膜分离技术总结PPT

膜分离技术唐汉卿2111423036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1.1基本原理膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（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，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。膜上游膜膜下游选择性透膜1.2分离膜种类膜类型分类分离膜高分子膜液体膜生物膜带电膜非带电膜阳离子膜阴离子膜过滤膜精密过滤膜超滤膜纳米滤膜反渗透膜1.3常见膜分离方法比较表1.分离方法比较膜过程分离目的推动力传递机理透过物截留物膜类型微滤溶液、气体脱粒子压力差颗粒大小、形状水、容积溶解物悬浮物颗粒纤维多孔膜超滤溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大分子分级压力差分子特性、大小、形状水、溶剂小分子交替和超过节流相对分子量的小分子非对称性膜纳滤溶剂脱有机组分、脱高价离子、软化、脱色、浓缩、分离压力差离子大小及电荷水、一价离子、多价离子有机物复合膜反渗透溶剂脱溶质、含小分子溶质溶液浓缩压力差溶剂的扩散传递水、溶剂溶质、盐非对称复合膜1.3常见膜分离比较1.3常见膜分离方法比较2.各类膜特点2.1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0.1~0.3MPa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0.1~1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。2.各类膜特点微滤的优点：

①孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留；②孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度为107孔/cm2，微孔体积占膜总体积的70％～80％。由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍；③无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～150m之间，因而吸附量很少，可忽略不计。④无介质脱落。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。2.各类膜特点微滤的缺点：①颗粒容量较小，易被堵塞；②使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。2.各类膜特点2.2超滤超滤技术始于1861年，其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，约5～10nm，在0.1～0.5MPa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500的大分子及胶体，形成浓缩液，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。超滤技术主要用于含分子量500~500000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、生化等。主要可归纳为以下方面。2.各类膜特点2.3纳滤

纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳滤”。纳滤膜主要用于截留粒径在0.~1nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.5~1MPa）。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。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(10%-80%)，对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子(90%)。2.各类膜特点2.4反渗透反渗透的工作原理2.各类膜特点2.4反渗透反渗透技术所分离的物质的分子量一般小于500，操作压力为

2~100MPa。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，孔径小于0.5nm，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尚有许多争论，主要有氢键理论、选择吸附-毛细管流动理论、溶解扩散理论等。2.各类膜特点2.5液膜液膜类型支撑液膜单滴型液膜乳液型液膜2.各类膜特点2.5液膜液膜特点：

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的分离具有选择性。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2.各类膜特点2.6电渗析+固定离子Cl-Na+-正极负极电渗析原理2.各类膜特点2.6电渗析应用：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。中草药有效成分的分离和精制：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三部分。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。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。3.新型膜分离技术3.1渗透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。3.1渗透蒸发技术真空气化惰性气体吹扫3.2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。多孔膜扩散机理1.努森扩散气体分子的平均自由程远大于膜孔径，呈分子扩散。孔内分子流动受分子与孔壁间的碰撞作用支配2.黏性流扩散孔径远大于操作条件气体分子的平均运动自由程，孔内分子流动受分子之间碰撞作用支配

3.表面扩散

气体分子吸附在膜孔壁上，在浓度差的作用下，分子沿膜孔表面移动，产生表面扩散流4.分子筛分膜孔介于不同气体分子直径之间直径小的分子就能通过膜孔，而大分子就被挡住，达到分离效果

在操作温度处于较低温度的情况下，当气体通过微孔介质时，易冷凝组分达到毛细管冷凝压力时，孔道被易冷凝组分的冷凝液体堵塞，从而阻止非冷凝组分渗透，从而出现毛细管冷凝分离。5.毛细管凝聚

膜下游上游膜下游上游