散污染物，适用于轻度污染或化学清洗前的预处理，核心优势是对膜材料损伤小、操作简单。
化学清洗
化学清洗是利用清洗剂与孔内及膜表面的污染物的多项反应来清洗超滤膜污染物质。通过化学药剂与污染物的特异性反应（如溶解、氧化、分解、螯合），去除顽固污染物。通常使用的化学清洗剂可分为五类：碱（氢氧化钠、碳酸钠）、酸（盐酸、柠檬酸）、氧化剂（次氯酸钠、双氧水）、酶和金属螯合剂（EDTA）。如表1所示：
化学清洁剂在生物制药的应用
在生物制药方面，用于超滤膜清洗的化学试剂主要是酸、碱和氧化剂。
碱在超滤膜清洗的应用
碱性溶液通过水解作用去除有机污染物和微生物，氢氧化钠、氢氧化钾或者它们的混合物，可以促进蛋白质和多糖快速水解成小分子酰胺和糖类物质，降低污垢与膜表面之间的键合作用。碱溶液用于超滤膜的清洗，不仅有效去除污染物、恢复膜通量、延长膜使用寿命，而且操作简便、使用成本低。
Wu等【2】研究了红茶液超滤过程中膜的污染和清洗问题，发现蛋白质和多酚是主要的污染成分，使用0.2%NaOH溶液对膜具有很好的清洗效果，且通量恢复和初始基本一致；
Paugam等【4】研究了牛奶超滤过程中膜的清洗，发现使用碱溶液能有效对膜去除有机物；
Zondervan等【5】人研究了氢氧化钠对地表水污染的聚醚砜膜的清洗效果，证实浓度为0.05 mol/L的氢氧化钠溶液效果最佳。
酸在超滤膜清洗的应用
盐酸、硝酸和硫酸等无机酸主要用于溶解无机盐和金属氧化物或氢氧化物的沉淀物以及生物污染。在乳制品行业中，盐酸及硝酸是最早被广泛应用于蛋白质膜污染去除的酸性试剂；在饮用水处理领域，盐酸及硝酸因价格优势长期占据主导地位【5】。而强酸的主要缺点是对溶液的PH值影响很大，PH值过低则会影响膜的完整性。像磷酸、柠檬酸之类的酸，是清洗过程中维持PH值的良好缓冲剂，但它们的成本较高【6】。
氧化剂在超滤膜清洗的应用
氧化剂包括次氯酸钠、过氧化氢和过氧乙酸，是强清洁剂，能氧化分解膜表面的有机污染物，同时具有消毒作用，能消除所有病原微生物。
然而，这些试剂可氧化膜表面并导致膜聚合物的部分断裂，从而导致膜官能团、机械性能、物理结构以及水力和截留性能变化，并缩短膜寿命。而像低浓度双氧水几乎与所有的膜相容，并且易于冲洗；过氧乙酸可用于许多生物应用，例如清洁血液透析膜以供后续重复使用，因为它分解成无毒的乙酸【7】。
He等【8】人开发新型 H2O2-MnO2体系，可以实现高效膜清洗。在0.5wt%H2O2溶液中清洗5 min的H2O2-MnO2清洗工艺，可使超滤膜渗透通量恢复率达到 95%以上，不可逆杂质几乎全部去除；
Yang等【9】人报道了低浓度 H2O2作为化学清洗剂来控制膜系统的生物污染，使用 H2O2分解产生气泡能剪切生物膜和化学杀死细菌。
综合来看，针对不同污染物的类型，酸、碱、氧化剂在其中扮演着不可或缺的清洗剂。我们根据不同的污染成因精准选用并严控操作条件，实现高效除污与膜性能保护的平衡。
东富龙TanFlux®Ⅱ
超滤膜包耐碱验证
表2和表3为东富龙TanFlux®Ⅱ超滤膜包RC和PES两种材质的耐碱时长测试结果，TanFlux®ⅡRC 3KD膜包耐碱（0.5M NaOH) 600h后，膜包完整性及标准水通量（NWP）均在合格范围内；TanFlux®ⅡPES 10KD膜包耐碱（1M NaOH) 800h后，膜包完整性及标准水通量（NWP）均在合格范围内。
表2. TanFlux®Ⅱ RC 3KD膜包耐碱实验
表3. TanFlux®Ⅱ PES 10KD膜包耐碱实验
总结
对于超滤膜及其组件，广泛应用于水处理、食品加工、生物医药等领域，但长期运行中易发生膜污染（如无机垢、有机污染物、微生物黏附），导致通量下降、能耗增加、寿命减少。而酸、碱、氧化剂等化学试剂在一定程度上可大大改善或恢复膜性能。在不同的应用场景下，我们可以合理选择适合的膜清洗剂，以便更好地平衡“清洗效果”与“膜寿命”，实现超滤系统长期稳定运行。
参考文献：
【1】Shi X., Tal G., Hankins N.P., et al. Fouling and cleaning of ultrafiltration membranes: a review [J]. Journal of Water Process Engineering, 2014, 1: 121- 138.
【2】Wu, Dan, and Michael R. Bird. "The Fouling and Cleaning of Ultrafiltration Membranes during the Filtration of Model Tea Component Solutions." Journal of Food Process Engineering 30.3 (2007): 293-323.
【3】Paugam, Luc, et al. "Physico - chemical effect of simple alkaline and acid solutions in cleaning sequences of spiral ultrafiltration membranes fouled by skim milk." Desalination, vol. 200, 2006, pp. 192 - 194.
【4】Zondervan E, Zwijnenburg A, Roffel B. Statistical analysis of data from accelerated ageing tests of PES UF membranes[J]. Journal of Membrane Science, 2007, 300(1–2): 111-116.
【5】Porcelli N, Judd S. Chemical cleaning of potable water membranes: The cost benefit of optimisation[J]. Water Research, 2010, 44(5): 1389-1398.
【6】J.G. Jacangelo, R.K. Noack, System concepts, in: Microfiltration and Ultrafiltration Membranes for Drinking Waters, 1st ed., American Water Works Association, 2005, pp. 51–64.
【7】L.J. Zeman, A.L. Zydney, Microfiltration and Ultrafiltration: Principles and
Applications, Dekker, New York, 1996.
【8】He X, Li B,Wang P, et al. Novel H2O2-MnO2 system for efficient physicochemical cleaning of fouled ultrafiltration membranes by simultaneous generation of reactive free radicals and oxygen [J]. Water Research, 2019, 167: 115111.
【9】Yang W, Son M, Xiong B, et al. Effective Biofouling Control Using Periodic H2O2 Cleaning with CuO Modified and Polypropylene Spacers [J].ACS Sustainable
Chemistry & Engineering, 2019, 7(10): 9582-7.
来源：新浪财经
