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文档简介

§5.1膜分离第五章分离方法的选择和发展1§5.1膜分离膜分离技术由于具有常温下操作、无相态变化、高效节能、在生产过程中不产生污染等特点,因此在饮用水净化、工业用水处理,食品、饮料用水净化、除菌,生物活性物质回收、精制等方面得到广泛应用,并迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。分离膜因其独特的结构和性能,在环境保护和水资源再生方面异军突起,在环境工程,特别是废水处理方面有着广泛的应用前景。

膜分离技术是近30年发展很快的一门新型的分离、浓缩、提纯及净化技术。2§5.1膜分离膜分离技术是指在分子水平上,不同粒径的混合物在通过半渗透膜时,实现选择性分离的技术。半透膜又称分离膜,分离膜的特点是膜壁遍布微小孔洞,根据孔径的大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。膜:两相之间的一个不连续区间,简单地说,膜是分隔开两种流体的一个薄的阻挡层。3反渗透纳滤超滤微滤普通过滤含水盐溶液

炭黑颜料

人发合成色素白蛋白海沙

烟草灰酵母菌金属离子病毒细菌活性灰内毒素/热精

靛蓝红血球花粉粒糖明胶胶乳/乳浊液原子半径石棉谷物-面粉离子分子大分子小微粒大颗粒4§5.1

膜分离膜分离技术适用场合:

(1)

化学性质及物理性质相似的化合物的混合物。(2)结构的或取代基位置相似的异构物混合物。(3)含有热敏性组分的混合物。5膜分离的原理大多为对不同的微粒的选择透过,故分离效率通常都很高。相对于蒸馏等分离过程,膜分离的分离系数要大得多。膜分离过程的特点分离效率高膜分离过程中,被分离的物质大都不发生相变,与蒸发,蒸馏相比,操作所需能耗很小。能耗低膜分离设备本身没有运动部件,且操作温度和压力不高。操作的可靠性主要取决于膜的性能。膜分离过程的操作十分简便,从启动到得到产品所需时间较短,故可以频繁地启停。可靠性膜分离设备的性能不受处理量大小的影响,即单位生产能力与分离效率,设备单价及操作费用关系不大。规模可任意变化

6微孔膜过滤(MF)是世界上开发应用最早的膜过滤技术。一、微滤MF膜品种扩大到聚酰胺聚偏二氟乙烯(PVDF)聚丙烯腈(PAN)聚碳酸酯或磷脂酰胆碱(PC)聚醚砜(PES)聚苯乙烯(PS)聚丙烯(PP)聚乙烯(PE)聚四氟乙烯(PTFE)……7应用实验室的微生物检测制药医疗饮料生物工程超纯水饮用水石化环保废水处理分析检测一、微滤MF

应用:主要从气相和液相物质中截留微米及亚米级的细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红血球、污染物等以达到净化,分离和浓缩的目的。8二、超滤UF

超滤(UF)是一种应用最广泛的膜分离技术,属分子级、几乎能截留溶液中细菌、热源、病毒以及胶体蛋白质、大分子有机物。对深度降浊、澄清、除菌和有机大分子物质的分离

浓缩、分级、提纯等具有非常卓越的效果。在水处理领域,可用来去除水中的胶体、微粒、细菌

、病毒

、热源及大分子有机物,使水得到净化

。9纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种。三、纳滤NF纳滤过程的应用:主要用于饮用水和工业用水的纯化,废水净化处理,工艺流体中有价值成分的浓缩等方面。其操作压力差为0.5~2.0MPa(或0.345~1.035MPa),截留分子量界限为200~1000(或200~500),分子大小约为1nm的溶解组分的分离。10

反渗透是60年代发展起来的一项高新膜分离技术,它的孔径很小,大都≤10×10–10(10A),它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物,如细菌、病毒、热源等。它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩,其中最普通的应用实例是在水处理工艺中,用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物质及胶体等杂质去除,以获得高质量的纯净水。四、反渗透RO目前,用于反渗透过程的半透膜主要的二种形式:一种是醋酸纤维,一种是复合膜。11反渗透膜元件:四、反渗透RO12常见的膜分离过程过程膜主要功能推动力微滤(MF)Microfiltration

对称细孔高分子膜孔径0.03~10nm滤除

50nm的颗粒压差~0.1MPa

超滤(UF)Ultrafiltration

非对称多孔膜孔径1~20nm滤除5~100nm的颗粒压差~0.1MPa

反渗透(RO)ReverseOsmosis非对称性或复合膜孔径0.1~1nm水溶液中溶解盐类的脱除压差1~10MPa

渗析(透析)(D)Dialysis非对称离子交换膜孔径1~10nm水溶液中无机酸、盐的脱除浓度差电渗析(ED)Electrodialysis阴、阳离子交换膜孔径1~10nm水溶液中酸、碱、盐的脱除电位差气体分离(GP)GasPermeation均质膜和非对称膜滤除

50nm的颗粒压差1~10Mpa浓度差渗透汽化(PV)Pervaporation复合膜水、有机物的分离渗透边的分压下降液膜(L)LiquidMembrane液体保存在多孔膜中盐、生理活性物质的分离浓度差13膜的分类(Classificationofmembrane)膜生物膜合成膜无机膜固体膜液膜有机膜不对称膜多孔膜无孔膜不对称膜对称膜转相膜复合膜按来源分类按制造方法分类按形态/结构分类按材料分类14膜的结构(断面电镜照片)纳米管膜15限制膜分离过程广泛使用的一个重要因素。膜污染使膜的透过速率不断降低,且使低分子量溶质(盐)的截留率增加,而最终使流动通道堵塞。所以制造不易发生膜污染的分离膜是非常重要的。膜污染(Membranefouling)

膜被压实,从而使膜的通道减少。反渗透过程中,由于操作压差较大,故这一因素的影响较为明显。膜被压实本不是真正意义上的膜污染,但因其与膜污染有同样的效果,故也归于此;膜孔的有效直径因被某些溶质阻塞而减小,或部分孔道被完全堵塞;膜表面附着一层凝胶层。形成原因16膜污染(Membranefouling)

解决方法选好膜的种类,考虑包括亲水性、荷电性、膜孔结构;必要时可对膜表面进行改性;选择适宜的膜组件,以保持较好的流动状态(流速适当大);对料液进行必要的预处理,例如预过滤,预灭菌及调节适当的pH值等;适时清洗,可以进行反冲(backflush)和化学清洗(无机酸、有机酸,螯合剂)。但应注意频繁的清洗会影响膜的寿命;外加场控制,如电场、离心力场和超声场。1718192021氯碱离子膜氯碱离子膜,既全氟离子膜,是交换膜燃料电池和氯碱工业中最核心的技术材料。在2010年6月30日前,全世界只有美国杜邦和日本旭化成等极少数公司拥有此项技术,并对其他国家进行技术封锁,在世界形成垄断,价格昂贵。在历经8年科研攻关,于2010年6月30日,山东东岳集团100%国产化的全氟离子膜,在万吨级氯碱装置上一次通电成功,打破了美国、日本长期对该项技术的垄断。标志着我国成为全球第三个拥有氯碱离子膜核心技术和生产能力的国家;而同时,我国自主研发的交换膜燃料电池用氯碱离子膜也在东岳集团问世,是我国成为第二个可以自主研发生产交换膜燃料电池用氯碱离子膜的国家。

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§5.2超临界流体萃取

一、超临界萃取原理

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