膜分离技术课件

2022/12/30现代食品分离技术（3）1膜分离技术2022/12/29现代食品分离技术（3）1膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）2一膜分离技术的发展进程

20世纪中叶，相关学科及新型膜材料及制膜技术的不断的发展，各种膜分离技术才相继出现和发展，反渗透、超滤、微滤、电渗析和气体膜分离等技术开始在水的脱盐和纯化、石油化工、轻工、纺织、食品、生物技术、医药、环境保护领域得到应用。2022/12/29现代食品分离技术（3）2一膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）3一膜分离技术的发展进程

20世纪60年代，规模生产用高通量、高质量膜制造技术取得突破，开发了水中脱盐的反渗透过程。2022/12/29现代食品分离技术（3）3一膜分离2022/12/30现代食品分离技术（3）4一膜分离技术的发展进程

20世纪七八十年代将技术进步转化为生产力，获得巨大的经济效益和社会效益。2022/12/29现代食品分离技术（3）4一膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）5一膜分离技术的发展进程

近30年来，作为新型分离、浓缩、提纯、净化技术，新的膜分离过程不断涌现，如渗透汽化、膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜及生物膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）5一膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）6膜技术主要应用方面

分离(微滤、超滤、反渗透、电渗析、气体分离、渗透汽化、渗析)；控制释放(治疗装置，药物释放装置，农药持续释放，人工器官)；膜反应器(酶和催化剂反应器，生物反应传感装置，移植的免疫隔离)；能量转换(电池隔膜，燃料电池隔膜，电解器隔膜，固体聚电解质)等。2022/12/29现代食品分离技术（3）6膜技术主要应用方2022/12/30现代食品分离技术（3）7粒子尺寸分布2022/12/29现代食品分离技术（3）7粒子尺寸分布2022/12/30现代食品分离技术（3）8不同分离方法的截留特性2022/12/29现代食品分离技术（3）8不同分离方法的截2022/12/30现代食品分离技术（3）9二、膜分离过程的特点过程简单，节能高效，经济性较好；分离为物理作用，没有相变；分离通量较高，分离系数较大；分离过程无新物质产生，无二次污染；常温操作，适用于热敏性物质的加工；可由小试直接放大至生产规模；可针对分离要求专一配膜。制造技术要求高，孔分布难控制；膜的污染、劣化严重且很难逆转，对分离物料要求高。2022/12/29现代食品分离技术（3）9二、膜分离过程的2022/12/30现代食品分离技术（3）102022/12/29现代食品分离技术（3）102022/12/30现代食品分离技术（3）112022/12/29现代食品分离技术（3）112022/12/30现代食品分离技术（3）122022/12/29现代食品分离技术（3）122022/12/30现代食品分离技术（3）13三膜的定义

存在两相之间；分隔两相界面；阻止两相间水力学流动；以特定形式限制和传递各种化学物质。2022/12/29现代食品分离技术（3）13三膜的定义2022/12/30现代食品分离技术（3）14四膜的分类2022/12/29现代食品分离技术（3）14四膜的分2022/12/30现代食品分离技术（3）15按材料分

高分子（有机）膜：主要应用种类。有醋酸纤维素、聚砜、聚丙烯、磺化聚醚砜、聚酰胺等膜。金属膜：主要有致密膜、烧结微滤膜。陶瓷（无机膜）：主要为烧结膜。用于微滤、超滤、膜催化反应、高温气体分离。2022/12/29现代食品分离技术（3）15按材料分高分2022/12/30现代食品分离技术（3）16按物态分类

固膜：主要应用品种，以高分子合成膜为主。

液膜：液膜有乳状液膜和带支撑层液膜两种，部分中试，主要用于废水处理和控制释放。

气膜：尚在研究试验中。2022/12/29现代食品分离技术（3）16按物态分类固2022/12/30现代食品分离技术（3）17按形态性质分

致密膜、多孔膜；对称膜、非对称膜；荷电膜、中性膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）17按形态性质分2022/12/30现代食品分离技术（3）18致密膜多孔膜多孔膜：膜中的分子绝大多数是以聚集的胶束存在和排布，结构疏松。大多数的超滤膜可认为是多孔膜。致密膜：膜中的分子绝大多数是以密集“结晶”形式排列，膜面上无明显的微孔。压延金属膜、反渗透膜一般为致密膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）18致密膜多孔2022/12/30现代食品分离技术（3）19对称膜非对称膜

对称膜（均质膜)：膜断面上结构形态均匀，物质在膜中各处的渗透率是相同的。如大多数微孔滤膜和核孔膜。（少用，阻力大，强度小）非对称膜：断面的形态呈不同的层次结构，各处渗透率不同。整体不对称膜：膜的表层与底层为同一种材料。组合不对称膜（复合膜）：膜的表层与底层为不同材料。2022/12/29现代食品分离技术（3）19对称膜非对2022/12/30现代食品分离技术（3）20荷电膜中性膜荷电膜：膜中存在带电（极性）粒子。具有选择性透过功能。如电渗析膜、纳滤膜等。中性膜：膜材料全部为中性分子制造。2022/12/29现代食品分离技术（3）20荷电膜中性2022/12/30现代食品分离技术（3）21按分离用途或功能分

微滤膜；超滤膜；纳滤膜；反渗透膜；透析膜；渗透汽化膜；电渗析膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）21按分离用途或功2022/12/30现代食品分离技术（3）22按制造方法分流涎膜：醋酸纤维素平板膜等。浇铸膜：醋酸纤维素平板膜等。延展膜：金属致密膜等。纺丝膜：中空纤维膜、毛细管膜。天然生物膜：直接（改性）利用。2022/12/29现代食品分离技术（3）22按制造方法分流2022/12/30现代食品分离技术（3）23五膜的制备方法2022/12/29现代食品分离技术（3）23五膜的制备2022/12/30现代食品分离技术（3）241浇铸和熔压

以15%—20%高分子溶液倾倒在光洁的平板上形成薄层，蒸发溶剂后成膜。常用于平板型和中空纤维型对称膜（均质膜）的制备。聚乙烯、尼龙等难溶材料则加热至超过熔点加压成型(熔压法)。浇铸膜渗透率一般较低，制备时应使膜尽可能薄。2022/12/29现代食品分离技术（3）241浇铸和熔2022/12/30现代食品分离技术（3）252相转化（L-S法）

将高分子溶液浸入非溶剂浴中，高分子聚合物在界面快速析出，形成极薄的致密层，而在致密层的下面形成了多孔层，这种外密内疏的界面即是膜的基本结构。

L-S法是相转移方法中最重要和简便的方法。是制膜技术发展史上的里程碑。迄今，反渗透、超滤、气体分离等所用膜大都用此法制造。L-S法制成的膜，分离层仅0.1一1μm，透过阻力小。2022/12/29现代食品分离技术（3）252相转化（L2022/12/30现代食品分离技术（3）26L-S法的六个阶段高分子材料、添加剂溶于溶剂中配成制膜液；制膜液用流涎法制成平板、圆管型膜，或用纺丝法制成中空纤维；使膜中的溶剂部分蒸发；将膜浸渍在高分子非溶解液体中，聚合物析出，液相的膜表面在液体中凝胶固化；对膜进行热处理。（非醋酸纤维素膜一般不需要热处理）；膜的预压处理。2022/12/29现代食品分离技术（3）26L-S法的六个2022/12/30现代食品分离技术（3）273转化法

超滤膜表面较纳滤膜疏松，先制备超滤膜，然后对膜进行热处理和荷电化使其表面致密化，可得到纳滤膜。相反反渗透膜较纳滤膜致密，在充分掌握反渗透膜制膜工艺的基础上，调整合适的有利于膜表层疏松化的工艺条件，得到纳滤膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）273转化法2022/12/30现代食品分离技术（3）284荷电化法（1）表层化学处理用带有反应基团的聚合物制成超滤膜，再用荷电性试剂处理表层以缩小孔径，也可用具强反应基的荷电试剂(如发烟硫酸直接处理膜表层而荷电化)，该法主要用来制表层荷电膜。（2）含浸法将基膜浸入含有荷电材料的溶液中，再借热、光、辐射、加入离子等方法使之交联成膜，膜基体和荷电材料间为是物理结合。制膜关键是荷电性和控制离子交换容量及膜电位等（3）L-S相转化法

荷电材料通过L-S相转化法直接成膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）284荷电化法（2022/12/30现代食品分离技术（3）295烧结法2022/12/29现代食品分离技术（3）295烧结法2022/12/30现代食品分离技术（3）306蚀刻法

当具有一定能量的带电粒子进人塑料薄膜等绝缘固体时，它在所经过的路径上使周围的分子电离、激发，聚合物分子的长链断裂，并生成自由基，形成辐射损伤区——径迹。受辐射损伤的分子较正常分子更易被化学蚀刻剂所溶解，故辐照后经化学腐蚀，可在薄膜上得到形状、尺寸比较整齐的孔洞。2022/12/29现代食品分离技术（3）306蚀刻法2022/12/30现代食品分离技术（3）31蚀刻微孔2022/12/29现代食品分离技术（3）31蚀刻微孔2022/12/30现代食品分离技术（3）32核孔滤膜的性质和特点

1筛孔呈圆柱形，与膜表面垂直。孔径均匀，孔径变化小于规定孔径的20%。

2孔隙率在10%左右，膜厚在l5μm左右，为纤维素微孔滤膜厚度的1∕12。流体的透过速度与相转化微滤膜相当。对贵重产品的吸附小，回收率高，但较易阻塞。

3核孔滤膜有极平滑的表面，同一面上高低之差小于0.3μm，为作显微分析提供了十分理想的背景，过滤后可就地观测。

4聚碳酸酯核孔滤膜不易染色，可以选择性地将滤膜表面的生物有机物染色，使图像更为清晰。

5聚碳酸酯核孔滤膜有较好的化学稳定性和热稳定性。能够在1210C温度下重复地高压消毒。

6核孔滤膜有较高的强度和韧性。它能够弯曲、折叠而不断裂。2022/12/29现代食品分离技术（3）32核孔滤膜的性质2022/12/30现代食品分离技术（3）337拉伸法

将晶态聚烯烃在低熔融温度下挤出成膜，然后延伸使其得到高的熔融应力，再在无张力条件下退火，最后拉伸即得。2022/12/29现代食品分离技术（3）337拉伸法2022/12/30现代食品分离技术（3）348溶出法

在制膜基材中渗入某些可溶性固体细粉配料，成膜后用水或其他溶剂将其溶出，从而形成孔洞。2022/12/29现代食品分离技术（3）348溶出法2022/12/30现代食品分离技术（3）35（五）主要膜材料的制备工艺

2022/12/29现代食品分离技术（3）35（五）主要膜材2022/12/30现代食品分离技术（3）361片膜的制备工艺

2022/12/29现代食品分离技术（3）361片膜的制2022/12/30现代食品分离技术（3）372中空纤维膜的制备

2022/12/29现代食品分离技术（3）372中空纤维2022/12/30现代食品分离技术（3）38中空纤维膜成型头2022/12/29现代食品分离技术（3）38中空纤维膜成型2022/12/30现代食品分离技术（3）393内压管式膜的制备

2022/12/29现代食品分离技术（3）393内压管式膜2022/12/30现代食品分离技术（3）40

4外压管式膜的制备2022/12/29现代食品分离技术（3）404外压管式2022/12/30现代食品分离技术（3）41膜分离技术2022/12/29现代食品分离技术（3）1膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）42一膜分离技术的发展进程

20世纪中叶，相关学科及新型膜材料及制膜技术的不断的发展，各种膜分离技术才相继出现和发展，反渗透、超滤、微滤、电渗析和气体膜分离等技术开始在水的脱盐和纯化、石油化工、轻工、纺织、食品、生物技术、医药、环境保护领域得到应用。2022/12/29现代食品分离技术（3）2一膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）43一膜分离技术的发展进程

20世纪60年代，规模生产用高通量、高质量膜制造技术取得突破，开发了水中脱盐的反渗透过程。2022/12/29现代食品分离技术（3）3一膜分离2022/12/30现代食品分离技术（3）44一膜分离技术的发展进程

20世纪七八十年代将技术进步转化为生产力，获得巨大的经济效益和社会效益。2022/12/29现代食品分离技术（3）4一膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）45一膜分离技术的发展进程

近30年来，作为新型分离、浓缩、提纯、净化技术，新的膜分离过程不断涌现，如渗透汽化、膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜及生物膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）5一膜分离技术2022/12/30现代食品分离技术（3）46膜技术主要应用方面

分离(微滤、超滤、反渗透、电渗析、气体分离、渗透汽化、渗析)；控制释放(治疗装置，药物释放装置，农药持续释放，人工器官)；膜反应器(酶和催化剂反应器，生物反应传感装置，移植的免疫隔离)；能量转换(电池隔膜，燃料电池隔膜，电解器隔膜，固体聚电解质)等。2022/12/29现代食品分离技术（3）6膜技术主要应用方2022/12/30现代食品分离技术（3）47粒子尺寸分布2022/12/29现代食品分离技术（3）7粒子尺寸分布2022/12/30现代食品分离技术（3）48不同分离方法的截留特性2022/12/29现代食品分离技术（3）8不同分离方法的截2022/12/30现代食品分离技术（3）49二、膜分离过程的特点过程简单，节能高效，经济性较好；分离为物理作用，没有相变；分离通量较高，分离系数较大；分离过程无新物质产生，无二次污染；常温操作，适用于热敏性物质的加工；可由小试直接放大至生产规模；可针对分离要求专一配膜。制造技术要求高，孔分布难控制；膜的污染、劣化严重且很难逆转，对分离物料要求高。2022/12/29现代食品分离技术（3）9二、膜分离过程的2022/12/30现代食品分离技术（3）502022/12/29现代食品分离技术（3）102022/12/30现代食品分离技术（3）512022/12/29现代食品分离技术（3）112022/12/30现代食品分离技术（3）522022/12/29现代食品分离技术（3）122022/12/30现代食品分离技术（3）53三膜的定义

存在两相之间；分隔两相界面；阻止两相间水力学流动；以特定形式限制和传递各种化学物质。2022/12/29现代食品分离技术（3）13三膜的定义2022/12/30现代食品分离技术（3）54四膜的分类2022/12/29现代食品分离技术（3）14四膜的分2022/12/30现代食品分离技术（3）55按材料分

高分子（有机）膜：主要应用种类。有醋酸纤维素、聚砜、聚丙烯、磺化聚醚砜、聚酰胺等膜。金属膜：主要有致密膜、烧结微滤膜。陶瓷（无机膜）：主要为烧结膜。用于微滤、超滤、膜催化反应、高温气体分离。2022/12/29现代食品分离技术（3）15按材料分高分2022/12/30现代食品分离技术（3）56按物态分类

固膜：主要应用品种，以高分子合成膜为主。

液膜：液膜有乳状液膜和带支撑层液膜两种，部分中试，主要用于废水处理和控制释放。

气膜：尚在研究试验中。2022/12/29现代食品分离技术（3）16按物态分类固2022/12/30现代食品分离技术（3）57按形态性质分

致密膜、多孔膜；对称膜、非对称膜；荷电膜、中性膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）17按形态性质分2022/12/30现代食品分离技术（3）58致密膜多孔膜多孔膜：膜中的分子绝大多数是以聚集的胶束存在和排布，结构疏松。大多数的超滤膜可认为是多孔膜。致密膜：膜中的分子绝大多数是以密集“结晶”形式排列，膜面上无明显的微孔。压延金属膜、反渗透膜一般为致密膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）18致密膜多孔2022/12/30现代食品分离技术（3）59对称膜非对称膜

对称膜（均质膜)：膜断面上结构形态均匀，物质在膜中各处的渗透率是相同的。如大多数微孔滤膜和核孔膜。（少用，阻力大，强度小）非对称膜：断面的形态呈不同的层次结构，各处渗透率不同。整体不对称膜：膜的表层与底层为同一种材料。组合不对称膜（复合膜）：膜的表层与底层为不同材料。2022/12/29现代食品分离技术（3）19对称膜非对2022/12/30现代食品分离技术（3）60荷电膜中性膜荷电膜：膜中存在带电（极性）粒子。具有选择性透过功能。如电渗析膜、纳滤膜等。中性膜：膜材料全部为中性分子制造。2022/12/29现代食品分离技术（3）20荷电膜中性2022/12/30现代食品分离技术（3）61按分离用途或功能分

微滤膜；超滤膜；纳滤膜；反渗透膜；透析膜；渗透汽化膜；电渗析膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）21按分离用途或功2022/12/30现代食品分离技术（3）62按制造方法分流涎膜：醋酸纤维素平板膜等。浇铸膜：醋酸纤维素平板膜等。延展膜：金属致密膜等。纺丝膜：中空纤维膜、毛细管膜。天然生物膜：直接（改性）利用。2022/12/29现代食品分离技术（3）22按制造方法分流2022/12/30现代食品分离技术（3）63五膜的制备方法2022/12/29现代食品分离技术（3）23五膜的制备2022/12/30现代食品分离技术（3）641浇铸和熔压

以15%—20%高分子溶液倾倒在光洁的平板上形成薄层，蒸发溶剂后成膜。常用于平板型和中空纤维型对称膜（均质膜）的制备。聚乙烯、尼龙等难溶材料则加热至超过熔点加压成型(熔压法)。浇铸膜渗透率一般较低，制备时应使膜尽可能薄。2022/12/29现代食品分离技术（3）241浇铸和熔2022/12/30现代食品分离技术（3）652相转化（L-S法）

将高分子溶液浸入非溶剂浴中，高分子聚合物在界面快速析出，形成极薄的致密层，而在致密层的下面形成了多孔层，这种外密内疏的界面即是膜的基本结构。

L-S法是相转移方法中最重要和简便的方法。是制膜技术发展史上的里程碑。迄今，反渗透、超滤、气体分离等所用膜大都用此法制造。L-S法制成的膜，分离层仅0.1一1μm，透过阻力小。2022/12/29现代食品分离技术（3）252相转化（L2022/12/30现代食品分离技术（3）66L-S法的六个阶段高分子材料、添加剂溶于溶剂中配成制膜液；制膜液用流涎法制成平板、圆管型膜，或用纺丝法制成中空纤维；使膜中的溶剂部分蒸发；将膜浸渍在高分子非溶解液体中，聚合物析出，液相的膜表面在液体中凝胶固化；对膜进行热处理。（非醋酸纤维素膜一般不需要热处理）；膜的预压处理。2022/12/29现代食品分离技术（3）26L-S法的六个2022/12/30现代食品分离技术（3）673转化法

超滤膜表面较纳滤膜疏松，先制备超滤膜，然后对膜进行热处理和荷电化使其表面致密化，可得到纳滤膜。相反反渗透膜较纳滤膜致密，在充分掌握反渗透膜制膜工艺的基础上，调整合适的有利于膜表层疏松化的工艺条件，得到纳滤膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）273转化法2022/12/30现代食品分离技术（3）684荷电化法（1）表层化学处理用带有反应基团的聚合物制成超滤膜，再用荷电性试剂处理表层以缩小孔径，也可用具强反应基的荷电试剂(如发烟硫酸直接处理膜表层而荷电化)，该法主要用来制表层荷电膜。（2）含浸法将基膜浸入含有荷电材料的溶液中，再借热、光、辐射、加入离子等方法使之交联成膜，膜基体和荷电材料间为是物理结合。制膜关键是荷电性和控制离子交换容量及膜电位等（3）L-S相转化法

荷电材料通过L-S相转化法直接成膜。2022/12/29现代食品分离技术（3）284荷电化法（2022/12/30现代食品分离技术（3）695烧结法2022/12/29现代食品分离技术（3）295烧结法2022/12/30现代食品分离技术（3）706蚀刻法

当具有一定能量的带电粒子进人塑料薄膜等绝缘固体时，它在所经过的路径上使周围的分子电离、激发，聚合物分子的长链断裂，并生成自由基，形成辐射损伤区——径迹。受辐射损伤的分子较正常分子更易被化学蚀刻剂所溶解，故辐照后经化学腐蚀，可在薄膜上得到形状、尺寸比较整齐的孔洞。2022/12/29现代食品分离技术（3）306蚀刻法2022/12/30现代食品分离技术（3）71蚀刻微孔2022/12/29现代食品分离技术（3）31蚀刻微