第五章-膜分离(修订)

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1、第五章膜分离§5-1膜分离概述§5-3反渗透§5-4液膜分离§5-5其它膜分离技术§5-2微滤、超滤和纳滤一、膜分离的概念§5-1膜分离概述膜分离是借助一特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜,在某种推动力的作用下,利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。二、膜分离的特点优点膜分离过程属于速率分离过程，一般不发生相变，因此与有相变的平衡分离方法相比能耗低。多数膜分离过程在常温下进行，特别适用于热敏性物质的分离膜分离过程一般不耗或少耗化学试剂，对产品无二次污染，且成本低操作方便、设备结构紧凑、维护费用低。应用范围广，适合于无机物、有机物及生物物质的制备工艺适用性强，其处理规

2、模可大可小膜分离被国际公认为20世纪末21世纪中期最有发展前途的前沿技术，是世界各国研究的热点缺点：在膜的运行过程中可能会发生浓差极化和膜污染，使其分离性能劣化使用寿命有限固膜分离存在选择性低，因而在高纯度分离的应用中受到限制三、膜分离的发展历程1748年——AbbleNelkt首次揭示了膜分离现象发现水能自然地扩散到装有酒精的猪膀胱中1864年——Traube研制出了人类历史上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜）1918年——Zsigmondy研制出了用于分离和富集微生物和极细粒子的微孔滤膜，并揭示了其微观结构1925年——德国成立了世界上第一个滤膜公司1750年——JudaW.首次发表了合成高

3、分子离子交换膜1970年代初——CusslerE.L.研制成功了含流动载体的液膜1960年代初——Martin首次发现了具有选择性的人造液膜（首张带支撑体液膜）1960年代——美籍华人黎念之首次发现了不带支撑体液膜膜发展的三个阶段各种离子交换膜、醋酸纤维素膜、液膜等均出现于此阶段，同时，反渗透、渗析超滤、控制释放等膜方法也产生于此阶段20世纪60-70年代为发展阶段20世纪50年代为奠定基础阶段20世纪80年代至今为深化阶段膜科学的发展趋势探索开发新型膜材料和改进膜的制备工艺不同膜过程相结合的集成膜过程研究膜分离与其它分离过程相结合的新型膜分离方法研究四、膜分离的常用方法按推动力的不同，膜

4、分离可分为：由压力差而引起的膜分离由浓度差而引起的膜分离由温度差而引起的膜分离由电压差而引起的膜分离由化学反应而引起的膜分离由化学反应加浓度差而引起的膜分离1、由压力差而引起的膜分离微（孔过）滤使用0.0210m的微孔滤膜根据颗粒大小和形状不同进行分离截留悬浮大颗粒物质(0.0210m)超（过）滤使用1nm0.02m的非对称膜根据分子特征大小和形状不同进行分离截留大分子溶质(120nm)反渗透（高滤）使用0.1nm1nm的反渗透膜(非对称或复合膜）根据溶剂分子的扩散传质速度及渗透系数分离截留小分子溶质(0.11nm)气体分离使用<1nm的均质膜或复合膜根据气体扩散传质速度

5、的不同分离截留难渗透及较大的气体分子膜孔减小，外压增加2、由浓度差而引起的膜分离渗析使用离子交换膜或非对称膜（孔径1nm3nm）根据溶质的扩散传递速度不同进行分离截留的是分子量>1000的溶剂渗透蒸发使用均质膜、复合膜、非对称性膜根据组分的选择传递进行分离截留难渗透组分的蒸气控制扩散3、由电压差而引起的膜分离——电渗析使用的膜——离子交换膜分离机制——电解质离子的选择性传递截留的是——非电解质、大离子及带相反电荷离子4、由温度差而引起的膜分离——膜蒸馏使用的膜——微多孔膜分离机制——组分的沸点和蒸气的扩散传递截留的是——高沸点及难渗透组分的蒸气5、由化学反应而引起的膜分离——反应膜分离使

6、用的膜——催化剂等固定化膜6、由化学反应和浓度差而引起的膜分离——液膜分离使用的膜——各种类型的液膜分离机制——反应促进和扩散传质五、膜（Membrane）的有关概念如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体相分隔开来成为两部分,那么这一薄层物质就是膜。1、膜的定义2、膜必须具备的两个特性膜不管薄到什么程度,至少必须具有两个界面。膜正是通过这两个界面分别与被膜分开于两侧的流体物质互相接触。膜应具有选择透过性。膜可以是完全透过性的，也可以是半透过性的。3、膜的种类及结构（1）按来源分膜合成膜天然膜固膜液膜气膜（已经实现大规模工业应用）（已经实现工业应用）（主要还在实验室研究阶

7、段）（包括纤维素酯类、原生质、细胞膜等）（2）固膜的分类与结构按相态分按材料分包括：有机膜和无机膜按膜的形状分平板膜（FlatMembrane）管式膜（TubularMembrane）中空纤维膜（HollowFiber)和螺旋卷式膜包括多孔膜致密膜(无孔膜)按膜孔径的大小分包括对称膜（SymmetricMembrane）非对称膜（AsymmetricMembrane）复合膜(CompositeMembrane)按膜的结构