第6章膜分离2007

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1、第6章膜分离MembraneSeparation本章目的及要求：（1）了解膜分离的发展过程及其应用特点；（2）了解膜材料的分类及其结构形态；膜组件的常见形式；（3）熟悉反渗透、纳滤、超滤及微滤的分离原理及应用；（4）了解气体膜分离、液膜分离的原理及其应用。重点和难点：重点：（1）各种膜分离方法的原理及其特点（2）传质机理和模型难点：膜组件结构、传质机理、液膜分离机制自20世纪60年代发展以来，作为一门绿色高效分离、富集、浓缩、纯化技术，获得飞速发展，其应用已从早期的脱盐发展到化工、食品、医药、电子等工业的废水处理、产品分离以及高纯水生产等，成为重要的化工单元操作。特点：与

2、常规分离相比，膜过程具有能耗低、单级分离效率高、过程简单、不污染环境等优点，是解决当代的能源、资源和环境问题的重要高新技术，并将对21世纪的工业技术改造起着深远的影响。6.1概述1、膜技术的发展20世纪50年代起步阶段(基础理论和膜分离技术的初期开发)20世纪60-70年代发展阶段(许多分离技术实现了工业化)20世纪80年代拓展深化阶段(不断提高工业化应用水平,拓展应用范围)20世纪90年代到现在2、膜的主要应用领域（1）分离提纯(MF,UF,NF,RO,D,ED,GS)（2）控制释放(治疗装置、农药和医药释放）（3）膜反应器（化学生物反应器、生物传感器、免疫隔离）（4）

3、能量转换（电池隔膜、燃料电池隔膜、电解器隔膜）3、发展方向（1）集成膜过程（2）杂化膜过程（3）细胞和基因工程（4）膜催化和膜反应器（5）膜传感器（6）能量转换过程6.1.1膜分离过程的特点和分类共同特点：（1）无相变发生，能耗低；（2）一般无需从外界加入其他物质，节约资源，保护环境；（3）可以实现分离与浓缩、分离与反应同时进行，从而大大提高效率；（4）常温常压下进行，特别适用于热敏性物质的分离、浓缩；（5）不仅适用于从病毒、细菌到微粒广泛范围的有机物或无机物的分离，而且还适用于特殊溶液体系的分离如共沸物的分离；（6）膜组件简单，可实现连续操作，易控制、易放大。膜分离过程

4、的分类和基本特性膜分离过程以选择性透过膜为分离介质。当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，料液组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯目的。反渗透、超滤、微滤和电渗析为四大已开发应用的膜分离技术，有大规模的工业应用和市场。其中反渗透、超滤、微滤相当于过滤技术，用于分离含溶解的溶质或悬浮微粒的液体。电渗析用的是荷电膜，在电场的推动下，用于从水溶液中脱出离子，主要用于苦咸水的脱盐。应用领域：化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品、石油化工等领域。所占百分比：微滤35.71%,反渗透13.04%,超滤19.10%,电渗析13.03%;气体分离9.32%;血液渗析17.

5、70%;其他1.71%。过程分离目的透过组分截留组分推动力传递机理膜类型微滤MF溶液、气体脱粒子溶液和气体0.02~10m粒子压力差~100kPa筛分多孔膜超滤UF溶液脱大分子；大分子溶液脱小分子小分子溶液1~20nm大分子溶质压力差100~1000kPa筛分非对称膜反渗透RO溶剂脱溶质、含小分子溶质溶液浓缩溶剂，可被电渗析截留组分0.1~1nm小分子溶质压力差1~10MPa优先吸附毛细管流动、溶解-扩散非对称膜或复合膜渗析D大分子溶质溶液脱小分子、小分子溶质溶液脱大分子小分子溶质或较小的溶质>0.02m截留；血液渗析中>0.005m截留浓度差筛分微孔膜内的受阻扩散

6、非对称膜或离子交换膜电渗析ED溶液脱小离子，小离子溶质的浓缩，小离子的分级小离子组分同名离子、大离子和水电势差反离子经离子交换膜的迁移离子交换膜气体分离GS气体混合物分离、富集或特殊组分脱除气体、较小组分或膜中易溶组分较大的组分压力差1~10MPa浓度差溶解-扩散均质膜复合膜非对称膜过程分离目的透过组分截留组分推动力传递机理膜类型乳化液膜液体混合物或气体混合物的分离、富集、特殊组分脱除在液膜中有高溶解度的组分液膜中难溶解组分浓度差pH差促进传递和溶解扩散传递液膜支撑液膜液体混合物或气体混合物的分离、富集易与载体形成络合物的离子或分子液膜中难溶解组分浓度差pH差促进传递和溶

7、解扩散传递支撑液膜流动液膜液体混合物或气体混合物的分离、富集易与载体形成络合物的离子或分子不与载体形成络合物的离子或分子化学键促进传递和溶解扩散传递液膜6.1.2膜和膜分离过程的研究开发趋势（1）各种膜分离过程的发展趋势如图6.2（P119）（2）膜材料的开发趋势●继续开发功能高分子材料●开发无机膜材料●仿生膜的基础研究6.1.3分离膜（1）膜的定义膜定义为两相之间的一个不连续区间，并以特定的形式限制和传递各种化学物质。膜具备的两个特性：①膜不管薄到什么程度，至少必须具备两个界面；②膜应具有选择透过性。（2）膜的分类和结构形态