-膜分离技术读书报告

膜分离技术目录1、膜分离技术的概念 12、膜分离优点 13、膜结构 24、膜的分类 25、膜技术的基本原理 26、膜组件的基本类型 37、膜分离技术的应用 47．1、澄清纯化技术——超/微滤膜系统 4、浓缩提纯技术——纳滤膜系统 47.3、部分行业应用 4、制药行业 4、食品行业 4、染料化工和助剂 5、淀粉糖品 5、环保及水处理领域 5、生物技术 58、新型膜分离技术 58．1、膜蒸馏技术 58.2渗透蒸馏 6膜接触器（MembraneContactors） 6参考文献 61、膜分离技术的概念膜分离技术(membraneseparationtechnique)是指利用具有选择透过性的天然或合成的薄膜作为分离介质，在膜两侧的推动力（如压力差，浓度差。电位差，温度差等）作用下，原料液体混合物或气体混合物中的某个或某些组分选择性的透过膜，使混合物达到分离、分级、提纯、富集、和浓缩的技术。2、膜分离优点膜分离技术的优点可以概括为;=1\*GB3①.通常无相变，能耗低;=2\*GB3②.可在室温或低温条件下操作，适于热敏性的物质分离浓缩；=3\*GB3③.分离过过程一般不需要添加任何其他化学物质，化学强度与机械的损害小，避免过多的失活，同时有利于节约资源和环境保护；=4\*GB3④.膜性能可控，通过选择合适的膜性能和操作参数就可得到较高的回收率；=5\*GB3⑤.设备易于放大，处理规模和能力可在很大范围内变化；=6\*GB3⑥.膜组件结构紧凑，操作方便，可频繁启停，易自控和维修；=7\*GB3⑦.系统可密闭循环，实现连续分离，防止外来污染；=8\*GB3⑧.易于和其他分离过程相结合，实现构成耦合和集成，大大提高效率。3、膜结构膜从形态上看分为均质膜（也称对称膜）和不对称膜两大类。均质膜的膜孔及其传递特性是均匀一致的，其可分为致密均质膜和多孔均质膜。均质膜厚度和膜孔大小是影响膜通透量的主要因素，一般都制备成较大的孔的膜以减少阻力。均质膜主要用于微滤、透析、和电渗析。不对称的膜是由薄的皮层（厚度一般）和一定厚度的大孔支撑层（厚度约100-200μm）构成，不对称膜的传质阻力主要在于皮层，较薄的皮层可以减少膜的阻力，同时较为致密的皮层，使膜具有较高的截留性，因此这种膜有利于同时满足高选择性和高渗透通量的要求。4、膜的分类根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜。无机膜的材料有致密无机材料和多孔无机材料，致密无机材料有金属（如Pd、Ag膜）、金属合金和固体氧化物电解质等；多孔材料包括多孔金属、多孔陶瓷、多空玻璃、分子筛膜等。有机膜是由高分子材料做成的包括各种纤维素酯类、脂肪族和芳香族聚酰胺、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚酯类、聚丙烯氰，聚四氟乙烯、聚氯乙烯硅橡胶等。依据其孔径的不同（或称为截留分子量）可将膜分为微滤膜（MF）、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)，不同的膜对应不同的分离机理，应用不同的设备，作用于不同对象。5、膜技术的基本原理一是根据混合物务实的大小、体积、质量和几何形状的不同，用过筛的方法将其分离；二是根据混合物的不同的化学性质分离物质。具体的见下表；膜过程膜结构膜孔径\μm传质动力传质机理应用微滤对称微孔膜压力差筛分效应悬浮物的分离超滤非对称膜压力差筛分效应浓缩、分级、大分子溶液的净化纳滤非对称膜或复合膜压力差溶解扩散、Donna效应低聚糖、核苷酸和多肽的分离反渗透非对称膜或复合膜压力差优先吸附、毛细管流动低分子量的浓缩电渗析离子交换膜电位差反粒子经离子交换膜的迁移含中性组分的溶液的脱盐及脱酸透析非对称膜或离子交换膜浓度差帅粉末内的阻力扩散从大分子溶液中分离低分子组分6、膜组件的基本类型工业上常用的膜组件类型主要有滤筒式、板框式、圆管式、螺旋式、中空纤维式和毛细管式。板框式圆管式螺旋式

7、膜分离技术的应用7．1、澄清纯化技术——超/微滤膜系统澄清纯化分离所采用的膜主要是超/微滤膜，由于其所能截留的物质直径大小分布范围广，被广泛应用于固液分离、大小分子物质的分离、脱除色素、产品提纯、油水分离等工艺过程中。超/微滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降、板框过滤、真空转鼓、离心机分离、溶媒萃取、树脂提纯、活性炭脱色等工艺过程。澄清纯化技术可采用的膜分离组件主要有：陶瓷膜、平板膜、不锈钢膜、中空纤维膜、卷式膜、管式膜。采用膜分离澄清纯化的优点：1)、可得到绝对的真溶液，产品稳定性好；2)、过滤分离收率高；3)、分离效果好，产品质量高，运行成本低；4)、缩短生产周期，降低生产成本；5)、过程无需添加化学药品、溶媒溶剂，不带入二次污染物质；6)、操作简便，占地面积小，劳动力成本低；7)、可拓展性好，容易实现工业化扩产需求；8)、设备可自动运行，稳定性好，维护方便。、浓缩提纯技术——纳滤膜系统膜分离技术在浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在100～1000Da的纳滤膜。纳滤膜的主要特点是对二价离子、功能性糖类、小分子色素、多肽等物质的截留性能高于98%，而对一些单价离子、小分子酸碱、醇等有30～50%的透过性能，常被应用于溶质的分级、溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整、溶液体系的浓缩等物质的分离、精制、浓缩工艺过程中。纳滤膜分离技术常被用于取代传统工艺中的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩、中和等工艺过程。浓缩提纯技术可采用的膜组件主要有：卷式膜、管式膜。采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点：1)、能耗极低，节省浓缩过程成本；2)、过程无化学反应、无相变化，不带入其他杂质及造成产品的分解变性；3)、在常温下达到浓缩提纯目的，不造成有效成分的破坏，工艺过程收率高；4)、可完全脱除产品的盐分，减少产品灰分，提高产品纯度；、部分行业应用、制药行业生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制，树脂解析液的浓缩及解析剂回收，农药水剂、粉剂的生产应用，中药浸提液过滤除杂及浓缩，中药浸膏生产应用，合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩，结晶母液回收等。、食品行业乳清废水处理，乳制品生产加工应用，果汁澄清脱色，食品添加剂纯化浓缩，茶饮料澄清浓缩，啤酒、葡萄酒、黄酒的精制加工，天然色素提取液的除杂及浓缩，氨基酸发酵液过滤澄清及精制。、染料化工和助剂水溶性染料反应液的脱盐浓缩，染料盐析母液废水回收。、淀粉糖品糖液分离纯化及浓缩，果葡糖浆色普分离纯化，糖醇色普分离纯化，单糖、低聚糖及多糖的分离纯化及浓缩。、环保及水处理领域纺织、染整、印染废水处理及回用，电镀工业废水零排放及资源回收，矿山及冶金废水处理回收，淀粉废水处理，造纸废水木质素回收及废水处理，电泳漆废水涂料回收，酸、碱废水处理回收，市政污水的处理及回用，洗车水、桑拿水、游泳池水、洗浴废水等循环处理，工业生产所用的各类软化水、纯水、超纯水制备、生物技术生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制。8、新型膜分离技术8．1、膜蒸馏技术膜蒸馏（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。膜蒸馏的特点：=1\*GB3①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；=2\*GB3②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；=3\*GB3③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；=4\*GB3④该过程可以用来处理极高浓度的水溶液；=5\*GB3⑤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。膜蒸馏的弱点：=1\*GB3①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；=2\*GB3②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；=3\*GB3③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。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）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8.2渗透蒸馏上世纪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腊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。8.3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。参考文献[1]田瑞华.生物分离工程[M].北京:科学出版社,2008;231-262[2]谭天伟.生物分离