硕士研究生分离工程课件(四)

第四章膜分离

MembraneSeparation

第一节概述第二节反渗透和纳滤第三节超滤和微滤第四节电渗析第五节气体分离第六节液膜分离第四章膜分离含有两个或两个以上组分的流体（真溶液、乳油液、悬浮液等）在容器中通过一固体膜，借该膜的选择性以及膜两侧的能量差（例如静压差、浓度差、电位差等）将某种成分或一组分子大小相接近的成分和流体中其他组分（溶剂）分离，以达浓缩溶质或净化溶剂的技术，通称固膜分离技术气体系统:有压力扩散、质量扩散等液体系统:有反渗透、超过滤、渗析、电渗析等第四章膜分离固膜分离技术的研究和应用虽有百年以上的历史，但由于制膜的技术所限，在工业上得到实际应用还仅一二十年的时间渗析为最古老的固膜分离技术，它是利用动物的膀胱或具有渗透性的纸为半透膜进行浓缩高分子成品、分离掉盐或低分子物质的操作1855年费克（Fick）用陶瓷管浸入硝酸纤维乙醚溶液中制成“超滤”半透膜第四章膜分离1930年左右，硝酸纤维膜出现于市场，用于过滤病毒、血清蛋白等1939年Manegold等提出发展合成离子交换材料，直至1952年Hass公司才开发出了具有选择性离子交换膜1955年建立了咸水脱盐中试厂1957年建成工业规模电渗析盐厂60年代纤维素超滤膜和醋酸纤维素半透膜的出现促进了超滤和反渗透技术第一节概述1膜性能的表示方法膜性能包括膜的分离透过特性和物化稳定性两个方面物化稳定性:

膜的强度、允许使用压力、温度、pH值以及对有机溶剂和各种化学药品的抵抗性，它是决定膜的使用寿命的主要因素分离透过特性:1膜性能的表示方法1.1渗透通量膜分离过程中的物质迁移现象是一种不可逆的传质过程所有的物流量与所有的驱动力之间存在着线性关系，常用不可逆过程的线性唯象方程式来描述:式中：Ji表示单位时间内通过单位膜面积所迁移的物质量称为渗透通量;Xi表示引起物质迁移的驱动力；Lik称为唯象系数。1.2分离效率对于溶液脱盐或脱微粒和某些高分子物质的脱除等用脱盐率或截留率R表示 液（气）中组分A的摩尔分数分别表示原料液（气）与透过式中混合物的分离，用分离系数表示分离物质（盐、微粒）的浓度式中CF，CP分别表示原液和透过液中被1.3通量衰减系数过程的浓差极化、膜的压密及膜孔堵塞等原因，膜的渗透通量将随时间而衰减一般分离效率高的膜，渗透通量小，渗透通量大的膜，分离效率低式中J0为初始时的渗透通量，kg／m2·h；θ为使用时间，h；Jθ为时间θ时的渗透通量,kg／m2·h；m为衰减系数2膜材料2.1膜材料的来源分为天然膜和合成膜合成膜:可分为无机材料膜和有机高分子膜制膜的高分子材料，如各种纤维素酯、脂肪族和芳香族聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、硅橡胶等2.1膜材料的来源(1)纤维素衍生物类(再生纤维素Cellu、硝酸纤维素CN、醋酸纤维素CA、乙基纤维素EC、其他纤维素衍生物)；(2)聚砜类(双酚A型聚砜PSF、聚芳醚砜PES、酚酞型聚醚砜PES-C、聚芳醚酮)；(3)聚酰胺类(脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜酰胺、反渗透用交联芳香含氮高分子)；(4)聚酰亚胺类(脂肪族二酸聚酰亚胺、全芳香聚酰亚胺、含氟聚酰亚胺)；(5)聚酯类(涤纶PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚碳酸酯PC)；2.1膜材料的来源(6)聚烯烃类(聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1PMP)；(7)乙烯类聚合物Vinylpolymers(聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯PVC、聚偏氯乙烯PVDC)；(8)含硅聚合物(聚二甲基硅氧烷PDMS、聚三甲基硅丙炔PTMSP)；(9)含氟聚合物(聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF)；(10)甲壳素类(脱乙酰壳聚醣、胺基葡聚醣、甲壳胺Chitosan)。2.2膜的断面的物理形态固体膜可分为对称膜、非对称膜非对称膜:特点——膜的断面不对称表面活性层很薄，厚度0.1～1.5μ，膜的分离作用主要取决于这一层，表面活性层致密无孔或孔径小于1nm的用于反渗透、气体分离等。表面活性层孔径1～20nm的膜为超滤膜支撑层厚50～250μm起支撑作用，它决定膜的机械强度，呈多孔状2.2膜的断面的物理形态2.3膜的厚度和孔径致密膜为均匀的致密薄膜，致密膜的渗透阻力与膜的厚度成正比，因此，常把膜做得很薄（5nm～5μm），称为超薄膜微孔膜的平均孔径0.02～10μm，有多孔膜和核孔膜。前者呈海绵状，膜孔大小有一较宽的分布范围，膜厚50～250μm；核孔膜用10～15μm的致密膜经特殊处理制得，特点为圆柱形直孔，孔径均匀，开孔率小复合膜由在非对称性超滤膜表面加一层0.25～15μm厚的致密活性层构成2.4膜的功能可分为离子交换膜、渗析膜、超滤膜、反渗透膜、渗透汽化膜和气体膜等2.5膜对水的亲合性差别可分为亲水膜和疏水膜之分2.6膜的表面电荷划分可分为荷电膜和非荷电膜如离子交换膜属于亲水荷电膜2.7固体膜的外观划分平板式:上述均可制成平板膜管式膜:有直径较大的有多孔支撑管的管状膜和无支撑的中空纤维膜两种槽式膜:槽条直径3mm左右，上有3～4条槽沟，糟条表面覆盖涤纶编织层，其上涂铸膜液，形成膜层，并将槽条的一端密封，即为一管状膜条3膜分离过程及应用3.1各种渗透膜的截留范围各种渗透膜对最小粒子(分子)的截留范围

各种膜的截留范围3.2膜分离方法4膜分离设备

4.1．板框式膜器

4.2.卷式膜器

螺旋卷式膜组件中心管4.3

管式膜器

（a）内压单管式4.3管式膜器

结构原理与管式换热器类似，管内与管外分别走料液与透过液有支撑的管状膜可以制成排管、列管、盘管等型式的膜器，图中所示的管为内压式，膜在管内侧。也有外压式管状膜，膜贴在支撑管外壁

4.3管式膜器

毛细管型膜组件

4.3管式膜器

中空纤维膜器示意图

4.3管式膜器特点：设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大（高达16000～30000m2／m3）中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，所以料液走管间，透过液定管内，

透过液侧流动损失大压降可达数个大气压膜面去污染困难，因此对料液预处理的要求高中空纤维一旦破损，无法更换

5与过滤的区别

（1）截留粒子大小的区别反渗透和超过滤适用于含分子态物质的溶液的分离，微粒过滤以10μm以上的微粒为处理对象，过滤往往是非均相液固系统的分离

（2）操作成本的区别过滤操作价格便宜，以间歇操作为主反渗透、超过滤和微粒过滤操作过程很大程度取决于膜的成本，加上动力消耗也略高，成本将高出过滤许多5与过滤的区别（3）对过滤介质和环境的影响过滤操作在很大程度上依靠在滤布上形成滤饼，利用粒子的架桥作用所留下的空隙来实施液固分离反渗透，超过滤和微粒过滤过滤时不形成滤饼，主要是依靠膜本身所具有的微孔大小来达到分离效果的.而其孔径十分小，又加上本身易受环境的影响。会使膜在结构上产生了变形，影响了选择性第二节反渗透和纳滤

（reverse-osmosisandnanofiltration）

借助半透膜能透过溶剂而截留溶质的作用，在高于溶液渗透压的压力推动下，使溶剂透过膜，使溶质保留于溶液中，从而达到溶剂与溶质分离的过程1渗透压与反渗透在恒温容器中，用半透膜将容器隔成两个部分：一边贮含不挥发溶质的溶液，另一边贮以纯溶剂。半透膜的性能只允许溶剂分子通过而不允许溶质分子通过1渗透压与反渗透纯水将自发地通过膜向盐水侧渗透过程的推动力是纯水的化学位与盐水中水的化学位之差，表现为水的渗透压π如果盐水侧与纯水侧的压差P2-P1大于渗透压，则盐水中的水将通过半透膜流向纯水侧，这一过程称为反渗透对稀溶液来说，溶质的加入会降低溶液的蒸汽压。由拉乌尔定律＞1渗透压与反渗透(a)平衡C1=C2,p1=p2

；π1=π2，μ1=μ2(b)渗透C1>C2,p1=p2

；π1>π2,μ1<μ2

(c)渗透平衡C1>C2,p1>p2

；π1>π2,μ1=μ2,Δp=Δπ(d)反渗透C1>C2,p1>p2

；π1>π2,μ1>μ2,Δp>Δπ反渗透过程的推动力为：1渗透压与反渗透溶液的渗透压与溶剂（即水）的活度的关系实际溶液分率与摩尔浓度分别表示溶液中溶质i的摩尔式中：对于理想溶液，组分的摩尔分率等于活度，若溶液又为稀溶液，则因为1渗透压与反渗透对溶液一侧施加压力P，使P大于溶液的渗透压π时，溶液相中水的化学位将高于溶剂相中水的化学位水分子会从溶液一侧反向地通过膜渗透到溶剂一侧，此即反渗透过程。在实际反渗透过程中，透过液并非全部是纯溶剂，其中多少含有一些溶质，此时过程的推动力为一般反渗透过程的操作压差为2~10MPa2溶剂与溶质的渗透通量2.1反渗透过程的机理与传质方程步骤:1）水从料液主体传递到膜的表面2）透过膜，包括在膜表面水进入膜，并通过膜的活性层的过程3）从膜的活性层进入支撑层的孔道，然后流出膜反渗透过程2.1反渗透过程的机理与传质方程反渗透膜上的微孔孔径约为2nm一般无机离子的直径仅为0.1～0.3nm，水合离子的直径增至0.3～0.6nm，仍明显小于反渗透膜上的微孔孔径，因此筛分作用无法解释反渗透的机理反渗透机理：孔模型，溶解扩散模型，优先吸附一毛细孔流动模型等

2.2优先吸附一毛细孔流动模型由醋酸纤维素等高度有序的亲水性高分子材料制成的膜，与无机盐的稀水溶液接触时，水被优先吸附于膜的表面，形成纯水层无机离子受到排斥，不能进入纯水层，离子的价数愈高，受到的排斥力愈强醋酸纤维素膜表面吸附的纯水层，厚度约为1nm在外加压力的作用下，当膜表面的有效孔径等于或小于纯水层厚t的两倍时，透过的是纯水，再大则溶质也将通过膜，孔径愈大，离子泄漏愈多临界孔径:膜上毛细孔径为2t时的孔径2.2优先吸附一毛细孔流动模型毛细管流动脱盐机理示意图

2.2优先吸附一毛细孔流动模型

通过膜的水的渗透通量表示为

Jw=A(ΔP-Δπ)

式中：Jw为溶剂的渗透通量或渗透速率，kmol/m2.s；Δπ为膜两侧溶液的渗透压差，Pa；ΔP为膜两侧压力差，Pa；A为纯水的渗透系数透过膜的溶剂通量与压力差成正比在操作压力ΔP不变时，由于料液侧溶质浓度增加，引起渗透压增高，使净压力ΔP-Δπ减少，也会引起溶剂通量降低2.2优先吸附一毛细孔流动模型式中：JA为溶质A的渗透通量，kmol／m2·s；DMA为溶质A在膜中的有效扩散系数，m2／s；CMi为膜的料液测表面处膜中的总摩尔浓度kmo1／ｍ3；CM2为膜的透过液侧表面处膜中的总摩尔浓度，kmol／ｍ3；xMai为膜的料液侧表面处溶质A的摩尔分率；xMa2为膜的透过液侧表面处溶质A的摩尔分率；δ为膜厚，m；溶质的渗透通量用通过膜的分子扩散方程表示2.2优先吸附一毛细孔流动模型式中C为溶液总摩尔浓度，kmol／m3；xA为溶液中溶质A的摩尔分率；K为相平衡常数式中：CAi为膜的料液侧表面处溶液中溶质A的摩尔浓度，kmo1／m3；CA2为透过液中溶质A的摩尔浓度，kmol／m3设溶质在溶液与膜间的平衡关系呈线性xMai与xMa2分别与膜两侧表面处的溶液呈平衡。参考文献3反渗透过程的浓差极化

3.1浓差极化

在反渗透中总有少量溶质透过膜，过程为两组分同时向膜表面扩散，由于大部分溶质被截留，溶质将在膜表面附近积累，因此从料液主体到膜表面建立起一层有浓度梯度的浓度边界层3.1浓差极化以Ⅰ－Ⅱ两平面间为系统作溶质A的质量衡算C为截面Ⅰ处料液的摩尔密度，kmol/s为溶质在水中的扩散系数，m2／s；分别为截面Ⅰ与Ⅱ上溶质A的摩尔分率；式中：J为透过液的总渗透通量，kmol／m2.s；3.1浓差极化从边界层的边缘，

为浓差极化比，它表示浓差极化的大小则当式中k为溶质A的传质系数或膜表面，积分得处到3.2浓差极化对过程产生的影响（1）由于浓差极化，过程的有效推动力将下降，导致渗透通量下降,须提高操作压力（2）随渗透通量增加，浓差极化比急剧增加,限制了渗透通量的增加（3）膜表面处溶质浓度高于溶解度时，在膜表面上将形成沉淀，使透过膜的阻力增加,料液主体浓度xA1不能高于一定值

3.3影响反渗透过程的渗透通量的因素（1）操作压差。压差愈大，渗透通量愈大，但浓差极化比增大。压差增加，能耗增大，并容易导致某些盐类产生沉淀。一般反渗透的操作压差为2～10MPa（2）温度。温度升高，纯水透过系数增大，同时浓差极化比减小，膜表面处溶液渗透压降低，有效压差（推动力）增大，故渗透通量增大但温度升高受膜的耐温性限制3.3影响反渗透过程的渗透通量的因素（3）料液流速。流速大，传质系数大，浓差极化比小，渗透通量大（4）料液的浓缩程度

对于盐水淡化，浓缩程度可表示为水的回收率，浓缩程度高，水的回收率高。但料液浓度高，渗透压高，有效压差小，渗透通量小（5）膜材料与结构决定膜渗透通量的基本因素3.4减轻浓差极化的措施（1）提高料液流速流速增加，粘度边界层减薄，传质系数增大，可使浓差极化比减小（2）在料液流道内设置湍流促进器，增强料液的湍流程度，可在同样流速下，提高传质系数（3）提高温度可使溶质的扩散系数增大，溶液的粘度降低，因而可以使浓差极化比减小参考文献4反渗透过程工艺流程

一级一段循环式

一级分段连续式流程一级一段连续式5国内反渗透技术的发展

1965年开始反渗透膜的实验室研究1967-1969年全国海水淡化会战为醋酸纤维素不对称反渗透膜的开发打下基础上世纪70年代进行了中空纤维和卷式RO元件的研究开发上世纪80年代初步产业化并推广应用；上世纪80年代进行复合反渗透的研究开发，并中试放大成功

6应用

反渗透过程是从溶液（主要是水溶液）中分离出溶剂（水），这一基本特征决定了它应用范围6.1苦咸水与海水淡化全世界盐水化装置的总产水量为每天992×104m3，其中用反渗透法制造的淡水占20％6.2纯水生产原水先用反渗透法除去大部分（90～95％）盐类后，再用离子交换法脱除残留的盐6应用6.3废水处理优点:（1）能耗低。（2）可以得到清水，可重新利用或直接排放。（3）废水中的有用物经浓缩可以回收利用。6.4低分子量物质水溶液的浓缩如食品工业中液体食品（牛奶、水果汁等）的部分脱水主要矛盾是膜的选择性问题6应用6.5反渗透中的优先研究课题

6.6反渗透膜的开发方向

(1)开发能除去小的氯化有机分子的聚合物膜；(2)开发能分离烃混合物的无机反渗透膜；(3)以动力膜为基础，开发无机与有机混合材料膜；(4)采用更先进的物理方法获悉膜的结构及膜中液体的结构；(5)以控制聚合物球粒的尺寸及球粒中聚合物的密度来控制膜的膜孔尺寸；(6)聚合物球粒的概念也能被用于复合膜的设计6.6反渗透膜的开发方向

(7)在膜孔尺寸和聚合物—溶液相互作用的基础上，能发展更为精确的传递理论；(8)由控制膜孔尺寸和膜溶质相互作用，能开发将混合溶质分级的膜；(9)膜污染能被膜的设计及膜组件的设计所控制；(10)反渗透和其他分离过程的混合分离系统能日益增长的渗入到化学工业和有关工业；(11)许多化学的和生物的合成中，能把化学和生物反应与膜分离想结合参考文献7、纳滤(NF)

7.1概述特点：(1)其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间,约为200～2000，表层孔径为纳米级(2)表层由聚电解质构成,一般带有负电荷，由于道南(Donnan)效应而对无机电解质有一定的截留率

7.1概述截留规律：(1)对不同价态离子截留效果不同阴离子：NO3-＜Cl-＜OH-＜SO42-＜CO32-阳离子：H+＜Na+＜K+＜Mg2

+＜Ca2

+＜Cu2+(2)对离子截留受共离子影响在分离同种离子时，共离子价数相等，共离子半径越小，膜对该离子的截留率越小，共离子价数越大，膜对该离子的截留率越高(3)对疏水型胶体、油、蛋白质和其它有机物有较强的抗污染性纳滤膜孔径大于反渗透膜，但膜表面所带的电荷，使其在很低的操作压力下仍具有较高脱盐率

7.2截留分子量参数细孔模型(MWC—SHP模型)

建立rs与分子量(MW)之间、rp与截留分子量(MWC)之间的关系方程通过MWC—SHP模型，反射系数σ、溶质的透过系数Ps及中性溶质的截留率均可方便得到，从而可快捷地预测纳滤膜对中性溶质的分离性能

参考文献7.3纳滤膜的应用①对单价盐并不要求有很高的截留率②欲实现不同价态的离子分离③欲实现高相对分子质量与低相对分子质量的分离在水处理行业应用:(1)膜法软化水(2)饮用水净化(3)废水处理:(4)含重金属废水的处理第三节超滤和微滤

（UltrafiltrationandMicrofiltration）

超滤和微滤是以压力差为推动力的膜分离过程，一般用于液相分离超滤所用的膜为非对称性膜，其表面活性层有孔径10～200的微孔，能够截留分子为500以上的大分子和胶体微粒，所用压差为0.1～0.5MPa

原料液在压差的作用下，其中的水透过膜上的微孔流到膜的低压侧，为透过液。大分子物质或胶体微粒被膜截留，不能透过膜，从而实现原料液中大分子物质和胶体微粒与水的分离第三节超滤和微滤超滤膜对大分子的截留机理主要是筛分作用，决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小与形状，膜的物化性质对分离特性影响不大。超滤处理的是大分子溶液,由于溶液中大分子不断地被截留，逐渐累积在膜表面上，导致浓差极化现象较反渗透严重

微滤所用的膜为微孔膜，平均孔径0.02～10μ，能够截留直径0.05～10μ的微粒或分子量大于106的高分子，所用压差为0.01～0.2MPa

1浓差极化与凝胶层阻力式中：JV为溶剂的通量，m3/m2.s；A为膜的透过系数，m3/Pa.s；△P为膜两侧的压力差，Pa；δ为膜厚，m

Jov=ΔP/(μRM)对于纯水过滤，透过膜的水通量表示为溶质随溶剂透过膜的通量为溶剂透过膜的通量1.1渗透通量1.2浓差极化超滤过程存在浓差极化现象故透过膜的水通量,JV=ΔP/[μ(RM+RP)]式中：RP极化层的阻力稳态条件时，取边界层内平行于膜面的截面Ⅰ和膜的透过液侧表面Ⅱ间为系统作溶质的物料平衡计算式：

JS=JVCP-D(dc/dz)式中：D(dc/dz)反向扩散的溶质通量；D溶液中溶质的扩散系数1.2浓差极化由于大分子溶质在溶液中的扩散系数(D)极小，溶质的反向扩散通量较低，因而膜面处的溶质浓度急剧增加，当膜表面上大分子溶质的浓度增加到饱和浓度时，膜表面上的溶质会形成凝胶层，此时膜上溶质的浓度称为凝胶层浓度Cg

凝胶层的形成

1.2浓差极化凝胶层形成后，透过膜的水通量

JV=(D/δ)ln(Cg/Cb)=K·ln(Cg/Cb)透过膜的水通量JVJV=ΔP/[μ·(RM+RP+Rg)]

式中：K称作传质系数;

Rg凝胶层阻力

由于Rg＞＞RP，JV=ΔP/[μ·(RM+Rg)]

假定凝胶层阻力与压差成正比，Rg∝ΔP，

JV=ΔP/[μ·(RM+αΔP)]

1.2浓差极化随着压力增加，一旦凝胶层出现后，施加于凝胶层上的压力将被压紧的凝胶层阻力所抵消，以致水通量不再随着压力增加而增加此时的压力称作超滤过程中的临界压力ΔPC，也称作最优操作压力

压力差与水通量的关系

2溶质的截留和渗透通量的衰减2.1截留率

分离效率用要截留的溶质或胶体微粒的截留率表示表观截留率：

液体以及透过液中溶质的浓度。分别为料液、膜面处的式中由于浓差极化，实际截留率：2.2渗透通量的衰减与防治

渗透通量将因浓差极化、膜污染等原因而下降防治的办法:对料液进行预处理和定期清洗膜

料液预处理:如用过滤法可除去较大的颗粒杂质；加入某些乳化剂可防止沉淀聚结；加入络合剂可把能形成污染的物质络合起来，防止其沉结；调节溶液的pH值可使聚电解质处于比较稳定的状态均有助于减慢膜通量的衰减当膜被污染后需进行清洗，一般用化学试剂清洗

3膜材料与膜组件超滤膜的结构多为非对称膜或复合膜，其表层有孔，由于孔小，不规则，也不均一，很难准确确定孔径，所以通常均用它能截留的物质的分子量大小来定义超滤膜的孔的大小，称为膜的截留分子量截留分子量:能截留90%的物质的分子量根据膜对溶剂的亲合性，有亲水膜和疏水膜两种类型3膜材料与膜组件亲水膜有三醋酸纤维素、聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯晴、尼龙、硝酸纤维素以及带有磺酸基的聚合物膜等。疏水膜如聚四氟乙烯膜超滤膜组件有管式、板框式、螺旋卷式和中空纤维式4超滤设备与流程

4.1设备超滤设备的主要型式与反渗透类似，一般都采用错流操作，超滤的特点是操作压差较低，膜器的具体结构比较简单4.2流程①单段间歇操作

②单段连续操作

③多段连续操作

4超滤设备与流程

间歇操作—开式回路

多级连续操作间歇操作—闭式回路5微滤过程与操作5.1渗透通量渗透通量与膜孔结构操作压差、溶液的粘度、温度以及颗粒的性质与沉积情况有关

情况以及受压压紧等多种因素有关。可以用超纯水在一定和温度下测定为膜上沉积物的阻力，与颗粒的沉积为膜的阻力为操作压差，Pa；式中：参考文献5.2微滤的极化表现为微粒在膜面上沉积,沉积层的厚度将随透过液量的增加成比例地增厚。因此渗透通量将很快下降措施:

错流过滤时，大量溶液在膜器中循环流动，大部分颗粒悬浮在溶液中，少量颗粒在膜面上沉积，可使沉积物的阻力保持在较小的水平用超声波振动膜或靠近膜的流体和采用脉冲流动等方法使沉积的粒子分散，返回流体主体中以减轻极化的影响，提高渗透通量5.3料液的预处理用纤维一类物质构成的深层过滤器除去较大的颗粒，也可以在微滤膜组件中增加一层预滤层5.4膜器的清洗采用清液循环洗涤和空气、透过液或清洗剂反冲的方法进行清洗5.5设备采用板框式膜器和褶皱式筒形过滤器6应用

6.1超滤膜的应用

6.1.1纯水制造超滤广泛用于水中极细颗粒，包括细菌、病毒，热原和其它异物的除去6.1.2废水处理（1）电涂过程淋洗水的处理;（2）纺织工业中含聚乙烯醇（PVA）废水的处理（3）食品工业的废水处理（4）造纸工厂废水处理

6.1超滤膜的应用6.1.3食品、饮料工业中的应用（1）乳制品工业（2）果汁、酒等饮料的消毒与澄清6.1.4医药、生化工业中的应用超滤可用于处理热敏性物质，生物活性物质，如酶、病毒、核酸、特殊蛋白等从植物或动物中提取药物（如生物碱、荷尔蒙等）用超滤进行血液过滤6.2微滤的应用6.2.1水的精制微滤可除去水中的细菌和各种固体微粒,常用于纯水和超纯水生产中的终端处理6.2.2酒类的精制用孔径小于0.5μ的微孔滤膜对啤酒、黄酒等各种酒类进行过滤，可除去其中的酵母、霉菌和其它微生物，使产品清澈，存放期延长6.2微滤的应用6.2.3药物除菌和微粒不致引起药物的受热损失或改性，细菌被截留，无细菌尸体残留在药物中的弊病6.2.4生物和微生物检测、医疗、化验和诊断

生物化学与微生物研究中，用不同孔径的微孔滤膜收集细菌、酶、蛋白、虫卵等以供检查和分析微滤还用于药品（如抗菌素等）的无菌检验7超滤和微滤中的优先研究课题

超滤中的优先研究课题

7超滤和微滤中的优先研究课题

微滤中的优先研究课题

第四节电渗析（electrodialysis）

指在直流电场作用下溶液中的离子选择性地通过离子交换膜的过程使用带电荷膜在电位差驱动下，从水溶液中对不同离子进行分离、浓缩的一种方法1离子交换膜带电离子在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴，阳离子的选择透过性不同，促使阴离子透过阴离子交换膜向正极方向迁移，而阳离子透过阳离子交换膜向负极方向迁移1离子交换膜电渗析中的物质传递过程1离子交换膜离子交换膜是一带电荷的高分子聚合物，它的选择透过性是由于键合在聚合物链上的荷电离子对进入膜内的相同电荷离子的静电排斥(Don-nan排斥)引起的阳膜由带负电荷的酸性活性基团（如碳酸基）的阳离子交换树脂构成，它能选择性地使阳离子透过，而阴离子不能透过阴膜由带正电荷的碱性活性基国（如胺基）的阴离子交换树脂构成，它能选择性地使阴离子透过，而阳离子不能透过1离子交换膜理想的离子交换膜应具有以下性质：(1)具有良好的化学稳定性，能耐酸、碱、抗氧、抗氯；(2)膜电阻小，离子选择透过性高；(3)渗水性低；(4)机械强度好，不易变形。按结构分为异相膜、均相膜、半均相膜；按膜的用途分为浓缩膜、除盐膜、特性膜1离子交换膜制备：分为制膜、引入交联结构及引入离子交换基团三道工序在电渗析过程中，溶液与离子交换膜之间的离子传递，并不是真正的离子交换，而是电渗析离子交换树脂：在使用上需要分为处理、交换、再生等步骤离子交换膜：在直流电场作用下连续使用，不需要再生电渗析与反渗透区别2电渗析中的物质传递过程(1)同性离子迁移指与离子交换膜上固定离子电荷符号相同的离子通过膜的传递与膜的选择性有关，迁移量一般很小(2)反离子迁移：指与聚合物链上固定离子的电荷相反的离子的迁移(3)水的渗透：随着电渗析的进行，淡水室的水含量逐渐增加，使其化学位升高，致使淡水室的水向浓缩室渗透2电渗析中的物质传递过程(4)电解质的渗析：由于浓缩室中电解质的浓度大于淡水室的浓度，促使由于浓度差使电解质由浓缩室向两侧淡水室渗透(5)水的解离：由于浓差极化，淡水室的水解离成H+和OH-，向两侧浓缩室渗透(6)水的电渗析：由于离子的水合作用，在反离子迁移和同性离子迁移时，会携带一定的水分子透过膜(7)压差渗透：当膜的两侧产生压差时，溶液将由压力大的一侧向压力小的一侧渗透3电渗析中的电化学过程

电渗析过程的推动力是电位差（1）电极反应。在外加直流电场作用下，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应阳极：3电渗析中的电化学过程进行电极反应，必需施加一定的电位差，称为电极电位，电极反应达到平衡时的电位称为平衡电极电位为了使电极反应进行，电极电位必需大于平衡电极电位，两者之差称为过电位

在阴极：3电渗析中的电化学过程（2）膜电位

在电渗析器中膜两侧的溶液浓度存在差异，浓缩室侧高，淡化室侧低，浓度高的一侧中的离子有朝浓度低的一侧扩散的倾向，由倾向产生的电位差为膜电位（3）电阻电渗析器的电阻主要是溶液电阻和膜电阻。溶液电阻包括极室、浓缩室和淡化室中溶液的电阻3电渗析中的电化学过程（4）电流电渗析器所需电压为电极电位、膜电位和克服各项电阻所需电压之和，它随电流大小而异电渗析器中离子从淡化室向浓缩室的迁移量是按照化学电当量随电流的大小而定电流大，淡化室向浓缩室迁移的离子量大电流大，电极反应所需的过电压大，克服每个膜对中溶液和膜电阻所需的电压也大，因而脱除每当量离子所需的电耗大在电渗析器中不论串联多少膜对，电极反应消耗的电能为定值

4电渗析中的浓差极化4.1离子交换膜的选择透过度在电渗析中，电流的传导是靠溶液中的离子在电场中运动来完成的。流过溶液与膜的电流总量(Q总)等于正、负离子所带电量(Q±)的总和，电量与离子的迁移数有关离子的迁移数定义为某种离子的迁移量与全部离子的迁移量的比值也可用离子迁移的电量与总电量之比4.1离子交换膜的选择透过度一般说来，水中阳离子迁移数约为0.4，阴离子迁移数约为0.6，迁移数与离子的类型、浓度有关。膜内离子的迁移数用膜内离子的迁移电量与总电量之比来表示

阳离子迁移数阴离子迁移数4.1离子交换膜的选择透过度膜的选择透过度为反离子在膜内迁移数实际增值与理想增值之比：实际上只有85%～90%左右理想的阴（阳）离子交换膜应该是只允许阴（阳）离子通过，即对阴（阳）离子的选择透过率应为100%反离子在理想膜中的迁移数迁移数；分别为反离子在膜中和溶液中的式中4.2浓差极化和极限电流密度4.2浓差极化和极限电流密度如果阴离子通过阴离子交换膜的迁移数()是1.0，而阴离子通过溶液的迁移数()是0.5，这时溶液中的阴离子电迁移量仅为膜内阴离子电迁移量的一半假设流过系统的电流密度为i，并且流经膜内的电流密度与流经溶液的电流密度相等，则阴离子的迁移量将产生亏量，在滞流层内出现浓度差

4.2浓差极化和极限电流密度阴离子从主流层穿过滞流层时，除电子迁移外，还发生浓差扩散迁移假设滞流层的厚度为δ，浓度梯度呈线性状态，根据Fick第一扩散定律，在滞流层中阴离子的扩散通量如下式所示：

-D·dc/dt

=D(C0-C1)/δ由扩散迁移来的阴离子量等于阴离子的亏量达到动态平衡4.2浓差极化和极限电流密度如果电流密度超过Ilim，单纯依靠浓差扩散迁移过来的阴离子数补偿不了穿过膜的阴离子数在膜的淡水面处会发生水的解离，解离出来的OH-就补充阴离子之不足，透过阴膜担负传递电流，即阴膜浓差极化现象

如果电流密度逐渐增大，则阴膜淡水面侧阴离子的浓度C1就逐渐减小，到达某一特定电流密度时，C1将趋近为零

4.3影响浓差极化的因素②溶液的浓度C0，浓度低，；Ilim小③离子的分子扩散系数，D大，Ilim大，因此温度高，D大，对避免浓差极化有利④边界层的厚度δ，边界层厚度对Ilim的影响很大，δ小，Ilim大，不易产生浓差极化。流速高，间距小，粘度低、δ小，Ilim大，有利于减轻浓差极化的影响

①离子性质与膜的性质；D，4.4浓差极化的危害①极化时淡化室膜面附近的离子浓度比溶液主体的浓度低得多，将引起很高的极化电位②当发生极化时，淡化室阳膜侧的水离解产生的H+离子透过阳膜进入浓缩室，使膜面处呈碱性，易在阳膜面上形成CaCO3或Mg（OH）2沉淀③浓差极化使水离解，产生的H+与OH-代替反离子传递部分电流，使电流效率降低④由于浓差极化将引起溶液电阻、膜电阻以及膜电位增加，使所需操作电压增加，电耗增大参考文献4.4浓差极化的危害措施：

①严格控制操作电流，使其低于极限电流密度

②提高淡化室两侧离子的传递速率

③定期清洗沉淀或采用防垢剂和倒换电极等措施来消除沉淀。也可以对水进行预处理，除去Ca2+，Mg2+离子，防止沉淀产生

④提高温度可以减小溶液粘度，减薄滞流层厚度，提高离子扩散系数，有利于减轻极化的影响，使电渗析有可能在较高的电流密度下操作5电渗析设备与操作5.1电渗析的基本构造电渗析器多采用板框式它的左右两端分别为阴、阳电极室，中间部分自左向右为很多个依次由阳膜、淡化室隔板（构成淡化室）、阴膜、浓缩室隔板（构成浓缩室）构成的组件，呈阴阳离子交换膜与相应的浓缩室和淡化室交替排列。用压紧部件将上述组件压紧，即构成电渗析器5.1电渗析的基本构造电渗析膜对结构图5.2电渗析的主要部件

（1）隔板隔板置于阴膜和阳膜之间，起着支撑和分隔阴膜与阳膜的作用。并构成浓缩室和淡化室，形成水流通道隔板按水流型式有回流式和直流式两种（2）电极室电极室置于电渗析器膜对的两侧，由电极与极水隔板组成，电极应该具有良好的化学与电化学稳定性，同时应具有良好的导电与电化学性能5.3电渗析器的流程（1）二段电渗析器（2）循环式脱盐

5.3电渗析器的流程6应用:

离子交换膜由于是在直流电场中运行，所以无需再生过程，并利用离子能选择性地通过离子交换膜的性质使离子从各种水溶液在分离出来的过程能电离成离子的物质与水（和其它非电解质）分离的一种有效手段（3）多台电渗析器串联连续操作6应用6.1水的纯化特点(1)电渗析法脱盐的能耗（耗电量）与脱除的盐量成正比,适用于含盐量低的苦咸水等的脱盐（2）当原水中盐浓度过低时，溶液电阻大，用电渗析也不经济（3）不能除去非电解质

6.2海水、盐泉卤水法缩制盐6.3医药、食品工业中的应用（1）脱除有机物（在电场中不离解为离子的物质）中的盐分（2）有机物中酸的脱除或中和（3）有机酸盐取代反应制有机酸（4）利用离子的可渗透性分离氨基酸等6.4废水处理（1）从金属酸洗废水中回收酸与金属。（2）电镀废水中回收铜、锌、镍、铬等金属（3）从合成纤维厂的废水中回收ZnSO4、Na2SO4等（4）从造纸废水中回收碱、亚硫酸钠和木质素等（5）放射性废水处理6.5离子膜电解应用离子膜电解盐类水溶液可以制得相应的酸和碱在阳极与阴极之间装一张全氟阳离子交换膜，构成两室电解槽。向阳极室送入饱和NaCl溶液，阴极室送入纯水，在直流电场作用下，Na+离子通过膜进入阴极室，电极反应的结果，在阳极室生成氯气，在阴极室生成氢气与氢氧化钠溶液该法可以制得高纯度的氢氧化钠7电渗析中的优先研究课题

第五节气体分离

gasseparationmembrane

气体(包括蒸汽)膜分离是膜两侧的压力差为推动力的膜分离过程利用气体混合物中各组分在非多孔性膜中渗透速率的不同（或称选择渗透性的不同）使各组分分离的过程1原理

气体渗透分离机理透气膜多孔膜溶解扩散模型膜气体分离的膜非多孔1原理溶解扩散模型气体透过非多孔膜的过程分三步进行:(1)处于膜高压侧气体混合物中的渗透组分溶解在膜的表面上；(2)溶解在膜表面上的组分从膜高压侧通过膜内分子扩散传递到膜低压侧；(3)处于膜低压侧的气体组分解吸下来1原理纯气体在高分子膜中的溶解平衡可以用亨利定律的形式表示若扩散系数不随浓度而变，在稳态扩散的条件下，从膜的高压侧到低压侧积分可以表示为根据Fick定律，气体分子在膜内的扩散通量1原理如果膜两侧温度相等，则可得表示膜对两组分的分离效果可以用分离系数对于二组分气体混合物透过膜的理想情况1原理对于理想气体，摩尔数之比等于分压比当膜低压侧的压力比高压侧小得多时两组分渗透通量之比因为膜的低压侧两组分摩尔比（分压比）等于2影响渗透系数的因素

2.1温度的影响

温度对气体在高分子膜中的溶解度与扩散系数均有影响为溶解热。

为表观扩散活化能；为表观渗透活化能；式中：

2.2压力的影响

膜两侧的压力差是气体膜分离的推动力，压差增大，通量愈大几种混合气体的分离

2影响渗透系数的因素气体膜分离的渗透通量与分离系数首先取决于膜材料。目前常用的材料有醋酸纤维素、聚砜、含氟聚合物、有机硅等，在主材料中加入适当的改性材料或进行交链处理可以提高膜的分离系数2.3膜材料2.4膜的厚度膜的活性层厚度小，渗透通量大3气体分离膜与设备3.1气体分离膜要求：渗透通量高，分离系数大（或选择性高）有较高的机械强度，能承受一定的压差。能够满足这些要求的是非对称性膜和复合膜一般的非对称性膜表层常有孔隙，为了克服这个缺陷，在膜的表面涂上一层由较易渗透的材料构成的薄层，以堵住基膜上的孔隙，这种膜称为阻力型复合膜起分离作用的超薄膜与多孔基膜形成的复合膜参考文献3.2气体膜分离设备

4应用

从合成氨厂弛放气和石油化工厂的各种含氢气体中回收氢气4.2氧氮分离用膜分离法分离空气制取氧含量30～40％的富氧空气(OEA),用于工业炉中助燃可以大大提高燃料的利用率。同时可制得含氮量高的氮气(NEA)，其氮浓度可以高达99%以上

4.1工业气体中氢的回收4应用4.3天然气中氦的提取

天然气中含He％，采用美国UnionCarbide公司用KP-98聚醋酸纤维非对称性膜制成的膜分离器，经二级分离可将氦浓缩到82％左右4.4二氧化碳的分离应用膜分离可从天然气中分离出CO2以提高天然气中CH4的含量。也可以用膜分离来除去发酵法产生的生物气体中的CO2，以提高其热值

5气体分离中的优先研究课题

第六节液膜分离

separationofliquidmembrane

1概述依据膜对物质的选择渗透性的差异来进行分离液膜是由液体形成的薄膜，它的厚度约为1～10μm，比固膜薄得多溶质组分在液膜中的扩散系数比在固膜中大的很多，组分通过液膜的传递速率比固膜大几个数量级在液膜内可以引入活性载体，使待分离组分与活性载体发生可逆的化学作用而促进传质过程1概述30年代，Osterbout用一种弱有机酸(quiacol)作载体，发现了钠与钾透过含有该载体的“油性桥”的现象，50年代后被证实60年代中期，Bloch等采用支撑液膜研究了金属提取过程1968黎念之开创了研究液体表面活性剂膜或乳化液膜的历史

2液膜的类型与结构液膜悬浮在液体中的乳液微粒构成,它能把两个互溶的组成不同的溶液隔开，通过这层液膜的选择性渗透作用达到分离的目的液膜组成:溶剂（水或有机溶剂）构成膜的基体；表面活性剂（乳化剂）含有亲水和憎水基团，能够在油水界面定向排列，稳定液膜的形状添加剂流动载体:提高膜的选择性和渗透性膜增强剂:控制膜的稳定性2液膜的类型与结构液膜分离系统

将含有被分离组分的料液作为连续相；接受被分离组分的液体作为接受相；成膜的液体介于连续相、接受相之间（膜相）液膜的形状

2.1单滴型液膜由单一组分的球面薄层构成，有水膜和油膜两种。此种液膜不稳定、易破裂2.2支撑型液膜将膜相溶液(含载体萃取剂和稀释剂)浸在惰性多孔固体膜的微孔中形成的，液膜的厚度约为3～100μm液膜溶液依靠表面张力和毛细管作用吸附于惰性多孔膜的微孔中，在使用过程中液膜溶液会发生流失，使液膜的功能下降支撑材料:聚砜、聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯等疏水性微孔膜支撑材料可制成平板型和中空纤维型2.3乳化型液膜通过乳化而在内、外相之间形成稳定的液膜,它不需要支撑体液膜内含有载体或不含载体油包水型指内相和外相都是水溶液，液膜是油质的，整个体系为W/O/W型水包油型指内相和外相都是油溶液，液膜是水质的，整个体系为O/W/O型

2.3乳化型液膜乳化型液膜的传质表面最大，膜的厚度小，传质速度快，分离效率高，处理量大，具有实现工业化的前途乳状液膜结构

3液膜分离的机理

3.1选择性渗透依据:待分离的不同组分透过液膜的渗透系数(即在膜中的溶解度和扩散系数)的不同来实现大多数溶质的扩散系数彼此接近因此分离过程往往依据两种溶质分配系数的差别即溶质在膜相及料液相溶解度比值的差别来完成这类过程不能达到完全分离的目的3.1选择性渗透皂角甙水溶液分离混合烃时，溶解度对分离系数的影响(单纯迁移)液膜分离机理

3.2滴内化学反应（Ⅰ型促进迁移）在液膜内相添加一种试剂R，它能与料液中的迁移物质C发生不可逆化学反应并生成不溶于膜相的物质P使渗透物C在内相中的浓度为零，保持C在液膜内外两相有最大的浓度梯度，以促进C的传递达到从料液相中分离C组分的目的

3.3膜相化学反应（Ⅱ型促进迁移）

在膜相中加入一种流动载体R1，料液中的D组分在膜相／连续相的界面上与R1反应，生成中间产物P1，P1在浓度差的作用下扩散至膜相的另一侧，在膜相／内相界面上与内相试剂R2发生反应，生成不溶于液膜的物质P2并使R1重新还原并释放至膜相中，藉浓度梯度作用扩散返回至膜相/连续相界面一侧R1在整个传递过程中没有消耗仅起了载体的作用

3.4萃取和吸附

具有萃取和吸附的性质，料液中的悬浮物为膜相吸附或有机物为膜相萃取，从而实现分离的目的3.5膜相化学反应的特点选择性:流动载体与被迁移物质进行化学反应具有专一性，能从复杂混合物中分离出所需要的物质

3.5膜相化学反应的特点渗透性:流动载体与被迁移溶质的反应产物在液膜中有很高的溶解度，再加上乳状液膜的厚度薄、表面积大，促使被分离溶质具有很高的渗透通量定向性:它具有能量泵的作用，可以使溶质从低浓度区沿着反梯度方向向高浓度区持续地迁移这种特征是生物细胞膜所特有的若被迁移物是离子，这种迁移过程的动力就称为“离子泵”

3.6逆向迁移和同向迁移

含流动载体的液膜分离过程的实质通过化学反应给流动载体不断地提供能量，使其可以从低浓度区向高浓度区定向输送溶质给流动载体提供化学能的形式可以是酸碱中和反应、同离子效应、离子交换、络合反应和沉淀反应等

①反向迁移

供能物质与被迁移的溶质流向相反①反向迁移（b）膜相中的络合物CuR2在浓度梯度的作用下由界面1向界面2扩散；（c）在界面2，CuR2发生解络合反应

（d）复原后的载体在浓度梯度的作用下由界面2向界面1扩散，重复进行反应(a)过程（a）外相中的Cu2+扩散至膜界面1

(2)同向迁移

供能物质与被迁移的溶质流向相同(2)同向迁移液膜中含有非离子型流动载体时，它所迁移的溶质是中性盐，即载体与阳离子选择性络合的同时又与阴离子络合形成离子对而一并迁移，此迁移过程称为同向迁移由此可见：Cl-是此过程的供能离子，它与被迁移离子K+的运动方向相同，故称为同向迁移。此迁移过程与生物膜的同向迁移相类似

4液膜萃取操作4.1萃取设备及过程

利用乳状液膜的萃取设备4.1萃取设备及过程

利用搅拌槽的乳状液膜连续萃取过程4.1萃取设备及过程

常见的支撑液膜组件

4.2乳状液膜的制备与分离操作

4.2.1乳化液膜的制备

将含有膜溶剂、表面活性剂、流动载体以及其他膜增强剂的膜相溶液同内相溶液进行混合，在室温下以1000～2000r/min的转速高速搅拌10～20min，制得所需的水包油（O／W）或油包水（W／O）型乳化液影响乳液稳定性的因素：表面活性剂的加入方式、制乳时的加料顺序、制乳搅拌方式以及乳化器材质的润湿性能等4.2.2混合分离

使乳化液膜与料液进行混合接触，以～200r/min转速缓慢搅拌，形成油包水再水包油（W／O／W）型或水包油再油包水（O／W／O）型多重乳化液，实现传质分离

4.2.3沉降澄清根据富集了迁移物质的乳化液与残液之间的比重不同而进行自然沉降，最后达到分层澄清，该工序便于两相的分离并减少相互夹带

4.2.4破乳为了使用过的乳化液膜重新利用并汇集富集溶质的内相，需要将乳液打破，分出的膜相用于循环制乳化学破乳（加破乳剂）物理破乳，主要有离心法、加热法、施加静电场法以及采用聚结剂法等静电破乳又可分为常压和高压破乳

5各种因素对乳状液膜分离效率的影响

5.1液膜成分的影响

5.1.1表面活性剂(1%~5%)

表面活性剂的浓度越大，液膜的稳定性越高，但使液膜厚度和粘度增大，影响液膜的渗透性表面活性剂需有特定的HLB值(亲水憎水平衡值)配制油膜选用HLB值为4～6的油溶性表面活性剂配制水膜选用HLB值为8～18的水溶性表面活性剂

5.1.2膜溶剂膜溶剂是构成膜的基体，其含量在90%以上，选择膜溶剂时，要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度对无载体液膜，溶剂对欲分离的溶质能优先溶解对有载体液膜，溶剂应能溶解载体，不能溶解溶质对烃类分离，宜选用水为膜溶剂

5.1.3流动载体(1%~5%)液膜分离实质上是一个萃取过程，如使用有载体液膜分离水中的金属离子时，膜相中需加入流动载体(相当于萃取剂)流动载体应溶于膜相而不溶于相邻的溶液相，在膜的一侧能与待分离物质络合，然后传递通过膜相，在另一侧解络5.1.4内相试剂

应能使载体与被分离物质所形成的络合物解络，离解平衡常数越大，效果越好5.1.5油内比(ROi)

定义：ROi=VO/ViVO由表面活性剂、流动载体和有机溶剂构成的体积；Vi内相溶剂的体积ROi过大，液膜变厚，不易破裂，稳定性提高，但渗透速度降低，破乳困难ROi过小，渗透速度加快，但液膜稳定性大大降低，导致早期便有部分乳滴破裂，使外相溶液乳化，降低了富集效率5.1.6乳水比(Rew)定义：Rew=Ve/Vw式中：Ve为含内相试剂在内的膜相体积；Vw为外相溶液体积乳水比越大，一般分离效果越好。但Rew过高，乳状液膜使用萃取剂少的优点就不存在5.1.7添加剂

提高膜的稳定性5.2影响液膜萃取的操作参数5.2.1pH

直接影响其荷电形式及不同电荷形式溶质的存在分率，从而影响萃取率和选择性根据料液中溶质即共存杂质的性质选择合适的流动载体并适当调整pH值，对提高萃取速率及选择性非常重要PA和PX分别为目标产物和杂质的透过系数。5.2.2流速（搅拌速度）利用支撑液膜萃取溶质，料液的流速引起流体力学的改变直接影响萃取速率对于乳状液膜萃取系统，搅拌速度影响乳化液的分散和液膜的稳定性

5.2.3共存杂质

利用选择性较低的离子交换萃取剂为流动载体，当料液中存在与目标分子带相同电荷的杂质时，由于杂质与载体发生竞争性反应，减小了用于目标分子（料液一侧）和供能离子（反萃相一侧）输送的载体量，从而可引起目标分子透过通量的下降

5.2.4操作温度

提高操作温度，溶质的扩散系数增大，有利于萃取速率的提高，但液膜粘度降低，膜相挥发速度加快，甚至造成表面活性剂的水解，对维持液膜的稳定性不利液膜分离一般在常温下操作5.2.5萃取操作时间乳状液膜为高度分散体系，相间接触比表面积极大，并且液膜很薄，传质阻力小，因此在短时间内即可萃取完全6液膜分离的数学模型液膜传递模型

1)假设在液膜传质过程中，液膜的厚度不变，可以用简单的数学方程来描述分离过程2)假设在液膜传质过程中，液膜厚度逐渐变化，膜内扩散距离变得越来越长液膜内的传质过程数学模型

双膜模型、有效膜厚恒定模型、传质阻力模型、渐进前沿模型双膜模型

基本假定：对厚度为L的膜，当渗透组分在膜两侧浓度差为ΔC时，组分透过膜的渗透速率方程为：D

液膜的传质系数。ΔC

膜两侧的组分浓度差；A液膜的总表面积；L液膜的厚度；单位时间内通过已知膜面积的组分量；式中：双膜模型假定液膜的总表面积A正比于乳液体积Ve，液膜厚度L正比于油内比(ROi)～t图，由直线斜率可以计算出D·

作对于间歇操作，将上式积分参考文献7液膜分离技术的应用

7.1气体分离气体分子在液体中的溶解度较大，且在溶液中的扩散系数比在固膜中大，故液膜对某些气体的透过性和选择性较固膜好在液膜中加入一些能与气体起作用的载体，促进气体分子迁移,使气体分子的选择性和渗透性成数量级地增加一般使用支撑型液膜，即将膜溶液含浸在微孔空心纤维或惰性多孔片上，形成固定液体薄膜来分离气体

7.1.1分离SO2聚乙二醇液膜对多种气体的渗透系数7.1.2分离CO2

用硅橡胶类固体高分子聚合物膜，CO2/O2和CO2/N2的分离系数仅分别为5和11

使用含有0.5M亚砷酸钠的饱和碳酸氢钠溶液浸透多孔醋酸纤维素薄膜来分离CO2/O2，其分离系数可达到4100（3）（2）（1）7.1.3烃类混合物的分离液膜烃分离流程图7.2在医学、仿生学及生物化学方面的应用7.2.1生物化学中的应用

利用液膜包酶比传统的固定化酶有如下优点：①液膜包酶容易制得②液膜包酶可免受外相中各组分对其活性的影响③乳液可以重复使用，不必破乳；④在系统中加入辅酶时，无需借助小分子载体吸附技术

7.2.2生物医学上的用途液膜人工肝、人工肺、人工肾以及液膜解毒、缓释药物等液膜在应用的过程中，不需要破乳等复杂操作，作为药物时口服用量亦不大液膜不仅能从人体排除物质，也能给人体添加某些物质可以制成能定时释放药物的液膜7.3.3医学和仿生学中的应用

用于治疗慢性尿毒症和药物中毒方面的研究

7.3废水处理中的应用

7.3.1从废水中提取邻硝基酚

以表面活性剂，磷酸三丁酯(TBP)、民用煤油为膜相，氢氧化钠为内相组成的液膜体系可有效地提取邻硝基酚

7.3.2处理含酚废水

使用油包水型液膜，以NaOH溶液为内相试剂时，由于酚在油膜中有较大的溶解度，能够选择性地透过膜而达内相，与NaOH反应生成酚钠，而酚钠不溶于膜相，从而可使酚从外相中分离而迁入内相处理高浓度的含酚废水(几百～1000mg/L)，一步处理可使酚浓度降低到几个mg/L

参考文献7.3.3液膜法去除废水中的氨氮提高废水的pH值，平衡向左移动，NH+4转化为NH3分子氨态氮易溶于膜相(油相)中，它从高浓度的外相溶液侧，通过膜相扩散迁移，到达内相界面时，与内相中的酸发生如下反应：氨氮的主要存在形态是NH+4和NH3

平衡7.3.3液膜法去除废水中的氨氮因NH+4不溶于油相而稳定在内相中，由于膜内外两侧氨浓度差的推动，氨分子不断通过膜表面的吸附、渗透扩散迁移至内相，达到分离去除氨氮的目的由表面活性剂HC2(烷醇酰胺聚氧乙烯醚)、民用煤油及膜增强剂(改性石蜡)组成的膜相以及由10%的硫酸内相溶液组成的液膜体系中，当乳水比Rew=1∶10，接触时间为8min时，处理氨氮含量在1000mg/L以上的废水,一级去除率达97%以上7.4湿法冶金

由于液膜分离过程中，萃取和反萃取在同一设备中同时进行，并打破了溶剂萃取所固有的相平衡的限制，特别适用于分离浓度较低或分配系数较低的组分在湿法冶金中的应用涉及Cu2+、Co2+、Ni2+、Ag+、Ga3+、Pt4+，稀土元素如La3+、Eu3+等，核能工业中核燃料Pn4+、U6+的萃取8膜蒸馏膜萃取亲和膜分离膜反应

膜分离技术与传统的分离技术相结合，发展出了一些全新的膜过程。例如：膜蒸馏、膜萃取、膜反应、亲和膜分离等

膜萃取又称固定膜界面萃取，它是膜过程和液液萃取过程相结合的新型膜分离过程特点:萃取剂选择范围宽，在料液中夹带损失小；过程不受“返混”的影响和“液泛”条件的限制

1、根据膜分离过程的唯象方程，给出三种以上膜分离过程的渗透通量，并加以简单的说明。2、反渗透和超滤过程的浓差极化现象那个更严重，为什么？两种分离过程的分离机理是否相同。3、电渗析中有几种物质传递过程4、什么是电渗析过程的浓差极化现象，其危害是什么5、给出制取高纯水的方法6、气体膜分离过程的分离系数可表示为：要得到该关系式需作那些假设，请加以推导。7、简述液膜分离的四种机理，什么是逆向迁移和同向迁移8、画出利用搅拌槽的乳状液膜连续萃取过程的流程9、利用支撑液膜萃取有机酸（AH），料液为该有机酸的纯水溶液，内相为盐酸溶液，液膜中流动载体为三辛甲基氯化铵（C+Cl-），说明有机酸的透过机理。10、推导液膜分离双膜理论模型，指出的表达式。1、韩春芬;雷新荣;

多孔无机膜的制备和应用.

化工新型材料,2004，32（8）：5-82、康军;

无机陶瓷膜分离技术在大型化工装置的应用.河北化工,2007，30（9）：20-223、焦光联;吕建国;杨万荣;

石油化工行业中膜技术的应用.

甘肃科技,2007，23（3）：88-914、王庚平;吕建国;

膜分离技术在石油化工废水深度处理中的应用.

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膜分离技术在石油化工领域的应用进展.

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