微滤(MF)ppt课件

,微滤(MF),姓名：林静学号：20113072,1,2,第一节概述,微滤定义Microfiltration，MF，又称微孔过滤，它属于精密过滤，一般精度范围为0.1微米以上，能够过滤微米（micron）级的微粒和细菌，能够截留溶液中的沙砾、淤泥、黏土等颗粒、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及大分子溶质都能透过的膜的分离过程。,2,MF、UF、NF和RO膜过程示意图,3,第二节微滤（MF）基本过程,微滤(Microfiltration)又称为“微孔过滤”，它是以静压差为推动力，利用膜的“筛分”作用进行分离的膜分离过程。MF膜具有比较整齐、均匀的多孔结构，在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过膜，大于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上，使大小不一的组分得以分离。MF作用相当于过滤，由于微孔滤膜孔径相对较大，孔隙率高，因而阻力小，过滤速度快，实际操作压力也较低（12atm或bar巴）。MF主要从气相和液相物质中截留微米及亚微米级的细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红细球、污染物等，以达到净化、分离和浓缩的目的。被分离粒子的直径范围为0.110m。,4,MF膜在过滤时介质不会脱落，没有杂质溶出，无毒，使用方便，使用寿命较长，同时，膜孔分布均匀，可将大于孔径的微粒、细菌、污染物截留在滤膜表面，滤液质量较高，也称为绝对过滤（AbsoluteFiltration）。适合于过滤悬浮的微粒和微生物。,MF滤除微粒和微生物的效率,5,MF的特点,与深层过滤介质如硅藻土、沙、无纺布相比，MF膜有以下几个特点：属于绝对过滤介质孔径均匀，过滤精度高厚度薄，吸附量小。MF膜的厚度一般为10200m。通量大。由于MF膜的孔隙率高，因此在同等过滤精度下，流体的过滤速度比常规过滤介质高几十倍。无介质脱落，不产生二次污染。颗粒容纳量小，易堵塞。,6,悬浮液中固液分离机理：筛分截留：微滤膜将尺寸大于其孔径的固体颗粒或颗粒聚集体截留。吸附截留：微滤膜将尺寸小于孔径的固体颗粒通过物理或化学吸附而截留。架桥截留：固体颗粒在膜的微孔入口因架桥作用而被截留。网络截留：发生在膜内部，由膜孔的曲折形成。静电截留：采用带相反电荷的微滤膜。,MF分离机理,7,气体中悬浮颗粒分离机理：1.直接截留：同筛分机理。2.惯性沉积：当小于膜孔径的颗粒随气体直线运动时，在膜孔处流线将发生改变，对于质量较大的颗粒，由于惯性作用仍力图沿原方向运动，这些颗粒可能因撞击在膜边缘或膜孔入口附近的孔壁上而被截留。3.扩散沉积：由于非常小的颗粒具有强烈的布朗运动倾向，颗粒通过膜孔时在孔道从而被截留。微滤膜孔径越小，微小颗粒与膜壁碰撞的概率越大，颗粒越容易产生扩散沉积；气体流速越小，颗粒在孔道中停留的时间越长，颗粒越容易产生扩散沉积。中容易因布朗运动而与孔壁碰撞，,8,4.拦集作用：颗粒惯性较小时，将随气流进入膜孔，若膜孔壁附近的气体以层流方式运动，因为流速小，颗粒将由于重力作用而沉积下来。,微滤分离示意图,水分子,离子,大分子,颗粒与胶体,9,（a）膜表面层截留,（b）膜内部截留（网络中截留）,10,（B）错流过滤（Cross-flowfiltration）,（A）终端过滤或死端过滤（Deal-endfiltrationorIn-linefiltration）,11,两种微滤过程的通量与滤饼厚度随时间的变化关系,终端过滤,错流过滤,12,第三节.微滤膜的性能测定,主要有：厚度、过滤速率、空隙率、孔径及其分布等4个方面。膜厚通常用0.01mm的螺旋千分尺测定，较严格的方法是以专用的薄膜测厚仪测定。过滤速度是以恒压连续过滤装置测定流体在一定温度和压力下，单位时间内透过单位膜面积的液体量。空隙率是通过测定的表面密度、真密度，然后按公式计算。MF膜的孔径对严格控制成膜条件和选择滤膜的最佳应用极为重要。常用测定方法有压汞法、泡压法、气体流量法和已知颗粒通过法等。许多商品膜标示孔径时，通常也都注明所用的测试方法。,13,MF膜材料,疏水聚合物膜：聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)亲水聚合物膜：纤维素酯(CA和CTA)、聚碳酸酯(PC)、聚砜/聚醚砜(PSF/PES)、聚酰亚胺/聚醚酰亚胺(PI/PEI)、聚脂肪酰胺(PA)陶瓷膜：氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅,14,实验室小型MF膜设备,实验室MF膜中试设备,15,发酵液提取陶瓷膜成套设备,16,第五节.MF膜的应用,在工业发达国家，从家庭生活到尖端技术都在不同程度上应用MF技术，其主要用于无菌液体的制备、生物制剂的分离、超纯水的制备以及空气的过滤、生物及微生物的检测等方面。.在医疗卫生领域中的应用主要体现在药用水（包括纯净水、注射用水）的过滤、小针剂及眼药液的精滤及终端过滤，血液过滤，中草药液、后发酵液的澄清过滤，空气、蒸汽的过滤等。在制药工业中，终端过滤的选择相当关键，其去除效率取决于选择合适的滤膜材料、膜孔径及流程。,17,.在生物化学和微生物研究中的应用利用不同孔径的MF膜收集细菌、酶、蛋白、虫卵等提供分析。利用膜进行生物培养时，可根据需要在培养过程中变换培养基，以达到多种不同的目的，并可进行快速检验。因此，MF技术已被用于水质检验、临床微生物标本的分离、溶液的澄清、酶活性的测定等。,18,.在食品饮料工业领域中的应用MF技术普遍用于酒类、饮用水、茶饮料、果汁、奶制品、碳酸饮料的澄清和除菌过滤。如用孔径小于0.5m的微孔滤膜（滤芯过滤器）对啤酒和酒进行过滤后，可脱除其中的酵母、霉菌和其他微生物。经这样处理的产品清澈、透明、存放期长，且成本低。我国经多年努力，已研制出多种材质的系列孔径的MF膜元件，并形成产业化规模，已广泛用于国内各大著名的饮料生产商，如旭日升、汇源果汁、农夫果汁等企业。,19,.在电子工业中的应用电子工业使用的流体包括气体和液体，过滤器大致分为气体过滤器和液体过滤器。气体过滤器采用疏水性MF膜来从主体气体（氮、氧、氢）和特殊气体（如硅烷、胂、磷化氢、氨）中去除粒子。液体过滤器分成化学药剂过滤、光敏抗蚀剂过滤器及去离子水过滤器。在电子工业中，对去离子水的要求很高，因此应选择洁净度高，滤膜完整性好，孔径均匀的MF膜，否则会影响去离子水的水质，进而导致电子元器件或集成电路板的报废。MF膜在纯水制备中主要用处有两方面：一是在RO或ED前用作保安过滤器，用以清除细小的悬浮物质；二是在阳/阴或混合交换柱后，作为最后一级终端过滤手段，用它滤除树脂碎片或细菌等杂质。,20,.在油田注水的应用在石油开采中，向低渗透油田实行早期注入高质量的水是对低渗透油田补充能量，稳定产量的长期的根本保证。在石油开采注水工艺中一个核心的环节是如何保证注入水的水质，MF技术在其中已发挥了较大的作用，国内主要用PE烧结微孔管、折叠式MF膜过滤芯及中空纤维UF组件等。,21,.在家庭生活中的应用由于我国城市自来水供给系统在输送过程中的不完善，我们日常饮用的自来水往往存在着二次污染的问题，这对我们的人身健康带灰很大的隐患。采用MF技术制造的家用净水器，通过MF膜的过滤不仅能有效去除水中的铁锈、泥沙等肉眼可见物，还能截留住水中的细菌、大肠杆菌等。,22,第六节.MF膜污染及控制,膜污染通常是膜表面的附着层和膜孔堵塞。当溶质是水溶性大分子时，由于其扩散系数很小，从膜表面向原料液主体的扩散通量也很小，因此膜表面的溶质浓度显著增高，形成不可流动的凝胶层。膜表面的附着层可能是水溶性高分子的吸附层和料液中悬浮物在膜表面上堆积起来的滤饼层。产生膜堵塞的原因包括悬浮物或水溶性大分子在膜孔中受到空间位阻，蛋白质等水溶性大分子在膜孔中的表面吸附，以及难,23,溶性物质在膜孔中的析出。机械堵塞是固体颗粒把膜孔完全堵住；吸附是颗粒吸附在孔壁上而使孔径变小；架桥截留不完全堵塞孔道，形成滤饼过滤。大多数情况下，过滤初期主要是机械堵塞，后期滤饼过滤。介质中固体颗粒的浓度.形状.刚性及其粒径分布都会影响堵塞，膜孔结构也是影响堵塞的主要原因。,24,针对不同的分离体系，控制膜污染的方法：原料液预处理膜表面改性外加电场.离心场和超声波场采用气体和液体两种介质进行高压反冲强化传质膜清洗方法通常分为