膜技术幻灯片

膜技术膜技术膜分离技术第一节

膜及其应用第二节

膜分离过程第三节

膜分离过程中的问题及处理第四节

膜分离技术实施第五节

液膜分离技术

膜技术学习目标■了解膜的分类及结构特性，各种膜组件的性能以及膜在生物技术行业中的应用；■了解膜分离过程的类型；■理解膜分离过程机理及膜在使用中常见问题分析；■能够正确使用膜进行分离操作，能分析膜分离过程中的常见问题，能根据不同的分离体系进行膜选择，能对膜进行常规处理及维护。膜技术第一节膜及其应用按膜分离过程分微滤、超滤、纳滤、反渗透按膜材质分无机膜、有机膜按膜组件分类板式膜（含锯齿式）、管式膜、卷式膜、中空纤维式膜一、膜的分类膜技术按膜分离过程分类微滤膜：孔径≥0.1微米，≥50万MWCO 超滤膜：1,000-50万MWCO 纳滤膜：150-1000MWCO 反渗透膜：≤150MWCO(MWCO即MolecularWeightCutOff，中文为截留分子量) 膜技术按膜的材质分类有机膜CAPSPESPVDFTFM（薄层复合膜）无机膜陶瓷膜不锈钢膜膜技术按膜组件形式分类板式管式卷式中空纤维式注:无机膜属于管式结构膜技术

中空纤维中空纤维流道细小，易堵塞、易断丝，只适合于处理非常澄清的料液膜技术卷式卷式流道稍宽，可以处理经过合适预过滤的料液。膜技术管式管式膜流道较粗，可以处理含固量高的料液膜技术

板式板式膜流道宽，可以处理含固量较高的料液膜技术

锯齿式（Ultra-flo）锯齿式为板式的改进形式，板面有棱纹结构，膜被扭曲为锯齿状，料液流过形成湍流来破坏膜面的污染。因此，过滤性能优异，过滤速度高于管式和板式结构，且污染更少、容易清洗、能耗更低。膜技术膜组件形式与可选择的膜分离过程管式、板式卷式中空纤维锯齿式

反渗透纳滤超滤微滤并非每种膜分离过程（微滤、超滤、纳滤、反渗透）都可以通过各种组件形式实现，以上是其对应关系图。其中金属膜和陶瓷膜并非组件形式，但它们都是无机膜，同时都是管式结构。膜技术二、膜的性能参数膜孔性能参数

膜的孔径、孔径分布、孔隙度膜通量即膜的处理能力（即溶剂透过膜的速率）是膜分离中的重要指标，一般用膜的渗透通量来表示。它是指单位时间、单位膜面积上透过溶液的量，对于水溶液体系，又称透水率或水通量。截留率和截留分子量被截流物质的量占料液中含有的截流物质总量的百分率，称为膜的截留率，它表示了膜对溶质的截留能力。截留分子量是指截留率为90%时所对应的溶质分子量。膜技术三、膜技术应用

发酵工业制药工业食品工业染料工业果汁工业生物化工环保领域冶金工业能源工业电子工业石油工业制水工业膜技术膜在生物制药中的应用

膜分离过程作为一种新型的分离技术，已经用于酶、活性蛋白、氨基酸、维生素、抗生素、疫苗等物质的分离纯化。膜分离特点：1、使用膜过滤，能耗低，具有节能的特性；2、膜过滤无相变，不会破坏产品结构；3、膜再生性好，使用寿命长；4、操作简单，可以实现自动控制；5、可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等特点；6、且各种膜过滤具有不同分离机制，适用于不同对象和要求。7、特别适合用于热敏性物质的分离；膜技术膜第二节膜分离过程膜分离的示意图膜技术膜及其分离机理截留较大的组分，而透过较小基团的组分。膜技术膜分离过程的传质形式在膜分离过程中，膜相际有3种基本传质形式，即被动传递、促进传递和主动传递。膜技术膜分离过程机理以典型的非对称膜为例，分几个区间来描绘。图5-6物质经过非对称膜的传递示意①主流体系区间(Ⅰ)②边界层区间(Ⅰ)③表面区间(Ⅰ)④表皮层区间⑤多孔支撑区间⑥表面区间(Ⅱ)⑦边界层区间(Ⅱ)

⑧主流体区间(Ⅱ)

膜技术膜分离过程的类型

1．按推动力的不同进行分类（1）以静压差为推动力的膜分离过程如反渗透(RO或HF)、超过滤(UF)、纳滤（NF）、微孔过滤(MF)、气体分离（GS）、膜蒸馏（MD）及渗透气化（PV）等。（2）以浓度差为推动力的膜分离过程如透析（D）、气体分离（GS）及液膜分离等。（3）以电位差为推动力的膜分离过程如电渗析（ED）等。膜技术2．按操作方式不同进行分类(1)开路循环:循环泵关闭，全部溶液用给料泵F送回料液槽，只有透过液排出到系统之外。(2)闭路循环:浓缩液（未透过的部分）不返回到料液槽，而是利用循环泵R送回到膜组件中，形成料液在膜组件中的闭路循环。闭路循环中，循环液中目标产物浓度的增加比开路循环操作快，故透过通量小于开路循环（3）连续操作:连续操作是在闭路循环的基础上，将浓缩液不断排到系统之外。每一级中均有一个循环泵将液体进行循环，料液由给料泵送入系统中，循环液浓度不同于料液浓度。各级都有一定量的保留液渗出，进入下一级。膜技术膜分离形式比较死端过滤错流过滤膜技术膜分离常用形式切向流过滤（错流过滤、表面流过滤）膜技术膜分离过程根据截留分子量和孔径的差异可以分为：膜技术膜分离系统的基本组成膜技术膜分离的特点1、选择性好

分子级水平进行物质分离，普通过滤工艺所无法达到的精度。2、能耗低、可低温操作

无相态变化，特别适用于稀料液及热敏性料液浓缩。3、不需添加化学试剂

物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染。4、设备可封闭运行、可间歇或连续运行、易操作维护、易放大、占地小、易实现自控、配套设备少

膜技术考虑选用膜技术的导则

不宜采用膜技术的分离过程具有相似分子量的化合物的分离高渗透压料液的高倍浓缩适宜考虑膜技术的分离过程有机物与无机盐的分离、多糖低聚糖与单糖等的分离稀溶液的浓缩，热敏性料液的浓缩分子量相差10倍以上物质的分离（超滤）料液的澄清过滤、冷除菌、除热原

膜技术

第三节膜分离过程中的问题及处理

膜分离实用化产生的最大问题：膜透过流速的迅速下降；二是溶质的阻止率也明显下降，这种现象是由于膜的劣化和膜污染所引起的。

膜的劣化是由于膜本身的不可逆转的质量变化而引起的膜性能的变化，造成的原因有如下三种：化学劣化、物理劣化、生物劣化。pH、温度、压力都是影响膜劣化的因素。膜技术压密作用在压力作用下，膜的水通量随运行时间的延长而逐渐降低。膜外观厚度减少1/2~1/3，膜由半透明变为透明，这表明膜的内部结构发生了变化，这种变化和高分子材料的可塑性有关。内部结构变化使膜体收缩，这种现象称为膜的压密作用。引起压密的主要因素是操作压力和温度。压力越高，压密作用越大。克服膜的压密现象，除控制操作压力和进料温度外，主要在于改进膜的结构。如皮层采用亲水性，有选择性功能的物质构成，并且有致密结构；支撑层由刚性耐压较强的高分子材料组成，这种膜结构抗压密性强。膜技术膜的水解作用

醋酸纤维素是有机酯类化合物，乙酰基以酯的形式结合在纤维素分子中，比较容易水解，特别是在酸性较强的溶液中，水解速度更快。水解的结果是乙酰基脱掉，醋酸纤维膜的截留率降低，甚至完全失去截留能力。在实际应用中，可控制进液pH和进料温度，控制膜的水解。膜技术浓差极化

在膜分离过程中，由于水和小分子溶质透过膜，大分子溶质被截留而在膜表面处聚积，使得膜表面上被截留的大分子溶质浓度增大，高于主体中大分子溶质的浓度，这种现象称为浓差极化。浓差极化可使膜的传递性能及膜的处理能力迅速降低，还可缩短膜的使用寿命。主要表现为：①渗透压升高，渗透通量降低；②截留率降低；③膜面上结垢，使膜孔阻塞，逐渐丧失透过能力。在生产实际中，要尽可能消除或减少浓差极化现象的发生。

浓差极化造成的渗透通量降低是可逆的，通过改变膜分离操作方式，提高料液流速来减轻浓差极化现象。错流操作时，料液与膜面平行流动，料液的流动可有效防止和减少被截留物质在膜面上的沉积。流速增大，靠近膜面的浓度边界层厚度减小，将减轻浓差极化的影响，有利于维持较高的渗透通量。膜技术膜污染膜污染（水生物污垢）是指由于膜表面形成了析着层或膜孔堵塞等外部因素导致膜性能下降的现象。其中膜的渗透通量下降是一个重要的膜污染标志。膜技术

发酵液中构成膜污染的主要污染源蛋白淀粉胶体无机盐垢

中药体系中构成膜污染的主要污染源蛋白淀粉、多糖、鞣质等果胶、油脂无机盐腊膜的污染来源膜技术膜污染的预防和消除膜污染后需经清洗处理。膜的清洗是恢复膜分离性能、延长膜使用寿命的重要操作。根据膜的性能和污染原因，合理确定清洗方法，在药品分离生产中，常用物理法、化学法或两者结合的方法进行清洗。料液的预处理是预防膜污染的有效措施之一，针对料液的具体情况，可以选择多种预处理方法。膜技术物理清洗是将海绵球通到管式膜中进行洗涤，可不必停止装置的运转，或利用供给液本身间歇地冲洗膜模件内部，并利用其产生的剪切力来洗涤膜面附着层。一般采用清液，通过加大流速循环洗涤，称为正向清洗；也可采用空气、透过液或清洗剂进行反向冲洗。通过物理清洗，一般能有效地清除因颗粒沉积造成的膜孔堵塞。在实际生产中，还常采用等压清洗（又称在线清洗）的方法，一般是每运行一个短的周期（如运转2h）以后，关闭透过液出口，这时膜的内、外压力差消失，使得附着于膜面上的沉积物变得松散，在液流的冲刷作用下，沉积物脱离膜而随液流流走，达到清洗的目的。膜技术化学清洗是用化学药剂，对膜组件进行浸泡，并应用物理清洗的方法循环清洗，达到清除膜上污染物的目的。主要利用化学药剂的溶解、氧化、渗透等作用来达到清洗的目的。膜技术膜的常规清洗剂：常用酸性清剂：硝酸、柠檬酸、磷酸碱性清洗剂：NaOH络和剂：EDTA氧化剂：次氯酸钠、高锰酸钾、双氧水其他试剂：乙醇、酶制剂、表面活性剂、DMF、草酸、三聚磷酸钠等膜技术

超滤膜清洗

膜清洗是恢复膜过滤系统、延长寿命,最为严格的一部分,膜每一次使用后均需清洗,每天水通量、平均加工流率要作记录,加工清洗过程出现的一些反常现象也要作记录。

根据不同的膜及过滤的生料采用不同的清洗方法,步骤1、2是在每次运行后进行的,步骤3、4是在清洗不足或加工的是浓溶液时进行。

膜技术1、加入首批完全溶解的清洗化学物质到平衡罐中，注意控制pH值和特定参数的控制。2、记录:时间、组件温度、入口压力、出口压力 进料压力、水通量、pH值注:组件入口压力尽可能低,出口组件出口压力维持在22pa,及适当的再循环流量。3、指定时间运行清洗溶液。4、当系统清洗完之后,再根据上述程序,对系统冲洗。利用补水阀补水，利用排污阀排放

膜技术5、冲洗系统直至交叉流膜上的清洗化学物质被洗净。6、调节阀、泵参数,以致于在先前水通量系数下,存在同样的条件。7、记录步骤1-6,每一步所用清洗化学物质及操作参数。记录每次清洗步骤前后的清洗资料、报告、参数。8、清洗周期完成后,记录最终的水通量,膜再生性能到可接受的水平。关闭UF,按照关闭程序所述操作。

膜技术关闭程序

1、清洗周期结束后,切断循环泵,然后切断进料泵。2、关闭阀组件进出口阀,保证膜的润湿性。

注:一旦膜已变湿了,就应保持其湿性,这可保证膜的完好性。3、关闭进料泵及所有的阀。4、过滤器已清洗好后,清洁加工流体,即可启动操作。

膜技术

膜的消毒

为了防止在生产过程中由膜组件带入杂菌，可在清洗罐中配制0.25%W/W亚硫酸氢钠溶液，将阀门转换到清洗状态，启动输料泵，启动各循环泵40-60分钟，然后用去离子水冲净（每周可洗二次）

膜技术

膜的保存

由于膜元件是有机材料，细菌在膜表面的繁殖将损坏膜表面的活化层，从而导致膜性能的丧失，因此如膜设备要停机一段时间可根据停机的时间，配制不同的保护液保存在系统中，防止细菌的生长繁殖。

膜技术最长保存时间保护液2小时

将设备充满去离子水3天0.1%W/W亚硫酸氢钠溶液或0.5%v/v甲醛溶液在10-25℃的条件下循环15分钟。30天0.25%W/W亚硫酸氢钠溶液或0.75%v/v甲醛溶液在10-25℃的条件下循环15分钟。12个月0.25%V/VProxelGxl(ZenccaBiocides生产)溶液加18%V/V的甘油（98%试剂级）。当完全混合时，用稀硫酸或柠檬酸调节PH4.5-5.0，在10-25℃条件下循环60分钟。膜技术第四节

膜分离技术实施

微滤微滤膜是利用筛分原理，在静压差推动下分离截留直径0.1~10微米以上的粒子，如发酵液中的菌体、细胞、不溶物等。微滤主要应用于细胞收集，液固分离等方面，常作纳滤和反渗透的预处理过程。

微滤的过滤过程有两种操作方式，即死端微滤和错流微滤。膜技术无机微滤膜分离特点膜技术超滤

超滤膜也是利用筛分原理，孔径在2~50nm，在常温下依靠一定的压差和流速，使小于膜孔径的低分子量物质透过膜而使高分子物质被截留。已开发具有不同分子截留的各种超滤膜(1000~100万分子量),它可按分子大小选择膜孔径，处理发酵液可以截留病毒、蛋白质、酶、多糖等大分子物质，对目的产物进行纯化；主要有陶瓷膜、小超滤有机膜。膜技术超滤膜过滤效果膜技术纳滤

纳滤膜平均孔径2nm左右，处理料液时截留分子可小到抗生素，合成药、染料、双糖等，允许水、无机盐、有机物等小分子物质通过，截留性能介于超滤和反渗透之间，对目的产物起浓缩作用，由于其操作压力低，对一、二价离子有不同选择透过性，对小分子有机物有较高的截留性等特点，加之膜表面具有负电性，抗水垢污染，发展速度较快；目前主要是有机膜，但国外也有陶瓷膜纳滤的报道。膜技术纳滤膜分离机理一种以压力为驱动的分离过程。纳滤膜具有建立在离子电荷密度基础上的选择性，因为膜的离子选择性，对于含有不同自由离子的溶液，透过膜的离子分布是不相同的。大多数纳滤膜含有固定在疏水性的UF支撑膜上的负电荷亲水性基团，因此纳滤膜比反渗透膜有较高的水通量，这是水偶极子定向的结果。由于存在着表面活性基团，它们也能改善以疏水性胶体、油酯、蛋白质和其他有机物为背景的抗污染能力。这一点，使纳滤膜用于高污染源。膜技术纳滤膜特点（1）可分离纳米级粒径（2）集浓缩与透析为一体（3）操作压力低（4）纳滤膜污染因素复杂纳滤膜介于有孔膜和无孔膜之间，浓差极化、膜面吸附和粒子沉积作用均是使用中被污染的主要因素，此外，纳滤膜通常是荷电膜，溶质与膜面之间的静电效应也会对纳滤过程的污染产生影响。膜技术透析当把一张半透膜置于两种溶液之间并使其与之接触时，将会出现双方溶液中的大分子溶质原地不动，小分子溶质(包括溶剂)透过膜而相互交换的现象，这种现象就是所谓的透析。这种技术作为蛋白质溶液等的处理手段已被广泛用于去除混入溶液的小分子杂质(主要是盐类)、调节离子的组成、高浓度蛋白质浓缩等方面。膜技术透析原理透析过程浓度差(化学位)是这种分离过程的唯一推动力。膜技术电渗析电渗析：在外加电场的作用下，阳离子通过阳离子交换膜，向电场阴极移动；阴离子通过阴离子交换膜，向电场阳极移动，使原液室中溶液脱盐的过程称电渗析。膜技术电渗析基本原理电渗析装置是由许多只允许阳离子通过的阳离子交换膜K和只允许阴离子通过的阴离子交换膜A组成的这两种交换膜交替地平行排列在两正负电极板之间。最初，在所有隔室内，阳离子与阴离子的浓度都均匀一致，且成电的平衡状态。

膜技术电渗析的特点优点：能量消耗少；药剂耗量少，环境污染小；设备简单操作方便；设备规模和脱盐浓度范围的适应性大。缺点：对解离度小的盐类及不解离的物质难以去除掉；对碳酸根的迁移率较小；组装技术要求比较高，往往会因为组装不好而影响配水的均匀性；易产生极化结垢和中性扰乱现象；电渗析器本身的耗水量比较大；电渗析水处理对原水净化处理要求较高，需增加精过滤设备膜技术渗透渗透压:当把溶剂和溶液(或把两种不同浓度的溶液)分别置于半透膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧流动，这种现象叫做渗透(Osmosis)。当渗透过程进行到溶液的液面便产生一压头H，以抵销溶剂向溶液方向流动的趋势，即达到平衡，此H称为该溶液的渗透压π。膜技术反渗透将水与盐溶液与半透膜隔开，若在溶液的液面上再施加一个大于π的压力P时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶液向溶剂一侧流动，这就是所谓的反渗透（或溶剂从高浓度溶液侧向低浓度溶液侧流动）膜技术膜技术反渗透

反渗透的分离基本原理是溶解扩散学说，主要应用于小分子有机物的浓缩，只允许溶剂分子通过，盐、氨基酸等小分子被截留；目前主要是有机膜，但也有陶瓷反渗透膜的报道。

反渗透的分离过程无相变化，可实现分离与浓缩。一般用于从海水、苦咸水的脱盐开始，发展到了利用反渗透的分离作用进行食品、医药的浓缩，纯水的制造，锅炉水的软化，化工废液中有用物质的回收，城市污水的处理以及对微生物、细菌和病毒进行分离控制等许多方面。膜技术反渗透膜的几个参数透水率是指每单位时间内通过单位膜面积的水体积流量，用Fw表示。透水率也叫水通量，即水透过膜的速率。

Fw=A（△P-△π）式中A——膜的水渗透系数(体积)，表示特定膜中水的渗透能力，m3／(m2·s·Pa)；△P——膜两侧的压力差，Pa；△π——膜两侧溶液的渗透压差，Pa。膜技术透盐率透盐率是指盐通过膜的速率，用Fs表示，其值是膜的透盐系数B与膜两侧溶质浓度差的函数。压密系数促使膜材质发生物理变化的主要原因是出于操作压力与温度所引起的压密(实)作用，从而造成透水率的不断下降。膜技术反渗透法的基本流程

一级流程一级多段流程二级流程多级流程膜技术集成膜分离技术预处理陶瓷膜超滤膜纳滤膜反渗透膜膜技术第五节液膜分离技术

液膜分离法(Liquidmembraneseparation)，又称液膜萃取法(Lquidmembraneextraction)，一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。它与溶剂萃取虽然机理不同，但都属于液-液系统的传质分离过程。液膜是由水溶液或有机溶剂（油）构成的液体薄膜，将与之不能互溶的液体分隔开来，使其中一侧液体中的溶质选择性透过液膜进入另一侧，实现溶质间的分离。膜技术1.乳状液膜生物分离中主要应用（W/O)/W型，其内、外相为水相，液膜主要成分为有机溶剂。结构与组成一、液膜种类膜技术制备过程：向溶有表面活性剂和添加剂的油中加入水溶液，进行高速搅拌或超声波处理，制成W/O型乳化液；将上步制得的乳化液分散到第二水相（通常为待分离的料液）进行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳状液膜，此时第二水相为连续相。膜技术2.支撑液膜制备：将多孔高分子固体膜浸在膜溶剂中，使膜溶剂充满膜的孔隙而形成。特点：结构简单，放大容易；但膜相使用中容易流失，造成分离性能下降。3.流动液膜也是一种支撑液膜，但可弥补膜相易流失的缺点；膜相强制流动或减小厚度可减小传质阻力。膜技术根据待分离溶质种类的不同，主要分为：二、萃取机理膜技术膜相组成膜溶剂表面活性剂流动载体操作条件pH值搅拌速度反萃相操作温度操作时间三、影响因素(乳状液膜萃取)膜技术1．工艺流程（a）乳状液的准备；（b）乳状液与待处理溶液的接触；（c）萃余液的分离（d）乳状液的分层F1一待处理液；F2-液膜；F3一内相溶液图6-21液膜分离流程图四、乳化液膜分离工艺流程及应用膜技术液膜分离操作全过程分四个阶段:（1）制备液膜将反萃取的水溶液(内水相)强烈地分散在含有表面活性剂、膜溶剂、载体及添加剂的有机相中制成稳定的油包水型乳液。（2）液膜萃取将上述油包水型乳液，在温和的搅拌条件下与被处理的溶液混合，乳液被分散为独立的粒子并生成大量的水／油／水型液膜体系，外水相中溶质通过液膜进入内水相被浓集。（3）澄清分离待液膜萃取完后，借助重力分层除去萃余液。（4）破乳使用过的废乳液需将其破碎，分离出膜组分(有机相)和内水相，前者返回再制乳液，后者进行回收有用组分破乳方法有化学破乳、离心、过滤、加热和静电破乳法等。目前常用静电破乳法。膜技术2.工业上应用

液膜分离制取有机酸液膜分离技术从水溶液中制取氨基酸(赖氨酸、色氨酸)的工艺过程包括如下几个阶段：①乳液准备；②液膜萃取；③萃取后乳液的破坏；⑤内水相溶液的蒸浓；⑥从浓缩液中结晶氨基酸并经洗涤、干燥制得固体产品。膜技术新型膜分离技术膜技术膜蒸馏与膜接触器MembraneDistillation&MembraneContactors膜技术1.膜蒸馏概述膜蒸馏（MembraneDistillation）是20世纪60年代中期由MEFindly提出，80年代发展起来的一种新型膜分离技术。其原理是以微孔疏水膜将两种不同温度的水溶液分开，由膜两侧温度差造成二侧蒸气压差，使易挥发组分的蒸气分子通过膜孔从高温侧向低温侧扩散，并冷凝；其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的。膜蒸馏（MD）是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程。属热驱动膜过程。实现MD需要有两个条件：①所用膜必须是疏水微孔膜（对分离水溶液而言）；②膜两侧要有一定的温度差存在，以提供传质所需的推动力。77膜技术78膜蒸馏示意图整个传递过程包括三个步骤：1）高温侧蒸发；2）蒸气分子通过疏水膜孔进行传递；3）低温低冷凝。膜技术3.膜蒸馏的特点该过程几乎是在常压下进行的，设备简单，操作容易，在技术力量比较薄弱的地区也有实现的可能性；在该过程和运行中，无需把溶液加热到沸点，只要使膜两侧维持适当的温差就可以。这就有可能利用太阳能、地热及温泉等廉价的天然能源以及工厂的余热等；在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，只有水蒸气能透过膜孔，所以膜蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段；该过程可以用来处理极高浓度的水溶液；膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收的形式，并具有以高效率的小型组件构成大规模生产体系的灵活性。79膜技术膜蒸馏的弱点：膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率，所以在组件的设计上必须考虑到潜热的回收。与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义；膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量也就成了一个重要的研究课题；膜蒸馏采用疏水性微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面都十分有限。80膜技术4.膜蒸馏用膜材料膜蒸馏所用膜材料应满足疏水性和多孔性两个要求，以保证水不会渗入到微孔内和具有较高的通量。另外，足够的机械强度、良好的热稳定性、化学稳定性以及低的热导率也是膜蒸馏用膜材料所必需的。近年来，膜蒸馏过程的膜材料的研究开发集中于三种膜材料，即：聚四氟乙烯（PTFE）聚偏氟乙烯（PVDF）聚丙烯（PP）81膜技术5.膜蒸馏的应用海水或苦咸水的淡化强酸、强碱中水的分离甘蔗榨汁液的浓缩人参露和洗参水的分离浓缩分离提纯天然盐水中的食盐和芒硝超纯水的制备废水的处理共沸混合物及有机溶液的分离化学物质的浓缩和回收82膜技术渗透蒸馏的概念及原理上世纪80年代提出了渗透蒸馏(osmoticdistillation)的过程，这是一种与膜蒸馏十分类似过的程。使用的也是疏水性微孔膜，膜两侧也是不润湿膜孔的水溶液，且也是利用膜两侧的蒸汽压差将料液侧水蒸汽传递到膜的另一侧。但不同的是，膜蒸馏两侧有压差是由膜两侧的温度差产生的，而渗透蒸馏两侧的压差是由膜两侧溶液的渗透压产生的（也称为等温膜蒸馏）。应用：膜的一侧是含盐量很低的稀溶液，另一侧为电解质浓溶液，这样即可对低盐溶液进行脱水浓缩。该方法特别适用于新鲜牛奶、水果汁等热敏物质的脱水浓缩。83膜技术膜接触器（MembraneContactors）除蒸馏过程可以用膜外，传统的吸收（及解吸）过程、萃取过程也可以通过膜来实现。在这里膜仅提供传质的相界面，以实现气-液或液-液之间的传质，因此统称为膜接触器。根据相间传质体系的不同，膜接触器可分为：气~液（G-L）膜接触器。类似于吸收；液~气（L-G）膜接触器。类似于解吸；液~液（L-L）膜接触器。类似于萃取与反萃取。84膜技术85膜技术86Liquid-gascontactor:toremovedissolvedgasesfromliquidsGas-liquidcontactor:toseparateolefin/paraffinmixtures膜技术87Liquid-liquidcontactorwithtwoimmiscibleliquids:toremovedissolvedVOCsfromwaterLiquid-liquidcontactorwithtwomiscibleliquids(membranedistillation):toremovepurewaterfromasaltsolution膜技术88FlowschematicofthemembranecontactorprocessdevelopedbyBritishPetroleumtoseparateethylene/ethanemixturesbyabsorptionintosilvernitratesolution膜技术膜反应器MembraneReactors膜技术1.膜反应器（MR）概述膜反应器（MembraneReactors）是膜和化学反应或生化反应相结合的系统或设备。也可这样定义：依靠膜的功能、特点改变反应进程，提高反应效率的设备或系统。膜反应器中膜的功能：分离功能即膜有选择性透过不同物质的能力；载体功能指膜可以作为催化剂或生物催化剂的载体，用于制备具有催化活性的功能膜；分隔功能和复合功能分隔功能是指膜具有两个表面，并可将系统分隔为独立的依靠膜相关联的两部分；复合功能是指利用复合技术制备出具有不同功能的功能型复合层膜系统。90膜技术3.膜反应器的类型膜催化反应器(membranecatalyticreactor)——将膜分离与催化反应结合，可突破化学平衡的限制，提高反应转化率。膜生物反应器(membranebioreactorMBR)——将膜分离与生物反应结合，可控制产物抑制作用，回收生物催化剂，提高生化反应转化率。它按生物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、膜发酵器和膜组织培养。91膜技术92半乳糖醛酸胶质Examplesofthethreetypesofmembranereactor（1）果胶酶膜技术93膜技术4.膜反应器所用膜材料无机催化膜反应器中的钯膜反应器，用真空蒸镀法或飞溅涂膜法使钯超薄覆盖于无机陶瓷多孔膜的表面上，形成Pd-多孔陶瓷复合膜。有机催化膜反应器中酶膜反应器的膜材料常用聚砜、芳香聚酰胺；膜生物反应器常用聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯等。94膜技术5.膜反应器的应用钯膜反应器的应用：由天然气或CO制造氢；环已烷的脱氢；低级石蜡族烷烃的芳构化。酶膜反应器的应用：蔗糖的水解；生物大分子水解；低聚肽合成；手性化合物的生产研究；辅酶的再生；酶法生产L-氨基酸。膜生物反应器的应用：细胞循环发酵；动/植物细胞培养；城市污水和工业废水的处理。95膜技术96浙江大学凯华公司MBR工程1膜技术97浙江大学凯华公司MBR工程2浙江大学凯华公司MBR工程3MBR实际上是一种膜