膜分离(实例)
膜分离法
工程实例
纳滤（NF） 膜与反渗透 （RO）膜联 用的应用实例。 该装置将二次 处理（生物处 理水）后的下 水用NF、RO 膜再次处理， 处理后的水用 于展览馆大型 水槽内的热带 鱼饲养。
处理前后的水质分析结果
§2 超 滤
超滤是依靠压力推动力和膜进行工作，该膜具 有对液状溶液或者液状混合物中一些组分的渗透 性，而对另一些组分无渗透性。
膜分离技术是物质分离技术中的一个操作单元。
废弃物形态及膜分离技术的适用性
可看出膜分 离技术处理 的对象是流 体，故主要 适用于废水、 废液、废气 的处理。
2 适用于废水排放用途的膜分离技术
排放水处理以 往采用沉淀法、活 性污泥法等，现在 膜法或与上述方法 配合使用，或者完 全代替使用。使用 膜法时，除得到膜 透过液外，对于浓 缩液有时可通过萃 取方法提取有用物 质，而多数情况则 是固化后燃烧处理。
（6）
(7)
当cf很小可以忽略不计时,上式简化为
式中D/δ可用km代替,称为传质系数,则得
浓度极化所形成的胶凝层
当J随着△P的增长而增长 时，浓度cm也就随之增长，但 大分子的浓度增加到某一值cg
后就会发生淀沉，在膜的表面
出现—层凝胶物。凝胶层浓度 cg从此也就固定下来。因此， 在传质系数km为常数的水流条 件下，水的通量J也就不变， 不再因压差△P增加而增长。
• 其他：气体分离（GS）、渗透蒸发（PVAP）、 液膜（LM）、集成膜技术（IMT）等
电渗析、超滤、反渗透是目前给水与废水处理常用的三种膜分离方法。
滤膜孔径及操作压力
大致说来，超滤用于去除大小大于10倍溶剂分子的颗粒，颗粒相对分子质量小于1000。 对溶剂水而言，即颗粒应约大于2.5nm(水分子为0.28nrn)。 超滤膜的孔径一般为1.5~10nm。超滤系统一般在小于0.5MPa下操作。 反渗透用于占除大小与溶剂同一数量级的颗粒．相对分子质量在10~1000范围内。 对水溶液而言，颗粒的大小约为零点几个纳米。反渗透用半透膜作为滤膜，必须在克 服膜两边渗透压的条件下操作，典型的操作压力为5MPa。 当颗粒物大于约50 nm后，即属于一般的过滤。
膜分离技术——造纸工业减污节水的法宝
膜分 离技术 是利 用特 殊 的薄膜对 液体 中的
某 些成 分进 行选 择性 透过 的方 法的统 称 。按照 膜孔 径 的大 小依 次 可 分为 微 滤 （ ＭＦ） 超 滤 、
反 渗透 技术在 处 理造纸 工业废 水 中 已实 现工 业 化应 用 ， 应用 范 围包 括洗 、 、 选 漂废水 、 白水和综 合废 水 。
能 截 流 的 物 质 盐分 ／ 病 毒 细菌
０
不 能 部 分 ห้องสมุดไป่ตู้
部 分 较 完 全
完全 完全
微滤 （ ） 术 可 除 去 废 水 中粒 径 大 于 ＭＦ 技 １ ０ ｍ 的微 粒 、 体 物 质 及 高 分子 有 机 物 （ ０ｎ 胶 相
完 全 完 全
运行 压 力 ／ ０ Ｐ ０．５～ ×１ ａ
３ ５ ２ ８～ ６ ． ～ ０ ９ ２ ～ ９ ９ ０ ０ ８～ ９ ． ９ ６
分离 技术处 理 造 纸 工业 废 水 。近 ２ Ｏ年 来 膜 分 离 技术 在制 浆造 纸工业 得 到了较 快发展 ， 滤 、 超
性 吸 附 一毛 细 管流 机 理 ， 是界 面 现 象 和在 压 力 下 流体通 过 毛细管 的综 合结果 ， 历 了高压 （ 经 大
于 １ ＭＰ ） 低 压 （ 于 ２ ａ 、 低 压 （ 于 Ｏ ａ、 小 ＭＰ ） 超 小 １ ａ 发展 阶段 。 ＭＰ ） 纳滤 （ ） 近年 来 国际 上发 ＮＦ 是 展起来 的 一种分 离性 能介 于超 滤和反 渗 透之 间 的新 型技术 ， 具有 纳米 级 的截流 孔径 ， 能截 流有 机 小 分 子 和部 分 无机 盐 ， 处 理造 纸 废 水方 面 在 将 具 有很 大 潜 力 。 中科 院冰 川所 与 兰 州造 纸 厂
膜分离技术在我国水处理领域的应用实例
膜分离技术在我国水处理领域的应用实例膜分离技术是一种高效的水处理技术，通过膜材料对水中的污染物进行筛选和过滤，将水中的杂质和有害物质分离出来，从而实现水的净化和提纯。
在我国水处理领域，膜分离技术已经得到广泛的应用，下面将介绍几个具体的应用实例。
第一个实例是在饮用水处理中的应用。
随着人们对水质要求的不断提高，传统的水处理工艺已经不能满足需求，而膜分离技术具备高效、节能、环保等优点，正在逐渐成为饮用水处理的主流技术。
目前，全国各地已经建成了大量的膜分离饮用水处理厂，其中以反渗透膜和超滤膜为主要技术手段，能够使水中的有机物、无机盐、微生物等污染物得到有效去除，保证出水质量符合国家的饮用水标准。
第二个实例是在废水处理中的应用。
随着工业化的进程和城市化的发展，各种废水的产生量越来越大，如何有效地处理废水成为了一个紧迫的问题。
膜分离技术在废水处理中也有广泛的应用，可以对工业废水、生活污水等进行处理，将废水中的有害物质和污染物通过膜分离技术实现有效分离和去除，达到环保和资源化利用的目的。
第三个实例是在海水淡化中的应用。
由于我国南北水资源分布不均，南方地区缺水问题日益突出，而海水淡化技术能够将海水转化为可供人类直接使用的淡水资源，成为解决南方地区缺水问题的重要手段。
膜分离技术在海水淡化中也有着广泛的应用，能够对海水中的盐分、微生物、有机物等进行有效的分离和去除，产生出符合国家饮用水标准的淡水资源，为南方地区的水资源保障提供了有力保障。
综上所述，膜分离技术在我国水处理领域的应用实例十分广泛，涉及到饮用水处理、废水处理、海水淡化等多个方面，具有重要的经济、社会和环境保护意义。
液膜分离技术介绍及其应用
常见的乳状液膜可看成是“水/油/水：(W1/O/W2)或
“油/水/油”型(O1/W/O2)的双重乳状液高分散体系。
液膜的传递机理
可分为单纯迁移、反萃相化学反应促进迁移以及膜相 载体输送
①单纯迁移
又称物理渗透，根据料
液中各种溶质在膜相中
的溶解度(分配系数)和 扩散系数的不同进行萃 取分离。
传递机理
②反萃相化学反应促进迁移
传递机理
③ 膜相载体输送
在膜相中加入 Carrier ， 它能选择性地与外相中的待 分离物质结合后透过膜相并
将它送入内水相。
二.乳状液膜分离过程
乳状液膜分离的典型工艺主要由液膜制备、混合分
离、沉降澄清和破乳等过程组成
• 乳化液膜的操作模式图
具体过程介绍
1. 乳状液膜的制备 通常采用搅拌、超声 波或其他机械分散等方式,使含有膜溶剂、 表面活性剂、流动载体以及膜增强剂的膜 相溶液与内相溶液进行混合. 2 .混合分离 使乳状液膜与待分离的料液 充分混合接触,形成W/O/W型或O/W/O型 多重乳状液分离系.
流动载体的研制与选择分离；
设备结构设计及工艺条件的优化； 开发经济实用的破乳技术等。
四.乳状液膜分离技术的应用
液膜分离萃取氨基酸
应用实例
液膜分离萃取抗生素
谢谢各位!
液膜分离技术介绍及其应用汇报Fra bibliotek容分离机理
分离过程
优点缺点 应用实例
液膜分离法, 是一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的
膜分离操作
液膜 是悬浮在液体中很薄的一
层乳液微粒。它能把两个组成不 同而又互溶的溶液隔开，并通过 渗透现象起到分离的作用。
液膜通常是由溶剂、表面活性剂和添加剂制成
水污染控制技术-膜分离
膜分离
二、电渗析
（一）电渗析原理
海水或咸水中的盐分，能够解离成阳离子和阴离子。因 此，在直流电场作用下，利用只接通过阳离子的阳离子 交换膜和另一种只能通过阴离子的阴离子交换膜，分别 选择性地除去水中的阳离子和阴离子，从而达到分离、 浓缩和谈比的目的。
（二）电渗析装置
（三）反渗透装置
膜分离
1．板框式反渗透装置
这种装置的优点是结构简单，体积比管式的小， 缺点是装卸复杂，单位体积膜表面积小。
2. 管式反渗透装置
这种装置的优点是水利条件好，适当调节水流状 态就能防止膜的污染和堵塞，能够处理含悬浮物的溶 液，安装、清洗、维修都比较方便。它的缺点是：膜 的有效面积小，装置体积大，而且两头需要较多的联 结装置。
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2. 制造食盐
日本采用电渗析法制造食盐，最近将过去的盐田法逐步改为电渗析法。这种方法首先要进行海水的前处理。先 将盐水过滤，调节pH值，制成适合于电渗析的海水。再将它浓缩成盐浓度为18-20％的浓缩液。海水的盐浓度为 3%，用电渗析法可浓缩至6—7倍。将这种浓缩液在真空蒸发罐中加热从而制成固体盐，用这种方法制成的盐相当 纯，据说用于食品加工中味道很好。由于太纯，还要适当加入微量的镁盐。
（五）应用实例
膜分离
1. 反渗透法与离子交换法组合处理电镀含镍废水
采用醋酸纤维素反渗透膜的管式反渗透器及丙烯酸型725强酸性阳离子交换树脂。这种树脂在pH值为4 左右时，对废水中的镍离子的交换可以达到全饱和，有较大的交换容量，适合于吸附电镀废水中的镍离子。 用反渗透法处理电镀废水时，铜、铬、锌等的分离率在95%以上。
污水的物理处理技术 ——膜分离
中草药分离纯化的膜分离技术
中草药分离纯化的膜分离技术
中草药提取液或提取物仍然是混合物，需进一步除去杂质，分离并进行精制。
具体的方法随各种草药的性质不同而异，以后将通过实例加以叙述，此处只作一般原则性的讨论。
下面，就为大家简单介绍一下中草药分离纯化的膜分离技术。
膜分离技术是利用膜孔径大小特征在常温下对溶质和溶剂进行分离达到纯化的目的,膜分离技术在中草药分离纯化中的应用主要有三大功能,即截留大分子杂质、滤除小分子物质和脱水浓缩。
膜分离技术用于中草药有效成分的分离纯化过程,与传统工艺相比,具有显著的优势：
可连续生产,分离效率高,有效成分保留率高;
膜分离过程没有相变,具有节能、高效特点,且无二次污染;
操作过程一般比较简单,经济性好;
可在常温下连续操作,特别适用于热敏性物质的处理。
德兰梅勒利用膜分离技术为生物制药、食品饮料、发酵行业、农产品深加工、植物提取、石油石化、环保水处理、空气除尘、化工等行业提供分离、纯化、浓缩的综合解决方案，满足不同客户的高度差异化需求。
帮助客户进行生产工艺的上下游技术整合与创新，帮助企业节省投资、降低运行费用、减少单位消耗、提供产品质量、清洁生产环境，助力企业产业升级。
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。
膜分离技术在我国水处理领域的应用实例
膜分离技术在我国水处理领域的应用实例膜分离技术在我国水处理领域的应用实例越来越多，它具有高效、节能、环保等优点，为我国的水资源管理提供了重要的技术支持。
一、膜分离技术基本原理膜分离技术利用一定压力或电场作用下，将混合体系中不同尺寸、不同性质的分子、离子经过半透膜（滤膜）分离出来。
常用的半透膜有微孔膜、纳滤膜、超滤膜、反渗透膜等。
二、我国水处理领域中的膜分离技术应用实例1、城市污水处理：城市污水处理厂采用膜分离技术，将生活污水经过一系列的处理后，达到国家排放标准，为城市环境的改善贡献力量。
2、饮用水处理：依靠膜分离技术，将水中的重金属、细菌等杂质去除，将水质提升至达到国家的饮用水标准，为人民生活提供安全保障。
3、海水淡化：在我国滨海城市中，大部分都处于水资源匮乏的状态。
膜分离技术可以实现对海水的淡化，解决了城市用水的困难，为我国的城市化进程提供保障。
4、工业用水处理：许多工业生产过程需要用水。
膜分离技术可以将水中的杂质去除，改善水质，有效防止了工业生产产生的水污染。
三、膜分离技术在水处理领域的优势1、高效：膜分离技术不仅能够去除水中的杂质，还可以有效地去除细菌、病毒等微生物，提高水质，保障用水安全。
2、节能：与传统水处理方法相比，膜分离技术能够节约大量的能源，减少碳排放，对于环境保护和节能减排具有积极的作用。
3、环保：膜分离技术能够对水中的污染物进行有效的处理，减少水污染，保护环境。
综上所述，膜分离技术在我国水处理领域的应用实例十分广泛，未来还有更多的潜力可以挖掘。
我们应该加大对膜分离技术的投入，推进水资源的高效利用和环境保护的可持续发展。
膜分离技术PPT
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
气体膜分离技术应用
膜组件设计与制造
中空纤维膜组件
采用中空纤维膜丝束作为 分离元件，具有高装填密 度、低压降等优点。
卷式膜组件
将膜片卷绕在多孔支撑材 料上，形成多层分离结构 ，适用于大规模气体处理 。
板框式膜组件
由平板膜和框架组成，具 有易于清洗、更换方便等 特点。
膜性能评价与优化
渗透性能
评价膜对气体的渗透速率和选 择性，优化膜材料和结构以提
前景
随着环保要求的日益严格和能源结构的转变，气体膜分 离技术将在未来发挥更加重要的作用。例如，利用气体 膜分离技术回收工业废气中的有用组分，减少环境污染 ；在新能源领域，如燃料电池、太阳能等领域，利用气 体膜分离技术提纯氢气等燃料气体，提高能源利用效率 。此外，随着新材料和新技术的不断涌现，气体膜分离 技术的性能和应用范围将进一步拓展，为未来的气体分 离领域带来更多的可能性。
进料系统
将预处理后的原料气按一定压力 、温度和流量要求送入膜分离器 。
膜分离操作过程
膜的选择
渗透气和滞留气的收集
根据原料气的组成和分离要求，选择 合适的膜材料和结构。
渗透气（通过膜的气体）和滞留气（ 未通过膜的气体）分别收集，以供后 续处理或应用。
膜分离器操作
在一定的操作条件下，如压力差、温 度等，原料气在膜分离器中实现组分 分离。
后处理及回收系统
渗透气和滞留气的后处理
根据应用需求，对渗透气和滞留气进行进一步的处理，如干燥、 压缩等。
回收系统
对于有价值的组分，可通过回收系统实现资源的有效利用，降低生 产成本。
安全与环保措施
确保整个工艺流程的安全性和环保性，采取必要的措施防止事故和 污染的发生。
04
CATALOGUE
膜分离技术
膜分离技术反渗透膜工作原理对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。
当把相同体积的稀溶液(例如淡水)和浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。
当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。
渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关。
若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透。
反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例便是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。
膜分离技术膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在一定量的能量差作为动力，允许某些组分透过而保留混合物中其他组分，各组分透过膜的迁移率不同，从而达到分离目的的技术。
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。
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。
第十一章 膜分离技术
超滤的分离原理
与微滤分离过程相似，超滤也是通过膜孔的筛分作用将料液中大于膜孔的 大分子溶质进行截留，使这些溶质与溶剂及小分子组分分离的膜分离技 术。膜孔的大小和形状对分离起主要作用，膜的化学性质也是影响超滤 分离的重要因素。
超滤过程中溶质的截留有三种方式：膜表面的机械截留，在膜孔中滞 留而被去除或在膜表面及微孔内的吸附。
截留率相对较低。操作压力一般在1MPa。此外，荷电的纳滤膜能根据离子
的大小及价态的高低对低价离子和高价离子进行分离。
纳滤膜的迁移机理尚未确定，目前大多数学者认为：纳滤膜的分 离
作用主要是筛分效应和Donnan效应两种特征。在分离浓度恒定的同电性 离子时，纳滤膜对价态低的、半径小的离子有较低的截留率。而在处理 不同自由离子时，膜对离子的截留率还与离子的浓度有关。
1、有机膜材料
天然高分子膜主要为纤维素的衍生物，是应用
（1）天然高分子膜
最早，也是目前应用最多的膜材料。主要用于反渗透、超滤、微滤，在气
体分离和渗透汽化中也有应用。如乙酸纤维、硝酸纤维等，在注射针剂中
药液除菌过滤使用的大多是乙酸纤维膜。 （2）合成有机高分子膜 等。 目前，芳香聚酰胺和杂环类膜材料主要用于反渗透和纳滤。聚酰亚胺 合成高分子膜材料应用最多，主要有聚砜、
目前已经实现工业化的以压力差为推动力的膜过程有：微滤、超滤、 纳滤和反渗透。
微滤（MF）是一种与粗滤相似的膜分离过程。微孔滤膜具有比较整
齐的、均匀的多孔结构。又称为精过滤。
微滤的分离机理
为微滤的分离机理一般认为属于机械筛分，膜的物理结构起决定性 作
用。微孔滤膜截留作用大体可分为以下两类：膜的表面截留和膜内部截留。
2、膜的结构
举例说明黄酮的提取分离方法
举例说明黄酮的提取分离方法组长：宁组员：翟雪王璐璐子涵子惠罗春雨红成1.提取方法1.1热水提取法热水提取法一般仅限于提取苷类. 在提取过程中要考虑加水量、浸泡时间、煎煮时间与煎煮次数等因素. 此工艺成本低、安全,适合于工业化大生产。
以水做溶剂,同时提高浸提温度、延长浸提时间和增加液料比(60倍) ,可以明显提高芦丁的产率。
实例桑叶：采用热水提取法测定桑叶中各有效成分含量，发现黄酮类化合物含量为1%以上,其中霜后桑叶黄酮类化合物含量最高为1.54% ,其次是晚秋桑叶,春季桑芽和后期桑叶含量最低。
甘草：过去甘草黄酮的提取主要为水提法,其主要原理通过甘草粉与水按一定配比,加热混合至80～95 ℃浸提甘草粉,利用甘草黄酮的水溶性进而提取甘草黄酮。
此法虽然要求设备简单,但因提取杂质多、提取时间长、提取液存放易腐败变质、后续过滤操作困难、收率较低等缺点,现已不常使用。
1.2有机溶剂萃取法其原理是利用黄酮类化合物与混入的杂质极性不同,选用不同的溶剂萃取。
常用的有机溶剂有甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等,一般采取乙醇为提取溶剂。
高浓度的乙醇(如90 %～95 %) 适于提取苷元,浓度60 %左右的乙醇适于提取苷类。
提取次数一般为2～4 次,提取方法有热回流提取和冷浸提取两种方式。
实例桑叶：使用乙醇提取桑叶中总黄酮的最正确工艺条件为：乙醇的浓度为70%，料液比为1:15，在80℃的条件下浸泡3h。
使用多种有机溶剂提取发现桑叶中黄酮类化合物的最正确提取溶剂是60%丙酮。
西芹：使用无水乙醇为提取剂，按西芹鲜重与提取剂的比例(W/ V) 1∶2 ,在80 ℃下回流提取2～4h ,制备西芹总黄酮。
银杏叶：从银杏叶中提取总黄酮时, 随乙醇浓度的增加总黄酮提取率逐渐上升, 当乙醇浓度增至70% 时提取率最高, 之后反而下降, 应选用70% 的乙醇作浸提剂最正确。
生：生黄酮提取用40倍原料的90%甲醇溶液, 在60 ~ 65℃条件下提取4 h 为其优化组合, 而其试验组合中以用40倍原料的75%甲醇溶液,在60~ 65 ℃条件下提取2 h的提取效果最好。
膜分离技术
2024/7/5
膜分离技术
3
１、膜分离技术发展概述
1784年 阿贝.诺伦特首次揭示膜分离现象 1960年洛布和索里拉金 醋酸纤纸素膜 1964年 美国通用原子公司 螺旋式反渗透组件 1965年 美国加利福尼亚大学 管式反渗透装置 1967年 美国杜邦公司首次研制了以尼龙为材料 的中空纤维组件, 1970年又研制了以芳香聚酰 胺为膜材料的中空纤维组件 1968年 美籍华人黎念之研究出乳化液膜 70年代 Cussler研制了含流动载体的液膜
第1章 膜分离技术
(Membrane Separation Processes)
本章主要内容:
膜分离技术概述
扩散渗析（diffusion dialysis）
反渗透（ reverse osmosis)
电渗析(electro-dialysis)
2024/7/5
膜分离技术
2
1.1 膜分离概述
1、膜分离发展概述 2、膜分离的概念 3、膜分离法的分类 4、膜分离技术的特点 5.膜分离法的应用
99％
多孔层, 孔径 （1000－4000） ×10－10m
这种膜有不对称结构: 表面结构致密, 孔隙很小, 通称为表皮 层或致密层、活化层； 下层结构较疏松, 孔隙较大, 通称为多 孔层或支撑层。
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膜分离技术
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膜的照片
在相对湿度为100％时, 膜的含水量高达60％, 其中表皮层只含10％－20％, 且主要是以氢 键形式结合结合水。
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膜分离技术
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2. 扩散渗析法原理
渗析液A+ B－
H2O
H2O A+
B－ B－ B－
（1）
膜分离技术及其应用
1960年Loeb 和S.Sourirajan制成 第一张非对称结构的醋酸纤维素 膜，反渗透技术进入实用化阶段。
反渗透过程可以分为三类：
高压反渗透（5.6~10.5MPa）， 低压反渗透（1.0~4.2MPa）， 纳滤（0.3~1.0MPa）。
Rg
Rc
膜污染阻力的概念模型
膜过程的一些术语
膜污染：指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子 由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在 膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使 膜产生渗透通量与分离特性的不可逆变化现象。
物理污染包括膜表面的沉积，膜孔内的阻塞，这与膜孔结构、膜表 面的粗糙度、溶质的尺寸和形状等有关。
R ecircu latio n lo o p
膜过程的一些术语
错流过滤的优点：
(1)便于连续化操作过程中控制循环比； (2)流体流动平行于过滤表面，产生的表面剪切力带走膜
表面的沉积物，防止污染层积累，使之处于动态平衡， 从而有效地改善液体分离过程，使过滤操作可以在较 长的时间内连续进行； (3)错流过滤所产生的流体剪切力和惯性举力能促进膜表 面的溶质向流体主体的反向运动，提高了过滤速度。
膜的发展历史
我国1958年开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开 始研究RO、UF、MF、液膜、气体分离等膜分离过程应 用与开发研究。80年代后期又陆续开展了渗透汽化、 膜萃取、膜蒸馏和膜反应等新膜过程的研究，并着手 进行膜技术的推广应用工作。
国内主要的膜研究和推广单位： 1）气体分离：大连化学物理研究所（天邦膜公司） 2）液体分离：杭州水处理技术中心（西斗门公司）
膜过程的一些术语
浓差极化：在膜分离过 程中，一部分溶质被截 留，在膜表面及靠近膜 表面区域的浓度越来越 高，造成从膜表面到本 体溶液之间产生浓度梯 度，这一现象称为“浓
膜分离技术在富氢回收领域的应用实例
方新刚等：膜分离技术在富氢回收领域的应用实例第8卷第1期随着燃料清洁性的要求越来越苛刻，炼厂对氢气的需求量显著增加。
在富氢气做燃料气和氢气巨大消耗之间，如何能设计制造出能耗相对较低的工业装置，使炼厂尾气中的氢气得到高效、高质量的回收，是整个石油化工行业面对的一个重大课题。
通过大连石化公司膜分离与PSA工艺耦合技术的应用实例[1]，对目前富氢回收技术进行一些分析探讨。
1膜分离的技术原理及特点1.1膜分离技术原理利用不同大小的气体分子在氢膜中的渗透速率不同来实现氢气的分离与回收[2-3]。
渗透速率较高的气体在膜的渗透侧富集，而渗透速率较低的气体则在渗余侧富集。
氢气膜分离技术的膜材料对氢气选择性较大，氢气在膜材料中渗透速率较大，而分子较大的氮气、甲烷、轻烃等分子透过速率较慢，见图1。
1.2膜分离器结构一个膜分离器由成千上万根中空的纤维丝构成，一端用环氧树脂封固，将束状纤维丝装入一个标准压力容器内，使气体在膜分离器内有正确的流向分配和压力分离，见图2。
1.3膜分离工艺介绍膜分离装置都按模块包装，以使设备标准化，具有安装简易的特点；膜分离方法的控制部件少，无运动部件，操作可靠，维修简单。
膜分离方法操作灵活，弹性大，可以处理20mol%~90mol%的氢图1膜分离原理气，产品浓度最高可达99mol%；但当氢气原料纯度不高时，膜分离方法难以高回收率地回收98%以上浓度的氢气，故膜分离方法适合氢气纯度要求不苛刻、回收率大的应用场合[4-6]。
其工艺流程相对简单，基本分为分液、温控、分离三部分。
1.4膜分离与PSA的耦合本项目工艺采用新建膜分离回收装置和现有重整PSA装置耦合来实现对上述物流的分离和回收。
首先通过富氢膜分离装置对较低氢气含量的炼厂气进行氢气浓缩，达到PSA原料气要求后进PSA装置，之后外送氢网。
该工艺设计可以达到同时满足纯度99.9%、收率92%的预期目标，并已申请专利技术，见图3。
2膜分离的主要技术指标2.1氢气纯度及收率1）膜压差影响。
膜分离(实例)..
2018/9/3
膜分离
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材料科学与化学工程学院
膜分离应用实例
膜技术应用进展
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材料科学与化学工程学院
• 大多数工厂现在都配备了基本的水处理设施，但是要达到水 再生的目的，就要涉及到更加先进的水处理工艺，如增加微 滤(MF)或超滤膜(UF)，在水处理的最后阶段可根据不同的需 要增加纳滤(NF)或是反渗透(RO)装置。 • 对于需要更高纯度水的公司来说，例如在进行制药和半导体 的生产操作时，需要增加离子交换或电去离子装置。 • 平均起来，根据不同分子的类型，反渗透可以去除90%～98% 溶解在水中的固体，而离子交换或电去离子装置可以更大程 度地去除溶解在水中的固体，达到2ppm甚至更低的浓度。
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进行深色废水处理的纳滤工厂。
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Christ 公司的Liproline系统可用于生物制品生产工艺中产 生的废水的净化，并且可实现全自动的间歇性或持续性处理。
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渗透汽化复合膜
复合膜产品为多层高分子结构。最底层是无纺布支撑层；无纺布上涂覆 一层大孔高分子基膜，厚度为80μm±3μm，主要起支撑作用；最上层 是致密亲水性高分子活性层，厚度为3μm±1μm，起分离作用。
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膜分离
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泡沫分离与膜分离技术
十六烷基三甲基季铵盐的溴化物 （CTAB）主要用于沉淀酸性多糖。
十二烷基磺酸钠（SDS）主要用于 沉淀膜蛋白和核蛋白。
h
1
4.5 离子型多聚物沉淀剂
是一类温和的沉淀剂，与目标蛋白成盐。 核酸（多聚阴离子）：用于碱性蛋白的沉
淀 鱼精蛋白（多聚阳离子）：用于酸性蛋白
的沉淀
被膜分开的流体相物质是液体或气体 膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其
为膜。
膜在分离过程中的功能：物质的识别与透 过，界面，反应场。
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10
3.2 膜分离技术的类型
膜分离过程的实质是物质透过或被截留 于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤 膜孔径大小而达到物质分离的目的，故 而可以按分离粒子大小进行分类。
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4
2 泡沫分离
2.3 泡沫分离设备和过程 ①设备：泡沫柱和消泡器
②分离过程可分为： 间歇泡沫分离，连续泡沫分离 表面活性物质泡沫分离，非表面活性物质泡沫分离 浓缩纯化泡沫分离，提取回收泡沫分离
h
5
2 泡沫分离
2.4 影响泡沫分离的因素 ①料液性质，如pH值，离子强度，其他添
加剂等 ②表面活性剂 ③操作条件，如进料浓度，气泡尺寸，气
h
18
h
19
超滤：需要增加流体的静压力，改变天然过程的方向
，才可能发生含有低分子量化合物的溶剂流通过膜，此 时的推动力是流体静压力与渗透压的压差；
pp p0 patm
反渗透：过程类似于超滤，只是纯溶剂通过膜，而低
分子量的化合物被截留。因此，操作压力比超滤大得多
。
pp p0 patm
因此，超滤和反渗透通常又被称之为“强 制膜分离过程”
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膜分离应用实例
渗透汽化VS渗透蒸发
2015-2-16
膜分离
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材料科学与化学工程学院 渗透汽化基本原理及特点
• 是一种以混合物中组分渗透压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与 扩散速率差异来实现混合物分离的新型膜分离技术过程。 • 具有致密皮层的渗透汽化膜将料液和渗透物分离为两股独立的物流，料 液侧 ( 膜上游侧或膜前侧 ) 一般维持常压，渗透物侧 ( 膜下游侧或膜后 侧 ) 则通过抽真空或载气吹扫的方式维持较低的组分分压。在膜两侧组 分分压差 ( 化学位梯度 ) 的推动下，料液中各组分扩散通过膜，并在膜 后侧汽化为渗透物蒸汽。由于料液中各组分的物理化学性质不同，它们 在膜中的热力学性质 ( 溶解度 ) 和动力学性质 ( 扩散速度 ) 存在差异， 因而料液中各组分渗透通过膜的速度不同，易渗透组分在渗透物蒸汽中 的份额增加，难渗透组分在料液中的浓度则得以提高。 • 渗透汽化膜分离过程主要是利用料液中各组分和膜之间化学物理作用的 不同来实现分离的。渗透汽化过程中组分有相变发生，相变所需的潜热 由原料的显热来提供。
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渗透汽化膜组件
各种装填面积的板框式膜组件，分别应用于不同 规模的工程中
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成 套 设 备
2015-2-16 膜分离
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工艺流程 • 渗透汽化工艺流程如下图所示。 • 含水的料液经过预热器、加热器加热到一定温度后 进入液相室，膜对料液中的水分子有选择通过性， 水分子溶解吸附于膜表面，在两侧蒸汽分压差的作 用下优先扩散通过，膜器出口得到无水的产品。 • 通过高分子膜渗透到下侧的组分，由于其蒸汽分压 小于其饱和蒸汽压而在膜表面汽化，随后进入冷凝 系统，蒸汽冷凝下来即得渗透产物，可回收处理。 2015-2-16 膜分离
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PP微孔膜电子显微镜照片
2015-2-16
膜分离
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材料科学与化学工程学院 12吨小时液体脱气装置 （用于锅炉水脱氧） 8吨小时富氧水冲氧装置
2015-2-16
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膜分离应用实例
膜技术在工业污水处理中的应用
2015-2-16
2015-2-16
膜分离
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海水淡化技术
• • • • 热法海水淡化与工程 膜法海水淡化与工程 海水淡化技术在循环经济中的应用 该所近年来承担了多项国家和地方科研项目，在低温压汽蒸 馏海水淡化、低温多效蒸馏海水淡化、反渗透海水淡化、农 村苦咸水膜法淡化等领域取得多项成果。 • 该所承担了多项海水淡化及相关工程的设计和建设，其中承 担设计的山东黄岛电厂3000 吨/日海水淡化工程是我国目前 建成的首座低温多效蒸馏海水淡化工程，承担设计、施工的 山东鲁南化肥厂氯化铵废水处理工程是我国首座连续运行的 氯化铵零排放工程。
2015-2-16
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60吨/日低温压汽蒸馏海水淡化装置
大连长海县1500吨/日反渗透海水淡化
2015-2-16
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集装箱式海水淡化试验装置
黄岛电厂3000吨/日低温多效蒸馏海水淡化装置
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天津经济技术开发区污水厂中水回用项目
2015-2-16
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中空纤维膜技术及应用
• 该所膜技术学科领域，主要研究方向为中空纤 维膜技术及应用研究与开发。 • 从90年代初至今，一直从事超滤膜和微滤膜、 组件及装置研发、制造及应用，在干湿法聚砜 中空纤维超滤膜、熔纺拉伸法聚烯烃中空纤维 微孔膜技术研发、成果转化及产业化推广过程 中，取得了显著的成绩，获得了较好的经济效 益和社会效益，技术水平和膜产品市场占有率 均处于国内领先行列。 2015-2-16 膜分离
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• 在世界各地，市政污水处理厂作为供水来源的污水处理日益 增多，根据再生水协会的一项统计，仅在美国，这些污水处 理厂处理的污水就以每年15%的速度增长。 • 由于工厂内部水处理再生的分散特性，在这些地方很难统计 水处理量，但是根据设备供应商的估计，世界污水处理正以 每年15%～20%的速度增长。 • 不同工厂的水处理方式各不相同，即使是生产相同产品的工 厂，其污水处理也可能不一样。尽管水处理方式不同，但其 基本原理都是相同的，即把有用的化合物分离出来再利用， 同时把对环境有害的物质分离出来，使之不对环境造成危害， 然后再把这些污水进一步处理，使之达到规定的排放要求。 • 污水处理方法包括机械过滤与分离、化学生物技术处理、澄 清法、浮选法以及蒸发法等。
2015-2-16
膜分离
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• 如果进行水处理时还需同时对产品和其他资源进行回收利 用，那么使用膜技术进行水处理就具有很大的优势。在水 资源不太缺乏的情况下，产品的回收利用就成为一个很重 要的因素。 • Enviro-Chemie公司已经将Envopur处理单元应用到一系列 不同的工业生产中，包括纺织工业、印染工业、普通化合 物的生产、玻璃及陶瓷生产中。 • 通常将膜技术与其他的一些物理化学工艺相结合来进行废 水处理，如离子交换、吸收和沉淀等。 • 作为墨西哥最大的石油精炼厂之一，Pemex公司为其 Minatitl废水回收装置选择安装了Zenon 公司的ZeeWeed 超滤膜系统，这套水处理技术系统可以为冷却塔和精炼过 程提供高质量的用水。
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膜技术应用进展
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• 大多数工厂现在都配备了基本的水处理设施，但是要达到水 再生的目的，就要涉及到更加先进的水处理工艺，如增加微 滤(MF)或超滤膜(UF)，在水处理的最后阶段可根据不同的需 要增加纳滤(NF)或是反渗透(RO)装置。 • 对于需要更高纯度水的公司来说，例如在进行制药和半导体 的生产操作时，需要增加离子交换或电去离子装置。 • 平均起来，根据不同分子的类型，反渗透可以去除90%～98% 溶解在水中的固体，而离子交换或电去离子装置可以更大程 度地去除溶解在水中的固体，达到2ppm甚至更低的浓度。
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• Aquious计划通过一些新的工程项目来巩固自己在膜分 离脱盐领域的重要地位，这些工程中包括为中东地区 提供饮用及工业用水的项目。 • 除了这些公司以外，还有下面这些都为日益增长的市 场提供了自己的解决方案。 –SUEZ公司下属的Hager - Elsser公司， –Linde公司下属的 Linde-KCA-Dresden公司， –Veolia Environment公司, –Gromtmij公司, –DHV Water公司 –Membrana公司
2015-2-16
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• 水在工业生产中是不可或缺的，因此是否能够根据不同的工 业生产需要，提供满足相应需求的工业用水，成为决定投资 的一个重要因素。 • 水资源的合理应用是全球持续发展以及经济稳步增长的基础。 由于生产工艺效率和产品质量标准的不断提高，相应的水处 理技术也要进行优化和革新。生产工艺与水处理技术的整合， 对工艺过程来说是一个巨大的挑战。 • 在全球范围内，随着人口的增长和工业需求的不断增加，淡 水的供应日益短缺，而且费用也日益昂贵。同时，化工厂还 面临着这样的处境，就是对污水的排放要求越来越高。因此， 新型水处理技术的作用变得非常关键。
2015-2-16
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应用范围
• 渗透汽化技术用于液体混合物的分离，其突出的优点是能够以低的 能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统的方法难于完成的分离任务。 • 它特别适于蒸馏法难于分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及 同分异构体的分离；对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除及废水中 少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势；还可以同 生物及化学反应耦合，将反应生成物不断脱除，使反应转化率明显提 高。 • 渗透汽化技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔 的应用前景及市场，被专家们称之为二十一世纪最有前途的高技术之 一。
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膜分离应用实例
国家海洋局 天津海水淡化与综合利用研究所
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• 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所1984年 经国务院批准成立，是目前我国唯一专门从事海水 资源开发利用发展战略、公用基础和产业化关键技 术研究的国家级公益类非营利研究机构。 • 其主要研究领域为：海水（苦咸水）淡化、海水直 接利用、海洋环境工程、海水化学资源综合利用、 膜技术与水处理、海洋防腐等，具有国家专项工程 设计甲级证书，全面实施ISO-9001质量体系管理。