第二章 膜分离技术.ppt

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1、第二章膜分离技术第一节　概　述一、膜分离技术的发展简史1784年，法国学者AbbleNelkee发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。1855年，Fick制成超滤半透膜。1861年，ThomasGraham发现了透析现象。20世纪60年代中期，膜分离技术的发展进入了新时代。Reid、Sourirajan等。20世纪80年代以来，膜技术进入高速发展阶段。20世纪90年代以来，膜技术的发展相对较为平稳。二、膜种类1.按膜的性质分：天然膜和合成膜。2.按膜的结构分：多孔膜、致密膜和液膜。3.按膜的作用机理分：吸附性膜、

2、扩散性膜、离子交换膜、选择渗透膜和非选择性膜等。几种常见的膜1.多孔膜（PorousMembranes）膜内的孔一般为0.05~20μm。2.致密膜（DenseMembranes）　又称均质膜。呈一层均匀的薄膜，无多孔性结构，类似于一团纤维，物质仅从高分子链段之间的自由空间通过。3.不对称膜（AsymmetricMembranes）由一个很薄的，但比较致密的分离层和多孔支撑层组成。支撑层孔径（100~200μm）比分离层（0.1~1μm）大。4.复合膜(CompositeMembranes)膜的选择性膜层（活性膜层）沉积于具有微孔的支撑层表

3、面上，就像非对称性膜的连续性表皮，只是表层与底层是不同的材料，而非对称膜是同一材料。5.无机膜(InorganicMembranes)无机膜是一类较新的膜。不对称膜结构组分的通量与膜厚成反比，所以要得到高通量，真正起选择作用的膜层应尽可能薄。无机膜具有一些突出的优点：（1）化学稳定性好，能耐强酸、强碱、化学溶剂和强氧化剂。（2）热稳定性好，耐高温。（3）通量较大，污染少。（4）机械强度高，使用周期长。（5）允许使用条件苛刻的清洗操作（如蒸汽灭菌和高压反冲洗等）。无机膜有致密膜、多孔膜和复合非对称修正膜三种。无机多孔膜的三种结构三、膜材料有机

4、膜材料1．纤维素衍生材料：醋酸纤维素、硝酸纤维素等。2.聚砜:性能优于纤维素3.其它高分子材料：较高的机械强度，耐pH范围宽及较耐高温无机膜材料金属、金属化合物、陶瓷、玻璃以及沸石等。醋酸纤维素膜材料的特点（1）同时兼有滤液流量高和截留性能好两大优点。（2）原料来源丰富，价格低廉，可生物降解。（3）不耐高温，耐游离氯低于1mg/kg，耐pH2~8。（4）易被细菌和酶所降解。（5）压力长时间作用下膜结构会变得紧密而使截留量下降。聚砜膜有如下特点（1）有较高的滤液流量和较好的截留性能。（2）能耐75℃的高温；耐pH范围宽，达pH1~13。（3）

5、耐氯性强，耐游离氯高达50mg/kg。（4）耐压不高，一般低于0.17MPa。材料膜类型材料膜类型二醋酸纤维素三醋酸纤维素混合醋酸纤维素硝酸纤维素醋酸硝酸纤维素醋酸丁酸纤维素醋酸磷酸纤维素氰乙基纤维素聚丙烯晴聚氯乙烯芳香酰胺芳香族聚酰胺酰肼聚砜MF、UF、ROMF、UF、ROMF、UF、ROMFMFROROUF、ROUFMFMF、UF、ROROMF、UF聚砜酰胺聚醚砜聚苯并咪唑聚苯并咪唑酮聚碳酸晴聚酯聚酰亚胺聚丙烯聚四氟乙烯聚偏氟乙烯异氰酸酯尼龙66聚乙烯醇聚醛MF、UF、ROUF、ROROROMFMFUF、ROMFMFMF、UFROUF、

6、ROUF、RO五、表征膜性能的参数膜的物化稳定性：膜的强度、允许使用的压力、温度、pH以及对有机溶剂和化学药品的耐受力，是决定膜使用寿命的主要因素。膜的分离性能1.分离效率：表观截留率2.渗透通量：3.通量衰减系数：Jw=V/StJt=J1tn六、膜分离技术的原理用天然的或人工合成的膜，以外加压力或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯或富集的方法，统称膜分离法。膜分离方法推动力分离机理透过物截留物膜的类型微滤（MF）压力差0.01~0.2MPa颗粒大小、形状进行分离(筛分)水、溶剂和溶解物0.02~10μm粒子

7、多孔膜超滤（UF）压力差0.1~0.5MPa根据分子特性、大小、形状进行分离（筛分）溶剂、离子和相对分子质量低于1000的小分子生物制品、胶体和相对分子质量为1k~300k非对称膜反渗透（RO）压力差1.0~10MPa优先吸附毛细管流动溶解－扩散水、溶剂溶质或悬浮物质非对称膜或复合膜纳滤（NF）压力差0.5~2.5MPa根据离子大小、电荷进行分离水、溶剂（相对分子质量低于200）溶质、二价盐和糖（200~1000）复合膜电渗析（ED）电位差荷电、筛分电解质离子非电解质大分子离子交换膜膜蒸馏（MD）膜两侧蒸汽压差组分的挥发性差异进行分离挥发性

8、大的组分挥发性小的组分疏水性膜液膜分离（LM）化学反应和浓度差根据反应促进传递和扩散传递进行分离电解质离子非电解质离子乳状液膜、支撑液膜在常温下进行有效成分损失极少，特别适用于热