渗析-反渗透..

1、化工分离技术简介山东大学 - 化学工艺专业渗析&反渗透PART0 膜分离依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离的技术膜分离的发展u高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，诺莱特（A. Nollet）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。u1950年W.Juda试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。u1960年洛布 (Loeb)和索里拉简 (Souriringan)首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。分离膜的应用技术高分子分离膜离子交换膜液膜新型分离膜渗

2、透蒸发膜膜萃取膜膜蒸发膜膜吸收膜微滤、纳滤膜超滤、反渗透膜气体分离膜无机分离膜各种膜分离过程的应用范围各种膜分离过程的现状与发展趋势多数膜分离过程无相变发生，能耗通常较低膜分离过程一般无需从外界加入其他物质，可以节约资源和保护环境膜分离过程可使分离与浓缩、分离与反应同时实现，大大提高了分离效率膜分离过程通常在温和条件下进行，因而特别适用于热敏性物质的分离、分级、浓缩与富集膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化，而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大膜组件结构紧凑，操作方便，可在频繁的启停下工作，易自控和维修，而且膜分离可以直接插入已有的生产工艺流程膜分离的共同特点谢谢PART1 渗析

3、一种以浓度差为推动力的膜分离操作，利用膜对溶质的选择透过性，实现不同性质溶质的分离。原理 | Principle图8-1图8-1溶质中的小分子由A侧通过扩散透过膜溶剂（水）由B侧根据渗透原理透过膜经一段时间后，两侧液体中的小分子物质和水达到动态平衡这里所说的不是溶剂和溶质的分离，而是溶质之间的分离浓度差（化学位）是这种分离过程的唯一推动力渗析膜材料 理想透析膜材料的特点v膜材料纯度高，不含有任何对生体有害的物质v具有优良的生物相容性，对蛋白质无特异吸附v有稳定的物理、化学性能和良好的力学性能v能经受消毒处理而不影响结构、性能v加工成型方便，膜表皮层及支撑层的孔隙率尽可能高，以获得更高的通量渗析

4、膜材料v目前用于制备透析膜的材料主要有天然纤维素及其衍生物与合成聚合物两大类v纤维素类有醋酸纤维素、再生纤维素等v合成聚合物类包括聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚砜、聚烯烃、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醚嵌段共聚物等v由于透析膜主要用于医疗用途，对膜材料的要求非常苛刻，因此可临床应用的膜材料只有少数几种 聚合形式聚合形式聚合物材质聚合物材质临床应用临床应用商品化商品化线性缩聚聚酰胺聚碳酸酯-聚醚聚砜聚醚砜磺化聚砜HFHFHF、HDFHFHF线性缩聚再生纤维素醋酸纤维素三醋酸纤维素HFHD、HDFHD、HDF、HF线性加成聚丙烯聚丙烯腈聚丙烯聚丙烯腈

5、-甲代烯丙基磺酸钠聚乙烯-聚乙烯醇聚甲基丙烯酸甲酯聚电解质HDF、HFHDFHDF、HD、HFHD、HDFHF无机玻璃HFHD-血液渗析；HF-血液过滤；HDF-血液渗析过滤 应用人工肾（血液透析）肾对血液进行过滤，排泄尿素、肌酐、尿酸、胍的衍生物等代谢产物及某些毒物和药物，调节体内水、电解质和酸碱平衡；调节血压，激活维生素D；分泌血管活性物质和促红细胞生成素等。肾功能衰竭可造成新陈代谢物质在体内沉积，产生代谢紊乱，从而引起尿毒症，危及人的生命。肾脏患者，治疗手段以人工肾和/或肾脏移植为主，并辅以药物治疗。临床上用于治疗急、慢性肾功能衰竭最有效的常规肾脏替代疗法人工肾人工肾工作原理血液透析是借

6、助于血液透析机与患者建立体外循环的过程透析机依靠具有特殊通透性的透析膜，分隔血液和透析液，利用膜两测液体溶质的浓度差及膜孔径大小的差异，使血液中小于膜孔截留分子量的溶质扩散、渗透通过滤膜，以除去患者血液中的代谢小分子废物和毒物调节水和电解质平衡以及酸碱平衡人工肾依靠透析膜，使血液中的代谢产物进入到由外界引入的已配制好的透析液中，并通过透析膜达到电解质的平衡，经过透析处理解毒后的血液回到人体的静脉中，而需排泄的物质则引出弃去，与人体肾脏相比，透析器起到了人工肾的作用 人工肾的构成由透析器、透析液供给装置和自动监护装置三部分组成，通过血液回路把人体与透析型人工肾连接起来透析器是人工肾的关键部件之一

7、，血液透析过程就在透析器中进行 人工肾与人体肾比较在血液透析过程中，动脉中的血液通过半透膜与透析液相接触，凭借液体间的浓度差，血液与透析液进行物质交换，即尿毒症病因物质从血液中经半透膜扩散进入透析液，而透析液中含有的人体必需的物质则扩散进入血液。交换后的血液经静脉返回体内，而有害物质则随透析液排出体外 。血液透析回路应用压榨(碱)液的回收在粘胶纤维生产中，压榨液约为纤维产量的1822倍，压榨液的碱浓度为1617，还含有大量的半纤维素、树脂和机械杂质。中空纤维透析器的膜材料由聚乙烯醇制成。经预处理过的压榨液和软水分别由压榨液和软水进口管进入透析器，在膜的两侧反向流动，压榨液中的NaOH不断进入软

8、水中。残余液出透析器后进入废液槽，经处理后排放。渗析法回收压榨液中NaOH压榨碱液渗析法回收压榨液流程压榨液中NaOH的回收率可达98%NaOH进入调整槽调整浓度后作为浸渍液回用应用钢铁酸洗废液中回收硫酸 钢材加工需要预先除去表面的氧化铁。现在广泛采用硫酸（或盐酸）溶液酸洗法。在酸洗过程中，溶液中硫酸亚铁含量不断增加，当达到200g/L以上时，酸洗效果明显降低，成为废液，而废液中硫酸含量高达50g/L，必须经过处理才能排放。目前，处理方法主要为：石灰中和后排放、冷却结晶回收铁矾及硫酸采用石灰中和法，不但不能回收有用物质，而且增加了废渣的处理问题。用冷却结晶法虽可回收铁矾和硫酸，但处理的成本高，

9、经济上不合算。酸洗废液扩散渗析和离子交换膜电解相结合回收硫酸酸洗废液回收处理流程采用扩散渗析法和离子交换膜电解组合工艺处理酸洗废液的流程如图所示在电解槽中，以稀硫酸溶液为阳极液，以透析液为阴极液。在直流电场作用下，阳极室中硫酸浓度不断升高，而阴极上不断沉积出电解纯铁，这样可同时达到回收硫酸和铁的目的 。发展前景由于透析过程的传质推动力是膜两侧物料中组份的浓度差，受体系本身条件的限制，透析过程的传质速度慢，且透析膜的选择性低，对于化学性质相似或分子大小相近的溶质体系很难用透析法分离，这是其发展受到了很大限制，透析过程逐渐被借助外力驱动的膜过程，如电渗析、超滤等所取代，应用范围日渐缩小。然而，对于

10、某些高浓度的蛋白质溶液，由于浓差极化的原因，使用超滤方法进行分离较为困难，这种情况下使用透析方法较为合适，特别是使用人工肾处理浓度差较高的血液时，透析法无疑更具有优越性。目前透析法应用最大的市场是血液透析，现在血液透析已成为治疗肾病患者的常规疗法。另外，对于少量物料的处理，由于透析不需要使用超滤那样的特殊器件和装置，所以迄今其应用仍较为广泛。PART2 反渗透一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离原理 | Principle盐水纯水盐水纯水半透膜半透膜外加压力渗透反渗透v渗透v渗透压v平衡v反渗透评价指标=100%产水流量回收率进水流量=100%产水含盐量盐透过率进水含盐量=100%

11、 脱盐率盐透过率反渗透膜材料1964年 世界上第一个反渗透膜醋酸纤维素类聚烯烃类聚酯类芳香聚酰胺类聚砜类硝酸纤维素类聚苯乙烯类聚乙烯醇类v国外已有日产水量10万吨级的反渗透海水淡化装置，目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单机能力为日产水量6000吨。v国内目前已建和在建的反渗透海水淡化装置日产水量350-1000吨，在河北建设的日产水量18000吨的“亚海水”脱盐装置是国内最大的使用海水淡化膜的反渗透装置。反渗透法海水淡化应用海水淡化盐份盐份细菌细菌颗粒和泥沙颗粒和泥沙有机物有机物高纯产品水压力进水高脱盐率的膜高脱盐率的膜( (浓缩水 污物水水膜组件v膜分离装置的核心是膜组件，它是将膜、固

12、定膜的支撑材料、间隔物、或管式外壳等通过一定的黏合或组装构成的一个单元。v工业上应用的膜组件主要有板框式、螺旋卷式、管式、中空纤维四种形式。v大多数的反渗透膜组件是螺旋卷式的。膜组件膜组件膜组件反渗透的基本流程高压泵浓水产品水进水膜组件典型的两段式反渗透流程 浓水浓水产水产水进水进水IA 1IA 2IA 6IB 1IB 2IB 6II 1II 6II 2. . . . . . .1st 段2nd 段典型的反渗透系统温度计温度计压力表压力表SDI测定仪测定仪前处理前处理 反渗透膜组件反渗透膜组件压力开关压力开关压力表压力表阀门阀门压力容器压力容器浓水浓水F1F1产水产水流量计流量计流量计流量计浓水控制阀浓水控制阀浓水排放浓水排放高压泵高压泵发展前景开发抗氧化性、抗酸碱性以及高透水性的新型膜材料。开发具有低能耗、抗污染、耐高温、高压和特种分离等性能的反渗透膜组件