膜分离修改 (1)

1、膜分离复习内容1. 非溶剂致相技术、热致相分离技术、熔融拉伸技术制备卷式膜或者中空纤维膜的原理、步骤、每一步的作用，孔是如何形成的？水处理膜亲水化改性的必要性。（卷式膜自己总结）NIPS:传质；TIPS:传热；MSCS：形成硬弹性再形成片晶热处理链段运动使结晶增长变硬，在结晶表面上高分子链折叠而不融化成膜（写过程可不写原理）TIPS制中空纤维膜：1、将聚合物热熔于稀释剂中形成溶液；2、纺丝，进入凝固浴（使纺出来的的丝凝固）；3、芯液喷丝浸入一定的温度的热水中（成孔，减小孔隙率和孔径，提高膜的选择透过性）；4、降温（分相）；5、溶剂萃取稀释剂成膜（除去稀释剂）NIPS制备中空纤维膜：1、将聚合物

2、稀释剂溶解脱泡处理；2、通芯液和聚合物溶液经喷丝板挤出（成孔）；3、过凝固浴水洗萃取（成膜）；4、将刚形成的膜浸于一些有机溶剂中，置换掉湿膜中的水再干燥成膜（除水）MSCS制备中空纤维膜：1、将聚合物加入螺杆挤出机内，通N，将温度升高到其熔点附近（形成硬弹性材料）；2、挤压高速牵伸卷绕（冷却让溶体在较高的应力场下制成高度定向的结晶膜）；3、热处理（形成中空纤维）；4、冷拉（破坏聚合物的结晶结构产生裂缝状的孔隙）；5、热定型（形成中空纤维膜）孔如何形成：膜表面与凝固浴间快速传质，传质速度大大高于聚合物分子的松弛时间，在表面上产生了很强的聚合物分子残留应力，在应力作用下，产生了孔。水处理膜改性的必

3、要性：聚合物越亲水，膜刚性越差，所以要进行亲水改性并提高膜的抗污染能力，亲水的膜表面与水能够形成氢键，这样水处于有序结构。当疏水溶质要接近膜表面，必须破坏有序水。这需要能量而不易进行。所以膜面不易被污染。 改性方法：共混亲水剂；表面涂覆；表面荷电化。 2. 水处理用微滤、超滤、纳滤、反渗透膜的常用材质？为什么选择这样的材质？微滤聚偏氟乙烯（PVDF）:力学性能好，化学稳定性好，耐紫外线，耐腐蚀，耐热性好，可以高压消毒， 耐一般的溶剂，耐游离氯性强于聚砜超滤膜聚乙烯（PE）：化学稳定好，力学性能好，柔而韧，无毒聚丙烯（PP）：化学稳定性好，耐酸、碱和各种有机溶剂，廉价聚四氟乙烯（PTFE）：耐化

4、学腐蚀性极强，耐热，疏水，耐高温，化学稳定性好Al2O3：硬度高，熔点高，稳定超滤聚砜（PSF）：电性能好，耐化学药品性优良，机械性能好，尺寸稳定，抗蠕变聚芳醚砜（PES）：力学性能好，耐热耐燃，亲水性改善，抗氧化，抗氯性能，分离性好、抗溶胀、耐细菌侵蚀、可制备复合膜的多孔支撑膜。PAN：耐光耐气候，不溶于常用溶剂。PVC：成本低，耐酸碱，耐微生物侵蚀，化学稳定性好，难燃Al2O3：硬度高，熔点高，稳定纳滤芳香聚酰胺：热稳定性、化学稳定性、机械稳定性及水解稳定性都很好，良好的选择透过性，化学稳定性好，应用pH值范围宽，不会被生物侵蚀，操作压力低聚哌嗪胺（PIP）：耐热性，亲水性，易成型磺化聚醚

5、砜：力学性能好，耐热耐燃，荷电，抗氧化，抗氯性能，分离性好、抗溶胀、耐细菌侵蚀醋酸纤维素CA：来源广，成膜型好，制作容易，耐氯，亲水性好，降低膜污染，成本低，无毒。反渗透芳香聚酰胺：热稳定性、化学稳定性、机械稳定性及水解稳定性都很好，良好的选择透过性，化学稳定性好，应用pH值范围宽，不会被生物侵蚀，操作压力低醋酸纤维素（CA）：来源广，成膜型好，制作容易，耐氯，亲水性好，降低膜污染，成本低，无毒。聚苯并咪唑：耐高温，耐水解，耐酸碱，吸湿性似棉花，玻璃化转变温度特别高聚苯醚：耐高温，吸水率低，耐酸碱和盐水，水解稳定性优异，玻璃化转变温度高，成型收缩率和热膨胀系数小聚乙烯醇缩丁醛：亲水性强，易溶于

6、水3. 微滤、超滤、纳滤、反渗透过程的膜孔径范围、应用领域，这四种膜的两个基本性能参数是什么？如何衡量？微滤:孔径，截留物为刚性体超滤：截留分子量，蛋白质有长链有球型的非刚性纳滤、反渗透：脱盐率，截留物只剩下盐MF应用范围: 水处理、分析、消毒（食品、药剂）、净化（饮料）、血浆的除去法（医药）UF：乳品（牛奶、乳清、干酪）、食品（土豆、淀粉和蛋白）、冶金（油水乳液、电泳漆）、制药（酶、抗菌素）、水处理NF：水软化及废水处理、氨基酸、抗生素分离纯化、果汁高度浓缩RO：苦咸水、海水脱盐、电子行业超纯水制备 、食品行业果汁、糖类和牛奶浓缩 4. 唐南平衡？并解释纳滤独特的分离特性将荷电膜置于盐溶液中

7、，溶液中的反离子（所带的电荷与膜上固定电荷相反的离子）在膜内浓度大于其在主体溶液中的浓度，而同名离子在膜内的浓度则低于其在主体溶液中的浓度。由此形成的Donnan位差阻止了同名离子从主体溶液向膜内的扩散，为了保持电中性，反离子也被膜截留。纳滤独特的分离特性：相对分子质量截留范围为200-1000；去除离子降低操作压力；截留的最小分子约为1 nm；通过静电相互作用，阻碍多价离子的渗透(荷电化目的-脱高价盐)；对小分子有机物有较高的截留率可分离同类氨基酸和蛋白质5. 渗析和电渗析的基本原理电渗析：在直流电场作用下，利用待分离分子的荷电性质和分子大小的差别，以外电场电位差为推动力，利用离子交换膜 的

8、选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。渗析：溶质(低分子)由膜的一侧通过扩散透过膜 溶剂（水）由另一侧根据渗透原理透过膜-进行相互移动 6. 膜污染的控制方法以及膜的清洗方法 控制方法：1、选择合适的膜材料-膜的亲疏水性、荷电性会影响到膜与溶质间相互作用的大小及膜的污染程度 2、选择合适的膜孔径或截留分子量3、选择合适的膜结构和组件结构4、适当控制溶液中盐浓度、pH值、溶液浓度和温度、离子强度、压力与料液流速以及溶液与膜接触时间和膜表面粗程度等。清洗方法：根据膜材料和污染物组成选择清洗剂物理清洗：等压清洗、反洗、气水双洗、海棉球擦洗化学清洗：碱、酸、酶、络合剂、表面活性剂7. 无机

9、膜的材质、优缺点金属、金属氧化物、陶瓷（AlO）、沸石、无机聚合物、碳成本高、低弾性、脆性、加工生产困难1) 较好的热学和化学性能2) 机械强度大3) 抗微生物能力强4) 操作便利5) 孔径分布窄6) 容易清洗，特别在高堵塞清况下用在UF，MF中7) 寿命长8. 膜反应器的优点 不受化学平衡的限制 可实现反应、分离、浓缩的一体化，消除副反应 实现连串或平行多步反应的耦合 缓解或消除催化剂中毒 负责反应体系中的反应进程调控 实现热交换与催化反应的组合 不相容反应物之间的有效相间接触 消除快速反应中扩散阻力 有效控制输入反应物 易于实现连续自动化控制分离式（分置式）MBR9. 膜生物反应器的分类、

10、原理、优缺点、应用浸没式（或一体式） MBR 按膜组件放置方式MBR技术基本原理 生物降解作用污水首先进入生物反应器，污染物在反应器中被微生物同化和异化，异化产物多为无害的二氧化碳和水，同化物质成为微生物的组成部分物理截留作用膜组件及膜面凝胶层可截留微生物、大分子难降解有机物以及细菌和病毒，进而控制微生物在反应器中的停留时间及对出水进行有效的消毒。优点：克服出水水质不稳定、污泥易膨胀的不足；出水水质优良稳定；增加了难生物降解有机物的水力停留时间，有利于难生物降解有机物的去除；占地面积小；由于SRT很长，污泥浓度高，可取消污泥浓缩池和污泥消化池，也节省了污泥处理的基建投资和运行费用；不怕污泥膨胀

11、，依靠膜的过滤截留作用的出水；化学药剂投加量少；传质效率高；MBR工艺结构紧凑，易于实现一体化自动控制；其定型化（模件化）的设计能够使工艺操作具有较大的灵活性和适应性 缺点：膜造价高、使用寿命短，使MBR的基建投资高于传统二级生物处理工艺。 容易出现膜污染，膜的清洗(尤其离线的化学清洗)给操作管理带来不便，同时也增加了 运行成本。 运行能耗高（尤其是曝气能耗高）。 MBR的工程放大化问题还有待进一步解决，许多在试验中得出的结论和参数缺乏普遍性和工程指导意义 许多研究过分强调膜在MBR中的作用，而忽略了生化反应部分及预处理部分的贡献 缺乏对膜组件的优化设计和集成化设计的研究应用：在市政废水领域、

12、应用于高浓度、有毒、难降解的特种废水处理、广泛应用于无排水管网系统地区的废水处理10. 膜接触器的优点以及膜所起的作用优点：1.可提供明确、稳定、较大的界面面积 2.流体流速范围能够独立控制 3.对膜两侧流体没有密度要求 4.两相之间没有分散、无需下游相分离操作 5.接触面积固定，容易预测和控制传质效果 6.模块化设计，操作较为灵活，放大、控制和自动化容易 7.无液泛、夹带、泡沫8.反应和分离可以同时实现 膜萃取中膜的作用：在膜孔的有机相侧形成水相-有机相固定界面，传质在此固定界面上进行膜吸收中膜的作用：膜孔提供气、液相间实现传质的场所膜蒸馏中膜的作用：疏水性微孔膜起到屏障的作用11. 卷式膜

13、和中空纤维膜的优缺点卷式膜： 优点：结构紧凑、设备费用低； 缺点：浓差极化不易控制，易堵塞， 不易清洗，换膜困难。 中空纤维膜：优点：设备紧凑、单位体积的膜表面积大，不需要支撑材料 缺点：中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，对料液的预处理要求高 12. 界面聚合反应制备反渗透分离层的原理+OH13. 智能膜的制备方法以及方法评述表面改性：表面改性是采用表面涂覆、表面处理、表面接枝等方法对膜改性，该技术的特点是不改变膜本体的结构和性质，只改善膜表面性质，赋予膜智能性。基体聚合：首先通过一定方法使膜材料基体产生自由基，然后与具有智能性的单体共聚得到共聚物，再由该共聚物的溶液通过相转移制备智能膜。相对于

14、未改性膜，共聚智能膜的本体和表面性质均发生了变化。共混：改性与膜同步进行，工艺简单，不需要繁琐的后处理步骤，极易实现材料的工业化，改性剂能同时覆盖膜表面和膜孔内壁，不会引起膜结构的破坏。14. 从高分子物理，高分子化学，化工原理，功能材料以及聚合物材料加工角度分析聚合物材料和溶剂的选择，制膜方法的选择和工艺参数的确定，膜组件形式以及膜过程应用所要考虑的问题从聚合物材料的选取（成膜性、力学性能、机械性能、成本等等）、溶剂的选取、聚合物的分子量（分子量越窄越好）、制备方法（均聚共聚）选择、表征方法等解释（借鉴PPT绪论）高化：合成+改性化工原理：传递，传质，传热。阻力在膜的边界层，从三传角度分析要把边界层变薄。15. 对膜行业发展现状和前景的看法，并从科研学术角度，谈一谈膜领域尚有哪些共性难题亟待解决以及你对本课程的学习体会我国的膜工业已初具规模，超滤、纳滤、微滤和电渗析产品已经形成了自己的特色，不仅牢牢占据着中、抵挡产品的国内市场，而且还打进了国际市场。但是