分离科学V-新型膜分离技术
膜分离技术的原理及优点
膜分离技术的原理及优点1、膜分离的概念即是以天然或人工合成的高分子薄膜为介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯和浓缩的方法称之为膜分离法。
膜分离可用于液相和气相。
对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。
2、膜分离的基本原理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，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。
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。
3、膜分离技术的优点（1）在常温下进行：有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩；（2）无相态变化：保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的31—81； （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，易于自动化；（6）能耗低：只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩闹局世或冷冻浓缩的31—81。
4、膜分离技术的缺点（1）膜技术虽然浓缩成本低，但不能将产品浓缩成干物质；（2）膜技术虽然具有选择过滤性，但是同分异构体就无法实现分离。
5、膜分离技术的应用领域膜分离技术，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。
新型分离技术的研究进展
新型分离技术的研究进展分离技术作为化学、制药、材料科学等领域中最为重要的技术之一，一直以来都受到广泛关注。
在过去的几十年中，各种新型的分离技术不断涌现，极大地提高了产品的纯度和品质。
本文将探讨目前新型分离技术研究的最新进展。
I. 传统分离技术的缺陷在传统的分离技术中，传统溶剂萃取、膜分离、结晶分离技术等是常用的分离方法。
但是这些方法也有着很多的缺陷。
例如：(1) 使用易燃、易挥发的有机溶剂可能会引起安全隐患，且污染环境。
(2) 传统膜分离技术的膜通常寿命较短，容易受到受污染的影响从而降低分离效果。
(3) 结晶分离技术必须要求物质有结晶性，而且耗时较长。
这些缺陷都对传统分离技术的应用产生了很大的制约。
II. 近年来，一些全新的分离技术出现了，它们正在逐渐取代传统的分离技术，成为应用领域的新宠。
目前，新型分离技术主要包括：(1) 超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术是利用超临界流体优异的溶解性能进行分离的一种新型技术。
它主要利用压力和温度对气态或液态物质进行临界点之上的处理，使其成为具有高扩散能力的超临界流态物质，并使其保持临界点以上的特异性质。
超临界流体萃取技术的主要特点是：无毒、无污染、高效率、易于操作。
与其他技术相比，它具有化学可控性好、分离效果高等优点。
在某些领域，如材料科学、化学工程等领域，已经被广泛应用。
例如，将它应用于石油提炼可大大降低污染和能源消耗。
(2) 嵌段共聚物膜分离技术嵌段共聚物膜分离技术是一种可控结构的膜，它在表面上具有多种特定的化学官能团。
这种结构在分离过程中能够选择性地吸附一些物质，达到分离效果。
该技术的优点是反应时间短、效率高、选择性好，并且可以在极端条件下工作，如高温、高浓度、高压等环境下。
该技术已经在水处理、有机物质回收等领域中被广泛应用。
(3) 金属有机骨架材料分离技术金属有机骨架材料是一种由有机配体与中心金属离子桥接形成的多孔材料。
它的优点是具有大孔径、大比表面积、氨基、羧基等基团，并具有很好的化学可控性。
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。
化工原理新型分离技术-膜分离
砜
耐辐射，机械强度较高。
含 聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟 氟 乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸 材 料
化学稳定性好，耐高温。如PTFE膜， －40～260oC，可耐强酸，强碱和各 种有机溶剂。具疏水性，可用于过滤 蒸气及腐蚀性液体。
P2 P3
膜过程的一些术语
1
2 3
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“浓差极化”。
Cf Cm Cp
浓差 膜层 渗透侧
极化层
极化层
膜过程的一些术语
传递阻力：
1）膜阻Rm:与膜本身的结构有关，包含膜层到支撑层的 传递阻力；
膜过程的一些术语
通量衰减系数m：由于过程的浓差极化、膜的压密、膜污 染等的影响，使得通量随时间的变化
膜过程的一些术语
推动力： 1）对多孔膜而言，在对流流动的情况下，传质推动力是 膜两侧的压力差。
P1
P＝（P1＋P2）/2－P3
膜压降：P1-P2，是由于流体流动引起的。 2）对致密膜而言，推动力为膜两侧的化学势之差。
在其它工业废水处理中的应用
❖造纸工业的黑水和白水处理、纺织废水中PVA 回收等。
上海宝钢集团公司冷轧线
设备处理能力为：6万m3/年，油截留率大于99.9％，水回用率大于90％，回收油120吨 /年
钢铁冷轧乳化液废水处理回用技术
项目 设备折旧费用 （元）
能耗费用 （元） 人工费用 （元）
维修 （元） 清洗剂费用（元）
1827年Dutrochet引入名词渗透（Osmosis）； 1861年Schmidt提出超滤概念； 1864年Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜） 1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并将其应用于微
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种技术，它是建立在把不相容的物质分成两个相对独立的部分，并且通过在这些部分之间建立一个结构，使其能够相互分离的基础上发展出来的。
膜分离技术是在现代科学和工程领域中被使用最广泛的一种技术。
它可以用于解决大多数工业过程中的分离问题，如水处理等。
膜分离技术最早由埃及文明的发明家们发明，他们将多孔的砖和石头用于过滤土和水，这是历史上第一次使用膜分离技术。
当时，这种技术大多用于分离固体、液体和固体混合物。
随着科技的进步，膜分离技术发展更加广泛，现在已经可以用于分离任何形式的物质，包括固体、液体或气体。
现在它是一种非常有效的分离技术，被广泛应用在许多工业和农业领域。
膜分离技术可以使得系统和过程中的物料分离更加有效，从而提高工业生产的质量和效率。
此外，膜分离技术的应用还可以改变某些物质的性质，提高产品的质量，并减少浪费和污染。
膜分离技术被广泛应用于许多领域，包括水处理、精炼、污泥处理、纯净水制备、药物加工、食品加工等等。
此外，膜分离技术还可以用于分离复杂的有机物质，如蛋白质、核酸等。
这种技术可以提供高精度的分离，从而得到有质量保证的细致物质，并可以在很短的时间内完成。
同时，膜分离技术也应用于实验室的研究中，以检测微小种类的有机物质。
现在，膜分离技术在不断发展，其应用越来越广泛，各种膜的选择也越来越多样化，越来越适用于各种应用场合。
膜分离技术有很多优势，在工业生产和研究领域都受到了广泛应用。
未来，我们还有望开发出更多更先进的膜分离技术，以更好地满足人们日益增长的物质分离需求。
总之，膜分离技术是一种非常有效的物质分离技术，它被广泛应用于许多领域，并具有很多优势和优点，它也在不断发展，满足不断变化的应用需求。
只要有充分的研究，这种技术有望发展更进一步，取得更多成功。
新型分离技术 膜分离技术8.1
膜分离技术的发展-发展史
1748年科学家就发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，这 一发现开创了膜渗透的研究。 1854年Graham发现了渗析现象。 1964年Traube成功地制成了历史上第一片人造膜-亚铁氰化铜膜。 20世纪40年代，利用渗析原理研制出人工肾。 20世纪50年代初，离子膜研制成功，电渗析技术成功地应用于工业生 产中。 20世纪60年代Loeb研制成醋酸纤维素非对称性膜，这在膜分离技术的 发展中是一个重要的突破，使反渗透进入了实用阶段。 20世纪70年代超滤和液膜； 20世纪80年代气体分离； 20世纪90年代渗透汽化。 此外以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结 合的集成过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和发展。
膜分离技术的发展-特点
操作温度低，能耗低，分离效率高，分 离过程中不伴随相变，无二次污染。特 别适合于热敏性物质、稀溶液、难分离 物质的分离。 膜分离技术是一种新技术，与其它新技 术一样，产品更新快，技术含量高，研 制比重大，而且品种较多，生产规模小。
膜及膜分离技术的定义和分类
-膜的定义
在一种流体相内或两种流体相之间，用一个较 为致密的薄层（＜0.5mm）凝聚相物质把流体 相分为两部分，这一薄层物质就是膜。膜本身 可以是均一的一相，或是由两相以上的凝聚态 物质所构成的复合体。膜既可以是固态的，也 可以是液态的；可以是完全透过性的，也可以 是半透过性的。不论膜有多薄，都必须起到隔 离作用，以阻止膜两侧的流体相直接接触。
反渗透的应用
①反渗透法处理酸性尾矿水废水经过滤后，用高压泵送进反渗透器，产 出的淡水加碱调整pH值后即可作为工业用水，若再经过滤和消毒后还可 作为饮用水。浓缩水部分循环，部分用石灰中和沉淀。废水中的CaS04 容易沉淀，可沾污、堵塞反渗透膜，所以反渗透器的进水应控制废水与 沉淀池返回来的上清液之比为10:1。同时，应使水流处于湍流状态，以 便防止边界层沉淀。反渗透处理结果见表，操作压力为4.21MFa，水的 回收率为75%。 ②纸浆及造纸厂废水处理生产试验表明，反渗透沦可降低造纸厂废水中 的BOD5约70~80％，COD约85~90％，色度约96~98%，钙约96~97%。 据报导，在工作压力为3.14MPa时可去除纸浆废水中的BOD5达94%，氯 化物92％，水的回收率80%，处理后的水无色无臭，可回用于生产。 ③丝绸染整厂废水处理国内几家工厂的实践说明，用外压管束式反渗透 装置处理丝绸染整废水，脱色率达98％以上，BOD5去除率达80.90％， COD去除率85.98％，出水清亮透明，可返回生产使用。此法占地面积小； 处理成本低。
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术，它是材料科学与介质分离技术的交叉结合，具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点，广泛应用于工业领域，尤其在食品、医药、生化领域发展迅猛。
据统计，膜销售每年以10%~20%的速度增长，而最大的市场为生物医药市场。
一膜分离技术1.1原理膜分离技术是一种使用半透膜的分离方法，在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术，其中在食品、药学工业中常用的有微滤、超滤和反渗透种。
1.2特点膜分离技术具有如下特点, （1）膜分离过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等。
（3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型；（4）膜分离技术以压力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。
1.3分类超滤的截留相对分子质量在1000~10000之间，选择某一截留相对分子质量的膜可以将杂质与目标产物分离。
超滤技术在生化产品分离中应用最早、最为成熟，已广泛应用于各种生物制品的分离、浓缩。
纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200~1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。
纳滤可以采用两种方式提取抗生素，一是用溶剂萃取抗生素后，萃取液用纳滤浓缩，可改善操作环境；二是对未经萃取的抗生素发酵液进行纳滤浓缩，除去水和无机盐，再用萃取剂萃取，可减少萃取剂用量。
微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05~10um 之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。
新型分离技术
（4）分离仪器设备迅速发展 超声萃取、加压萃取、微波萃取、超临界萃取
（5）分离富集技术旳自动化、在线化
全自动萃取仪、自动固相萃取仪、自动固相微萃取。
（2）分离目旳（科研、生产）
（3）分离量（多种措施处理量不同）
（4）试验条件（了解和熟练掌握多种分离技术， 明确各措施旳应用范围和优缺陷,满足以上条件 基础上选择便宜措施）
实例1 毛花洋地黄粗总甙旳提取分离
提取
沉淀除杂 减压蒸馏
减压蒸馏 萃取除杂
萃取除杂
减压蒸馏 溶解
一般蒸馏 结晶
重结晶 干燥
续实例1
作量和投资占整个过程旳50—80%。
（3）有机化合物旳性能研究和分析
如： 保健品中褪黑激素旳测定； 运动员体液兴奋剂检测；
（4）诸多药物有立体异构，其药理性质不同
①氯霉素（广普抗菌药） D-(-)有杀菌活性 L-(+)无
OH
O2N
OH
NHR
O
R= C CHCl2
②葡萄糖 D-(+)在动物代谢作用
（2）化学分离法：按被分离组分化学性质差别，经 过合适旳化学过程使其分离。如沉淀分离、溶剂萃取、 色谱分离、选择性溶解；
（3）物理化学分离法：按被分离组分旳物理化学性 质差别进行分离。如电泳、膜分离。
按分离过程旳本质分类
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面， 经过两相界面旳平衡关系使均相混合物得以分离。 如液-液萃取（到达平衡时旳分配系数不同）；结 晶（固-液平衡）；蒸馏（液-气平衡）
1.4 分离措施旳分类
力学能：机械能、流体动能、位 能、热能
新型膜分离技术的研究进展
新型膜分离技术的研究进展随着工业的不断发展和环境污染的加剧，高效的膜分离技术成为了人们越来越关注的焦点。
而新型膜分离技术因其较传统技术更高效、更稳定等特点，受到了研究者们的广泛关注。
本文就新型膜分离技术的研究进展展开讨论。
一、磁性膜分离技术磁性膜分离技术是利用磁性薄膜的磁性特性，通过磁场驱动将所需物质从溶液中分离出来的一种技术。
具有良好的反应速度和选择性，因此在生物分离等领域有着广泛的应用前景。
磁性膜的制备工艺主要包括化学共沉淀法、溶胶凝胶法、磁控溅射法等。
其中，化学共沉淀法生产的磁性膜材料具有较高的纯度和磁性能。
二、纳米孔膜分离技术纳米孔膜分离技术是利用人造或天然的纳米孔膜结构实现的一种分离技术。
纳米孔膜结构上十分稳定、可靠，因此在海水淡化、分离污染物等领域有着极为广泛的应用。
纳米孔膜以其纳米级别的分离过程和高效率，被广泛应用于生物领域，有着广阔的应用前景。
纳米孔膜分离技术的主要挑战是如何精准地掌握孔径的大小和形状，以及如何控制膜材料的基本特性等问题。
三、离子液体膜分离技术离子液体膜分离技术是利用氢键、π-π共轭作用以及共价键等相互作用和电荷屏蔽等特性来实现分离的技术。
离子液体膜分离技术由于具有很高的选择性、稳定性和反应速度，并且能够实现分离效率的进一步提高。
离子液体膜分离技术自问世以来，就得到了广泛的关注和研究。
其中，离子液体膜的制备、离子液体的选择和组成尤为重要。
随着研究的不断深入，离子液体膜分离技术已应用于氧化物和酸的分离、有机物的提取和分离等方面。
四、结晶膜分离技术结晶膜分离技术是利用有利条件下物质的结晶过程来实现分离的一种技术。
由于结晶过程具有高度可控性和高纯度分离效果，因此被广泛应用于生产领域，如化学工业中的单质制备和精细化工中的分离纯化等。
结晶膜分离技术在狭窄的过滤膜中利用晶体生长阻挡物来实现分离，效率和选择性相当高。
现在，研究者们正在尝试通过改变晶体的生长方向和尺寸等参数来进一步优化结晶膜分离技术的效果。
新型分离技术
新型分离技术1. 简介新型分离技术是指一种通过创新的方法和技术，实现物质或信号的分离和提取的技术。
在科学研究、生产制造、环境监测等领域都有广泛的应用。
本文将介绍几种常见的新型分离技术，包括膜分离技术、离子交换技术和磁性分离技术。
2. 膜分离技术膜分离技术是利用特制的膜材料对物质进行分离和提取的技术。
膜材料通常具有一定的选择性，可以根据物质的大小、形状、电荷等属性进行筛选。
膜分离技术被广泛应用于液体分离、气体分离和固液分离等方面。
膜分离技术的优点在于操作简单、分离效率高、能耗低。
它可以帮助工业生产中的废水处理、饮用水净化和药物分离纯化等领域。
例如，膜分离技术可以将沉淀物与溶液分离，使废水中的污染物得以去除。
3. 离子交换技术离子交换技术是指通过特定的离子交换树脂将溶液中的离子进行选择性吸附和释放的技术。
离子交换树脂通常是由树脂球或柱、具有化学反应活性基团的剂量的填充而成。
根据需要对树脂进行选择，可以实现对特定离子的分离和提取。
离子交换技术主要应用于水处理、化学品生产和药物分离纯化等领域。
例如，在水处理中，离子交换技术可以去除水中的硬度离子，获得更纯净的水质。
在医药行业中，离子交换技术可以用于药物的纯化和分离过程，提高产品的质量。
4. 磁性分离技术磁性分离技术是利用磁性颗粒将目标物质从混合物中分离和提取的技术。
磁性分离技术的基本原理是利用磁性材料在外加磁场作用下具有磁性响应的特性。
通过控制磁场的强度和方向，可以实现对特定物质的分离和提取。
磁性分离技术在生物医学、生物化学和环境分析等领域具有广泛的应用。
例如，在生物医学研究中，磁性分离技术可以用于分离和提取细胞、蛋白质和核酸等生物标本。
在环境分析中，磁性分离技术可以用于检测水体和土壤中的污染物。
5. 总结新型分离技术的发展使得物质的分离和提取更加高效和精确。
通过膜分离技术、离子交换技术和磁性分离技术，我们可以实现对液体、气体和固体的分离和纯化，满足现代工业和科学研究的需要。
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是材料科学和过程工程科学等诸多学科交叉结合、相互渗透而产生的新领域，是当代新型高效的共性技术，特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。
膜分离技术推广应用的覆盖面在一定程度上反映一个国家过程工业，能源利用和环境保护的水平。
膜分离技术以选择性透过膜为分离介质。
在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体膜分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换等)相比较，其过程大多为无相变化，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点。
1.微滤(MF)Microfiltration，其特点：对称细孔高分子膜，孔径0.03～10 nm，滤除≥50 nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂和溶解物，被截留物质：悬浮物、细菌和微粒子。
2.超滤(UF)Ultrafiltration，其特点：非对称结构的多孔膜，孔径l～20 nm，滤除5～100 nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：溶剂、离子和小分子，被截留物质：蛋白质、各类酶、细菌和乳胶。
3.纳滤(NF)Nanofiltration，其特点：1 nm的微孔结构，滤除相对分子质量在200～2000，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂、相对分子质量<200，被截留物质：溶质、二价盐、糖和染料 (相对分子质量200～1000)。
4.反渗透(RO)Reverse Osmosis，其特点：带皮层的不对称膜、复合膜(<l nm)，用于水溶液中溶解性盐的脱除，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂，被截留物质：无机盐、糖类、氨基酸和BOD。
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
膜分离技术膜分离技术是材料科学和过程工程科学等诸多学科交叉结合、相互渗透而产生的新领域，是当代新型高效的共性技术，特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。
膜分离技术推广应用的覆盖面在一定程度上反映一个国家过程工业，能源利用和环境保护的水平。
膜分离技术以选择性透过膜为分离介质。
在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体膜分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换等)相比较，其过程大多为无相变化，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点。
1.微滤(MF)Microfiltration，其特点：对称细孔高分子膜，孔径0.03～10 nm，滤除≥50nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂和溶解物，被截留物质：悬浮物、细菌和微粒子。
2.超滤(UF)Ultrafiltration，其特点：非对称结构的多孔膜，孔径l～20nm，滤除5～100nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：溶剂、离子和小分子，被截留物质：蛋白质、各类酶、细菌和乳胶。
3.纳滤(NF)Nanofiltration，其特点：1nm的微孔结构，滤除相对分子质量在200～2000，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂、相对分子质量<200，被截留物质：溶质、二价盐、糖和染料(相对分子质量200～1000)。
4.反渗透(RO)Reverse Osmosis，其特点：带皮层的不对称膜、复合膜(<l nm)，用于水溶液中溶解性盐的脱除，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂，被截留物质：无机盐、糖类、氨基酸和BOD。
分离科学的前沿_膜分离技术[1]
![分离科学的前沿_膜分离技术[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/eb4e648783d049649b665864.png)
膜 分离技术获得了迅速的发展。 1918 年, Zsing2 m ondy 提出商品化微孔滤膜的制造法[3], 1925 年, 在德国建立起了第一个专门经销和生产微孔滤膜的 公司。1935 年, T eo rell 发明了具有离子选择透过性 的离子交换膜[4 ]。
20 世纪 60 年代, 膜科学发展进入了黄金时期, 各种各样的膜材料大量涌现, 更重要的是膜分离进 入了实用工业化, 微滤、反渗透、超滤、透析及气体分 离相继得到迅速发展。1961 年, 美国 H even s 公司首 先提出了管式膜组件的制造法。 1965 年, 美国的 D uPon t公司首创了中空纤维及其分离装置, 这一发 明大大促进了气体膜分离技术的发展。 这一时期问 世的液膜分离技术, 发展速度惊人, 经历了支撑体液 膜、乳化液膜和流动载体乳化液膜 3 个阶段, 目前, 用液膜法去除载人宇宙飞船密封舱内 CO 2 的技术 已经成功地应用于宇宙空间技术中。
1748 年, A bb le N elk t 发现水能自然扩散到装 有酒精溶液的猪膀胱内, 首次揭示了膜分离现象。 1846 年, Schonbein 用硝酸纤维素制作了具有实际 意义的气体分离膜[2]。其后的近一个世纪中, 几乎所 有的膜科学方面的研究工作, 都是以类似的改性纤 维素为基本材料。直到 20 世纪 20 年代, 高分子科学 的兴起, 为膜科学的发展提供了坚实的物质基础, 使
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2000 年第 12 期 化 学 教 育
生命科学的发展, 对生物体内活性物质的分离 纯化提出了更高的要求。 20 世纪 80 年代发展起来 的亲合膜技术, 通过在膜上固载特定的功能配位基 如: 氨基酸、酶、抗体等, 利用这些功能配位基选择性 地实现了物质的特异性分离, 目前已应用于肝素、尿 激酶、单克隆体、胰蛋白酶等生物大分子的纯化和分 离[5、6、7 ]。将膜分离技术与其他化学过程结合起来的 集成膜分离技术近年来也迅速发展起来。 膜分离与 液- 液萃取相结合的膜萃取技术将料液相与萃取相 用薄膜隔开, 两相在膜两侧分别流动, 传质过程在膜 表面进行, 克服了通常萃取过程中液滴的分散与聚 合现象, 而且可以实现连续操作; 膜分离与化学反应 相结合, 可以在化学反应进行的同时将产物分离出 反应体系, 减少了副反应, 提高了产品的收率。 这些
新型膜分离技术ppt课件
膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目 前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量 也就成了一个重要的研究课题；
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膜控制释放
Control Release
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
1. 膜控制释放概述
控制释放就是将药物或其他生物活性物质和基
材（通常为高分子材料）结合在一起，使药物通 过扩散等方式在一定的时间内，以某一速率释放 到环境中的技术。
应用：膜的一侧是含盐量很低的稀溶液，另一侧为电解
质浓溶液，这样即可对低盐溶液进行脱水浓缩。该方法 特别适用于新鲜牛奶、水果汁等热敏物质的脱水浓缩。
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采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
3.膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)—— 将膜分离与催化反应结合，可突破化学平衡的限 制，提高反应转化率。
膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)—— 将膜分离与生物反应结合，可控制产物抑制作用， 回收生物催化剂，提高生化反应转化率。它按生 物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、膜发酵 器和膜组织培养。
膜蒸馏与膜接触器
Membrane Distillation &
Membrane Contactors
新型分离技术--第二章 膜分离(1)
相转化法
铸膜液：高分子溶解在溶剂中，成为均匀的溶液。 溶剂为：DMF、DMSO、DMN、丙酮等。 凝胶浴：聚合物从溶解状态转变为非溶解凝胶态， 成为非对称多孔膜。通常选水为凝胶浴。
聚合物
溶剂 均质制膜液
添加剂
流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维
蒸出部分溶剂 凝固液浸渍
水洗
后处理 非对称膜
O S O ]n
]n
O ]n
Du Pont公司生产的DP—I型膜膜材料的合成路线如下式
所示：
O n H2N C NH NH2 + n Cl O C O C Cl
DMAC NH
O C NHNH
O C
O C
n
聚吡嗪酰胺类：这类膜材料可用界面缩聚方法制得。
O n Cl C CH CH O C Cl + n HN R' O 界面缩聚 C CH CH O C N R'
以电位差为推动力的膜过程：电渗析、膜电解。
2.3 膜组件与膜过程设计
安装膜面的最小单元称为膜组件。 膜组件有板筐式、螺旋卷式、管式、毛细管式、 中空纤维式。
天津膜天膜技术公司的中空纤维膜
膜过程设计
膜组件、泵、管道等组合在一起，消耗一定的 能量，完成一个膜分离任务。
无机陶瓷膜超滤系统
膜生物反应器
3.膜过程分类
1.0 nm 10 nm 100 nm 1 um 10 um
分子量 粒子 膜过程
100
1000
10万 蛋白质 超滤 细菌 微滤 酵母菌
分子 离子 糖 电渗析 纳滤 气体分离 渗透蒸发
以压力为推动力的膜过程：微滤、超滤、纳滤、
反渗透。
以浓度为推动力的膜过程：透析、气体分离、
Advances in Separation Science and Technology
Advances in Separation Science andTechnology随着科学技术的不断发展，越来越多的领域开始应用分离科学和技术的新成果，使得分离科学和技术成为了现代化工、生物医药和环境保护等领域重要的技术手段。
本文将对分离科学和技术的最新进展进行讨论，并探讨这些进展所带来的潜在应用和挑战。
一、分离技术的种类分离技术是指将混合物中的化学成分分离出来，从而实现物质的精细纯化、加工和转化。
当前常用的分离技术包括：膜分离技术、萃取技术、蒸馏技术、结晶技术以及吸附技术等。
它们各自具有不同的特点，因此在不同的领域中具有广泛的应用。
二、膜分离技术的最新进展膜分离技术是一种以分离膜为主要分离载体的物质分离方法。
相对于传统的萃取、蒸馏、结晶等分离技术，膜分离技术具有分离效率高、操作简单、能耗低的特点，因此，在目前的工业中，膜分离技术被广泛应用于水处理、食品加工、生物医药、环境保护等领域。
在膜分离技术的基础上，一些研究人员提出了新型膜分离技术，如亲水性材料分离膜、UCST型聚合物分离膜等，在提高分离效率和选择性的同时，简化了分离过程。
除了常用的微滤、超滤、纳滤和反渗透等膜分离技术外，最近又发展出了新型膜技术--纳米孔分离膜技术，这种技术利用有机或无机材料构建孔径适当的纳米孔分离膜，可高效地去除水中有害物质，从而扩大了膜分离技术的应用范围。
三、萃取技术的最新进展萃取技术是指将混合物中的目标物质从其他组分中萃取出来，常用于纯化天然产物、生产有机合成物、制备食品调味品等方面。
目前，萃取技术的新进展主要集中在两个方面：萃取剂的研究和萃取工艺的优化。
萃取剂的研究主要包括选择更适合的萃取剂、综合萃取剂和无机离子液体等。
萃取工艺的优化则主要实现在提高稳定性、缩短工艺流程和降低能耗等方面。
这些新进展不仅可以提高萃取效率和选择性，同时节约了生产成本，对于推动萃取技术的应用具有重要意义。
四、蒸馏技术的最新进展蒸馏技术是一种通过加热后再冷却的方式，将混合物中的成分分离出来的方法。
分离科学V-新型膜分离技术
In the 1990s
In the 1980s
Reverse osmosis membranes as FO membranes Polyamid (PA) membranes
In the 1970s
商业正渗透膜的结构
Before 1960
Bladders of animals, rubber, porcelain, goldbeaters’skin
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膜反应器的应用
钯膜反应器的应用：由天然气或CO制造氢；环已 烷的脱氢；低级石蜡族烷烃的芳构化。 酶膜反应器的应用：蔗糖的水解；生物大分子水 解；低聚肽合成；手性化合物的生产研究；辅酶 的再生；酶法生产L-氨基酸。 膜生物反应器的应用：细胞循环发酵；动/植物细 胞培养；城市污水和工业废水的处理。
膜蒸馏特点：
100%排斥离子、高分子、胶体、细胞、 及其他非挥发物质； 更低的操作温度； 更低的操作压强； 有效降低了膜和处理溶液的反应； 更低的膜机械性能要求； 与普通蒸馏法相比，不需要在沸腾下进 行。 它还拥有自身更独特的优势： 可处理极高浓度的水溶液，且是目前唯 一能从溶液直接分离出结晶产物的膜过 程； 合理的膜组件设计可以回收潜热； 加热温度不高，具有利用廉价能源的潜 在特性。
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膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)——将膜分离与催化 反应结合，可突破化学平衡的限制，提高反应转化率。 膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)——将膜分离与生物 反应结合，可控制产物抑制作用，回收生物催化剂，提高生化 反应转化率。它按生物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、 膜发酵器和膜 device 混合药膜型
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膜反应器的应用
钯膜反应器的应用：由天然气或CO制造氢；环已 烷的脱氢；低级石蜡族烷烃的芳构化。 酶膜反应器的应用：蔗糖的水解；生物大分子水 解；低聚肽合成；手性化合物的生产研究；辅酶 的再生；酶法生产L-氨基酸。 膜生物反应器的应用：细胞循环发酵；动/植物细 胞培养；城市污水和工业废水的处理。
膜蒸馏特点：
100%排斥离子、高分子、胶体、细胞、 及其他非挥发物质； 更低的操作温度； 更低的操作压强； 有效降低了膜和处理溶液的反应； 更低的膜机械性能要求； 与普通蒸馏法相比，不需要在沸腾下进 行。 它还拥有自身更独特的优势： 可处理极高浓度的水溶液，且是目前唯 一能从溶液直接分离出结晶产物的膜过 程； 合理的膜组件设计可以回收潜热； 加热温度不高，具有利用廉价能源的潜 在特性。
正渗透过程的优势
Advantages of FO
Low energy consume
High rejection
High quality water
Low hydraulic pressure
High osmotic pressure
High flux Low fouling
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膜控制释放技术的应用
A. 在医药工业中的应用 膜控制释放在医药工业领 域应用得最多，现已广泛用于临床，解决一些疑 难杂症。按给药部位和方式不同，分为口服型、 透皮吸收型、植入型、宫腔给药等。 B. 在农药工业中的应用 体现多种优点，如可防 止农药挥发、分解、流失，延长药效，提高防治 效果；减少施药次数和施药量；将农药对环境污 染的程度降低到最大限度。具体方式有①微胶囊 ；②塑料压层；③吸收混合；④种子包衣法；⑤ 高分子载体。
In the 1990s
In the 1980s
Reverse osmosis membranes as FO membranes Polyamid (PA) membranes
In the 1970s
商业正渗透膜的结构
Before 1960
Bladders of animals, rubber, porcelain, goldbeaters’skin
膜蒸馏的应用：
海水或苦咸水的淡化 强酸、强碱中水的分离 甘蔗榨汁液的浓缩 人参露和洗参水的分离浓缩 分离提纯天然盐水中的食盐和芒硝 超纯水的制备 废水的处理 共沸混合物及有机溶液的分离 化学物质的浓缩和回收
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膜精馏（渗透汽化）
渗透汽化 (pervaporation，即permeation vaporation，简称PV) ，最 先由 Kober 于本世纪初提出，是近年来发展比较迅速的一种膜技 术，它是利用膜对液体混合物中各组份的溶解性不同，及各组份 在膜中的扩散速度不同从而得以达到分离目的。原则上适用于一 切液体混合物的分离，具有一次性分离度高、设备简单、无污染 、低能耗等优点，尤其是对于共沸或近沸的混合体系的分离、纯 化具有特别的优势，是最有希望取代精馏过程的膜分离技术。
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C. 在化肥工业中的应用 化肥的控制释放是提高 肥料利用率，减少环境污染的必要手段。具体方 式有以下三种： ① 聚合物包膜 ② 无机物包膜 如用硫磺包裹尿素 ③ 肥料包裹肥料 利用此法可获得多元复合肥， 可同时供给农作物多种营养，而又不会引入其他 聚合物或无机物载体破坏土壤结构。如磷肥包裹 碳铵的控释肥料在我国农业生产中已民用有大量 应用。
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胶质
半乳糖醛酸
果胶酶
Examples of the three types of membrane reactor（1）
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膜反应器所用膜材料
无机催化膜反应器中的钯膜反应器，用真空蒸镀 法或飞溅涂膜法使钯超薄覆盖于无机陶瓷多孔膜 的表面上，形成Pd-多孔陶瓷复合膜。 有机催化膜反应器中酶膜反应器的膜材料常用聚 砜、芳香聚酰胺；膜生物反应器常用聚丙烯、聚 乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯等。
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正渗透膜应用
Pharmaceutical industry -osmotic pump
Applications of forward osmosis
Seawater desalination
Liquid food concentration
Power generation Water purification
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D. 在其他领域的应用 ① 膜控释香料用于室内芳香、食品添加剂、化妆品 等 ② 防污涂料膜用于船舶防污 ③ 防鼠涂料膜用于保护飞机场、铁路、工厂等单位 的计算机设备、附属电缆等。
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普通蒸馏vs膜蒸馏vs膜精馏（渗透汽化）
什么是蒸馏？
蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点 组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。
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膜控制释放的特点
药物的控制释放与常规释放相比有以下优点： 释放到环境中的药物浓度比较稳定； 能最有效地利用药物； 可使药物的释放部位尽可能接近病源，提高了药 效，减小可能的副作用； 减少了用药次数，极大地方便了用药者。
ห้องสมุดไป่ตู้
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扩散控制释放系统
扩散控制药物释放体系有贮存器(reservoir)型和 混合药膜(monolithic)两种: 贮存器型：药物被聚合物基材包埋，药物由聚合 物膜中的孔道或网络间的空隙扩散释放出来。 混合药膜型：药物是以溶解或分散的形式和聚合 物基材结合在一起的。
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Principle of the three-chamber Rose–Nelson osmotic pump
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控制释放膜材料
用于溶剂渗透控制释放体系的聚合物：其半透膜应 有一定的渗透性、强度和刚度。主要有： ① 纤维素及其衍生物 ② 甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯甲酯的共聚物 ③ EVA共聚物 ④ 交联PVA
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正渗透膜分离过程原理
water salt or pollutants draw agent membrane
传质推动力： 渗透压差
不同渗透模式下 溶剂的扩散方向
正渗透膜的发展历程
Up to now CTA, double-dense layer CA, thin film composite (TFC) PA in plate sheet, hollow fiber configuration Thin cellulose triacetate (CTA) membrane without thick support layer
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Monolithic device 混合药膜型
Reservoir device 贮存器型
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化学控制释放系统
化学控制药物释放体系是目前最使人感兴趣的膜 控制释放体系。其中，聚合物基材可在释放环境 中降解，当药物释放完毕后，基材可完全降解以 致消失，不需要手术将基材从体内取出。 药物的释放速率是以聚合物基材的降解反应速率 来控制的。 该体系可分为： 混合药膜降解体系 降解大分子药物体系
需要解决的几个关键问题 （1）性能优异的正渗透分离膜 （2）高效提取剂 （3）膜组件开发和过程优化 ……
膜反应器（Membrane Reactors）
• 膜反应器（ Membrane Reactors）是膜和化学反应或生 化反应相结合的系统或设备。也可这样定义：依靠膜 的功能、特点改变反应进程，提高反应效率的设备或 系统。 • 膜反应器中膜的功能： A. 分离功能 即膜有选择性透过不同物质的能力； B. 载体功能 指膜可以作为催化剂或生物催化剂的载体， 用于制备具有催化活性的功能膜； C. 分隔功能和复合功能 分隔功能是指膜具有两个表面， 并可将系统分隔为独立的依靠膜相关联的两部分；复 合功能是指利用复合技术制备出具有不同功能的功能 10 型复合层膜系统。
特点：薄－内浓差极化程度低－高通量
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正渗透膜应具有的特点 高的溶剂（水）通量 良好的选择性（既需截留进料中的溶质， 还需阻止提取剂的反向渗漏） 抗污染 较好的机械强度 化学稳定性
提取剂应具备的特征 高浓度提取液－正渗透过程驱动力的来源 应具备以下特征： 可产生高的渗透压（高溶解度）； 易回收（易与水分离，方便浓缩）； 无毒、无污染 新型氨－二氧化碳提取剂，渗透压可达 250atm.
膜蒸馏（MD）是膜技术与蒸发过程相结合的
透 过 液
扩散层 热进料液 冷却液
膜
蒸汽
冷壁
膜分离过程。属热驱动膜过程。
实现MD需要有两个条件：①所用膜必须是疏
水微孔膜（对分离水溶液而言）；②膜两侧 要有一定的温度差存在，以提供传质所需的 推动力。
蒸 发
膜 透 过
扩 散
凝 缩
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膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)——将膜分离与催化 反应结合，可突破化学平衡的限制，提高反应转化率。 膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)——将膜分离与生物 反应结合，可控制产物抑制作用，回收生物催化剂，提高生化 反应转化率。它按生物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、 膜发酵器和膜组织培养。
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膜精馏应用
水/有机液体系的分离