膜分离技术与分类
膜分离技术的种类
膜分离技术的种类、特点及其应用领域膜分离是在20世纪初出现，20世纪60 年代后迅速崛起的一门分离新技术。
膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）反渗透膜（RO等，膜分离都采用错流过滤方式。
膜分离技术最重要的组成部分是膜。
膜是具有选择性分离功能的材料。
利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。
有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。
膜分离技术特点膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
与传统的蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等分离技术相比，膜分离具有以下特点：膜分离通常是一个高效的分离过程。
膜分离过程的能耗（功耗）通常比较低。
多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适用于对热敏物质的处理膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。
它的操作十分简单，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频繁的启、停下工作。
膜分离技术应用的研究进展
膜分离技术应用的研究进展一、本文概述随着科技的不断进步，膜分离技术作为一种高效、环保的分离技术，已经在多个领域得到了广泛的应用。
膜分离技术，利用特定的膜材料对混合物中的不同组分进行选择性分离，具有操作简便、能耗低、分离效果好等优点，因此在化工、环保、食品、医药等领域有着广阔的应用前景。
本文旨在对膜分离技术应用的研究进展进行全面的综述，分析各类膜材料的性能特点，探讨膜分离技术在不同领域的应用现状，以及未来可能的发展趋势。
通过对膜分离技术的深入研究，我们期望能够为相关领域的科技进步和产业发展提供有益的参考。
二、膜分离技术的分类与特点膜分离技术是一种基于膜的选择性渗透原理，用于分离、提纯和浓缩溶液中的不同组分的高效分离技术。
根据其分离机制和操作原理，膜分离技术主要分为以下几类，并各自具有其独特的特点。
微滤（Microfiltration，MF）：微滤膜通常具有较大的孔径，能够有效截留溶液中的悬浮物、颗粒物和细菌等。
其特点是操作简单、高通量、低能耗，广泛应用于水处理、食品加工和制药等领域。
超滤（Ultrafiltration，UF）：超滤膜的孔径介于微滤和纳滤之间，能够截留分子量较大的溶质和胶体物质。
超滤技术具有分离效果好、操作简便、对热敏性物质损伤小等优点，常用于蛋白质、酶等生物大分子的分离和纯化。
纳滤（Nanofiltration，NF）：纳滤膜的孔径较小，能够截留分子量较小的溶质和无机盐。
纳滤技术具有对有机物和无机盐的高效分离能力，且能在较低的操作压力下实现较高的分离效率，适用于水软化、废水处理和食品工业等领域。
反渗透（Reverse Osmosis，RO）：反渗透膜具有极小的孔径，能够截留溶液中的绝大多数溶质，实现高纯度水的制备。
反渗透技术具有分离效果好、产水水质高、操作稳定等优点，是海水淡化、苦咸水脱盐、工业废水处理等领域的首选技术。
电渗析（Electrodialysis，ED）：电渗析技术利用电场作用下的离子迁移原理，实现溶液中阴阳离子的分离。
膜分离技术
乳状液膜示意图
支撑液膜示意图
3.2
膜蒸馏
膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为 传质驱动力的膜分离过程，基本原理如下图：
优点：（1）常压下进行，设备简单、操作方便 （2）只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净（3）可以处理极高浓度 的水溶液，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程； （4）无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，就可以进行， 有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源。
2.1
应用
微滤
（1）水的高度净化：除菌和微粒 （2）食品、饮料、酒类、酱油醋等悬浮物、
微生物和异味杂质
（3）药液的过滤除菌 （4）发酵工业的空气净化和除菌。
2.2
超滤
行分离的筛分过程，其截断分子量一般在6000到50万， 如多糖、蛋白质、酶、胶体等。 孔径为几十nm，操作压0.2-1MPa
定义：以压力差为动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进
剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透 压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧 得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。
2.4
反渗透
特点：所分离物质分子量一般小于500，操作压2-100MPa
膜结构：反渗透膜通常使用非对称膜和复合膜,孔径小于0.5nm
3
新型膜分离技术
液膜萃取 亲和膜分离 渗透蒸发 气体分离 膜蒸馏
膜反应器
泡沫分离
3.1
液膜萃取
原理：液膜萃取技术是一种以液膜为分离介质，利用液膜 的选择透过性，以浓度差为推动力的一种新型膜分离方法， 结合了固体膜分离法和溶剂萃取法的特点
第七章-膜分离技术
二、超滤的浓差极化 溶质会在膜表面积聚
超滤分离原理示意图
并形成从膜面到主体溶液之间的浓度梯度。
减轻浓差极化的措施： ① 错流设计，以利清除极化层； ② 流体流速提高，增加流体的湍动程度； ③ 采用脉冲以及机械刮除法维持膜表面的清洁。 三、超滤膜 常用的膜材料有醋酸纤维、聚砜、聚丙烯睛、聚酰胺、
四、微滤的应用
｛ 1.微滤膜的特点
⑴孔径的均一性 ⑵空隙率高
⑶材薄
｛ ｛｛ 2.微滤的应用
⑴实验室中的应用 ⑵工业上的应用
微生物检测 微粒子检测
制药工业 电子工业
其他领域
二、电渗析的流程 各种电渗析器的组合方式示意图
直流式电渗析除盐流程
循环式电渗析除盐流程
部分循环式电渗析除盐流程
三、电渗析技术的应用 （１）咸水脱盐制淡水
电渗析脱盐生产淡水的工艺流程 1-渗析槽；2-冷凝器；3-浓缩罐；4-结晶罐；5-涡轮机；6-锅炉；7-浓液槽
（2）重金属污水处理
电渗析处理电镀含镍污水工艺流程
极化的危害： ① Ca2+、Mg2+等离子时将形成沉淀； ②膜电阻增大，降低分离效率。
4．离子交换膜 可分为三类： （1）均相离子交换膜； （2）非均相离子交换膜 ； （3）半均相离子交换膜。 对离子交换膜的要求是： ① 有良好的选择透过性； ② 膜电阻应低，膜电阻应小于溶液电阻； ③ 有良好的化学稳定性和机械强度；有适当的孔隙度。
②对溶剂渗透通量的增加提出了限制； ③膜表面上形成沉淀，会堵塞膜孔； ④会导致膜分离性能的改变； ⑤出现膜污染。
各种组件的比较
三、反渗透组件及其技术特征
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。
膜分离技术原理与膜的分类
膜分离技术原理与膜的分类
膜分离技术的基本原理是利用膜孔径的微观筛分功能达到分离目的。
其中膜的分类有:
1. 根据分离的物质粒径大小,可以分为微滤膜、超滤膜和纳滤膜。
2. 根据材料可以分为无机膜、有机聚合物膜和混合材料膜。
3. 根据膜结构可以分为对称膜、不对称膜、复合膜和空气支撑膜。
4. 根据形状可以分为平板型膜、管式膜、空心纤维膜等。
5. 根据应用范围可以分为通用型膜和专用型膜。
6. 根据传递方式分为普通渗透型膜和电驱动膜。
7. 根据截留物分子大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。
8. 根据应用领域分为水处理膜、化工膜、食品膜、医用膜等。
选择合适的膜材料和结构,设计匹配的模块,是获得良好分离效果的关键。
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。
膜分离技术分类
膜分离技术分类
膜分离技术是一种通过膜对物质进行分离的技术。
根据不同的分离机理和应用领域，膜分离技术可以分为微滤、超滤、纳滤和反渗透四大类。
微滤是一种利用孔径在0.1-10微米之间的微孔膜对悬浮物颗粒、胶体和细菌等进行过滤分离的技术。
微滤膜的孔径比较大，可以有效去除水中的悬浮物和浑浊物质，广泛应用于饮用水处理、污水处理、食品加工等领域。
超滤是一种利用孔径在0.001-0.1微米之间的超滤膜对胶体、大分子有机物、胶体颗粒等进行分离的技术。
超滤膜相对于微滤膜来说，孔径更小，可以有效去除水中的有机物质和胶体颗粒，广泛应用于饮用水净化、工业废水处理、蛋白质分离纯化等领域。
纳滤是一种利用孔径在1-100纳米之间的纳滤膜对溶质、小分子有机物、离子等进行选择性分离的技术。
纳滤膜孔径比超滤膜更小，可以有效去除水中的微量离子和有机物，广泛应用于海水淡化、废水处理、药物分离等领域。
反渗透是一种利用孔径在0.1-1纳米之间的反渗透膜对盐类、溶解物、微生物等进行高效分离的技术。
反渗透膜具有极小的孔径，可以有效去除水中的离子、微生物和有机物，广泛应用于海水淡化、饮用水净化、工业废水处理等领域。
总的来说，膜分离技术在水处理、废水处理、食品加工、药物制备等领域发挥着重要作用，为人类提供了高效、环保的分离工艺。
随着科技的不断进步和创新，膜分离技术将会在更多领域得到应用，为人类的生活带来更多便利和福祉。
膜分离技术
六、膜分离工艺条件及其控制
一般来说，相对密度小的颗粒透过性较好；球状分子比 相同质量的纤维状分子透过性好，小分子比大分子的透过性好。
混合液黏度越大，膜的流速就越小，所以用于膜分离的 溶液黏度应当尽量降低；溶液浓度越高，流速越小。 操作压力对流速的影响复杂。一般情况下，压力增加， 流速亦增加；但是对于一些胶体溶液，当压力高到一定程度后， 再增加压力流速不再增加；对于一般溶质分子而言，压力增加 时，其透过性降低；但是某些溶质分子可随着压力增加而提高 其透过性。 另外还必须在分离过程中不断搅拌，以防止产生浓差极 化现象。但搅拌不宜过快，以免引起某些生物活性物质变性失 活。
四. 膜分离的分类
4.2.1 电渗析 用两块半透膜将透析槽分隔成３个室，在两 块膜之间的中心室加入待分离的混合溶液，在两 侧室中装入水或缓冲液并分别接上正、负极，接 正极的称为阳极槽，接负极的称为阴极槽。接通 直流电源后，中心室混合溶液中的阳离子向负极 移动，透过半透膜到达阴极槽，而阴离子到达阳 极槽，大于半透膜孔径的物质分子则被截留在中 心室，从而达到分离的目的。实际应用时，通常 由上述相同的多个透析槽联在一起组成一个透析 系统。
四. 膜分离的分类
4.2.2 离子交换膜电渗析 离子交换膜电渗析的装置与一般电渗析相同，只是
以离子交换膜代替一般的半透膜。其优点是选择透过
性强。一方面它具有一般半透膜截留大于孔径的颗粒
的特性。另一方面，由于离子交换膜上带有某种基团
，根据电荷吸斥原理，只让带异性电荷的颗粒透过，
而把带同性电荷的物质截留。主要应用于海水淡化、
纯生啤酒、无菌水、软饮料的生产等。
四. 膜分离的分类 4.1.2 超滤
超滤是借助于超滤膜将不同大小的物质颗 粒或分子分离的技术。超滤所截留的颗粒 直径为20-2000A，主要用于分离病毒和各 种生物大分子。
常用的膜分离技术
常用的膜分离技术膜分离技术是一种利用特殊膜的过滤、分离和浓缩物质的方法。
它可以根据物质的大小、形状、电荷和亲疏水性等特性，通过膜的选择性分离达到分离和纯化目的。
膜分离技术广泛应用于水处理、生物工程、食品加工、医药制造等领域。
本文将介绍常用的几种膜分离技术。
1. 微滤技术微滤技术是一种通过孔径在0.1-10微米之间的膜进行过滤分离的方法。
它可以有效去除悬浮物、细菌、病毒等大分子物质，常用于水处理、食品加工和制药工业中的前处理过程。
2. 超滤技术超滤技术是一种通过孔径在0.001-0.1微米之间的膜进行分离的方法。
它可以去除溶解物、胶体粒子、高分子有机物等物质，广泛应用于饮用水净化、废水处理和生物制药等领域。
3. 逆渗透技术逆渗透技术是一种通过孔径在0.0001-0.001微米之间的膜进行分离的方法。
它可以去除溶解盐、重金属离子等小分子物质，常用于海水淡化、饮用水净化和工业废水处理等领域。
4. 色谱膜技术色谱膜技术是一种利用具有特殊分离机制的薄膜进行分离的方法。
它可以根据物质的分子大小、极性、电荷等特性实现高效分离，常用于生物分析、医药制造和环境监测等领域。
5. 气体分离膜技术气体分离膜技术是一种通过选择性渗透和扩散作用实现气体分离的方法。
它可以根据气体分子的大小、极性和亲疏水性等特性，将混合气体中的不同成分分离出来，常用于天然气净化、气体分离和空气净化等领域。
6. 电渗析技术电渗析技术是一种利用电场和离子选择性膜实现离子分离的方法。
它可以通过调节电场强度和离子选择性膜的特性，实现对离子的选择性排除和富集，常用于废水处理、盐水淡化和电解产氢等领域。
以上是常见的几种膜分离技术，它们在不同领域有着广泛的应用。
随着科技的不断进步和创新，膜分离技术也在不断发展，不断提高分离效率和选择性，为各行各业提供了更高效、更环保的解决方案。
希望本文对您了解膜分离技术有所帮助。
第五章膜分离技术
大分子
透析膜
小分子
透析液
水分子
➢右侧纯水或缓冲 溶液称为透析液； ➢所用的亲水膜称 为透析膜； ➢透析过程中透析 膜内无流体流动， 溶质以扩散的形式 移动; ➢推动力为膜两侧 的溶质的浓度差！
5.3 膜分离过程
二、分离原理及特点
5. 透析——应用
透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液 透析。
在生物分离方面，主要用于大分子溶液的 脱盐。由于透析过程以浓差为传质推动力， 膜的透过量很小，不适于大规模生物分离 过程、但在实验室中应用较多。
复合膜一定是非对称膜； 但非对称膜不一定是复合 膜。
5.3 膜分离过程
一、类型 二、分离原理及特点
5.3 膜分离过程
一、类型
常见的膜分离过程：
①微滤（Microfiltration，MF） ②超滤（Ultrafiltration，UF） ③纳滤 (Nanofiltration， NF) ④反渗透（Reverse osmosis，RO） ⑤透析（Dialysis，DS）
+ +
+
+
+
+
－
+ +
+
+
－+
盐水
+
阳极
5.3 膜分离过程
二、分离原理及特点
6. 电渗析——应用
电渗淅器是利用离子交换膜的选择透过性进行工作，电渗淅器主要组成 部分是离子交换膜。分为阳膜，阴膜。阳膜只充许阳离子通过而阴离子 被阻挡；阴膜只充许阴离子通过而阳离子被阻挡。
目前主要用于水溶液中除去电解质 ( 如盐水的淡化等 ) 、电解质与非电 解质的分离和膜电解等。
分类：就其污染点不同，可分为内、外污染
膜分离技术(精细化学品分离提纯技术)
187.5 127.0 54.2 5.8
分离系数
106 36 7.2 3.2
可见：要实现有效分离，必须选择一个能优先溶解一种溶 质而排斥所有其他溶质的膜溶剂。
2.滴内化学反应型 （膜相中不含流动载体）
定义：若在溶质的接受相内添加与溶质能发生化学反应的 试剂，通过化学反应来促进溶质迁移的方 法叫滴内化学 反应型液膜法
8.2 渗析技术
渗析又叫透析。它是通过半透膜实现分离的。
半透膜：只允许某些分子透过（如水），而不允许另一些物 质（如生物大分子）透过的透气性薄膜。如：膀胱，肠膜。
渗析原理：渗析是使用具有一定孔径的半透膜，将待渗析的 样品与水（或低盐缓冲溶液）隔开。样品中的盐和分子直 径小于膜孔径的较小分子可以透过膜进入水一侧，而另一 侧的水也会透过膜进入样品液一侧。经过一段时间达到渗 透平衡后， 样品中盐的浓度和能透过膜的小分子的浓度 下降。此时可将水换成新鲜水，再进行第二次透析。经过 多次操作，样品中的盐和小分子物质基本上被除尽，而只 留下分子直径比膜孔径大无法穿过膜的物质在样品液中， 从而达到了分离的目的。
• 膜萃取（是膜技术与萃取过程相结合的新型膜分离技术，又称固定
膜界面萃取。膜萃取过程中，萃取剂与料液分别在膜两侧流动，传质 过程是在分隔两液相的微孔膜表面进行的，没有相分散行为发生。）
• 膜分相（利用多孔固体膜表面与乳浊液中两相的物化作用不同，其
中一相优先吸附在膜表面上，形成纯的液相层，在膜两侧极小压差作 用下，此相优先通过分相膜的孔，从而达到两相分离的目的。）
8.4 其他膜分离过程
• 膜蒸馏（在疏水性多孔膜的一侧与高温原料水溶液相接即暖层，而
在膜的另一侧则与低温冷壁相邻即冷层。正是借助这种相当于暖层与 冷层之间温度差的蒸气压差，促使暖侧产生的水蒸气通过膜的细孔， 再经扩散到冷侧的冷壁表面被凝缩下来，而液相水溶液由于多孔膜的 疏水作用无法透过膜被留在暖侧，从而达到与气相水分离的目的。）
膜分离技术——精选推荐
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。
膜分离技术和具体分类
§7.1 概述
膜是什么？有何特性？
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。
膜的特性：
◆ 不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别与
两侧的流体相接触
◆ 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物
质透过，而不允许其它物质透过。
精密过滤膜 超滤膜
纳米滤膜
生物膜
反渗透膜
膜分离的物理化学原理
截流机理和筛孔效应 渗透和渗透压 Donnan效应
机械截留（筛孔效应） 物理作用或吸附截留 架桥作用 网络内部截流
渗透和渗透压
盐溶液 纯水
1885年, Van’t Hoff 渗透压定律：
·R·T·Ci 渗透是在膜两边渗透压 差—— 的作用下的溶 剂流动；而反渗透、超 滤是在一外加压力差 P > 的作用下, 溶剂逆 向流动。
超滤
超滤是在1-10大气压作用下分离分子量约 大于1000的大分子和胶体粒子的方法。超滤 膜是一种微孔结构的膜，分离是依靠孔径的 分布来完成的。
超滤膜对某一溶质的阻止程度可表示为： R = (1－Cp / Cf) × 100
Cp 和Cf分别是溶质在过滤产物中和原料中的 浓度。
纳滤过滤（nanofiltration, NF）
膜分离技术和 具体分类
膜分离包括最简单的滤纸过滤到高选择性的 生物膜分离。从分离科学的角度看, 超滤、渗析、 反渗析、电渗析等位垒分离过程是靠在外力的 推动下各种物质穿过一个有限制作用的界面时 在速度上的差别来进的。
膜分离法一般属于F(=)d分离类型。
膜分离特点
※ 膜的种类、孔径可以根据需要选择 ※ 不管流有多强，膜对于阻止大的粒子或分 子透过的能力是很强的。 ※ 把产物分在两侧，很容易收集样品 ※ 节能、环保
膜分离技术在工业过程中的应用
膜分离技术在工业过程中的应用第一章引言膜分离技术是一种基于膜的物理过滤和分离技术。
它可以将混合物中的不同成分通过渗透、扩散、截留等方式，分别在两侧对称地排布的膜上实现分离。
膜分离技术主要应用于化学工业、生物技术、环境保护、食品加工等领域。
本文探讨了膜分离技术在工业过程中的应用。
第二章膜分离技术的分类膜分离技术按其分离机理分为五类：微过滤、超过滤、气体分离、纳滤和反渗透。
微过滤的孔径大小在0.1至10微米之间，用于去除无机颗粒、悬浮物、细菌和大分子物质。
超过滤的孔径大小在0.001至0.1微米之间，用于去除蛋白质、病毒和大分子有机物。
气体分离是利用物理和化学吸附、扩散或化学反应等原理，将气体分离。
纳滤的孔径大小在0.001至0.01微米之间，用于分离色素、糖类、蛋白质和药物。
反渗透技术则是将水转化为纯净水或去除水中的溶解氧、矿物质和化学物质。
第三章膜分离技术的应用膜分离技术在工业过程中的应用主要体现在以下几个方面：1. 水处理膜分离技术是解决水处理领域难题的重要技术之一。
反渗透技术通过膜分离将含有病菌、重金属、硝酸盐、有机物等污染物的水处理成清洁的水。
纳滤技术则可用于处理工业废水和废液中的有机物和无机盐。
此外，膜生物反应器技术可实现废水的生物降解。
2. 食品加工超过滤、纳滤和反渗透技术在食品工业中应用广泛。
超过滤可用于分离乳清、蛋白质和酶。
纳滤则可分离糖类、色素和香精。
反渗透技术可将质量较差的果汁、水加工成高质量的果汁和矿泉水。
3. 化学工业反渗透技术用于离子交换树脂和电解制氯。
超过滤技术可用于制备洗涤剂、肥料、日用化学品、土壤调剂剂等。
气体分离技术则可用于空气分离、液化气体分离和汽油裂解气分离等领域。
4. 生物技术膜分离技术是分离、提纯生物大分子和细胞的重要手段。
微过滤技术可用于消除细胞碎片、减少溶菌酶、去除杂质等。
超过滤技术可用于分离和提纯重要蛋白质、配体、酶等。
纳滤技术则可用于分离小分子化合物、生物活性物质等。
膜分离技术与分类
一、基本原理
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 (Charged Membranes)。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。
静压膜分离操作
1) 膜的选择性 常用被分离溶质的截留率/去留率表示： R = (CF－CP)/ CF×100% CF：原液浓度, CP：透过液中溶质浓度。
2) 浓度极化现象 通常沉淀溶液过滤时会出现“滤饼”现象, 使滤膜 孔洞受阻变小, 流速变慢。 对于实际过程, 膜的排除率应修正为： (CM －CP) / (CF－CP) = exp (JV /k)
JV ： 膜 透 过 流 束 (cm2/cm·s) ； k ： 物 质 移 动 系 数 (cm/s)；CM：膜表面浓度。
静压差膜分离小结
RO
UF
MF
F
MW <350
1000~30000 0.0025~10um >1um
蛋白质
细菌
新型的NF正好介于UF和RO之间，截流分子量大概在300 1000。
几种静压差膜分离法应用比较
精密过滤膜 超滤膜
纳米滤膜
生物膜
反渗透膜
膜分离的物理化学原理
截流机理和筛孔效应 渗透和渗透压 Donnan效应
机械截留（筛孔效应） 物理作用或吸附截留 架桥作用 网络内部截流
渗透和渗透压
盐溶液 纯水
1885 年 , Van’t Hoff 渗透压定律：
膜分离的分类及原理课件
三、膜分离设备
四、影响膜分离速度的因素 1、操作形式 2、流速 3、压力 4、料液浓度
六、应用举例
超滤用于除去葡萄酒中热变性蛋白质、 微滤除去葡萄汁中的细菌和各种固体颗粒
Байду номын сангаас
二、膜的种类及特性
1、膜的种类
选择膜应考虑的因素：分离能力；分离速度；抵抗化学、细
菌和机械力的稳定性；膜材料的成本
（1）均质膜或致密膜
（2）微孔膜
（3）非对称膜
（4）复合膜
（5）离子交换膜
2、膜的结构特性
（1）孔道结构：不对称膜（表面活性层和惰性层） （2）膜的孔道特性：孔径、孔径分布、空隙率 （3）水通量:在一定条件下（一般压力为0.1MPa，温度
分子大小的差别进行分 离的膜分离法，可用于 小分子电解质（例如氨 基酸、有机酸）的分离 和溶液的脱盐
6、液膜分离技术
液膜通常由膜溶剂、表面活性剂、流动载体、膜增强添 加剂组成。 膜溶剂：成膜的基体物质、一般为水或有机溶剂 表面活性剂：降低液膜的表面张力，对液膜的稳定性、 渗透速度、分离效率和膜的重复使用有直接影响 流动载体：选择性迁移指定溶质或离子，常为某种萃 取剂
透析膜 水
2、超滤和微滤：
超滤和微滤都是利用膜的筛分性质，以压差微传质推动力， 用于截留高分子溶质或固体微粒。
超滤：处理不含固形成分的料液，它是根据高分子溶质间 或高分子与小分子溶质之间相对分子质量的差别机械分离 的方法
微滤：用于悬浮粒的过滤，主要用于菌体的分离和浓缩
4、电渗析 利用分子的荷电性质荷
分离范围
1、透析
利用具有一定孔径大小、高 分子溶质不能透过的亲水膜 将含有高分子溶质和其他小 分子溶质的溶液（左侧）与 纯水或缓冲液（右侧）分隔， 由于膜两侧的溶质浓度不同， 在浓差的作用下，左侧高分 子溶液中的小分子溶质透向 右侧，右侧中的水透向左侧， 这就是透析
膜分离技术教案
膜分离技术教案教案：膜分离技术一、教学目标：1.了解膜分离技术的基本原理和分类。
2.掌握膜分离技术的应用领域和优点。
3.了解膜分离技术在工业生产中的具体应用。
二、教学内容：1.膜分离技术的基本原理和分类（1）膜分离技术基本原理：根据溶质的分子大小、形状和溶质和溶剂之间的亲水性或疏水性差异，利用特定功能特点的膜，通过渗透、过滤、扩散、离子交换、吸附或化学反应等机制，在压力驱动下，实现溶质与溶剂的分离和浓缩。
（2）膜分离技术分类：根据膜的性质和应用不同，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜和气体分离膜等。
2.膜分离技术的应用领域和优点（1）应用领域：膜分离技术广泛应用于水处理、食品加工、生物医药、环境保护等领域。
（2）优点：膜分离技术具有分离效果好、操作简单、工艺流程简化、节能环保等优点。
3.膜分离技术在工业生产中的具体应用（1）水处理：利用反渗透膜对水进行净化和浓缩，广泛应用于海水淡化、饮用水处理、废水处理等领域。
（2）食品加工：利用微滤膜、超滤膜、纳滤膜等对食品进行浓缩、分离和脱色等处理。
（3）生物医药：利用超滤膜、纳滤膜等对生物药品进行浓缩、纯化和分离等处理。
（4）环境保护：利用微滤膜、超滤膜、纳滤膜等对废水和废气进行处理和回收利用。
三、教学过程：1.导入：通过提问和引入话题等方式，激发学生对膜分离技术的兴趣和思考。
2.讲解膜分离技术的基本原理和分类，结合图示和实例进行说明。
3.介绍膜分离技术的应用领域和优点，引导学生思考膜分离技术在实际应用中的价值和意义。
4.具体介绍膜分离技术在水处理、食品加工、生物医药和环境保护等领域的具体应用，让学生了解膜分离技术的实际应用效果。
5.总结膜分离技术的要点，强调其在工业生产中的重要性和应用广泛性。
四、教学方法和评价方式：1.教学方法：讲授法、示范法、讨论法等。
2.评价方式：小组讨论、课堂练习、学生报告等。
膜分离技术 - 副本
（3）无机材料 种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。 目 前 实 用 化 有 孔 径 >0.1um 微 滤 膜 和 截 留 >10kD的超滤膜，其中以陶瓷材料的微滤膜 最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅 胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜 厚方向上不对称 优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和 有机溶剂。 缺点：不易加工，造价高。
醋酸纤维素膜的缺点有： 最高使用温度为30℃ 最适操作PH范围为4-6，不能超过2-8的范围 易与氯作用，造成膜的使用寿命降低 由于纤维素骨架易受细菌侵袭，因而难以贮 存。
聚砜膜的特点是稳定性好，但憎水性强。 优点：使用温度可高达75℃；使用pH范围为 1-13，耐氯性能好，一般在短期清洗时，对 氯的耐受量可高达200mg/L，长期贮存时，耐 受量达50mg/L, 孔径范围宽，截l留分子量从 1000至500 000的范围，符合于超滤膜的要求， 但不能制成反渗透膜。 缺点:允许的操作压力较低，对于平板膜，极 限操作压力为0.7MPa，对中空纤维膜0.17MPa。
Retentate (residue) （截留液） Feed
Permeate 透过液
2、膜分离技术的类型
以分离应用领域过程分类 微滤(micro-filtration, MF) 超滤(untra-filtration, UF) 反渗透(reverse osmosis, RO) 透析(Dialysis, DS) 电透析(electro-dialysis, ED) 纳米膜分离(NF) 亲和过滤(affinity filtration, AF) 渗透气化(pervaporation, PV
3、膜的种类
膜应该满足的特性 • 膜应具有较大的透过速度和较高的选择性. • 机械强度好 • 耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭 • 可以高温灭菌 • 价廉等。
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MF
UF
RO
电渗析(Electrodialysis)
电渗析是利用离子交换膜和直流电场的 作用，从水溶液和其他不带电组分中分离 带电离子组分的一种电化学分离过程。
用于海水淡化、纯水制备和废水处理。在分 析上可用于无机盐溶液的浓缩或脱盐；溶解的 电离物质和中性物质的分离。
一、基本原理
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 (Charged Membranes)。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。
精密过滤膜 超滤膜
纳米滤膜
生物膜
反渗透膜
膜分离的物理化学原理
截流机理和筛孔效应 渗透和渗透压 Donnan效应
机械截留（筛孔效应） 物理作用或吸附截留 架桥作用 网络内部截流
渗透和渗透压
盐溶液 纯水
1885 年 , Van’t Hoff 渗透压定律：
·R·T·Ci 渗透是在膜两边渗透压 差—— 的作用下的溶 剂流动；而反渗透、超 滤是在一外加压力差 P > 的作用下, 溶剂逆 向流动。
WW
①浸渍型：以多孔高分子膜作 为支架, 使液体膜溶液(有机溶 剂)浸渍在其孔穴部位, 并在内 外相均接触水溶液。
②乳化型：将表面活性剂、添 加剂及溶剂(内相试剂)的水溶 液高速搅拌(>2000转/分钟), 制成一个油包水(W/O)的乳状 液, 然后再把这种乳状液加入到 低速搅拌(100转/ 分钟)的试液 中, 并使乳状液均匀分散在试液 中, 结果形成水包油, 再包水 (W/O/W)的多相乳浊液。
亲水型
憎水型 通用型
水、低级醇 有机溶剂*
滤膜溶解法(Soluble Membrane Filter)
对于微过滤膜富集, 通常采用酸等溶剂将沉 积物溶解进行后续测定。而可溶滤膜法将目 标成分转变为憎水的适应收集的形式；抽滤 于合适的可溶膜上；将滤膜及收集物溶于合 适溶剂中；有机相可直接分光等直接测定。 如用硝化纤维素膜过滤, 可以用甲基溶纤剂和 DMF或浓硫酸溶解, 也可用丙酮、乙腈、THF 等溶解。
§7.1 概述
膜是什么？有何特性？
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。
膜的特性：
◆ 不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别与
两侧的流体相接触
◆ 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物
质透过，而不允许其它物质透过。
疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔。
纳滤截留的相对分子量为100-1000其操作压力较低,一般在 0.5-1.5MPa 同时纳滤膜的通量高, 与反渗透相比，纳滤具有能 耗低的优点。因此,纳滤恰好填补了超滤与反渗透之间的空白,它 能截留透过超滤膜的那部分小分量的有机物,透析被反渗透膜所 截留的无机盐。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同, 对单价离子的截留率低(10%-80%),对二价及多价离子的截留 率明显高于单价离子(90%)以上。
液膜组成
● 膜溶剂：有机溶剂或水, 构成膜 的基体 ● 表面活性剂：控制液膜的稳定性 ● 添加剂/流动载体：提高膜的选择 性, 实现分离传质的关键因素
① 表面活性剂 乳化型液膜的主要成分之一, 它可以控制液
膜的稳定性。根据不同体系的要求, 可以选择 适当的表面活性剂作成油膜或水膜。 ② 膜溶剂
主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 对无载体液膜, 膜溶剂能优先溶解欲分离组 分, 而对其它组分溶质的溶解度则应很小；对 有载体液膜, 膜溶剂要能溶解载体, 而不溶解溶 质。
Na+ +
固定离子
Cl-
正极 阴离子交换膜 负极
高分子膜中间有足够大的孔隙，水中的离子 在膜孔隙通道（比膜厚度大得多）中电迁移运 动。例如，在水溶液中, 阴离子交换膜的活性 基团会发生离解，留下的是带正电荷的固定基 团，构成了强烈的正电场。在外加直流电场作 用下，根据异电相吸原理，溶液中带负电的阴 离子就可被它吸引、传递而通过离子交换膜到 另一侧，而带正电荷的阳离子则离子膜上固定 负电荷基团的排斥不能通过交换膜。
选择性透膜
膜上游 透膜 膜下游 膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质， 通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、 压力差或电压差等）时，使原料侧组分选择 性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常 膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
分离膜种类
阳离子膜
带电膜
阴离子膜
高分子膜
过滤膜
分 离 膜
液体膜
非带电膜
§7.2 静压差膜分离
微滤、超滤、纳滤和反渗透分离类似 于过滤，用以分离含溶解的溶质或悬浮 微粒的液体。
1) 微滤 2) 超滤 3) 纳滤 4）反渗透
微孔过滤
用于从气相或液相物质中截留分离微粒、 细菌、污染物等。 1 微过滤膜:孔径0.025 ~ 3m，特种纤维 素酯、高分子聚合物制成。
三醋酸酯纤维素 聚四氟乙烯 尼龙－66
反渗透原理
反渗透（Reverse Osmosis）分离过程是使溶 液在一定压力（10-100 atm）下通过一个多孔 膜，在常压和环境温度下收集膜渗透液。溶液中 的一个或几个组分在原液中富集，高浓度溶液留 在膜的高压侧。
反 渗 透 膜 (homogeneous membrane or skin–type membrane):反渗透膜可截留0.X 60 nm的粒子, 截留粒子分子量可达500以下。 在分析上, 反渗透膜可用于富集水溶液中微量有 机物。
电化学分离
• Electrodialysis • Electrophoresis • Electrodeposition • Electrostatic precipitation • ……
海水淡化----电渗析原理
盐水
极水
+
-
淡水
1 离子在电场下的定向迁移
关 注
2 膜的选择性透过
3 分离对象/产品的去向
在电渗析过程中, 膜的作用并不象离子交换 树脂那样对溶液中的某种离子起交换作用, 而 是对不同电性的离子起选择透过作用, 因而离 子交换膜实际上应称为离子选择性透过膜。
应用举例 中草药有效成分的分离和精制：通过电渗析一般可以 把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机 阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。 纯水制备：电渗析制备初级水, 可去盐80-90%；再用 离子交换除盐10-20%制备高级水。这样既降低成本, 又减少污染。 水污染处理： 如回收镀镍废水等等
③ 流动载体
流动载体的条件： ○载体及其溶质形成的配合物必须溶于膜相, 而不溶 于膜的内外相, 且不产生沉淀。 ○载体与欲分离的溶质形成的配合物要有适当的稳 定性, 在膜的外侧生成的配合物能在膜中扩散, 而到 膜的内侧要能解络。 ○载体不应与膜相的表面活性剂反应, 以免降低膜的 稳定性。
④ 添加剂/稳定剂
JV ： 膜 透 过 流 束 (cm2/cm·s) ； k ： 物 质 移 动 系 数 (cm/s)；CM：膜表面浓度。
静压差膜分离小结
RO
UF
MF
F
MW <350
1000~30000 0.0025~10um >1um蛋白质 Nhomakorabea细菌
新型的NF正好介于UF和RO之间，截流分子量大概在300 1000。
几种静压差膜分离法应用比较
无载体液膜的分离机理 ① 选择性渗透：分离物在液膜中的 溶解度差异 ② 化学反应：为提高富集的效果, 可 使待富集成分在内水相发生化学反应 以降低其浓度, 促使迁移不断进行。 ③ 萃取和吸附
内相Ⅰ 外相Ⅱ
H20
H20
Na+
Na+
Cl-
Cl-
X-
火胶棉
结论： ➢ 平衡时，膜两边的Cl-的浓度不相等 ➢ 在一相中加大不扩散离子的浓度能防 止可扩散离子渗入该相
讨论：阴离子可以进入强酸型阳离子交换树 脂内部吗？为什么？
膜分离应用特点
➢ 低能耗、低成本和单级效率高 ➢ 室温下，特别适合于热敏物质的分离 ➢ 应用广泛 ➢ 装置简单，操作方便，不污染环境
纳滤过滤是上世纪80 年代末问世的新型膜分 离技术 。纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透 膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳 滤”。纳滤膜能够截留分子量为几百的物质， 对NaCl的截留率为50%-70%，对某些低分子 有机物的截留率可达90%。
纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF 膜的要致密得多。因此其制膜关键是合理调节表层的
分离过程一般要求液膜要有一定的稳定性, 而到破 乳阶段又要求容易破碎, 便于回收处理。
液膜分离原理及应用
1.无载体液膜的分离机理 2.有载体液膜的分离机理
液料 液膜
(d)萃取和吸附
C
R1
液料
R
液料
C+R→P 液 料
液膜
液膜
液膜
C+R1 → P1
(a)选择性渗透 (b)滴内化学反应 (c) 膜中化学反应
液膜分离
液膜分离是一种新发展的膜分离技术， 是新兴的节能型分离手段。液态膜通常是 3-5m的液滴组成的膜。在液膜分离过程 中, 组分主要是依靠在互不相溶的两相间 的选择性渗透、化学反应、萃取和吸附等 机理而进行分离。这时欲分离组分从膜外 相透过液膜进入内相而富集起来。