膜技术基础与应用期末复习总结

1、膜技术基础与应用期末复习总结微滤MF（固液分离）推动力：压力差孔径：0.1卩m切割分子量： 100万Doi分离机理：筛分膜的物理结构和截留机理对分离效果起决定性作用 表面截留：机械截留作用、物理作用或吸附截留作用、架桥作用 内部截留：膜的网络内部截留作用筛分膜深层膜完美的圆柱形孔径、与膜表面垂直膜孔弯曲不规则膜表面截留内部截留有明确的截留尺寸没有明确的截留尺寸无二次污染过滤面积大纳污容量大、寿命短低吸附、低吸收高吸附、高吸收微滤膜的操作模式：1、死端过滤2、错流过滤时间t 时何2（炕错流操作n图5-10死端过滤和错谎过滤流程小意图微滤膜的特性：1主要以筛分为机理2、孔径分布均匀，过滤精度高3、

2、孔隙 率高，过滤速度快4、整体性强，不脱落，不对物料产生污染 5、膜层薄，对物 料吸附少，减少浪费微滤膜材料：有机微滤膜（eg.醋酸纤维素膜）优点：有韧性，制备简单，易于 形成，工艺成熟。缺点：遇热不稳定，不耐高温，在液体中易溶胀，强度低，再 生复杂，使用寿命短。无机陶瓷膜优点：化学稳定性好，机械强度大，耐高温，孔径分布窄，可高压 反冲洗，不易老化。缺点：成本高，分离效果差。PS :管式膜都是无机膜，卷 式膜都是有机膜。复合微滤膜：。微滤膜组件：卷式、管式、板式、中空纤维式微滤膜的污染：滤饼层的形成及膜孔的堵塞减少膜污染的措施：预处理、错流过滤、高流速水流/气流或者是电场作用（湍流强化器）微滤

3、膜的清洗:物理清洗：水力学反冲洗、气液脉冲法 PS:反冲洗会破坏膜孔大小 化学清洗：酸（无机污染物）碱（有机污染物）液、表面活性剂、酶、氧化剂微滤膜的应用：电子工业、医药卫生、水处理及海水淡化、食品饮料工业、油田采出水处理超滤 UF （蛋白质、酶、病毒、冷杀菌、胶体、颜料、乳液）推动力： 压力差孔径：0.01卩m切割分子量：100010万Doi分离机理： 筛分 在膜表面及微孔内吸附 （一次吸附） 在孔内停留而被去除（阻塞）在膜面的机械截留（筛分）超滤膜的特性：按形态结构可分为：对称膜和非对称膜超滤膜的分离特性：透过通量（速度）和截留率（分离效果）PS:可用切割分子量法表示超滤膜的特 性 超滤膜

4、的材料：有机高分子材料（纤维素衍生物、聚砜类）无机材料（多 孔金属、多孔陶瓷、分子筛）超滤膜的污染： 浓差极化形成凝胶层和膜孔的堵塞 （主要原因料液性质膜及 膜组件性质操作条件）浓差极化： 被截留的溶质在膜表面处聚集， 其浓度会逐渐升高， 在浓度梯度的作 用下近膜面的溶质又反向扩散， 使膜表面形成一溶质浓度分布边界层， 对溶剂起 阻碍作用。（可逆过程）膜污染的控制：A压差较低：主要是膜自身的机械阻力和膜污染阻力（膜材料： 与溶质电荷相同的强亲水和强疏水性膜耐污染膜孔径： 比截留粒子尺寸小一个 数量级PH值：远离等电点盐温度）B压差较高：主要是浓差极化产生的阻力（增大料液流速升高料液温度选 择合

5、适的膜组件结构）C压差很高：主要是凝胶层阻力超滤膜的清洗方法： 和微滤一样 超滤膜的应用： 工业废水处理、食品工业中的应用、高纯水制备中的应用、生物 制药领域的应用纳滤 NF （糖类等小分子有机物二价盐或多价盐）推动力： 压力差孔径：0.001卩m切割分子量：2002000Dol分离机理： 溶解扩散、电荷效应（膜表面带有负电荷，通过静电相互作用阻碍多价离子的渗透，是纳滤膜在较低压力下仍能具有高脱盐率的原因）纳滤膜的特性：对分子量为数百的分子成分有分离性能对不同价态的离子存在电荷效应纳滤膜的污染： 无机污染、有机污染、微生物污染（清理时先酸后碱）纳滤膜的应用： 饮用水的制备、工业废水处理、制药业

6、中的应用、食品加工中的应用（果汁浓缩）、膜生物反应器、多肽及氨基酸的浓缩分离 纳滤膜能截留透过超滤膜的小分子量有机物，透过被反渗透膜所截留的无机盐。 纳滤与电渗析、离子交换膜相比，可以同时脱盐兼浓缩，在有机物与无机物混 合液的浓缩分离方面具有无可比拟的优点。反渗透 RO推动力： 压力差孔径：无孔致密膜切割分子量：v 200Dol反渗透膜分离的必要条件： 具有高选择性和高渗透性的半透膜操作压力高于 溶液的渗透压分离机理： 优先吸附毛细孔流理论（有孔区） 、溶解扩散理论（无孔区） 、氢 键理论反渗透的特性： 物料无相变能耗低设备简单， 技术成熟适应性强应用 范围广反渗透膜对无机盐的作用： 依靠荷电

7、排斥性依靠膜孔的筛选性反渗透膜对有机物的作用： 有机物的脱除率主要取决于有机分子的大小和形状携带电荷的有机物，由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜预处理的目的：防止膜表面的污染防止膜表面结垢确保膜不受机械和化学 损伤确保工作效率最大化 预处理系统：、悬浮物去除：双介质过滤法超滤法二、氯去除：活性炭过滤法亚硫酸氢钠加药法三、防止膜元件结垢：软化法阻垢剂加药法 后处理系统：一、初级离子去除：单级反渗透阴阳离子交换床、精处理：RC混床离子超滤 三、水的储存和配送：臭氧消毒热水消毒 反渗透膜的污染：硬度结构（酸性清洗）、有机物胶体污染（碱性清洗）、细菌病 毒等微生物滋生（杀菌剂清洗+碱性清洗）反渗透膜

8、的操作模式：多为卷式有机膜（TV45）和中空纤维膜段：膜组件的浓缩液不经过泵而流到下一组件进行处理，流经n组膜组件称为n段。级：膜组件的透过再经过泵到下一组件进行处理，透过液经 n次膜组件 处理称为n级一级一段连续式：经过粧细件的透过水和浓缩液被连 at引出系统，该方式水的制收率不高,实际e业中较 少采用。透过液级一段循环式,经过牒组件的浓缩液部分返冋进料 椚与原行的料液混介再通过组件进彳j分离，由r浓缩 液中溶质浓度比进料液高，透过水的水质冇所下附透过液 透过液 透过液一级多段连续式:适介人处理量的场介，能得到高的水 回收率。图中简单的-级多段连续式,它把第一 段的浓缩液作为第二段的进料液，

9、再把第二段的浓缩 液作为下一段的进料液，而各段的透过水连续排出， 这种方式浓缩液的垃少，浓缩液中溶质浓度较岛。级多段循环式:这种方式能获得高浓度的浓缩液它 把第二段的透过液重新返同第一段作进料液.再进行 分乩这是因为笫二段的进料液浓度较笫段高，因 附第二段的坊M水质代第 股广.浓缩液绊筝以分肉 艮 浓度得到很大提笳 因此该模式适用于以浓缩为 匮耍目的的分亂反渗透的应用：海水脱盐超纯水的生产锅炉用水苦咸水淡化油水乳液 的分离工业水处理各种膜组件的特点：一、板框式：优点（组装简单，膜的更换清洗和维护比较容易，膜装置结构 紧凑）缺点（装置笨重，单位体积内膜面积较小且对膜的强度要求较高）二、管式：优点

10、（传质效果好，清洗和维修方便，流动状态好，流速易控制） 缺点（安装复杂，单位体积的膜比表面积小）三、卷式：优点（膜比面积大，膜表面流动状态好，结构紧凑，占地面积小） 缺点（不适宜于含悬浮固体料液的处理，压力消耗高，清洗不方便，再循环浓缩 困难）四、中空纤维式：优点（膜比表面积高，不需支撑装置，单元回收率高）缺 点（制膜技术复杂，清洗困难，预处理要求高）液膜推动力：浓度差定义：液膜分离法又称液膜萃取法液膜分离的特性：优点（传质推动力大，速率高，且试剂耗量小，选择性好）缺 点（传质推动力大，速率高，且试剂耗量小，选择性好）液膜组成：膜溶剂（1%5%）,表面活性剂（1%-5%），流动载体（90%）液

11、膜的类型：支撑型液膜液滴膜乳化液膜支撑型液膜 特性：传质面积小，稳定性差，支撑液体易流失应用：主要用于物质的萃取膜相：外相和內相之间成膜的液体内相：接受被分离组分的液体外相：含有被分离组分的料液球形 乳化液膜（直径i-ioo卩m 特征：传质速度快，分离效果较好， 具有较好的工业前景区别：內相分散成许多微液滴悬浮在膜相液中分离机理：1选择性渗透2萃取和吸附3內相化学反应4膜相化学反应乳化液膜分离流程：制备液膜液膜萃取澄清分离破乳制备液膜乳状液惟为分敵相从塔底部进人,原料液柞为连蜒相在制乳器内，轉内相莊加到配好的膜相菠中,通过强型 的搅样制成内相分散1B细的汩包水型乳状浚B从顶部进入，两液协于温和

12、的搅拌銀件下在塔内充分接 进行传喷，外水相中的瀋髓通过液脱进入内水相富集.澄清分离幸取皓束后借肋產力甘层除去萃余酒.乳歿涯从塔顶出来进入破乳鹘破碎分离成单独的揉相液和内相腹.阪相液遍回制乳器循环便用.内相液中8T被分驚组分作超反液膜的特点：1萃取与反萃取过程同时一步完成2 分离的同时能达到浓缩3 分离的传递效率高（传质推动力大，所需分离级数少）4 实际消耗量少5 工艺简单操作浓度区间大且成本低6 强度低破损率高难以稳定操作液膜的应用：烃类混合物的分离、从铀矿浸出液中提取铀、含酚废水的处理、净 化烟气、气体分离、氨基酸的生成与分离、在生物化学中应用、在医学中应用气体分离膜推动力：压力差、浓度差膜

13、组件：中空纤维式和螺旋式影响气体渗透性能的因素：1气体分子的动力学直径2膜材料和膜组件对分离性 能的影响气体分离膜的分离机理：一、致密膜：溶解 - 扩散机理 ：吸附 溶解 扩散 解吸二、多孔膜：分子扩散（受分子与孔壁之间碰撞作用支配）黏性流扩散（受分子之间碰撞作用支配）表面扩散（浓度差的作用）毛细管凝聚（操 作温度处于较低温度）分子筛分渗透汽化推动力 ：蒸汽压差分离机理： 溶解扩散模型，孔流模型，虚拟相变溶解扩散模型膜组件： 板框式，近年来在开发卷式组件，管式组件为降低成本渗透汽化的特点： 单级选择性好、适合分离沸点相近物质 尤其适于恒沸物的分 离、操作简单易于掌握、透过率不会随时间的延长而减

14、小、通量小、渗透气化过 程中有相变发生，但由于透过物量小，所需能量不大。渗透汽化适用的分离过程： 具有一定挥发性的物质（先决条件） 、从混合液中分 理出少量物质、 近沸恒沸混合物的分离、 选择性的移走反应物， 促进化学反应的 进行渗透汽化膜的分类： 优先透水膜、优先透过有机物膜、有机物分离膜渗透汽化膜应用： 有机溶剂脱水 水中有机物的脱除 有机、有机混合物的分离PV过程与RO UF等膜分离方法最大区别在于，前者的组分透过膜时，将产生相 变电渗析 ED推动力： 电化学势渗透 传递机理： 反离子经离子交换膜的迁移基本原理：电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直

15、流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截 留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称 为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓 水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水 便得到了净化。离子交换膜的 组i岛介了TT架姑构洱分离于交换脱浪的衣体I离子叠隸埜团（阖逬荷电狂圈）反离子丈对它离子、活功部分滴纳糧透陽子（同営席子）图7 离子空换般的霸成离子交换膜的特性：（选择透过性），离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选择透过性作用分离机理：可以由膜的孔隙作用、静电作用、扩散作用

16、来体现离子交换膜对离子 选择透过机理和离子在膜中的迁移历程。电渗析分离原理料液G00O- _o阳极H 8阴离子交换膜盐水淡水盐水阳离子交换膜PS:极室淡盐水的作用：1.降温2.带走极板上负离子3.清洁作用电渗析的基本过程C】(十 H2O)Na*(ll2O)同名离子迁移NaCl浓差旷敬HjO水的扩散oirC.eH.O)11H:OFTCnwhq浓编室除占室（淡亿室）图64电潘析的基本过程A阴 Wh CR1K阳腹电渗析的基本过程阴脱NaCI+HOOFT H*艮化TOtr阴极彳A反离了迁移次安过程非止常过程主要过松n20W(H?o)cr存 e Hem chndk. com渗护室Cl (HQ) (ILO

17、)Nu*cr（H,o） 一同名离 了辻移 一5比0） 渗析电渗析器的构造：由膜堆、极区和压紧装置三部分构成级：一对正、负电极之间的膜堆称为一级段：具有同一水流方向的并联膜堆称为一段(b)二级一段zrz1/丿/i1丿11/ / /A1II, r 11:(C)一级二段共电扱(d)二级二段电渗析除盐方式：一次性除盐 循环式除盐 部分循环式除盐除盐工艺： - = -=9-= * Lr -=-! - r FPQ在实际工程中，常用的电撕m工艺艇有下軌种：原水预处理亠电跡除 盐水；原水-预处理亠电盤析亠淞*除盐水；原水r处理电樓析响子交虹除 盐水；就預处理诵了交换预脱硬-电渗析-除対；原水喷处理-电渗析浊 过牯除盐札电渗析极化现象及危害：指电渗析阴膜或阳膜中离子迁移速率大于溶液中同种离 子迁移速率，当电流提高到相当程度时，在膜表面出现该离子浓度趋向于零，此 时水会电离产生H+和0H一，参与传导电流，以补充离子不足的现象。极化危害： 阴膜发生极化时，0H-和cO;在电场作用下，透过阴膜迁移到浓水室，使浓水