膜分离技术(基础)
膜分离技术
膜分离技术简介膜分离技术是一种通过膜进行物质分离和纯化的技术。
它广泛应用于制备纯化工业和生物制药中，其原理是利用特定的膜，通过选择性透过、排除或吸附的方式将混合物中的目标物质与其他组分分离开来。
膜分离技术具有高效、节能、环保等优点，因此在各个领域得到了广泛应用，并成为一个重要的物质分离技术。
原理膜分离技术的基本原理是利用膜的选择性透过性来实现分离。
根据分离机制的不同，膜分离技术可以分为几种不同的类型，包括微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等。
每种类型的膜分离技术都有其特定的分离机制和应用范围。
•微滤：微滤膜具有较大的孔径，一般用于分离固体颗粒和大分子物质，如悬浮固体和细菌等。
•超滤：超滤膜的孔径较小，可以分离分子量较大的物质，如蛋白质和胶体等。
•纳滤：纳滤膜的孔径更小，可以分离分子量更小的物质，如盐和有机物等。
•反渗透：反渗透膜是一种半透膜，其孔径非常小，可以有效地分离溶质和溶剂。
这种技术常被用于海水淡化和废水处理等领域。
•气体分离：气体分离膜是一种特殊的膜，可以分离不同气体的混合物。
这种技术在天然气加工和二氧化碳捕获等领域有广泛应用。
应用膜分离技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是其中几个应用领域的简要介绍：生物制药在生物制药中，膜分离技术被广泛用于分离和纯化蛋白质、细胞因子和其他生物分子。
通过使用超滤和纳滤等技术，可以将目标蛋白质从细胞培养液中分离出来，并去除其他杂质。
这种技术不仅能够提高产品纯度，还可以减少后续步骤的处理量，提高生产效率。
医药膜分离技术在医药领域有着广泛的应用。
例如，在血液透析和血液净化中，通过使用半透膜将废物和多余的物质从血液中分离出来，达到治疗和净化的目的。
此外，膜分离技术还可以用于药物传递系统中，通过控制药物在膜上的透过性实现持续释放和控制释放。
环境工程膜分离技术在环境工程中的应用也非常广泛。
例如，在水处理中，可以使用反渗透膜将盐和有机物等溶质从海水或废水中分离出来，实现水的淡化和净化。
膜分离技术基本知识
对称膜
致密膜 多孔膜 离子交换膜
按膜结构 分类
非对称膜
非对称膜
复合膜
平板膜
按膜外形形 状分类
管式膜
中空纤维膜 蜂窝状膜
膜分离过程及其分离原理
过程 膜的功能 透过组分 截留组分
透过组分在料 液中的含量
推动 力
分离原理
膜类型
进料和 透过物 物态
简图
微滤 （MF）
溶液或气体 除菌，脱微 粒
溶液或气 体
细菌、病毒 悬浮颗粒 蛋白质、酶等 大分子有机物 抗生素、合成药、染料 二价及多价盐、二糖等 单价盐（NaCl、KCl等）
水
膜分离特性示意图
过滤精度
埃 10-8cm 1 10 100 病毒 1000 104 105 花粉 细纱 细菌 106 107
糖
溶解盐
胶体
传统过滤
微滤
超滤 纳滤 反渗透
离子交换
近期学习总结
主要内容
• • • • • • 1、膜的分类 2、膜制备技术 3、微滤 4、超滤 5、纳滤 6、反渗透
微滤 超滤
压力差
纳滤 反渗透 气体分离 渗析 渗透汽化
按膜过程 推动力分类
浓度差
控制释放 液膜 膜传感器
电化学势
电渗析 膜电解
温度差：膜蒸馏 化学反应：化学反应膜
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
化学工业 石油机械 生物化工
电子行业
医疗、医药
食品工业 水处理 冶金
4、超滤UF（ultrafiltration）
基本性质：
超滤膜孔径范围1~50nm，筛分机理，能够截留的物质大小为10~100nm，已经达 到分子级别，操作压力低，0.1~0.5MPa，膜通量比微滤小很多，多为非对称膜。在常 温无相变的温和条件下进行密闭操作，能耗非常低，由于溶液中大分子物质的扩散系 数小，超滤过程容易产生浓差极化现象。
任务1 膜分离技术
三、电渗析
在直流电场的作用下， 溶液中的离子透过膜的迁移称 为电渗析。电渗析使用的膜通常是具有选择透过性能 的离子交换膜。用电渗析可使溶液中的离子有选择地 分离或富集。为什么离子交换膜具有选择性呢？离子 交换膜是一种由功能高分子物质构成的薄膜状的离子 交换树脂。它分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两种 。离子交换膜之所以具有选择透过性，主要是由于膜 上孔隙和离子基团的作用
注意：离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选 择透过性作用。
离子交换膜功能示意图
实际应用的电 渗析器
早在19世纪中叶，己 用人工方法制得半透 膜，但由于透过速度 低、选择性差和易阻 塞等原因，未能应用 在工业上。 1960年Loeb和 Sourirajan获得一种 透过速度较大的膜， 具有不对称结构.
这种不对称结构是膜制造的一种 突破，因为活性层很薄，流体阻 力较小。且不易使孔道阻塞，颗 粒被截留在膜的表面。此后膜过 滤法逐渐走向工业化，20世纪 70年代以后发展比较迅速．应 用范围涉及到海水淡化、纯水制 造、食品和乳品工业、污水处理 和生物工程等领域。在此期间， 世界膜销售额迅速增长。
二、常用的膜分离技术
微滤：过滤分离的粒子直径10-7m，净化、分离、浓缩； 应用：医药工业、食品工业、高纯水、城市污水、饮 用水、生物发酵。 超滤：过滤分离的粒子直径10-9～10-7m，利用筛分原理分 离对有机物进行截留。 应用：食品加工、饮料工业、医药工业、中药制剂、 食品工业成水处理、环境工程等。 纳米过滤：纳米级粒子，较小分子的分离。 反渗透： 电渗析：
透析(Dialysis，DS)、电渗析(Electrodialysis，ED)和渗透
气化(Pervaporation，PV)等，各种膜分离法的原理和应 用范围列于上表。
膜分离技术
膜分离技术的基本工艺原理
在过滤过程中料液通过 泵的加压，料液以一定 流速沿着滤膜的表面流 过，大于膜截留分子量 的物质分子不透过膜流 回料罐，小于膜截留分 子量的物质或分子透过 膜，形成透析液。故膜 系统都有两个出口，一 是回流液（浓缩液）出 口，另一是透析液出口。
澄清 膜超滤技术用于食醋、酱油、果蔬汁、茶汁、 啤酒等生产中，在分离致浊组分的同时达到澄清 的目的。由于操作不受温度的影响，不发生相变， 可以较好地保存原有风味，同时具有快速、经济 的特点 。 浓缩和纯化 利用膜的优良的选择性可将溶液中的欲提取 组分在与其他组分分离的同时有效地得到浓缩和 纯化。
★它与传统过滤的不同在于 ：
●在分子范围内进行 ；
●物理过程，不发生相的变化； ●不需添加助剂
。
膜分离技术优缺点
分离条 件温和 膜分离设备应用 范围广，化工、 食品、饮料、牛 奶、制药等行业 都有应用案例 膜分离为绿色化工设 备，能耗低，效率高 ，具有更高的经济性
LOGO
膜分离技术在食品工业中的应用
由于膜分离过程不需要加 热，可防止热敏物质失活、 杂茵污染，无相变，集分 离、浓缩、提纯、杀菌为 一体，分离效果高，操作 简单、费用低，特别适合 食品工业的应用。
浓缩 纯化
食品 分析
澄清
除菌 酶的 提取
膜分离技术在食品工业中的应用
膜分离技术在食品工业中的应用
食品分析 食品中的某些组分含量甚微，不论是对人体有益还是 有害，都需监定的滤膜上，再选用合适的分析方法进行 分析检测，可大大提高检测灵敏度。
除菌 传统的食品饮料杀菌方法为巴氏杀菌和高温瞬时杀菌， 操作繁琐，残留细菌多，高温易造成热敏物质失活和产品 口味营养的破坏。用微滤技术取而代之，孔径为纳米级的 微滤膜足以阻止微生物通过，从而在分离的同时达到“冷 杀菌”的效果。
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种重要的分离技术，通过膜将混合物中不同分子大小、形状、电荷和极性等特性的物质分离出来。
它广泛应用于各种领域，如环境保护、医药制造、食品加工、化学工业和电子行业等。
本文将介绍膜分离技术的工作原理、分类和应用，并探讨其未来的发展前景。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术利用膜作为分离介质，将混合物分离成两个或更多的组分，其中其中至少有一种组分通过膜而另一种组分不直接通过。
根据膜分离的机制可以分为以下三种类型：1、压力驱动膜分离技术压力驱动膜分离技术是指通过施加压力将混合物推动到膜上，以实现分离的技术。
膜的孔径大小、膜的材质和压力差均会影响分离效果。
该技术主要包括超滤、逆渗透和微滤等。
超滤是指利用孔径大小在10-100纳米的超滤膜去除溶液中的高分子物质。
逆渗透是利用高压驱动水通过0.1纳米左右的逆渗透膜，将混合物中的水增量分离出来，这是制取纯水的主要技术之一。
微滤是利用孔径在0.1-10微米的微滤膜去除悬浮物、细菌和微生物等。
2、电力驱动膜分离技术电力驱动膜分离技术是利用电场将混合物推动到膜上，实现分离的技术。
例如电渗析技术是利用电场和离子之间的电荷作用，将含有离子的溶液通过电场驱动到离子交换膜中，使得原来溶液中的阴离子和阳离子在两侧集中，最终通过两个极板分别收集。
3、扩散驱动膜分离技术扩散驱动膜分离技术是指利用分子间的扩散速率的大小差异，将混合物中的混合物分离的技术。
例如气体分离、液体浓缩和溶液析出等。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和分离机制的不同，可以将膜分离技术分为以下几种类型：1、纳滤技术纳滤技术是利用孔径在10-100纳米的纳滤膜，将分子大小在10-100纳米之间的物质分离出来。
纳滤技术主要应用于制备高分子材料、微电子器件制造和水处理等领域中。
2、超滤技术超滤技术是利用孔径在0.01-0.1微米之间的超滤膜，将分子大小在1000道100万道之间的物质分离出来。
超滤技术主要应用于蛋白质提取、水处理、生物制品制备和废水处理等领域中。
膜分离的基本原理和方法
膜分离技术在分离工程中的重要作用
膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求 低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8，因此和 蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；
膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂的分 离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的 合适方式：
一.膜分离的基本原理
在一个容器中,用膜把它隔成两部分,膜 的两侧是浓度不同的溶液,通常小分子的 溶剂透过膜向稀溶液侧移动.
渗析(水分、小分子溶质）渗透（仅水分）
• 在乳品工业中，膜技术主要涉及到： 反渗透（RO）除去水，使溶液浓缩。 毫微过滤(NF)通过除去单价的成分如钠、氯（部分 脱盐），实现有机成分的浓缩。 超滤（UF）大分子的浓缩。 微滤（MF）除去细菌，大分子分离。
• 3、无化学变化。典型的物理分离过程，不用化学试剂 和添加剂，产品不受污染；
• 4、选择性好。可在分子级内进行物质分离，具有普遍 滤材无法取代的卓越性能； 5、适应性强。处理规模可大可小，可以连续也可以间 隙进行，工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费用 低易于自动化 。
存在的问题：
• 1、在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低，故有必要 采用与工艺相适应的膜面清洗方法;
无化学变化 ：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添
加剂，产品不受污染；
选择性好 可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代 的卓越性能； 适应性强 处理规模可大可小，可以连续也可以间歇进行，工艺
简单，操作方便，结构紧凑、维修费用低，易于自动化。
• 膜分离是借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。膜 分离是利用天然或人工合成的，具有选择透过性的薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行 分离、分级、提纯和浓缩的方法。分离用的膜具有选择渗透 性，也就是说，膜只能使某些分子通过，这对乳品工业具有 重要的意义，膜可以有效地把牛乳中的水分与其他成分分开。 所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一 层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能 使这两部分之间产生传质作用。
膜分离技术教学大纲
膜分离技术教学大纲膜分离技术教学大纲引言：膜分离技术是一种重要的分离技术，广泛应用于化工、生物医药、食品加工等领域。
本文将探讨膜分离技术的教学大纲，旨在提供一个系统、全面的教学框架，帮助学生深入了解膜分离技术的原理、应用和发展趋势。
一、膜分离技术的基础知识1. 膜分离技术的定义和分类- 介绍膜分离技术的概念和基本原理- 分类膜分离技术为压力驱动型和浓度差驱动型2. 膜材料的选择与性能评估- 介绍膜材料的种类和特点- 讲解膜材料的性能评估方法，如渗透通量、截留率等3. 膜分离过程的基本原理- 解释渗透、截留、分离效果等基本概念- 探讨膜分离过程中的质量传递机制二、膜分离技术的应用领域1. 膜分离在水处理中的应用- 介绍膜分离在饮用水净化、废水处理等方面的应用- 讨论膜分离技术在水处理中的优势和挑战2. 膜分离在生物医药领域的应用- 探讨膜分离在药物纯化、血液透析等方面的应用- 分析膜分离技术在生物医药领域的发展前景3. 膜分离在食品加工中的应用- 介绍膜分离在果汁澄清、乳品浓缩等方面的应用- 讨论膜分离技术在食品加工中的经济效益和环境效益三、膜分离技术的发展趋势1. 新型膜材料的研究与应用- 探讨纳米材料、功能性材料等新型膜材料的研究进展- 分析新型膜材料在膜分离技术中的应用前景2. 膜分离技术的工艺优化与能耗降低- 讨论膜分离技术在工艺优化方面的挑战和解决方案- 探索能耗降低的途径，如膜模块结构优化、操作条件优化等3. 膜分离技术与其他分离技术的结合- 分析膜分离技术与吸附、离子交换等技术的结合应用- 探讨多种分离技术协同作用的优势和应用前景结论：膜分离技术教学大纲应包含膜分离技术的基础知识、应用领域和发展趋势。
学生通过学习这一大纲，可以全面了解膜分离技术的原理、应用和前沿研究动态，为将来在相关领域的工作和研究打下坚实基础。
同时，教学大纲也需要根据学生的实际情况进行调整和优化，以提高教学效果和学生的学习兴趣。
膜分离技术原理
膜分离技术原理膜分离技术是一种利用特殊膜对物质进行分离的技术，它在化工、环保、食品、制药等领域有着广泛的应用。
膜分离技术的原理主要包括渗透、分离和传质三个基本过程。
首先，渗透是膜分离技术的基本过程之一。
膜分离过程中，溶剂或溶质通过膜的渗透作用从高浓度区域向低浓度区域扩散，使得两侧的浓度趋于平衡。
这一过程是膜分离技术能够实现分离的基础。
其次，分离是膜分离技术的核心过程。
膜分离技术利用膜对不同大小、不同性质的分子或离子进行筛选和分离。
通过选择合适的膜材料和膜孔大小，可以实现对特定物质的选择性分离，从而达到提纯或浓缩的目的。
最后，传质是膜分离技术的关键过程之一。
膜分离技术通过膜的传质作用，实现溶质在膜中的传递和分离。
传质过程受到多种因素的影响，包括膜的孔隙结构、溶质的分子大小和形状、溶液的浓度和温度等因素。
膜分离技术的原理基础上，主要包括了渗透、分离和传质三个基本过程。
渗透是溶剂或溶质通过膜的渗透作用从高浓度区域向低浓度区域扩散，使得两侧的浓度趋于平衡。
分离是利用膜对不同大小、不同性质的分子或离子进行筛选和分离。
传质是通过膜的传质作用，实现溶质在膜中的传递和分离。
这三个过程相互作用，共同完成了膜分离技术的分离和提纯过程。
在实际应用中，膜分离技术具有许多优点，如操作简单、能耗低、分离效率高、产品质量好等。
因此，膜分离技术在化工、环保、食品、制药等领域有着广泛的应用前景。
总的来说，膜分离技术是一种利用特殊膜对物质进行分离的技术，其原理主要包括渗透、分离和传质三个基本过程。
膜分离技术具有许多优点，有着广泛的应用前景。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解膜分离技术的原理和应用。
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。
膜分离的基本原理
膜分离的基本原理
膜分离技术原理是依靠膜孔道的大小、形状和化学性质的不同，使溶液中的不同成分经过膜时发生选择性的传输，从而实现分离和纯化。
一、膜的种类
1、超滤膜：该膜一般用于大分子的去除。
分离限制约为1000Da 以上。
超滤膜的分级宽度、截留效率和通量等指标与分子质量、形状、电荷密度和环境有关。
2、微滤膜：该膜一般用于细胞、胶体和悬浮物的去除。
分离限制约为0.1-10μm左右。
3、纳滤膜：该膜一般用于小分子的去除。
分离限制约为50Da 至1000Da之间。
4、反渗透膜：该膜一般用于水、离子和小分子的去除，特别适用于海水淡化和废水处理。
分离限制约为0.1-10nm左右。
二、传递机理
1、膜分离技术是一个复杂的传质与反应过程，其主要传递机理包括压力驱动、电势驱动和浓度梯度驱动。
2、压力驱动是利用外部压力差将溶液强制通过膜暴露在膜孔道的两侧，当溶质分子尺寸小于膜孔径时，会通过膜而大分子则被保留在膜层中。
3、电势驱动是利用外界电场的作用，使有电荷的分子或离子带电穿过膜层，实现离子或低电荷物质的分离；浓度梯度驱动是指在膜
过程中通过维持膜的两侧溶液的浓度差，从而推动分子向低浓度区域传递。
三、应用领域
1、膜分离技术广泛应用于化工、制药、生物工程、食品加工等各个领域。
如：在食品工业中，利用超滤膜去除乳制品中的脂质、细胞和乳清。
2、在化工工业中，使用反渗透膜进行水的淡化和除盐；在生物技术工业中，利用纳滤膜实现分离纯化蛋白质等。
膜分离技术-概述和基本原理
推动力
膜过程 应用实例
对称
反渗透
海水淡化
压力差 电位差
超 滤 超纯水/白蛋白浓缩
微滤
前处理/终端过滤
*
纳滤
医药/啤酒
*
气体分离
气体/蒸汽分离
*
电渗析
海水淡化/废水
*
浓度差
渗析
人工肾
浓度差
控制释放
医用/农药
*
浓度差（分压差） 渗透蒸发
无水乙醇
*
浓度差＋化学反应 液膜
金属分离/废水
*
膜形态
非对称
* * * * *
过滤方法
Sugars 蔗糖
RO
反渗透
Colloidal silica 胶体硅
Albumin protein 白蛋白
Microfiltration Ultrafiltration 超滤 微滤
NF 纳滤
Pollens 花粉 Milled flour 面粉
Particle filtration 一般过滤
1.4 分离膜种类
流速。 温度 通常升温提高流速。
C其他
操作温度 化学耐受性 膜的吸附性能 膜的无菌措施 保存
膜技术的应用
1) 细胞培养基的除菌； 2) 发 酵 液 或 培 养 液 中 细 胞 的 收 集
和除去； 3)细胞破碎后碎片的除去； 4) 目 标 产 物 部 分 纯 化 后 的 浓 缩 或
滤除小分子溶质； 5)最终产品的浓缩和洗滤除盐； 6)蛋白质的回收、浓缩和纯化 7) 制 备 用 于 调 制 生 物 产 品 和 清 洗
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。
膜分离技术书
膜分离技术书一、前言膜分离技术是一种以膜为介质，利用膜的特殊性质，对物质进行分离、纯化和浓缩的技术。
膜分离技术具有操作简便、节能环保、分离效率高等优点，被广泛应用于化工、食品、制药、环保等领域。
本书将对膜分离技术的基本原理、膜材料、膜分离过程、膜分离设备等方面进行介绍。
二、膜分离技术的基本原理膜分离技术是一种物理分离技术，其基本原理是利用膜的特殊性质，将混合物分离成两个或多个组分。
膜的特殊性质包括选择性、通透性和分离度。
选择性是指膜对不同组分的分离能力，通透性是指膜对组分的透过能力，分离度是指膜对组分的分离效果。
膜分离技术主要分为压力驱动膜分离和电动势驱动膜分离两类。
压力驱动膜分离包括压力过滤、超滤、微滤和逆渗透等技术，其基本原理是利用压力差将混合物通过膜，将其中的大分子、悬浮物、胶体等分离出来。
电动势驱动膜分离包括电渗析、电吸附、电解质转移和电渗透等技术，其基本原理是利用电动势将混合物中的离子、分子等分离出来。
三、膜材料膜材料是膜分离技术的核心，其性能直接影响膜分离的效果。
常用的膜材料包括有机膜、无机膜和复合膜。
有机膜是以有机高分子为原料制成的膜，具有良好的弹性、可塑性和化学稳定性。
常用的有机膜包括聚酯膜、聚醚膜、聚氨酯膜、聚丙烯膜等。
无机膜是以无机材料为原料制成的膜，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能和高通透性。
常用的无机膜包括陶瓷膜、金属膜、玻璃膜等。
复合膜是由有机膜和无机膜组成的复合材料，具有有机膜的弹性和无机膜的耐高温、耐腐蚀性能和高通透性。
常用的复合膜包括聚酰胺膜、聚醚膜、聚氨酯膜等。
四、膜分离过程膜分离过程包括前处理、膜分离和后处理三个步骤。
前处理是指将原料进行预处理，去除其中的杂质、悬浮物、胶体等，以保证膜的正常运行。
常用的前处理方法包括沉淀、过滤、调节pH值等。
膜分离是指将预处理后的原料通过膜，将其中的组分分离出来。
膜分离的具体方法包括压力过滤、超滤、微滤、逆渗透、电渗析、电吸附、电解质转移和电渗透等。
膜分离技术的基本原理和特点
• 当混合气体在驱动力―――膜两侧相应组 分分压差的作用下，渗透速率相对较快的 气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集， 渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧 被富集。
• 膜分离系统的核心部件是一构型类似于管 壳式换热器的膜分离器，数万根细小的中 空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。
• 混合气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向 流动，“快气”不断透过膜壁而在纤维的 另一侧富集，通过渗透气出口排出，而滞 留气则从与气体入口相对的另一端非渗透 气出口排出。
• 膜分离技术的特点膜分离技术是一种新型 的气体分离技术，与其他分离方法相比， 具有以下特点：高效由于膜具有选择性， 它能有选择地透过某些物质，而阻挡另一 些物质的透过。选择合适的膜，可以有效 地进行物质的分离，提取和浓缩。
电动机保护器
膜分离Байду номын сангаас术的基本原理和特点
• 膜分离技术的基本原理和特点基本原理膜 分离的基本原理就是利用一种高分子聚合 物薄膜（膜通常是聚酰亚胺或聚砜）来选 择“过滤”进料气而达到分离的目的。
• 当两种或两种以上的气体混合物通过聚合 物薄膜时，各气体组分在聚合物中的溶解 扩散系数的差异，导致其渗透通过膜壁的 速率不同。由此，可将气体分为“快气” （如等）和“慢气”（如及其他烃类等）。
膜分离技术的原理和应用
膜分离技术的原理和应用随着科技技术的不断发展，人类对于生命科学的研究也越来越深入。
其中，膜分离技术就是生命科学中的一项重要技术。
那么膜分离技术是什么？它是如何工作的？又在哪些领域得到了应用？下面我们就来深入探讨一下。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术是一个将物质分离和纯化的过程。
这个过程基于物质分子大小和化学特性的不同而进行。
其本质就是从溶液中分离出特定的物质，而进一步的纯化则可以通过渗透压、电性等天然现象来实现。
膜分离技术的原理基于膜的选择性，膜可以选择性地让一些小于其孔径的溶质通过，而阻止大于或等于其孔径的溶质通过，其选择性是基于相互作用力的。
其中，可以选择基于吸附力的透析膜、基于分子大小的渗透膜、以及基于分子电荷的离子交换膜等。
二、膜分离技术的应用领域膜分离技术在生命科学的很多领域得到了应用，具体应用如下：1.生物医学在生物医学领域，膜分离技术有着广泛的应用。
比如，它可以用于生物反应器的分离、酶的纯化、病原体的去除、蛋白质、激素的纯化等。
2.食品与饮料在食品和饮料领域中，膜分离技术也扮演着重要角色。
例如，它可以用于乳制品工业、饮料工业、果汁加工、酿酒业等。
3.水处理在水处理中，膜分离技术也有重要的应用。
比如，可以使用微过滤与超滤膜进行悬浮物的去除，反渗透膜和离子交换膜则可以去除水中的有害离子和重金属离子。
4.化学工业膜分离技术也可以用于化学工业。
例如，可以用于膜分离、膜萃取、膜反应、膜过滤等，可以用于分离、纯化、分子分级等。
三、膜分离技术的发展趋势目前，膜分离技术在生命科学领域中的应用越来越广泛。
未来，随着科技技术的不断进步，膜分离技术也将会得到更多的发展。
从技术角度来看，膜性能的提高是一个重要的趋势。
比如，为了摆脱基于空隙的效率限制，高分子纳米孔膜被开发出来，它们能够提供比传统低聚物和陶瓷膜更高的分离效率。
此外，疏水性、高渗透性、低粘附、抗污性等方面的改进也是开发新膜的关键。
从应用角度来看，膜分离技术的应用领域将会越来越广泛。
膜分离技术
膜分离技术第一节膜分离基本技术膜分离技术发展●20世纪30年代人们利用半透性纤维素膜开创了近代工业膜分离技术的应用。
●20世纪60年代以后，不对称膜制造技术取得了很大进展，包括微滤、超滤、反渗透、电渗析、透析等的生物技术迅速发展，膜分离技术在生物物质的分离纯化过程中得到了越来越广泛的应用，而且随着膜材料科学和分离技术的进步，像液膜分离技术、液膜分离萃取技术、纳米分离技术等相继问世。
膜分离与常规的分离技术相比●具有无相变化、能耗低、过程简单、不污染环境等优点●特别适用于生物物质、酶制剂及同分异构体等的分离。
膜分离技术分类●膜分离技术主要包括透析、超滤、微滤、电渗析、反渗透等。
各种膜分离过程的类型及特征如下表所示：膜分离过程的推动力是静压差、浓度差或者电位差，有的分离过程可能是几种推动力都兼而有之。
膜在分离过程中有三种功能：●物质的识别与透过，这是使混合物各组分之间实现分离的内在因素●界面作用，以膜为界面将透过液和保留液分为互不混合的两相●反应场作用，膜表面及孔内表面含有与特性溶质有相互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度。
分离膜分离膜应具备的基本条件为：好的选择透过性；良好的分离性能（即截留率高，透过率大）；理化性能良好；污染小，使用寿命长；价廉易得。
各种分离膜按所使用的材质不同可分为无机材料膜和有机材料膜。
●无机材料膜有陶瓷膜和不锈钢膜，●有机膜多为合成高分子材料膜，主要有纤维素类、聚矾类、聚烯烃类、聚酞胺类和芳香杂环类等。
分离膜的性能参数主要有：孔道特征、渗透通量、截留率和截留相对分子质量等。
孔道特征包括●孔径大小，孔径大小用最大孔径和平均孔径来描述●孔径分布，孔径分布指各种孔径的孔占全部孔的体积分数。
●孔隙率，孔隙率是指孔体积占膜总体积的百分数。
分离膜的孔径与种类分离膜的性能参数渗透通量又称透水率或水通量，它是指在一定条件之下（一般压力为0.1 MPa，温度为20℃），单位时间透通过单位膜的溶剂体积。
膜分离技术基础及其应用
影响膜的因素
3、无机盐 、 无机盐通过两条途径对膜污染产生影响： 无机盐通过两条途径对膜污染产生影响：一 是有些无机盐复合物会在膜表面或膜孔径直接 沉积，或使膜对蛋白质的吸附率增强而污染膜； 沉积，或使膜对蛋白质的吸附率增强而污染膜； 无机盐改变了溶液离子强度， 二是无机盐改变了溶液离子强度，影响到蛋白质溶解
按分离孔径划分的膜类型
按分离孔径划分的膜类型
按膜的材质划分的膜类型
天然高分子材料 种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维 优点：醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可作超滤 膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜。 缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在45-50° 缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在45-50°C， pH3pH3-8。 合成高分子材料 种类：聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯晴、聚烯类和含氟聚合 物，其中，聚砜最常用，用于制造超滤膜。 优点：耐高温(70-80° ，可达125°C)，pH1-13，耐氯能力强，可 优点：耐高温(70-80°C，可达125°C)，pH1-13，耐氯能力强，可 调节的孔径宽(1-20nm)；聚酰胺膜的耐压较高，对温度和pH稳定 调节的孔径宽(1-20nm)；聚酰胺膜的耐压较高，对温度和pH稳定 性高，寿命长，常用于反渗透。 缺点：聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa。 缺点：聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa。
浓度对反渗透（纳滤） 浓度对反渗透（纳滤）膜性能的影响
随浓度的提高，水通量及脱盐率都有明显的降低， 随浓度的提高，水通量及脱盐率都有明显的降低， 这是因为浓度的增加导致了渗透压的增加， 这是因为浓度的增加导致了渗透压的增加，带来了驱动 压力的减小
常规过滤和错流过滤 a常规过滤； b错流过滤 常规过滤；
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三、膜分离技术的特点： 膜分离过程是一个高效、环保的分离过程，它是多学科 交叉的高新技术，它在物理、化学和生物性质上可呈现出各 种各样的特性，具有较多的优势。 与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分 离等相比，膜分离技术具有以下特点。 ※ 高效的分离过程 ※ 低能耗 ※ 接近室温的工作温度 ※ 品质稳定性好 ※ 连续化操作 ※ 灵活性强 ※ 纯物理过程 ※ 环保 ※ ……
B 分离膜的定义： 两相之间具有选择性和渗透性的中间相， 在驱动力如压力差、浓度差、温度差、电位差 及其它能位差的推动下，促进或限制两相之间 的特定物质的传递，从而实现混合气体或液体 的分离，这一中间相称为膜。
膜
气相 液相 气相 液相 液相 / / / / / 膜 膜 膜 膜 膜 / 气相 / 液相 / 液相 / 混合性溶液 / 非混合性溶液
时 间
透过液
图2-11 无流动操作（并流过滤、静态过滤、死端过滤）示意图
操 作 过 程 比 较
膜渗透流率 污染层厚度
料 液
浓 缩 液
时 间
透过液
图2-12 错流操作（动态过滤、）示意图
超滤 机理
膜通量 起始通量
随着过滤的进行，膜的通量会有所下降，其原因可能为孔堵塞、吸附、 浓差极化或凝胶层的形成。此时，若能增强被截留组分离开膜向溶液本体 的反向扩散，必将使膜的通量得到提高。通常认为所需的反向扩散是建立 在以下两个基础之上的首先是扩散效应，它由膜上被截留组分浓度的升高 而引起，其次是液体动力学效应，它起因于膜上速度梯度而造成的剪应力。 这两种效应都起作用，但影响程度有所不同，而且与粒子或分子的大小密 切相关。当微粒尺寸大于0.1um时，微滤过程主要受液体动力学效应支配， 渗透通量将随着粒子或分子尺寸的增加而增大。
活性炭过滤 10～15m/h 器
各种膜组件优缺点比较：
反渗透原理图：
反渗透发展史：
1748年 Nollet发现渗透现象。 1920年代Van’t Hoff 和J.W.Gills 建立了稀溶液的完整理论。 1953年 美国的C.E.Reid发现醋酸纤维素类具有良好的半 透性。 1960年 美国首次制成醋酸纤维素反渗透膜（98.6%脱盐 率，10.1MPa下259L/d.m2，膜厚100微米）。 1970年 杜邦公司发明了芳香族聚酰胺中空纤维反渗透 器。 1980年 全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件问世。 1990年 中压、低压、及超低压高脱盐聚酰胺复合膜进 入市场，从而为反渗透技术的发展开辟了广阔前景。 1998年 低污染膜研发成功，进一步扩大了反渗透的应 用范围。
时代沃顿膜元件选择原则:
时代沃顿RO膜元件的设计导则：
膜元件串联数与系统回收率关系：
前后两段比值一般在4：3~3：1之间，一般在3： 2~2：1之间常见，以2：1最多。
几种膜材质的化学结构式：
五、膜的操作运行方式：
错流过滤与全流过滤（死端过滤） 反冲洗与不反冲比较 化学清洗
过 滤 方式比较 常规过滤 1、膜的发现与发明
四、膜的分类 A 按材料分：
有机膜（高分子聚合膜）， 无机膜（陶瓷 膜、金属[不锈钢]膜、碳膜、玻璃膜）。
浸润与不浸润：
A、无机膜：陶瓷膜、金属膜、玻璃膜和碳膜 陶瓷膜品牌：a、membralox\membraflox\ b、aaflow\orelis\atech\schumacher c、久吾\tami\PCI 金属膜品牌：AccuSep\凯发 玻璃膜与碳膜：PCI 陶瓷膜的主要用途：生物制药、油水分离并举例 金属膜的主要用途：生物制药、化工等
错流过滤 进料 浓料
料液 浓料 膜 层
滤饼层
滤料层
膜层
膜
层 滤液
透过液 Common filtration
依靠滤饼层内颗粒的架桥作用等机理 操作方式：死端deadend,又称垂直流
依靠过滤介质的孔隙筛分作用。 操作方式：错流又称切线流
crossflow filtration
污染层厚度
料液
膜渗透流率
卷式膜：可以理解为变形的平板膜，由于装填密度高，容易标准化， 因此成为现在膜元件的发展方向，主要用于纳滤、反渗透及少部分 的超滤如GE和KOCH的超滤膜。
国内超滤膜品牌分析：
国内中空纤维式（内压式）超滤膜市场的产品主要被美 国科氏（PS）、荷兰诺芮特（PES）、海德能（PES）、德国 Inge（PES）、荷兰INT（PES）、深圳立升（PVC）、得力满 /Aquasource（Байду номын сангаасA），大连欧科（PES）等品牌所主导。 国内中空纤维式（外压式）超滤膜市场主要被日本旭化 成（PVDF）、西门子/USFilter（PE/PD/PVDF）、日本东丽 （PVDF）、欧美环境OMEXL/陶氏化学（PVDF）、深圳立升 （PVC，PVDF）、天津膜天膜（PVDF）等品牌所主导。 卷式超滤膜市场的绝大分额主要被日东电工、美国科氏、 GE所主导。 浸没式超滤膜产品而言，国际以及国内市场主要被加拿 大泽能、日本三菱丽阳、西门子、美国科氏、日本久保田、 日本东丽等品牌所主导。 目前的市场格局是，以科氏为代表的几个国外知名品牌 占据了国内高端市场，而中低端市场被国内众多超滤厂家所 瓜分，其中的代表企业有欧美环境、天津膜天膜，海南立升、 大连欧科、汇通源泉等企业。
中
低
注：○成熟过程；□开发中过程；△待开发过程
二、膜的定义 A 欧洲膜协会1996年定义：
1、膜是一种中介相，它把两相分隔开来， 并/或对它相邻两相的传质充当主动或被动的障碍。 2、如果在一个流体相或两个流体相之间，有 一具有选择透过性、化学构成和相态稳定的连续 相物质，那么这一连续相物质就是膜。
管式膜组件的主要优点是能有效地控制浓差极化，大范围地调节料 液的流速，膜生成污垢后容易清洗。其缺点是投资和运行费用都高， 单位体积内膜的比表面积较低。
中空纤维膜：由于装填密度大，经济性好目前是
微滤、超滤甚至反渗透元件的主要结构形式。中空纤维膜又分 为外压膜和内压膜。中空纤维超滤膜组件具有装填密度大、结 构简单、操作方便等特点。
立升内压膜
立升外压膜
外压膜与内压膜优缺点比较：
序号 1 2 3 4 5 内压膜 预处理100~300微米 单面积膜通量高 断丝后产水污染慢 进料侧光滑 膜丝不易粘黏 外压膜 预处理500~1000微米 单面积膜通量低 断丝后产水污染快 进料侧有死角 膜丝易粘黏
6
7 8
易清洗
反洗效果好 一般不气擦洗
超滤预处理工艺：
设备类型 澄清池
主要工艺参数 1.83～2.07m/h
备
注
去除浊度物质，悬浮物和胶体
多介质过滤 地表水5～8m/h 精制石英沙和无烟煤；合理级配和填充高度； 器 地下水7～10m/h 要求过滤精度优于10mm
软化器
15～25m/h
需高质量再生剂，脱除硬度物质 精制粒状果壳活性炭，脱除有机物和游离氯
目前各种膜过程的发展状况和销售趋势图
3、我国膜技术的发展 A、我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。 60年代进入开创阶段。 B、1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战， 大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期， 微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发 出来， C、80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新 膜开发阶段。 D、90年代后进入高速发展及自主创新期。2001年立升公司PVC 合金中空纤维超滤膜的研制成功是其中最具代表的事件之一。 膜分离过程已成为解决当代能源、资源和环境污染问题的重要高 新技术及可持续发展技术的基础。
对称膜：亦称各向同性膜，膜的各部分具有相同的特性，其孔结构不随深度而
变化的膜。膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的 孔隙率相似。（如电渗析中的离子交换膜、气体分离膜和微孔膜）
F、按膜元件结构分： 缠绕式膜、平板式膜、管式膜、 中空纤维膜、卷式膜
缠绕式膜（包括熔喷或烧结膜）：主要是用于超滤、纳 滤或反渗透膜的前置保安过滤，过滤精度一般是0.2微 米以上。
清洗相对难
反洗效果相对差 可气擦洗
Norit主要有XIGATM和AquaFlexTM两个系列膜，膜丝材料为聚醚砜 和聚乙烯吡咯酮共混材料外筒材料PVC。
XIGA是诺芮物子公司X-FLOW生产的卧式内压式8寸10nm中空纤
维膜，采用全流过滤操作方式；一般操作TMP0.3~0.8bar；可在一 个压力容器内串联安装四支元件；通量在60~135L/m2.h，电耗在 0.1~0.2KWh/m3；清洗PH：1~13；产水率80~92%。要求进水SS低 于50ppm。 每个组件长1.5米，膜丝内径0.5或1.5mm，元件膜面积40m2。
AquaFlexTM 低浊度 超滤膜（立式）
这种膜平均孔径为10~25nm，膜丝内径0.8或1.5mm，内压式； S225为35平方米，SXL225为40平方米，操作方式为全流/错流； 进料液中固体悬浮含量可达200ppm；不内安装于膜壳内，是 单独立式安装；
AquaFlexTM 高浊度 使用COMPACT管式组件，膜内径：5或8毫米；
陶瓷膜管元件
陶瓷膜的断面结构
一种陶瓷膜组件的装配图
金属膜
B 按功能分： 分离膜， 反应膜。
C 按分离过程分： 微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO） 电渗析（ED） 气体渗透（GP） 渗透汽化（PV）
EDI原理图
D 按膜孔径大小分： 微滤膜（0.05－10μm） 超滤膜 (0.05－0.002μm) 纳滤膜（0.001－0.005μm） 反渗透膜。（0.0001－ 0.001μm）
SDI=[1-T0/T1]*100/T
氧化还原电位ORP是表征水体中氧化性物质和还原性物质多少的一种参数。当氧化还原电 位呈正值时表示水体中含氧化性物质，当氧化还原电位呈负值时表示水体中含还原性物质