第章 膜分离技术

第四章膜分离技术1第一节概述第二节膜分类和定义第三节膜与膜组件的技术原理第四节膜分离技术特点及应用第四章膜分离技术2第一节概述3铝膜纳米管膜聚酰胺转相膜4膜分离技术发展简史高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特（A.Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。1861年，施密特（A.Schmidt）首先提出了超过滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。5真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年，米切利斯（A.S.Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水—丙酮—溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙—66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。6自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜、微孔过滤膜和反渗透膜。以后又开发了许多其它类型的分离膜。在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了进—步提高。7具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。84.1.2膜分离技术的地位和影响美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪膜技术将改变整个面貌”，“目前没有一种技术，能像膜技术这么广泛地被应用”日本和欧洲则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来”-NormanN.Li，美国科学院院士，著名华裔科学家膜分离已得到广泛应用。21世纪是工业生物技术的世纪，膜技术将扮演重要角色94.汗1.加3膜分誉离技牲术的聪优点适用范围金广；膜分正离过遣程为副物理声过程惧，不欢需加韵入化戚学药产剂；膜分摆离技取术分咬离装广置简贱单，乌占地烤面积山小，元系统幼集成欲容易；膜分息离过绳程系间统简它单、子操作惠容易摔，且全易控魄制，航便于梅维修窄，有咏利于恰生产释自动送化的丸推广疼与普穴及。104.惕1.淘4林膜与乏膜分声离技镰术的念概念杯？膜分悔离法旁实际醒上是昨一般业过滤扫法的锤发展档和延驳续。跃一般烧过滤阔法不事是分占子级搏水平忽的，曾它是谎利用萄相的劳不同航将固嘉体从境液体球或气角体中绢分离形出来吓；膜尝分离卫的对圣象往砍往是衣分子庙水平艳的物叔质，沸如原墓子，客分子持，离逃子等尼，属堆于小浪尺度哗精细叉分离截，该猪法关饲键在报于过服程中错使用唇的过锻滤介厅质：淡膜。膜，盲是指逝在一械种流辞体相槐内或拢是在甘两种麻流体暴相之疯间有愤一层阵薄的粱凝聚筹相，晶它把但流体楚相分寸隔为抄互不艳相通津的两丹部分蓬，并层能使屿这两开部分啄之间狠产生号传质董作用在（传质裳是体暮系中炎由于廊物质墓浓度射不均台匀而箱发生瘦的质喝量转雹移过倒程.）。膜分诱离技裕术：惹生产楼中对弓膜的艘应用锡。11第二厉节贩膜分东类和湾定义124.搂2.柄1览膜的唐特性改？必须棍有两押个界塑面：小膜通旁过这浇两个秤界面第与被睛分割材的两迁侧流胞体接但触并佣进行躬传递翁；膜传房诚质有坑选择读性：贩它可谣以使箭流体颂相中饿的一统种或顺几种分物质杠透过腹，而搭不允庙许其咬它物声质透铸过。分离遮膜对冰流体碰可以府是完稳全透浩过性阅的，策也可闸以是家半透充过性漂的，仅但不凭能是法完全或不透优过性建的。134.淘2.刑2适膜分市离过杂程原透理？以选卷择性喝透膜夹为分撤离介镰质，米通过器在膜俘两边及施加品一个诵推动技力（薄如浓现度差熔、压裁力差流或电粱位差屑等）典时，惹使原察料侧厌组分德选择瞎性地品透过因膜，倡以达智到分婆离提醋纯的废目的府。通常律膜原悉料侧时称为础膜上央游，咽透过彩侧称膜为膜阻下游聋。144.仓2.磨3凳膜的助分类类别膜材料举例纤维素酯类纤维素衍生物类醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等非纤维素酯类聚砜类聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亚)胺类聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等聚酯、烯烃类涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)类聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他壳聚糖，聚电解质等1.欧按劝膜的屡材料产分类152.屠按共膜的谈孔径打、传航质动透力和葱传递铜机理微孔膜渗透蒸发膜电渗析膜渗析膜反渗透膜纳滤膜超滤膜膜163.差按动衔力本的质以静淹压力困差为息推动末力的朗过程微滤冲（mi颠cr猜of胞il竹tr赌at奸io摩n,屑M除F)超滤日（ul止tr糕af州il马tr维at古io哄n,嗓UF）反渗尊透（re信ve济rs光e骄os勉mo庆si谊s,像R鸡O)纳滤浇（na讯no史fi徐lt秘ra附ti狡on,执NF园)17膜蒸输馏（me姿mb迅ra未ne扑d用is晴ti啦ll障at贪io谢n,愿M登D)渗透倚蒸发燥（pe佣rv哄ap咏or翠at吵io摄n,擦PV）以蒸酸汽分哲压为本推动馋力的萄过程18以浓屯度差半为推登动力蛛的过裤程渗析景（di唱al奔ys盈is令,温D)以电弱位差累为推奇动力郑的过否程电渗攻析（el恢ec粪tr涌od岸ia陈ly虽si虚s,精ED萍)19平板肉膜管式核膜和中谁空纤牌维膜4.详按沃膜的躺形态销分类205.寒按膜延的结挠构分对称扭膜(S肚ym草me血tr灯ic闻M钱em颤br固an握e)非对幸称膜(A躲sy糠mm福et肉ri持c孔Me漆mb乘ra乒ne乒)复合蚊膜(C纹om攀po援si准te您M摄em域br脖an爽e)21第三柏节窜膜与冷膜组行件的惊技术愧原理224.客3.崇1害膜的棒结构燃特征孔道薄结构具有号多样患性不同的膜锐具有年不同尽的孔津结构同一椒张膜抹也会臂具有凉不同脸的孔佛结构对称降膜不对按称膜23又称愤为均浙质膜墨，是咐一种思均匀已的薄烛膜，售膜两五侧截恰面的棉结构无及形深态完狠全相孩同。一般洁对称选膜的岸厚度想在10趟~2词00μm之间枣，传按质阻诱力由逮膜的熔总厚刷度决驱定，删降低瓣膜的热厚度矿可以堤提高血透过隙速率洁。缺点朵：传箭质阻娱力大张，通职透性宏低，眉且容柜易污辞染阻疾塞，舒清洗名困难练。对称援膜24非对愤称膜威的横死断面扣具有崭不对兴称结毯构。一体爱化非室对称锁膜是域用同勉种材导料制鲜备、岛由厚悲度为0.采1~县0.远5μm的致沿密皮突层和50静~1姐50μm的多怕孔支炭撑层快（惰蚂性层付）构兴成，消其支贫撑层馅结构轮具有稍一定病的强军度，勇在较氧高的盯压力泉下也蒙不会俩引起脉很大梯的形经变。不对添称膜25非对薪称膜脖的多杂孔支族撑层子上覆享盖一神层不奶同材歪料的破致密体皮层怒构成复合财膜。优选梯不同殖的膜笋材料术制备爸致密不皮层统与多助孔支千撑层月，使考每一味层独猎立的初发挥抱最大插作用河。26表皮大层过渡堵层多孔美层支垮撑层27用于邮表征划孔道搂特征杏的参概数？超滤慎膜和芒微滤至膜的铲孔径记、孔谦径分董布和钱孔隙趁率可猴通过门电子歉显微陕镜直听接观毛测到访。膜的工孔径:膜内扔孔的化直径,有最宾大孔询径和难平均叹孔径软之分孔径影分布:某一躲孔径消的孔造体积课占整味个孔际体积贫的百腐分数孔密妙度:单位抬膜面钩积上偏孔的爆数目孔隙霞率:所有职孔体兴积占倾整个偿膜体冤积的歪百分滔数284.怨3.妙2膜过差滤的罚基础腿理论忙-表脆征膜贺性能肝的参虚数4.晕3.祥2.谁1耽表征艇膜的航性能透过枪性能→透过椒速率对于遇水溶奶液体献系，帮又称雁透水洪率或脖水通堪量，醒以Jw表示膜。在一娱定条闭件下(一般升为0.台1MP愁a，温肚度20C)，单溉位时怒间单插位膜驴面积找的水井的通蝇过量(m3/m-2.h-1)。29水通脂量(岭Jw价)W—森透水录量，冶A—挨膜的足有效双面积扬，t蛇—时左间透过殿速率爱(浴J)J——馅透过抱速率叔，m3/(衬m2·h键)或汉kg叙/(僵m2·h勿)V——瘦透过钟组分其的体旷积或柄质量掠，m简3或恋kgA——允膜有停效面很积，口m2t——朵操作辞时间香，h夹。30分离角膜必缸须对吼被分掉离混沸合物卖中各粉组分扁具有筋选择巾透过滋的能花力，岭即具贷有分逝离能细力，跨这是瞒膜分亲离过秃程得党以实快现的轻前提剪。(2脉)分仰离性木能→截牺留率零、截唇留分州子量31浓度师极化在膜属分离叫过程予中，邪一部沙分溶紫质被驰截留耀，在裹膜表缴面及申靠近枯膜表凑面区押域的疗浓度倘越来就越高趴，造晚成从汤膜表伸面到涂本体浮溶液化之间弃产生宅浓度站梯度臭，这兔一现炎象称暖为“晨浓差么极化惹”。超滤亏液边界吸层截留掏液进样死液32截留异率截留签率反痰映膜政对溶允质的杏截留秆程度牌。Cb贸——岁主体餐溶质混浓度Cf碎——轿透过衬液溶最质浓宇度Cm何——躬膜表坟面溶勇质浓顿度Cf拦——让透过邪液溶蛋质浓渣度如R=旨1，则cf=蹈0，即朽溶质督完全拨被截战留；如R=模0，则cf=cb，匪即溶摔质可岁自由己透过区膜。10简0%截留劫率表煮示溶态质全烤部被稻膜截界留，级此为懂理想夕的半流渗透遭膜；0%截留定率则糕表示益全部底溶质牺透过寇膜，园无分毯离作脸用。我通常沾截留京率在0%～10指0%之间洗。33在超筋滤和侮纳滤斜中，计通常步用截怒留分帽子量缩慧表示迁其分急离性缩慧能。截留悉分子董量是泳指截管留率贝为90牧%或95甲%时所坊对应戴的溶溉质的箭分子堆量截留抚分子夫量的沉高低厕，在盼一定罚程度来上反撑映了仍膜孔骗径的棕大小捧，通嘉常可弦用一幅系列富不同瞎分子烂量的嫁标准蝴物质宴进行耗测定牧。用已瓶知相涂对分女子质雅量的坡各种败物质译试验伐，测嚷其截荒留率搂，得侦到截这留率上与相落对分缝子质表量之自间的组关系——截断狂曲线。截分子抹量34孔径膨分布:诉某一饼孔径宴的孔蓝体积访占整层个孔酸体积掩的百辱分数B、团曲线厕陡直航，孔漆径分柄布小愤，膜雹有较抗好的岁分子袍量切隐割作规用；溪(好杠的膜福）A、拍相反颜，孔唱径分吧布较吸宽，牙膜的凉分子膀量切路割作梅用较帖差。35膜的冶评价称：MW胖CO顾只表廉征膜嘉特征而的一政个参催数，盐不能规作为含唯一刷指标。膜棒的优木劣应索从孔凡径分男布、治透过升通量衫、耐总污染品能力灭、稳皱定性傻、温扫度、些pH膝、机递械强皮度等翼多方串面考筑察。364.参3.侵3羞膜污射染（1馒）定义：膜鞭在使残用中笋，虽史然操滥作条沉件保科持不商变，悦但通浓量仍丛逐渐狐降低睁的现瓦象称党为膜活污染粉。37（2帜）原因附着幅层：滤饼争：料洋液中蒜悬浮常物在之膜面碰的堆维积。凝胶格：溶球解性瞎有机润物浓伯缩后耕粘附网于膜汽面。水垢决：溶烘解性哑无机夜物生望成的检水垢贺软附倾于膜涛面。吸附什层胶体惹物质逃或微竟生物陈素的敏吸附任。堵塞遗、料介液中亭溶质劣等浓妻缩结睁晶或温沉淀逃，致赤使膜承孔产语生不下同程莫度的种堵塞贴。微细标粒子牵或小链分子翁溶质拔吸附求、积府累在洁膜表我面或义在膜砖孔中钱结晶蹈沉积砖所致丛。38（3橡）减轻埋膜污顶染的厦方法料液纷的有连效预浑处理花：5—党10毛μm的过也滤器——除去喷胶体离、固误悬物盾、铁驼锈等絮凝贱、PH值——除去忽一些闲污染率物操作碑条件套改变故：适当周升温维，降中低膜授两侧傻压差郑，降蠢低料往液浓补度。（压侄差大友，使扮一些鞠结晶岗、沉芬淀易臭进入控膜，繁）39（4归）膜搅污染捉处理坊(代渡表性夹方法幻玉)经清依洗后厌，如阁纯水究的水亮通量窄达到降或接丢近原碎来水喜平，怠则认太为污相染已咱消除闹。物理内方法照清洗欲：泡健沫球显擦洗索、电蒸子振罢动、取超声化学霜清洗充：溶弟解、纹切断北离子勇结合财作用宪、氧寸化等错。酸斑碱。OV申ER404.梦3.荷4位膜组祖件的穴选择膜组赢件(屡Me狡mb舌ra馒ne落M悉od货ul戴e)将膜很、固蒙定膜恰的支析撑材相料、刮间隔蔑物或床管式稼外壳灯等组姑装成茂的一斑个单径元称录为膜瓜组件辱。板式管式螺旋伙卷式中空械纤维尸式41板框汤式是双最早腐使用用的一船种膜钢组件多。其信设计两类似迟于常克规的堪板框磨过滤猜装置炮,枣膜被槐放置俩在可助垫有染滤纸括的多绸孔的透支撑司板上辈,两悼块多怎孔的深支撑旺板叠苹压在团一起姻形成维的料废液流装道空周间,贡组成毒一个浊膜单舰元,笔单元登与单供元之吵间可榜并联僚或串单联连垂接。援不同考的板躺框式希设计缓的主第要差鼓别在刷于料挖液流腔道的忌结构醒上。平板猎式膜微组件42管式厦膜组箩件管式版膜组汇件有幅外压授式和信内压匆式两走种。永对内通压式跃膜组票件,俗膜被累直接隐浇铸巩在多枝孔的糕不锈致钢管眨内或更用玻蹦璃纤半维增霸强的柱塑料能管内劈燕。加梁压的菜料液嫌流从澡管内根流过描,透严过膜闭的渗嫌透溶卵液在劝管外厉侧被收收集溉。对突外压胸式膜皮组件坟,膜扛则被搁浇铸但在多天孔支谦撑管立外侧冻面。烤加压孤的料凡液流卡从管龟外侧头流过妻,渗个透溶炮液则轮由管施外侧戏渗透菠通过巩膜进飞入多角孔支炼撑管骗内。嫂无论岛是内静压式育还是恋外压菜式,岭都可赢以根落据需画要设溜计成圈串联领或并屡联装锁置。43螺卷邪式膜博组件44中空录纤维公膜组评件将大宿量的价中空耐纤维启安装堂在一猴个管拖状容映器内滥,中波空纤扯维的徐一端缠以环站氧树榆脂与省管外锄壳壁库固封具制成非膜组缓件。悔料液京从中鬼空纤仓维组究件的尽一端恒流人荐,遮沿纤旋维外左侧平丧行于节纤维俩束流搬动,雨透过芹液则榨渗透踪蝶通过闪中空捆纤维变壁进雹入内签腔,蓄然后狮从纤鞠维在揪环氧溪树脂贸的固晃封头抖的开亲端引夫出,乐原液塔则从篇膜组邮件的治另一狼端流棒出。45第四祖节附膜分埋离技谣术特牙点及酸应用464.睁4.六1脊透析含(D颗S)分离饮原理：浓差昂扩散优点阿：方法董和设搏备简霉单，催价格过低廉实验拍室最嫂常用肾的样昏品脱挪盐方亮法缺点面：透析爱的速痛度缓徐慢溶质掉稀释474.容4.滨2资微滤阅(m劈燕ic滩ro赶f碌il鹊tr芳at锹io启n,邪MF柏)分离监原理魄：压力胳筛分，同一否般过岛滤有唱很大库重叠吃。技术划操作毛：均质旅多孔手膜孔径些为0.沈05嚼~1普0μm,能截枝留胶哨体颗寒粒、摊微生厌物及蜡悬浮笋粒子操作厕压力肢为0.世05黑~0醉.5Mp厌a/（0.傅1~柴0.蚀3Mp讯a）用于杯悬浮鸽粒的姿过滤惧，菌选体的芽分离钩和浓狸缩。48优点锤：孔径滚均匀挥，过注滤精递度高。能愤将液缘瑞体中桑所有诉大于天制定及孔径争的微阳粒全裹部截丢留；孔隙捞大，打流速孩快。一直般微置孔膜慰的孔评密度机为107孔/c罗m2，微援孔体雁积占蚂膜总桨体积期的70％～80％。价由于增膜很龙薄，闯阻力本小，纱其过筹滤速南度较醉常规侍过滤泊介质摇快几尿十倍秧；无吸终附或肃少吸星附。微月孔膜寇厚度貌一般年在90～15州0μ很m之间福，因胖而吸胜附量议很少张，可腐忽略达不计蚀。无介渐质脱兼落。微醒孔膜踩为均释一的钟高分届子材齿料，弦过滤疤时没营有纤迟维或疼碎屑碧脱落净，因篇此能蕉得到陵高纯茎度的存滤液被。缺点授：颗粒恳容量酬较小未，易仅被堵乱塞；贝使用桃时必来须有距前道摇过滤府的配漠合，议否则宾无法湖正常着工作炕。4950514.暗4.区3爬超滤柜(u替lt秒ra婚f第il青tr屑at把io扩n，敞UF咱)分离朽原理：压力漠筛分舰，一显般采幼用切造向流仁体，付以减类少固动相沉种积。技术价操作妙：均为呼不对挪称膜孔径笔为2～20杆n然m，能政截留酿小胶蒙体粒页子、碎大分贼子物荒质操作店压力院为0.际1～1MP进a（0.梅3~缝1MP订a）主要也用于处理宵不含饭固形策成分问的料疾液,达到闻溶液敌的净敏化、量分离蛋及浓群缩目绘的。拐是目值前应炭用最瓜广的晚膜分症离过直程之床一52实验境室用亩超滤伙装置5354超滤晃水处全理装涉置554.氏4.滑4某纳滤顽（n踏an坚of坛il户tr光at亩io代n,规N族F)分离孙原理筛：压力震筛分技术穴操作柜：非对菊称膜孔径歪为2~祸5顿nm，截灵留粒诞径在0.荣1~徐1掉nm，能截制留部业分离臭子及象有机纸物，汽主要烟用于栗截留清分子耀量为30辆0~毅10睡00左右才的物霉质，骆可以已使一谈价盐晃和小虹分子核物质叔透过56巴黎拥瓦兹应河梅乱里市宾14血万立铃方米第/天霸的纳裹滤厂惨，每虹天为锤巴黎烫附近想50黄万居妖民提忙供1念4万竿吨饮挥用水574.羡4.着5迟反渗抹透(消re闯ve突rs鼓e饺os拐mo取si云s，倒RO雷)当把挣溶剂侄和溶帅液（叹或两两种不精同浓箭度的蛛溶液巴）分饶别置昆于半用透膜荒的两趋侧时筹，纯溶捉剂将蔬透过短膜而嫌自发搏地向瞎溶液棕（或沃从低痒浓度偷溶液石向高桨浓度怠溶液晕）一出侧流捕动，肯这种勺现象杏称为术渗透。当阿溶液盗的液朝位升躲高到验所产盗生的友压差退恰好午抵消攻溶剂鸦向溶刑液方毁向流牺动的坏趋势依，渗鞠透过畏程达驱到平炕衡，隐此压忧力差歉称为沉该溶叔液的融渗透叨压。若在眼溶液涝侧施区加一徒个大达于渗盆透压酱的压锐差时认，则笑溶剂陈将从挽溶液平侧向