3-1.膜分离
三并联滤芯工作原理
三并联滤芯工作原理三并联滤芯是一种常用的过滤器，它由三个不同材质的滤芯组成，可以有效地去除水中的杂质和异味，保障家庭用水安全。
下面就来详细介绍一下三并联滤芯的工作原理。
1. 预过滤层三并联滤芯的第一层是预过滤层，通常由高效率PP棉或陶瓷材料制成。
这一层主要起到拦截大颗粒悬浮物和泥沙等杂质的作用。
当水通过预过滤层时，较大的颗粒杂质会被截留在这一层中，从而减少后面两个滤芯的负担。
2. 吸附层三并联滤芯的第二层是吸附层，通常采用活性炭、KDF等吸附剂制成。
这一层主要起到去除异味、氯、有机物等污染物质的作用。
当水通过吸附层时，污染物质会被吸附在吸附剂表面，从而达到净化水质的目的。
3. 膜分离层三并联滤芯的第三层是膜分离层，通常采用超滤膜、RO膜等材料制成。
这一层主要起到去除微生物、重金属等有害物质的作用。
当水通过膜分离层时，微生物、重金属等有害物质会被截留在膜表面，从而达到净化水质的目的。
三并联滤芯的工作原理可以总结为：预过滤层拦截大颗粒悬浮物和泥沙等杂质；吸附层去除异味、氯、有机物等污染物质；膜分离层去除微生物、重金属等有害物质。
三个滤芯相互协作，共同完成对水质的净化工作。
需要注意的是，三并联滤芯在使用过程中需要定期更换，一般建议每6个月更换一次。
同时，在更换滤芯时要注意先关闭进水阀门，并排放掉内部残留水后再进行更换操作。
这样可以避免残留污染物质影响下一次使用效果。
以上就是三并联滤芯的详细工作原理介绍，希望对大家了解家庭用水过滤器有所帮助。
3-膜分离
40℃，而聚醚砜超滤膜的使用温度则可超过100℃。
中空纤维超滤膜的结构
中空纤维式膜组件
6.3 超滤操作的注意事项
一、超滤膜的选用
1. 截留分子量： 2. 流动速率：压力、孔径及孔径结构、膜类型、各向异性膜
各种膜的选择
微滤 悬浮颗粒
超滤
大分子有机物 糖类等小分子有机物，二价 盐或多价盐 单价盐 水
纳滤
反渗透
4 膜的分类
按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜 按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜 按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜
5 膜材料的特性
对于不同种类的膜都有一个基本要求： –耐压：膜孔径小，一般膜操作的压力范围： 0.1~0.5MPa，反渗透膜的压力：1~10MPa. –耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要. –耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解. –化学相容性：保持膜的稳定性.
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。
7.5 微孔膜的特点
③ 无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～50μm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。
微孔膜的缺点：
分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成
为反渗透）；
电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性， 从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。
反渗透原理
3 各种膜分离技术的特性
功能高分子材料-第三章-高分子分离膜..
9
膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选 择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新 型分离技术。
◆ 第四道：RO逆渗透系统 美国高科技的RO逆渗透膜，去 除重金属离子杂质，有效去除过滤性病毒及细菌等有害物 质：
◆ 第五道：后置活性炭系统 高密度活性炭（T33）提高和增 加活净水口感，使水质更加甘甜可口，补充人体所需微量 元素和矿物质。
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开发膜组件的几个基本要求：
◆ 适当均匀的流动，无静水区； ◆ 具有良好的机械稳定性、化学稳定性和热稳
分离的类型包括同种物质按不同大小尺寸的 分离；异种物质的分离；不同物质状态的分离等。
在化工单元操作中，常见的分离方法有筛分、 过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。 然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、 生物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难 以实现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能 源而无实用价值。
纤维素酯类材料易受微生物侵蚀，pH值适应 范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。 因此发展了非纤维素酯类（合成高分子类）膜。
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二、聚砜类
O
聚砜结构中的特征基团为 S
O
聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲 酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲 基亚砜等。
聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解 稳定性，强度也很高，pH值适应范围为1～13， 最高使用温度达120℃，抗氧化性和抗氯性都十 分优良。因此已成为重要的膜材料之一。
生物分离工程-第三章 膜分离2009
膜的分类（2）微滤(MF)和超滤
特点： 超滤和微滤都是利用膜的筛分作用，以压差为推动力； 与反渗透膜相比，超滤和微滤膜具有明显的孔道结构； 操作压力较反渗透操作低，超滤操作压力在0.1~1.0 MPa， 微滤操作压力更小（0.05~ 0.5 MPa）； 。 透过流通量Jv(kg m-2 s-1)计算： Carman-Kozeny方程
缺点 1)、膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需 采用与工艺相适应的膜面清洗方法； 2)、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有 限，故使用范围有限； 3)、单独的膜分离技术功能有限，需与其它分 离技术连用。
第二节 膜分离原理及分类
2.1 分类
2.1.1按膜粒径划分
粒径
0.1 1nm 10
病毒
100 1μm
纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间，截断分子量
范围约为 MWCO300～1000 ，能截留透过超滤膜的那 部分有机小分子，透过无机盐和水。
纳滤膜的特点
纳滤膜的截留率大于95%的最小分子约为１nm,故称
之为纳滤膜。
从结构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的表面分离
层和它的支撑层的化学组成不同。其表面分离层由 聚电解质构成。
适用于：高浓度混合物的分离，特 别适用于共沸物和挥发度相差较小 的双组分溶液的分离
渗透蒸发原理示意图
水分子
醇分子
膜的分类（6）亲和膜
亲和超滤过程（分离目标物的同时，浓缩其他成分）
膜亲和过滤技术
传统的研究中，膜分离和亲和分离是2个平行发展 的研究方向，在生物分子的分离和纯化方面各具 特色，但也存在着一些不可克服的技术缺陷。 膜分离过程设备简单，易于放大，成本低，分离 速度快，可连续操作，但选择性低；而亲和分离 的选择性和特异性较强，但不宜放大。
膜分离技术 工程技术资料3
and 300 kDa membrane, respectively; stirring speed 2100 rpm.
在恒定的渗透液通量下操作，提高了实验的准确性 可快速判定临界通量(Critical flux)范围，准确测定膜
阻
与FPLC联用，多参数在线监测，自动化程度高
超滤法分离人白蛋白(HSA)和免疫球 蛋白(HIgG)
Previous 30 – 50!
Previous ~ 1!
Operating conditions: working solution 40 g/l HSA + 40g/l HIgG in deionised water at pH
蛋白质溶液注 射进样
采用两种载体 相(类似梯洗脱 层析)
恒定渗透通量下 操作
渗透液的pH, 电 导和蛋白质的 透过率可在线 检测
参数扫描超滤技术的优点
每次实验所需蛋白样品量仅为常规实验的1/20 至 1/10
可测定参数(pH, 盐浓度)连续变化下蛋白的透过率以及 不同渗透液通量下蛋白的透过率, 进一步大大降低了蛋 白消耗量, 极大地减少了实验量, 提高了实验进程
分离技术的进步 促进了发展
三个主要技术： 萃取、膜分离、吸附
世界专利
250 207
200
150
100 59
50
11
13
11
0 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005
天然药物分离技术及结构表征3-1
二、各种萃取技术
（一）简单萃取法
1. 仪器装置: 少量萃取一般在分液漏斗中进行； 中量萃取可在较大的下口瓶中进行；工业生 产中的大量萃取，多在密闭萃取缸内进行。 2. 操作技术 （ 1）小量萃取操作过程
（ 2）萃取剂的选择
①有机溶剂萃取剂: 如果从水提液中萃取亲脂性成分， 一般选用苯、氯仿或乙醚等亲脂性有机溶剂；如果从 水提液中萃取中等极性成分，一般选用乙酸乙酯、丁 醇等弱亲脂性有机溶剂或在氯仿、乙醚中加入适量乙 醇以增大其亲水性。 ②用于pH梯度萃取法的萃取剂
两相溶剂萃取法
两相溶剂萃取法又称为“萃取法”，是在提取 液中加入一种与其不相混溶的溶剂，充分振摇 以增加相互接触的机会，使原提取液中的某种 成分逐渐转溶到加入的溶剂中，而其他成分仍 留在原提取液中，如此反复多次，将所需成分 萃取出来的分离方法。
一、基本原理
当β>100时，达到基本分离只需做一次简单萃取； 当100>β>10时，则需萃取10-12次才能达到分离； 当β≈1时，即表示KA≈KB 两种成分性质非常相近，无 法利用此法达到分离目的。 因此在实际工作中，应选择β值大的溶剂系统，以简化 分离过程，提高分离效率。亦可根据值的β大小选择适 当的萃取方法。
3.适用范围 • 目前DCCC法已广泛用于皂苷、生物碱、酸性 成分、蛋白质、糖类等天然产物的分离与精制， 特别适用于皂苷类的分离，并取得良好的效果。 如用氮气驱动移动相，此法还可用于易被氧化 的物质的分离。 4.优缺点 • 此法使用溶剂较少，可定量回收试样，因不需 振荡，故不会产生乳化现象，分离效果较CCD 法好。
欲分离提纯一些具有酚羟基而又难溶于水的黄酮 类化合物，则可先加碱液，使之成盐溶解，经酸化后 又可游离析出沉淀（碱/酸法）； 蛋白质等两性物质，则通过调节pH至蛋白质的等 电点使其沉淀，从而达到提取和纯化的目的。
膜分离实验
实验三膜分离实验装置一、实验目的1．了解超滤膜分离的主要工艺设计参数。
2．了解液相膜分离技术的特点。
3．训练并掌握超滤膜分离的实验操作技术。
4．熟悉浓差极化、截流率、膜通量、膜污染等概念。
二、实验原理膜分离是近数十年发展起来的一种新型分离技术。
常规的膜分离是采用天然或人工合成的选择性透过膜作为分离介质，在浓度差、压力差或电位差等推动力的作用下，使原料中的溶质或溶剂选择性地透过膜而进行分离、分级、提纯或富集。
通常原料一侧称为膜上游，透过一侧称为膜下游。
膜分离法可以用于液- 固（液体中的超细微粒）分离、液-液分离、气-气分离以及膜反应分离耦合和集成分离技术等方面。
其中液- 液分离包括水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有微粒的液相体系的分离。
不同的膜分离过程所使用的膜不同，而相应的推动力也不同。
目前已经工业化的膜分离过程包括微滤（MF）、反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、渗析（D）、电渗析（ED）、气体分离（GS）和渗透汽化（PV）等，而膜蒸馏（MD）、膜基萃取、膜基吸收、液膜、膜反应器和无机膜的应用等则是目前膜分离技术研究的热点。
膜分离技术具有操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节约能量和化学试剂等优点，因此在20 世纪60 年代，膜分离方法自出现后不久就很快在海水淡化工程中得到大规模的商业应用。
目前除海水、苦咸水的大规模淡化以及纯水、超纯水的生产外，膜分离技术还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学工业、环保工程等领域得到推广应用。
超虑膜分离基本原理是在压力差推动下， 利用膜孔的渗透和截留性质， 使得不同组分得 到分级或分离。
超虑膜分离的工作效率以膜通量和物料截流率为衡量指标，两者与膜结构、 体系性质以及操作条件等密切相关。
影响膜分离的主要因素有：R f 为膜污染阻力。
过滤时， 由于筛分作用， 料液中的部分大分子溶质会被膜截留， 溶剂及小分子溶质则能 自由的透过膜， 从而表现出超虑膜的选择性。
高一生物必修1第3、4单元课件：3-1细胞膜——系统的边界
第三章
第1节
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知能创新导学
第三章
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知识点 1
制备细胞膜的方法：
要 点 归 纳
实验原理 细胞内的物质有一定的浓度。把哺乳动物红细胞放入清 水中，细胞由于吸水而涨破，除去细胞内的其他物质，得到 细胞膜。 目的要求 体验用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法和过程。
第三章
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(2)胞间连接与通讯：多细胞生物体内，细胞间通过细胞 膜进行相互作用，这是胞间通讯的结构基础。如： ①动物细胞的间隙连接，在相邻细胞间形成孔道结构； ②植物细胞间则依靠胞间连丝实现细胞间物质转运和信 息交流，即：
第三章
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(3)进行细胞间的信息交流：细胞之间保持________的协 调，才能使生物体健康地生存，这依赖于________的交换以 及________的交流，从而使多细胞生物作为一个整体完成各 种生命活动。 二、细胞壁的成分与功能 细 胞 壁 是 存 在 于 ________ 细 胞 膜 外 ， 对 细 胞 具 有 ________ 和 ________ 作 用 的 结 构 ， 其 化 学 成 分 主 要 是 ________和________。
第三章
第1节
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典 例 导 析
考例 1 下列动物的红细胞不适合作为制备细胞膜实验材料 的是( ) B．猪 D．兔
A．鸡 C．羊
第三章
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膜分离的三个要素
膜分离的三个要素全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：膜分离技术是一种高效的分离方法，广泛应用于化工、制药、食品和环保等领域。
膜分离的三个要素是膜材料、操作条件和操作技术。
膜材料是膜分离技术的基础，膜的选择直接影响到膜分离的效果。
目前常用的膜材料包括聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等。
不同的膜材料具有不同的分离特性，适用于不同的分离应用。
理想的膜材料应具有高渗透率、高选择性、耐腐蚀性能和机械强度。
操作条件是影响膜分离效果的重要因素之一。
操作条件包括操作压力、操作温度、流速等。
适当的操作条件可以提高膜的分离效率，降低能耗。
在实际操作中，需要根据具体情况选择合适的操作条件，进行调控和优化。
操作技术是保证膜分离系统稳定运行的关键。
操作技术包括膜组件的装配、清洗、保养和更换等。
在日常运行中，需要定期清洗膜组件，避免膜污染和结垢，保持膜的性能和寿命。
对于不同的分离应用，还需要选择合适的操作技术，确保系统运行效果。
膜分离的三个要素相互作用，共同影响着膜分离的效果。
通过合理选择膜材料、控制好操作条件和运用有效的操作技术，可以提高膜分离系统的分离效率，降低能耗，实现资源的高效利用。
随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，膜分离技术将在各个领域发挥更大的作用，为人类社会的可持续发展做出积极贡献。
第二篇示例：膜分离是一种重要的分离技术，在化工、食品、医药等领域都有着广泛的应用。
在进行膜分离时，有三个关键的要素需要考虑，包括膜材料的选择、操作条件的控制以及系统设计的合理性。
膜材料的选择是膜分离过程中最关键的一个环节。
膜材料的选择直接影响到膜分离的效率和性能。
目前常用的膜材料包括聚醚砜、聚酯、聚碳酸酯等。
不同的膜材料具有不同的分离特性和适用范围，因此在选择膜材料时需要充分考虑被分离物质的性质和要求。
膜的孔径、孔隙度、表面特性等也会对分离效果产生重要影响。
操作条件的控制是膜分离过程中的另一个重要要素。
操作条件的控制包括温度、压力、流速等因素。
常用的膜分离方法
常用的膜分离方法
常用的膜分离方法包括以下六种：
1. 微滤（Microfiltration，简称MF）：微滤是一种以机械筛网为基础的膜分离技术，其孔径大小为0.1-10微米。
微滤适用于去除悬浮物、细菌、真菌、酵母等微生物，同时也可以用于分离和浓缩溶液中的大分子物质。
2. 超滤（Ultrafiltration，简称UF）：超滤是一种以半透膜为基础的膜分离技术，其孔径大小为0.001-0.01微米。
超滤适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质，如水、氨基酸、葡萄糖等。
3. 纳滤（Nanofiltration，简称NF）：纳滤是一种以半透膜为基础的膜分离技术，其孔径大小为0.001-0.01微米。
纳滤适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质，如水、氨基酸、葡萄糖等。
4. 反渗透（Reverse Osmosis，简称RO）：反渗透是一种以高压为推动力的膜分离技术，其孔径大小为0.0001-0.001微米。
反渗透适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质，如水、氨基酸、葡萄糖等。
5. 正渗透（Forward Osmosis，简称FO）：正渗透是一种以渗透压差为推动力的膜分离技术，其半透膜具有高渗透性能。
正渗透适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质，如水、
氨基酸、葡萄糖等。
6. 膜渗析（Permeation）：膜渗析是一种以半透膜为基础的膜分离技术，其孔径大小为0.0001-0.001微米。
膜渗析适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质，如水、氨基酸、葡萄糖等。
污水处理工艺三个级别的处理
污水处理工艺三个级别的处理1. 级别一：初级处理初级处理是指对污水进行最基本的处理，主要是通过物理和化学方法去除污水中的固体悬浮物和部分溶解物质。
1.1 污水预处理污水预处理是初级处理的第一步，主要目的是去除大颗粒的悬浮物和沉积物，以减轻后续处理工艺的负担。
预处理包括格栅和沉砂池，格栅用于拦截大颗粒的固体悬浮物，沉砂池则通过重力作用将较重的颗粒沉淀。
1.2 沉淀池沉淀池是初级处理的核心部分，通过静置让悬浮物沉淀到池底，形成污泥。
污泥可以通过机械设备或人工清除。
1.3 气浮池气浮池是一种常用的初级处理设备，通过注入气体产生微小气泡，使悬浮物上浮并形成浮渣，从而实现固体的分离。
气浮池适用于处理含有较多悬浮物的污水。
2. 级别二：中级处理中级处理是在初级处理的基础上进一步去除污水中的有机物质和营养物质，以减少对水体的污染。
2.1 活性污泥法活性污泥法是一种常用的中级处理工艺，通过在污水中加入活性污泥，利用微生物的生物降解作用去除有机物质。
活性污泥法包括曝气池、二沉池和回流污泥等单元。
2.2 厌氧消化厌氧消化是一种利用厌氧微生物降解有机物质的处理方法，适用于高浓度有机废水的处理。
在厌氧消化过程中产生的沼气可以用作能源。
2.3 植物湿地植物湿地是一种自然的中级处理方法，通过植物的吸收和微生物的降解作用去除有机物质和营养物质。
植物湿地适用于处理低浓度有机废水和农村污水。
3. 级别三：高级处理高级处理是在中级处理的基础上进一步去除污水中的微量有机物质和营养物质，以达到更高的处理效果。
3.1 活性炭吸附活性炭吸附是一种常用的高级处理方法，通过将污水通过活性炭床，利用活性炭对有机物质的吸附作用去除微量有机物质。
3.2 膜分离技术膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等，通过不同孔径的膜将污水中的溶质和悬浮物分离，达到高效去除微量有机物质和营养物质的目的。
3.3 紫外线消毒紫外线消毒是一种高级处理方法，通过紫外线照射破坏细菌、病毒和其他微生物的DNA结构，达到杀灭微生物的目的。
污水处理工艺三个级别的处理
污水处理工艺三个级别的处理1. 污水处理工艺概述污水处理是指将废水中的有害物质去除或转化为无害物质的过程。
根据处理效果和技术难度的不同，污水处理工艺可以分为三个级别：一级处理、二级处理和三级处理。
每个级别的处理都有不同的工艺和设备，下面将详细介绍每个级别的处理工艺。
2. 一级处理工艺一级处理主要是通过物理方法去除废水中的固体悬浮物和沉积物，以及一部分可溶性有机物。
常用的一级处理工艺有：- 筛网：利用网孔大小的差异，将大颗粒的固体悬浮物截留在筛网上，常用于预处理。
- 沉砂池：通过重力作用，使沉积物沉淀到池底，再利用搅拌装置将混合液排出，常用于去除沙子和砂石。
- 沉淀池：利用沉降原理，将悬浮物沉降到池底，再利用搅拌装置将清水排出，常用于去除悬浮物。
- 浮选池：利用气泡的附着作用，使悬浮物浮起到池面，再利用刮泥机将浮渣刮除，常用于去除浮游生物和浮油。
3. 二级处理工艺二级处理主要是通过生物方法去除废水中的有机物和氮、磷等营养物质，使废水得到进一步的净化。
常用的二级处理工艺有：- 活性污泥法：将废水与活性污泥充分接触，通过微生物的降解作用将有机物转化为无害物质，常用于处理有机物浓度较高的废水。
- 厌氧消化法：将废水在无氧条件下与厌氧菌接触，通过厌氧菌的降解作用将有机物转化为甲烷等可再利用的气体，常用于处理含有高浓度有机物的废水。
- 填料法：利用填料提供的大量附着面积，使废水中的微生物生长并降解有机物，常用于处理有机物浓度较低的废水。
4. 三级处理工艺三级处理主要是通过物理、化学或高级生物方法去除废水中的微量有机物、重金属和难降解物质，使废水达到更高的净化要求。
常用的三级处理工艺有：- 活性炭吸附法：利用活性炭对废水中的有机物进行吸附，常用于去除微量有机物和异味物质。
- 氧化法：通过添加氧化剂，使废水中的难降解有机物转化为易降解的物质，常用于去除难降解有机物。
- 高级生物法：利用高级生物菌种对废水中的微量有机物进行降解，常用于去除微量有机物和难降解物质。
各种膜分离的膜
各种膜分离的膜
膜分离是一种通过膜将混合物分离成不同组分的技术。
以下是一些常见的膜分离膜：
1. 微滤膜（Microfiltration membrane）：微滤膜通过筛选较大的颗粒和悬浮物来分离混合物。
它的孔径通常在0.1-10微米之间。
2. 超滤膜（Ultrafiltration membrane）：超滤膜的孔径范围为0.001-0.1微米，可以分离分子量较大的物质，如蛋白质、多糖等。
3. 反渗透膜（Reverse Osmosis membrane）：反渗透膜的孔径范围在0.0001-0.001微米之间，可以通过对溶液施加压力，将水和溶质分离。
4. 电渗析膜（Electrodialysis membrane）：电渗析膜通过电场作用将离子从溶液中分离出来。
它可以在酸碱中和、盐类除去等领域应用。
5. 气体分离膜（Gas separation membrane）：气体分离膜通过选择性透过性，将不同气体分离出来。
常见的应用包括气体分离、气体纯化等。
6. 渗透蒸发膜（Pervaporation membrane）：渗透蒸发膜通过选择性透过性将溶剂分离出来。
这种膜常用于液体混合物的分离和浓缩。
这些膜分离膜在不同的领域和应用中发挥着重要的作用，例如水处理、饮料生产、制药、化工等。
膜技术简介全
4、膜分离技术在现代生物技术中的应用
膜已经成为生物技术工程中不可缺少的一部 分。发酵培养基的灭菌过滤、缓冲剂的纯 化和蛋白质产品的制备都经常应用膜分离 技术。其中，病毒过滤是确保生物制品安 全性最常见的单元分离过程。一些病毒具 有强的耐热和耐化学性质，采用加热和化 学失活的方法不能完全杀死这些病毒，而 选择适当微滤或超滤膜则可以有效去除这 些病毒。因此，膜分离技术已成为确保现 代生物制品纯度、安全和效用的基本技术 。
1、按膜材料分类
• 纤维素及其衍生物膜 • 聚砜膜、聚酰胺、聚酰亚胺膜 • 聚丙烯腈膜、聚烯烃膜 • 聚乙烯醇膜、硅橡胶膜 • 陶瓷膜 • 金属膜 • 液膜
2、按制备工艺分类
• 溶液相转化膜 • 熔融挤出膜 • 拉伸膜 • 复合膜 • 核踪痕膜 • 动力形成膜
3、按外形分类
• 片状膜 • 管状膜 • 中空纤维膜
压力差
1001000KPa
0.02-10um 1-20nm
筛分 筛分
多孔膜 非对称膜
纳滤 NF
小分子
脱除大分 子
压力差
5001500KPa
非对称膜 1nm以上 溶解扩散 或复合膜
反渗透 RO
溶剂
压力差
脱除溶质
100010000KPa
0.1-1nm
非对称膜 优先吸附 或复合膜
RO、NF、UF、MF分离示意图
一、膜 科 学
1、膜定义 2、膜结构 3、膜分离机理 4、膜技术特点 5、影响膜的因素 6、膜分离操作方式 7、表征膜性能的参数
1、膜定义
膜：膜是在两相之间通过压力实现分离的一 种物质
1.1、膜不是单纯的隔板或栅栏，它具有分离 功能，对不同物质具有选择透过性；
1.2、膜可以是固体、液体、气体等； 1.3、膜具有良好的机械强度和化学稳定性。
膜分离技术分类
膜分离技术分类膜分离技术在化工、生物、食品、医药等领域被广泛应用，其原理是利用膜对物质进行分离和浓缩。
根据不同的分离机制和应用领域，膜分离技术可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等几种主要类型。
微滤是一种通过膜孔的大小排除颗粒物质的分离技术，通常用于固液分离、除菌、澄清等领域。
微滤膜的孔径一般在0.1-10微米之间，可以有效地过滤掉悬浮固体颗粒、细菌、胞外聚合物等大分子物质，而较小的溶质和溶剂则可以通过膜孔。
微滤技术在饮用水处理、废水处理、食品加工等方面有着重要应用。
超滤是一种分子大小在1000-10000道尔顿之间的物质由膜排除的分离技术，主要用于蛋白质、色素、胶体等大分子的分离和富集。
超滤膜的孔径比微滤膜小，可以有效地分离悬浮物、蛋白质等大分子，而水分子和小分子物质则可以通过膜孔。
超滤技术在生物工程、医药制剂、乳制品加工等领域得到广泛应用。
纳滤是一种通过膜的孔径大小排除溶质的分离技术，通常用于分离蛋白质、有机物等中小分子物质。
纳滤膜的孔径在1-100纳米之间，可以有效地过滤掉大分子物质，而小分子物质和溶剂则可以通过膜孔。
纳滤技术在生物药品制备、饮料加工、废水处理等方面有着重要应用。
反渗透是一种通过膜对水和溶质进行分离的技术，主要用于海水淡化、废水处理、饮用水净化等领域。
反渗透膜的孔径在0.1-1纳米之间，可以有效地去除水中的离子、微生物、有机物等杂质，从而得到高纯度的水。
反渗透技术在工业生产和生活用水领域有着广泛的应用。
气体分离是一种利用多孔膜对气体分子的大小、形状、亲疏性等特性进行分离的技术，主要用于气体纯化、气体混合物的分离等领域。
气体分离膜的孔径通常在0.1-10纳米之间，可以选择性地透过不同大小、性质的气体分子，从而实现气体的分离和富集。
气体分离技术在石油化工、天然气净化、气体分离等方面有着重要应用。
膜分离技术根据不同的分离机制和应用领域可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等几种主要类型。
膜分离工艺
膜分离工艺《膜分离工艺》1. 膜分离工艺的“前世今生”1.1 膜分离工艺的起源其实啊，膜分离工艺的历史那可有些年头了。
它就像是一个从古老时代一步步走来，不断进化的“技术精灵”。
早在1748年，法国的科学家就发现水能自然地透过猪的膀胱膜，进入到酒精溶液中，从而使酒精被稀释。
这就像是一扇小窗，水发现了这扇小窗可以通往另一边，就偷偷地溜过去了。
这就是膜分离现象最初被发现的样子，很神奇吧？不过当时的人们可没意识到这会发展成一项伟大的工艺。
1.2 膜分离工艺的发展历程随着时间的推移，人们开始慢慢重视起这个现象。
在19世纪中叶，科学家们就开始尝试用一些简单的膜进行一些初步的分离实验。
就好比是我们小时候玩的那种简单的筛选游戏，用一个有小孔的筛子把大颗粒和小颗粒分开。
只不过膜分离的“筛子”更加神奇，能筛选的东西可不止是大小这么简单。
到了20世纪中叶，随着高分子材料技术的发展，各种性能优良的膜材料不断涌现出来。
这就像是给膜分离工艺注入了强大的动力，让它能够飞速发展。
例如，出现了可以高效过滤海水，把盐分和淡水分开的膜，这对那些水资源匮乏的地区来说，简直就是救命的稻草。
2. 膜分离工艺的制作过程2.1 膜材料的选择膜分离工艺的核心当然是膜材料啦。
这就好比盖房子要选好的砖头一样重要。
膜材料有很多种，比如说有机高分子材料，像聚乙烯、聚丙烯这些，它们就像是一群性格温和的小助手，容易加工成型，成本也比较低。
还有无机材料的膜，比如陶瓷膜，这就像是一群坚韧的小战士，耐高温、耐腐蚀。
在选择膜材料的时候啊，得根据具体的分离需求来决定。
如果是要处理一些温和环境下的普通溶液，那有机高分子膜可能就够用了；但要是处理高温、强酸强碱的溶液，陶瓷膜这样的无机材料膜就更靠谱了。
2.2 膜的制备方法膜的制备方法也是多种多样的。
其中一种常见的方法叫相转化法。
说白了就是把膜材料溶解在一种溶剂里，然后通过一些特殊的手段，比如改变温度或者加入另一种非溶剂，让膜材料从溶液中析出来，形成膜的结构。
膜分离实验报告
膜分离实验一.实验目的1．了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、压力和流量等。
2．了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法。
3. 了解和熟悉超滤膜分离的工艺过程。
二.基本原理膜分离技术是最近几十年迅速发展起来的一类新型分离技术。
膜分离是以对组分具有选择性透过功能的人工合成的或天然的高分子薄膜（或无机膜）为分离介质，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物的分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。
其推动力可以为压力差（也称跨膜压差）、浓度差、电位差、温度差等。
膜分离过程有多种，不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同，通常称进料液流侧为膜上游、透过液流侧为膜下游。
微滤（mf）、超滤（uf）、纳滤（nf）与反渗透（ro）都是以压力差为推动力的膜分离过程，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。
四个过程的主要区别在于被分离物粒子或分子的大小和所采用膜的结构与性能。
微滤膜的孔径范围为0.05～10μm，所施加的压力差为0.015～0.2mpa；超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1μm的微粒，其压差范围约为0.1～0.5mpa；反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，所施加的压差与溶液中溶质的相对分子质量及浓度有关，通常的压差在2mpa左右，也有高达10mpa的；介于反渗透与超滤之间的为纳滤过程，膜的脱盐率及操作压力通常比反渗透低，一般用于分离溶液中相对分子质量为几百至几千的物质。
2.1微滤与超滤微滤过程中，被膜所截留的通常是颗粒性杂质，可将沉积在膜表明上的颗粒层视为滤饼层，则其实质与常规过滤过程近似。
本实验中，以含颗粒的混浊液或悬浮液，经压差推动通过微滤膜组件，改变不同的料液流量，观察透过液测清液情况。
对于超滤，筛分理论被广泛用来分析其分离机理。
3-1过滤操作的基本概念
1 第三节 过滤3-1过滤操作的基本概念1过滤原理1）定义：过滤操作是利用重力或人为造成的压差使悬浮液通过某种多孔性过滤介质，悬浮液中的固体颗粒被截留，滤液则穿过介质流出。
2）过滤方式a.饼层过滤（表面过滤）：(1) 定义: 若悬浮液中固体颗粒的体积百分数大于1%，则过滤过程中在过滤介质表面会形成固体颗粒的滤饼层，这种过滤操作称为饼层过滤。
(2) 特点:颗粒会在孔道内很快发生“架桥”现象，并开始形成滤饼层，起到过滤介质作用，滤液由浑浊变为清澈。
(3)小结: 在饼层过滤中，真正起截留颗粒作用的是滤饼层而不是过滤介质，在饼层过滤过程中，滤饼会不断增厚。
过滤的阻力随之增加，在推动力不变下，过滤速度会愈来愈小。
b.深层过滤(1) 定义: 悬浮于液体中的固体颗粒截留在床层内部且过滤介质表面不生成滤饼的过滤称为深层过滤。
(2) 适用范围: 深层过滤适用于浮液中固体颗粒的体积百分数小于0.1%，且固体颗粒粒径较小的场合。
(3)特点: 深层过滤中，由于悬浮液的粒子直径小于床会孔道直径，所以粒子随着液体一起流入床层内的曲折通道，在穿过此曲折通道时，因分子间力和静电作用力的作用，使悬浮粒子粘附在孔道壁面上而被截留。
过滤介质表面不生成滤饼，且整个过滤过程中过滤阻力不变。
3)过滤推动力 常压、加压、真空、离心2.过滤介质1）织物介质：又称滤布，它由棉、毛、丝、麻等天然纤维及由各种合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等织成的网。
2）粒状介质：包括细纱、木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质，多用于深床过滤。
3）多孔道固体介质：它是具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷，多孔塑料及多孔金属制成的板式管。
4）膜分离3.滤饼：滤饼是由被截留下来的颗粒垒积而成的固定床层，随着过滤操作的进行，滤饼的厚度与流动阻力都逐渐增加；1）不可压缩性滤饼：颗粒结构不随操作压差的改变而变；如硅藻土，碳酸钙等。
2）可压缩性滤饼：滤饼空隙率随操作压差的增大而变小；如Al(OH)3等。
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特性
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加 较高的压力，一般模操作的压力范围在 0.1~0.5MPa，反渗透膜的压力更高，约为
1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中 的水解； pH适用范围广
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无机材料
主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。无机膜的特点 是机械强度高，耐高温、耐化学试剂和耐有机溶剂，但缺 点是不易加工，造价较高。 如以陶瓷材料烧结而成的微滤膜最为常用，孔径约在 0.1µ m左右。
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3.1.1.3 膜材料基本要求及特性
基本要求
• 透过速度 • 选择性
• 成本；
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截留率截留率和截断曲线
• 截留率：对一定相对分子质量的物质，膜能截留的 程度，定义为： δ = 1-cP / cB
式中 cP——某一瞬间透过液浓度（kmol/m3） cB——截留液浓度（kmol/m3） • 如δ= 1，则cP = 0，表示溶质全部被截留； • 如δ= 0，则cP = cB ，表示溶质能自由透过膜。
3.1.1.5 膜分离的特点
优点
①分离效能高、选择性高，可在分离、浓缩的同时达到部 分纯化。 ②不发生相变，能耗低。 ③工作温度在室温附近，适合热不稳定物质分离
④膜分离设备本身没有运动的部件，结构紧凑、维修费用 低，易于自动化。设备体积小，占地少
⑤系统可密闭循环，防止外来污染
⑥不外加化学物质，透过液可循环使用，降低了成本，并 减少了环境污染。
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3.1.1.4.膜功能
• 膜分离是利用具有一定选择性，透过特性的过滤介质进行 物质的分离纯化； • 膜在分离过程中具有如下功能： ①物质的识别与透过； ②界面； ③反应场。
• 膜材料上固定特殊性基团，使溶质与膜材料发生某种相互 作用来提高膜分离性能的功能膜研究，代表了膜分离技术 的发展方向。
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21
3µ m
膜的电镜照片
0.5 µ m
0.5 µ m 20 µ m
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按膜材料分
• 天然材料：各种纤维素衍生物 • 人造材料：各种合成高聚物 • 特殊材料：复合膜，无机膜 – 微滤膜材料：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纤维， 醋酸纤维 – 超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维 – 反渗透膜 ：醋酸纤维素衍生物，聚醚，聚酰胺
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3.1.1.2 膜的分类
按膜孔径大小分
• ——反渗透膜几乎无孔，可以截留大多数溶质（包括离子） 而使溶剂通过，操作压力较高，一般为2～10MPa； • ——纳滤膜孔径为2～5nm，能截留部分离子及有机物， 操作压力为0.7～3MPa；
• ——超滤膜孔径为2～20nm，能截留小胶体粒子、大分子 物质，操作压力为0.1～1MPa；
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工作过程
进水
耐压容器
半透膜 透水板
透过水
浓缩水
47
板式膜组件
48
2.管式膜组件
43700
7 4.88
35000
5 6.69
34000
4.5 5.13
13000
2.75 1.83
9
膜法海水淡化
嵊泗1000吨/日反渗透海水淡化装置
10
膜法自来水厂
巴黎瓦兹河梅 里市14万立方 米/天的纳滤 厂，每天为巴 黎附近50万居 民提供14万吨 饮用水
11
膜在生物分离的应用
• 浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因此需要除去溶剂； （截留物为产物） • 纯化：除去杂质； • 分离：将混合物分成两种或多种目的产物； • 反应促进：把化学反应或生化反应的产物连续取出，能提 高反应速率或提高产品质量。
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各种膜组件的结构
良好的膜组件应具备下列条件：
①沿膜面的流动情况好，浓差极化小。
②单位体积中所含的膜面积较大。
③组件的价格低。
④清洗和膜的更新方便。
⑤保留体积小，且无死角。
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3.1.3.3 工业上常用各种膜组件:
板框式膜组件； 管式膜组件； 中空纤维式膜组件； 螺旋卷式膜件；
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1.板框式膜组件 基本组成
电渗析
电位差
混合气体 中各组分 在膜中渗 透性的差 异
电解质离子
离子交换膜
均相膜、复 合膜，非对 称膜 均相膜、复 合膜，非对 称膜 乳状液膜、 支撑液膜
气体分离
气体或蒸汽
渗透蒸发 液膜分离
压力差 浓度差
选择传递 反应促进和 扩散传递
易渗溶质或溶剂 杂质
难渗透性溶 质或溶剂
溶剂
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按膜结构分
• 按膜结构分类 • 对称膜 symmetric membrane • 非对称膜 asymmetric membrane
• ——微滤膜孔径为0.05～10μm，能截留胶体颗粒、微生 物及悬浮粒子，操作压力为0.05～0.5MPa。
13
14
超滤
15
各种膜的分离特性
微滤 悬浮颗粒
超滤
大分子有机物
纳滤
糖类等小分子有机物，二价盐 或多价盐
反渗透
单价盐
水
表 几种主要分离膜的分离对象和分离原理
膜过程 微滤
推动力
传递机理 颗粒大小形状
截留率
截留分子量
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水通量水通量
一定压力(一般为0.1～0.3MPa)和温度下,单位膜面积
在单位时间内可通过的水量。也叫透水率。
• 水通量的大小取决于膜的物理特性（如厚度、化
学成分、孔隙度）和系统的条件（如温度、膜两 侧的压力差）。 • 实际使用中，水通量降低很快，在处理蛋白质溶 液时，水通量通常为纯水的10％。
• 平板膜、支撑盘、间隔盘。三种部件相互交 替、重叠、压紧。
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特点： • 组装比较简单，可以简单地增加膜的层数以提高处理量； • 操作比较方便。 • 板框式膜组件组装零件太多；装填密度低；膜的机械强度 要求较高。 应用： • 超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO）、电渗析 （ED）
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季紧螺栓型-装配图
8
膜法海水淡化
几种分离方法能耗比较 分离方法 能耗 (kWh/m3) 反渗透 3.5 低温多效 >7 多级闪蒸 >10
反渗透淡化厂的能耗及产水成本
国家或地区
设备能力 m3/d 原水含盐量 mg/L 能耗 kwh/m3 产水成本 RMB/m3
沙特
56800
中国 长海 1000
中国 长岛 1000
中国 沧化 18000
水资源
能源
膜
传统工业
冶金 制 药 食 品 化工与石化 电子 CO2 控制
生态环境
除尘 洁净燃烧
7
膜技术用于生物质资源开发
传统过程:发酵速 率低、能耗大 发酵 蒸馏 蒸馏 脱水
纤维素
7 wt%乙醇
980 kcal/l
42 wt%乙醇
350 kcal/l
93 wt%乙醇
130 kcal/l (~90 % ES)
• 用已知相对分子质量的各种物质测定截留率，得到 的截留率与相对分子质量之间的关系称为截断曲线截留分子量曲线求得截留率大于90%的相对分 子质量。
•较好的膜应该有陡直的截断曲线（截留曲线）。
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截留率不仅与溶质分子的大小有关，还受到 下列因素的影响：
• 分子的形状
膜组件(module)
原料液 膜上游 截留液 渗透液 膜下游
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Filtration
Ultrafiltrate
Chemicals
Backwash Tank
Backwash Pump
Feed Pump
Raw Water
Filter 200-300 m
Effluent
Air
3.1.3.2 膜组件
• 膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及 收纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组 件或膜装置。 • 常用膜器件的类型：板框式、圆管式、螺旋卷 式、中空纤维式、毛细管式
3.1.1.1 膜的基本知识
• 在流体相间薄层凝聚物质把流体相分隔开来成为两部分， 这一薄层物质称为膜。 • 一相或是两相以上凝聚物质所构成的复合体，厚度0.5 mm以下，具有两个界面； • 膜具有高度渗透选择性； • 面积可以很大或很小。
4
背景介绍
膜分离技术的发展历程： 1784年，Abbe Nollet 发现水可以透过猪膀胱进入酒精 中，但未引起重视。 1854年，Graha发现透析现象以后，人们开始重视膜的 研究。 1864年，Traube制造出第一张人造膜－亚铁氰化铜膜。 20世纪30年代，不同孔径的硝酸纤维超滤膜出现 1956年，美国首先出售商品化的离子交换膜 20世纪70年代，研制出纳米膜
• 吸附作用
• 目的产物以外高分子溶质的影响
• 其它因素
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3.1.3 膜分离装置
3.1.3.1 膜分离系统组成
• 膜组件、泵、过滤器、阀、仪表、管路等
原料以一定组成、一定流速进入膜组件，由于其中某一组分更容 易通过膜，进入膜组件的物流通过膜组件以后分成两股，即渗 透物和截留物。膜组件内物料组成和流速随位置变化。
99.8 wt%乙醇
1380 kcal/l
膜生物反应 器：实现连 续生产，降 低操作成本
透 醇 膜
650 kcal/l
(~33 % ES)
透 水 膜
60 wt%乙醇
99.8 wt%乙醇
• 膜生物反应器技术取代间歇发酵可提高反应器效率15－80倍 • 渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能60％ • 生产装置总投资为传统分离方法总投资的40－80%
选择性透膜