Ultrafiltrationsmembranen haben kleinere Porengrössen als Mikrofiltrationsmembranen und können organische Moleküle, Proteine, Kolloide und grössere Ionen zurückhalten. Sie werden in der Lebensmittelindustrie, der Abwasseraufbereitung und der Biotechnologie eingesetzt.
Ultrafiltrationsmembranen sind porös, mit Porengrössen von 1 bis 100 nm, und trennen Partikel, Makromoleküle sowie gelöste Stoffe nach Grösse und Form. Sie werden eingesetzt, um Proteine, Kolloide und Makromoleküle zurückzuhalten, während kleinere gelöste Stoffe wie Salze und Ionen die Membran passieren.
Da UF-Membranen Verunreinigungen mit niedrigem Molekulargewicht kaum zurückhalten (σ = 0...0,1), aber grosse Moleküle wie Proteine (σ = 0,9...1) nahezu vollständig, trennt die Ultrafiltration Proteine effektiv von kleinen Verunreinigungen. Gleichzeitig wird das Protein während dieses Prozesses konzentriert. Der Grad der Entfernung von kleinen Molekülen (c1) im Verhältnis zu grossen Molekülen (c2) während der Batch-Ultrafiltration kann wie folgt geschätzt werden:
Die Reinigung eines Proteins durch Ultrafiltration alleine ist limitiert. Beim Konzentrieren einer proteinreichen Lösung ist es irgendwann nicht mehr möglich, die Proteinreinheit allein durch weitere Konzentration zu erhöhen. Um die kleinen Moleküle weiter zu entfernen, werden sie ausgewaschen. Dieses Verfahren nennt man Diafiltration.