第7章 膜分离

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1、第6章膜分离各种膜分离方法及其原理膜材料及其特性膜组件操作特性膜分离过程膜的污染与清洗应用膜分离利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。膜在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体被膜分开的流体相物质是液体或气体膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜。膜的功能物质的识别与透过；界面；反应场。高分子分离膜离子交换膜微滤、超滤、反渗透和纳米过滤膜气体分离膜新分离膜渗透蒸发膜膜萃取膜膜蒸馏膜

2、膜吸收膜无机分离膜应用技术直接应用膜分离技术联合应用膜技术和其它技术联合应用膜分离技术和化学反应联合应用4.1各种膜分离方法及其原理膜技术分类生物分离中最常用的膜分离技术是：超滤、微滤和反渗透。ROmembraneNFmembraneUFmembraneMFmembrane按分离粒子大小分类膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类微滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径

3、分布范围在0.025~14μm之间；超滤：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02μm，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；纳滤：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm；反渗透：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富

4、集电解质的膜分离操作。按膜的孔径大小分：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构分：对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜膜过程中的主要传质机理溶解-扩散模型：一种组分通过膜传递的主要步骤是在膜的上游表面，透过物分子溶解进入膜内，然后依靠分子扩散，沿其浓度梯度到达膜的下游表面，并被蒸发或溶解而进入相邻的流体相中。这一机制仅对物质通过致密膜或非对称膜的致密层有效。液体的水力学透过模型液体通过致密膜的水力学强制渗透，可以按溶解-扩散机制进行。孔传递模型流过该类型膜时，一般没

5、有组分分离，除非某一组分由于大小或电荷原因被排斥。孔传递原理已被用来实现气体的分离。孔隙开闭学说该学说认为在膜中没有固定的连续孔道，所谓渗透性只不过是由于聚合物的链经常振动而在不同时间和空间内渗透性的平均值而已。筛分理论该理论已被广泛用于形象地解释膜分离机理，它主要是将膜的表面看成具有无数微孔，正是这些实际存在的不同孔径的孔眼，像筛子一样截留住直径相应大于它们的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。优先吸附-毛细管流动由于膜的化学性质使其对水溶液中的溶质具有排斥作用，结果靠近膜表面的浓度梯度急剧下降，

6、从而在溶液-膜的界面上将形成一层被膜吸附的纯水层。反渗透就是在压力的存在下，使纯水不断通过膜上的毛细孔渗出。反渗透渗透和渗透压：渗透：膜（不能透过溶质）两侧压力相等时，在浓度差作用下，溶剂从溶质浓度低的一侧向溶质浓度高的一侧透过的现象。渗透压：渗透现象中，促使水分子透过的推动力。反渗透：定义：在溶质浓度高的一侧施加超过渗透压的压力，使溶剂透过膜的操作。RO膜无明显的孔道结构，透过机理尚不十分清楚。反渗透膜的分离机理非荷电膜氢键理论：水通过氢键与膜结合，这种结合水的强度取决于膜内的孔径，孔径越小结

7、合越牢。由于牢固的结合水把孔占满，不与膜氢键结合的溶质就不能扩散通过，但与膜能进行氢键结合的离子和分子(如水、酸等)却能穿过结合水层而有序的扩散通过膜筛网效应学说：由于膜内孔径比水分子大但比水合后的离子小，从而盐才被排除在外优先吸附-毛细管流机制荷电膜膜带电后会产生唐南(Donnan)效应，荷电膜具有特殊的吸附分离特性。由于膜中引入了荷电基团，膜的亲水性得到了加强，因而增加了膜的通透率；同时由于同性相斥的电荷效应，膜的抗污染性显著增强。Donnan效应将荷电膜置于盐溶液中时，溶液中的反离子(所带

8、电荷与膜中固定电荷相反的离子)在膜内浓度大于其在主体溶液中的浓度，而同名离子在膜内的浓度低于其在主体溶液中的浓度。由此形成了donnan位差阻止了同名离子从主体溶液向膜内的扩散，为了保持电中性，反离子也被膜截留。大多数荷电膜中荷电基团为带负电的磺酸根及羧酸根。Donnan电位(+)Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+N