膜技术及其应用-第三章 超滤课件.ppt

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1、第三章超滤概述超滤的基本理论超滤膜的特性及制备方法超滤装置超滤膜的污染与清洗超滤的应用本章主要内容第一节　概述超滤（Ultrafiltration，简称UF)，又称超过滤1861年，Schmidt公布用牛心包膜截留可溶性阿拉伯胶1907年，Bechhold较为系统研究了超滤膜，首次采用“超滤”术语1963年，Michaels开发了不同孔径的CA超滤膜1965-1975年，UF大发展，从CA扩大到PS、PC、PAN、PES等等我国的超滤技术，70年代中期起步，80年代大发展，90年获得广泛应用，10多个品种第二节超滤的基本理论超滤是一

2、种筛分过程，通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离；过滤粒径约1～100nm，分子量大于500的大分子和胶体，如多糖、蛋白质、酶压力驱动型膜分离技术，0.1-0.5MPa的静压差商品化的超滤膜多为不对称膜1.超滤膜的工作原理当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。超滤截留大分子物质的机理是：膜表面的孔径机械筛分作用；在膜孔中停留而被除去（阻塞）；膜表面及膜孔对杂质的吸附作用。2.超滤与反渗透的异

3、同共同点：推动力均是压力差，在溶液的压力下，溶剂等小分子通过薄膜，而较大的溶解物质被阻滞在膜表面上。区别：膜不同机理不同工作压力不同①膜不同超滤膜较疏松，透水量大，除盐率低；一般用超滤分离大分子和胶体，能够分离的溶质分子至少要比溶剂的分子大10倍反渗透膜致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过能力，用以分离分子大小大致相同的溶剂和溶质简单的透过和截留示意图123412341234膜ROUFMF各种渗透膜对不同物质的截留功能示意图1.溶剂；2.小分子；3.大分子；4.微粒膜分离法与物质大小(直径)的关系②机理不同超滤的去除机理主要是筛滤

4、作用；在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。③工作压力不同超过滤的工作压力低(0.1～0.5MPa)；反渗透所需的工作压力高(1～100MPa)。3.超滤的基本传质理论浓差极化膜的透过通量——单位时间内、单位面积膜上透过的溶液量，JV=V/At溶质的截留率——可由原溶液和透过液浓度求出Ra=1-cp/cb(cb原液浓度，cp透过液浓度；mg/L)超滤膜选择性透过溶剂和小分子溶质，截留的大分子在膜表面积累，浓度上升并以相反方向向料液扩散，达到平衡状态时在膜表面形成一定的溶质层（凝胶层），阻碍溶剂等小分

5、子的跨膜行为，此现象成为浓差极化。减轻浓差极化的方法一类是在膜过程中，采取一定的操作策略，如搅拌、引入脉动流、鼓泡、超声或使膜振动等另一类则是优化和改进膜组件及膜系统结构设计，如膜面处剪切流速的提高,设置湍流促进器等等传质系数速率方程（膜透过速率）微孔模型（伯谡叶方程可计算溶质截留率、扩散系数）渗透压模型（超滤浓缩时考虑）凝胶极化模型第三节超滤膜的特性及制备方法超滤膜材料一般用于制备反渗透膜的材料也可用于制备超滤膜，只是制膜液的组分配比和成膜工艺不同。超滤膜有多种，最常用的是：醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和聚砜酰胺膜和无机膜

6、。1.对称膜和非对称膜1.对称膜和非对称膜对称膜和非对称膜单内皮层双皮层超薄活化层多孔支撑层内皮层中空纤维超滤膜的优点膜的装填密度大，组件结构紧凑。由于料液流经中空纤维内孔，所以料液分配均匀，流速较高，有利于克服浓差极化;可很容易地把膜组件装入或卸出膜设备。由于内、外表面上的孔径差别较大，且无中间海绵层(双皮层膜有)所以透过内表皮层的分子，不会被外皮层截留，产生堵塞与吸留的可能性小。由于凝胶层形成仅发生在内表面，所以可用反冲洗来有效地清除。2.超滤膜的制备高分子膜的制备多为非对称膜，相转移方法无机膜的制备分三层，分离膜层、过渡层和载

7、体层，形成不对称结构，溶胶-凝胶方法等第四节　超滤装置1.超滤膜组件：有板式、管式、卷式和中空纤维式四种。2.超滤基本工艺流程超滤的操作模式可分为重过滤和错流过滤两大类重过滤常用于蛋白质、酶等大分子的分离。错流过滤广泛应用于生产间歇操作：常用于小规模生产。从保证膜透过通量来看，这种方式效率最高，因为膜始终可保证在最佳浓度范围内进行操作。在低浓度时，可得到很高的膜透过通量。连续操作：常用于大规模生产。由于需要分离物料的生产量常比控制浓差极化所需的最小流量还小，因此运行时采用部分循环方式，而且循环量常比料液量大得多。重过滤错流过滤间歇错

8、流截留液全循环截留液部分循环连续错流单段连续操作多段连续操作错流过滤第五节　超滤膜的污染与清洗一、超滤膜的污染是被分离物质中某些成分吸附、留存在膜的表面和膜孔中造成的溶质在膜表面的吸附层；浓差极化引起的凝胶层；膜孔内溶质吸附；膜孔堵塞