第八章 膜过滤法ppt课件

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8.1 概述 膜分离技术特点
不发生相变，能耗低； 是物理过程，不需加入化学试剂； 常温下进行，条件比较温和，适用范围广， 特别适用于对热敏感的物质如果汁、酶、药 品等的分离、浓缩与富集； 浓缩和纯化可在一个步骤内完成； 设备易放大，可以分批或连续操作。 ； 分离装置简单，操作方便，易自控、维修。 因而在生物产品的处理中占有重要地位
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8.2.4以电位差为推动力的膜分离过程

离子交换膜电渗析(EDTM) 离子在电势的驱动下，通过选择性渗透膜， 从一种溶液向另一种溶液迁移。

用于该过程的膜，只有共价结合的阴或阳离 子交换基团。阴离子交换膜只能透过阴离子， 阳离子交换膜则只能透过阳离子。将离子交 换膜浸入电解质溶液，并在膜的两侧通以电 流时，则只有与膜上固定电荷相反的粒子才 能通过膜。

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超滤Ultrafiltration
超滤所分离的组分直径为0.001～0.02µ m， 相对分子质量大于500的大分子和胶体，这 种液体的渗透压很小，可忽略。 超滤可分离溶液中的大分子、胶体、蛋白 质和微粒等。 所用的膜常为非对称膜。微孔过滤膜一般 为对称膜。

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超滤
超滤的分离机理与微滤相似，主要有： 在表面和微孔内吸附 在孔中停留（阻塞） 在膜表面的机械截留（筛分） 一般认为超滤是一种筛分过程，可以用微 孔模型表示超滤的传递过程。聚合物膜的化 学性质对膜的分离特性影响不大。
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8.3.2 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，模件。 聚合膜主要有两种形式 平板式和管式 膜组件主要有四种形式 平板式 管式 螺旋卷式 中空纤维式

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存在的问题

Fra Baidu bibliotek
膜面会发生污染、膜面清洗方法; 目前膜的性能，其耐药性、耐热性、 耐溶剂能力都是有限的，故使用范围 受限; 膜分离工艺与其他分离工艺的结合。

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8.2 膜分离过程的类型

膜分离过程是一种物质被透过或被截留于膜的过程， 近似于筛分过程，依据滤膜孔径的大小而达到物质 分离的目的，故可按分离粒子或分子的大小予以分 类

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反渗透是正常渗透的逆过程，即浓溶液中的溶剂 通过膜向稀溶液流动。如下图所示当盐水一侧施 加压力大于水的渗透压时，盐水中的水则透过半 透膜，从而获得淡水。 反渗透膜的透过机理，目前仍未成熟。
反渗透 （Reverse Osmosis）
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8.2.1以静压力差为推动力的过程



微滤 特别适用于微生物、细胞碎片、微细 沉淀物和其他在“微米级”范围的粒子如 DNA和病毒等的截留和浓缩。 超滤 适用于分离、纯化和浓缩一些大分子 物质，如在溶液中或与亲和聚合物相连的蛋 白质(亲和超滤 )、多糖、抗生素以及热原， 也可以用来回收细胞和处理胶体悬浮液。 反渗透 海水脱盐、超纯水制备，从发酵液 中分离溶剂如乙醇、丁醇和丙酮以及浓缩抗 生素、氨基酸等。
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微滤Microfiltration
微 孔 膜 平 均 孔 径 0.02-10µ m，能截留直径 0.05-10µ m的微粒或分子量大于106的高分子。 原料液在压差作用下，其中水 ( 包括尺寸小 于膜孔的大分子和微粒 ) 透过膜孔流到膜的 低压侧，为透过液。大于膜孔的大分子和微 粒被截留，从而达到分离的目的。因此微滤 对微粒的截留机理是筛分作用。 决定膜的分离效果是膜的物理结构，孔的大 小和形状。
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图4 膜过滤与常规过滤的膜孔径范围
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8.2.2以蒸气分压差为推动力的过程

膜蒸馏 是在不同温度下分离两种水溶液的膜
过程，已经用于高纯水的生产，溶液脱水浓 缩和挥发性有机溶剂的分离，如丙酮和乙醇 等。使用的膜是疏水性微孔膜。

渗透蒸发 是以蒸气压差为推动力的过程，但
是在过程中使用的是致密(无孔 )的聚合物膜。 液体扩散能否透过膜取决于它们在膜材料中 的扩散能力。
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8.3 膜及其组件
8.3.1 膜的定义和类型


膜的定义
在一定流体相中，有一薄层凝聚相物质，把流体分 割成为两部分，这一薄层物质称为膜。 膜是均匀的一相或由两相以上凝聚物质所构成的复 合体。 膜的厚度在0.5mm以下。


膜的类型
有孔膜和无孔膜 （形态学） 膜对称性 各向同性膜和各向异性膜（不对称膜） 膜材料
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8.2 膜分离过程的类型
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8.2 膜分离过程的类型
以静压力差为推动力的过程； 以蒸气分压差为推动力的过程；
以浓度差为推动力的过程；
电位差为推动力的过程
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8.2.1 以静压力差为推动力的 过程

微滤 (Microfiltration) 是以静压差为推 动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛 分”作用进行分离的膜过程，其原理 与普通过滤相类似。在静压差的作用 下，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于 膜孔的粒子被截留于膜面上。
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8.2.3以浓度差为推动力的过程


渗析 最主要的应用是血液 (人工肾)的解毒，也用 在实验室规模的酶的纯化上，使用的是微孔 膜如胶膜管。 酶的传统纯化办法是使用渗析袋，从样品中 除去无用的低相对分子质量溶质和置换存在 于渗透液中的缓冲液，由于在样品中盐和有 机溶剂的浓度高，渗透压的结果导致水向渗 透袋内迁移，体积增加，所以渗透在除去多 余的低相对分子质量溶质的同时，引进了一 个新的缓冲溶液。
第八章 膜过滤法
膜分离的概念
利用膜的选择性 ( 孔径大小 ) ，
以膜的两侧存在的能量差作为 推动力，由于溶液中各组分透 过膜的迁移率不同而实现分离 的一种技术。
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主要内容



概述 膜分离过程的类型 膜及其组件 压力特性 浓差极化 膜的污染 膜的截留能力 过程条件
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膜科学的发展史
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人类认识到膜的功能源于 1748 年，然 而用于为人类服务是近几十年的事。 1960 年 Loeb 和 Sourirajan 制备出第一 张具有高透水性和高脱盐率的不对称 膜，是膜分离技术发展的一个里程碑。
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1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜 过程在工业上得到应用 30年代 微滤 40年代 透析 50年代 电渗析 60年代 反渗透 70年代 超滤 80年代 纳滤 90年代 渗透汽化