膜分离技术总结PPT

1、膜分离技术膜分离技术唐汉卿唐汉卿21114230362111423036现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿报告框架报告框架 1.膜分离技术基本介绍 2.各类膜分离技术特点 3.新型膜分离技术现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿1.1基本原理基本原理膜分离过程原理膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通过在以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个膜两边施加一个推动力推动力（如浓度差、压力差或电位（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上

2、游膜上游，透过，透过侧称为侧称为膜下游膜下游。膜上游膜上游 膜膜 膜下游膜下游选择性透膜选择性透膜现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿1.21.2分离膜种类分离膜种类 膜类型分类膜类型分类分离膜分离膜高分子膜高分子膜液体膜液体膜生物膜生物膜带电膜带电膜非带电膜非带电膜阳离子膜阳离子膜阴离子膜阴离子膜过滤膜过滤膜精密过滤膜精密过滤膜超滤膜超滤膜纳米滤膜纳米滤膜反渗透膜反渗透膜现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿1.3常见膜分离方法比较表表1.分离方法比较分离方法比较膜过程膜过程分离目的分离目的推动力推动力传递机理传递机理透过物透过物截留物截留物膜类型膜类型微滤微滤溶液、气体脱

3、溶液、气体脱粒子粒子压力差压力差颗粒大小、颗粒大小、形状形状水、容积水、容积溶解物溶解物悬浮物颗悬浮物颗粒粒纤维多孔纤维多孔膜膜超滤超滤溶液脱大分子，溶液脱大分子，大分子溶液脱大分子溶液脱小分子，大分小分子，大分子分级子分级压力差压力差分子特性、分子特性、大小、形大小、形状状水水、溶剂溶剂小分子小分子交替和超交替和超过节流相过节流相对分子量对分子量的小分子的小分子非对称性非对称性膜膜纳滤纳滤溶剂脱有机组溶剂脱有机组分、脱高价离分、脱高价离子、软化、脱子、软化、脱色、浓缩、分色、浓缩、分离离压力差压力差离子大小离子大小及电荷及电荷水、一价水、一价离子、多离子、多价离子价离子有机物有机物复合膜复合

4、膜反渗透反渗透溶剂脱溶质、溶剂脱溶质、含小分子溶质含小分子溶质溶液浓缩溶液浓缩压力差压力差溶剂的扩溶剂的扩散传递散传递水、溶剂水、溶剂溶质、盐溶质、盐非对称复非对称复合膜合膜现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿1.3常见膜分离比较常见膜分离比较现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿1.3常见膜分离方法比较常见膜分离方法比较现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点 2.1微滤微滤(MF) 微滤又称微孔过滤，是以多孔膜（微孔滤膜）为过滤介质，在0.10.3MPa的压力推动下，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐抱子虫、藻类和一些细菌等，而大

5、量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。 微滤的特点：属于精密过滤，具有高效、方便及经济的特点。微滤能截留0.11微米之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和无机盐等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过，微滤膜两侧的运行压差（有效推动力）一般为0.7bar。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点 微滤的优点：微滤的优点： 孔径均匀，过滤精度高。孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径能将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留；的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度为一般微孔膜的孔密度为10107

6、7孔孔/ /cm2，微，微孔体积占膜总体积的孔体积占膜总体积的70708080。由于膜很薄，阻力小，其。由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍；过滤速度较常规过滤介质快几十倍； 无吸附或少吸附。无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在微孔膜厚度一般在9090150150 m之间，之间，因而吸附量很少，可忽略不计。因而吸附量很少，可忽略不计。 无介质脱落。无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点 微

7、滤的缺点：微滤的缺点： 颗粒容量较小，易被堵塞；颗粒容量较小，易被堵塞； 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。作。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点 2.2超滤超滤 超滤技术始于超滤技术始于 1861 年，其过滤粒径年，其过滤粒径介于微滤和反渗透介于微滤和反渗透之间，约之间，约510 nm，在，在 0.10.5 MPa 的静压差推动下截留各种可溶性大分子，的静压差推动下截留各种可溶性大分子，如多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于如多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶体，形成的大分子及胶体，形成

8、浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的 超滤膜的应用也十分广泛，在作为反渗透预处理、饮用水制备、制超滤膜的应用也十分广泛，在作为反渗透预处理、饮用水制备、制药、色素提取、阳极电泳漆和阴极电泳漆的生产、电子工业高纯水的药、色素提取、阳极电泳漆和阴极电泳漆的生产、电子工业高纯水的制备、工业废水的处理等众多领域都发挥着重要作用。制备、工业废水的处理等众多领域都发挥着重要作用。 超滤技术主要用于含分子量超滤技术主要用于含分子量500500000的微粒溶液的分离，是目的微粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程之一，它的应用领域涉及化工、食品、医药前应用最广的膜分离

9、过程之一，它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化等。主要可归纳为以下方面。、生化等。主要可归纳为以下方面。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点 2.3纳滤纳滤 纳滤膜的孔径为纳米级，介于纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜反渗透膜(RO)和超滤膜和超滤膜(UF)之间，因之间，因此称为此称为“纳滤纳滤”。纳滤膜主要用于截留粒径在。纳滤膜主要用于截留粒径在0.1nm，分子量为，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（作压（0.51MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜

10、之）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。间，但与上述两种膜有所交叉。纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子的截留率低对单价离子的截留率低(10%-80%)，对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子，对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子(90%)。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点2.4反渗透反渗透反渗透的工作原理反渗透的工作原理现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点2.4反渗透反渗透反渗透技术所分离的物质的分子量一般反渗透技术所分离的物质的分子量一

11、般小于小于500，操作压力为，操作压力为 2100MPa。用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜大部分为用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜大部分为不对称膜，不对称膜，孔径小孔径小于于0.5nm，可截留溶质分子。，可截留溶质分子。制备反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化制备反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。反渗透膜的分离机理至今反渗透膜的分离机理至今尚有许多争论尚有许多争论，主要有氢键理论、选择吸附，主要有氢键理论、选择吸附-毛细管毛细

12、管流动理论、溶解扩散理论等。流动理论、溶解扩散理论等。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点2.5液膜液膜液膜类型液膜类型支撑液膜单滴型液膜乳液型液膜现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点 2.5液膜液膜液膜特点：液膜特点： 传质推动力大，速率高，且试剂消耗量少，这对于传统萃取工艺中试传质推动力大，速率高，且试剂消耗量少，这对于传统萃取工艺中试剂昂贵或处理能力大的场合具有重要的经济意义。剂昂贵或处理能力大的场合具有重要的经济意义。液膜的选择性好，分离效果显著，往往只能对某种类型的离子或分子液膜的选择性好，分离效果显著，往往只能对某

13、种类型的离子或分子的分离具有选择性。的分离具有选择性。最大缺点：最大缺点：强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程与设备复杂强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程与设备复杂现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点2.6电渗析电渗析+固定离子Cl-Na+-正极正极负极负极电渗析原理电渗析原理现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿2.各类膜特点各类膜特点2.6电渗析电渗析应用：应用：苦咸水淡化苦咸水淡化，饮用水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。，饮用水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。中草药有效成分的分离和精制：中草药有效成分的分离和精制：通过电渗析一般

14、可以把中草药提取液分离分通过电渗析一般可以把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。三部分。电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处理电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处理方面也发挥着重要的作用。方面也发挥着重要的作用。特别是与反渗透、纳滤等精过滤技术的结合，在电子、制药等行业的高纯水特别是与反渗透、纳滤等精过滤技术的结合，在电子、制药等行业的高纯水制备中扮演重要角色。制备中扮演重要角色。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿3.新型膜分离技术3.1渗透蒸发技术渗透

15、蒸发技术渗透蒸发是近十几年中颇受人们关注的膜分离技术。渗透蒸发是指液体混合渗透蒸发是近十几年中颇受人们关注的膜分离技术。渗透蒸发是指液体混合物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达到分物在膜两侧组分的蒸气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手段较难处理的恒沸物及近沸点离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。具有一次分离度高、操作简单、无污染、低能耗等特点。物系的分离。具有一次分离度高、操作简单、无污染、低能耗等特点。渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。由高分子渗透蒸

16、发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。由高分子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与真空系膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高分子膜的选择渗透，其统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高分子膜的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝下来即得渗

17、透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿3.1渗透蒸发技术渗透蒸发技术真空气真空气化化惰性气体吹扫惰性气体吹扫现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿3.2气体分离膜气体分离膜 气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜。它们的分离机理各不相同。（1）非多孔均质膜的溶解扩散机理： 该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另一侧逸出。（2）多孔膜的透过扩散机理： 用多孔膜分离混合气

18、体，是借助于各种气体流过膜中细孔时产生的速度差来进行的。现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿多孔膜扩散机理多孔膜扩散机理1.1.努森扩散努森扩散气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程远远大于膜孔径，呈分子扩大于膜孔径，呈分子扩散。散。孔内分子流动受分子与孔孔内分子流动受分子与孔壁间的碰撞作用支配壁间的碰撞作用支配2.2.黏性流扩散黏性流扩散孔径远大于操作条件气体孔径远大于操作条件气体分子的平均运动自由程，分子的平均运动自由程，孔内分子流动受分子之间孔内分子流动受分子之间碰撞作用支配碰撞作用支配现代药物分离技术现代药物分离技术 唐汉卿唐汉卿 3.3.表面扩散表面扩散 气体分子吸附在膜气体分子吸附在膜孔壁上孔壁上，在浓度差的在浓度差的作用下作用下，分子沿