膜的分类
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膜的分类
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膜的分类
环境与资源学院08级3
班
(一)膜的定义
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。
近年来,膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程。已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等,渗透汽化也在最近几年中速成了工业规模的装置。膜分离与反应结合的过程,各种膜反应器的研究和应用也发展较快。其他非
分离膜过程,如控制释放技术,医用人造膜和膜传感器等种类也不少,有的发展速度将超过膜分离过程。
(二)膜的特性
◆ 不管膜多薄, 它一定有两个界面。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。
(三)膜的分类方法
膜种类和功能繁多,分类方法有多种,大致可按膜的材料、结构、形状、分离机理、分离过程、孔径大小进行分类。
3.1 按材料分类 无机膜和有机膜
(1) 有机膜
结构:对称膜(微孔膜、均质膜)、非对称膜、 复合膜
形状:平板膜、管式膜、中空纤维膜、卷式
分离机理: 扩散性膜 、离子交换膜、选 择性膜、非选择性膜
分离过程:反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗 析膜、渗析膜、渗透蒸发膜
孔径大小:微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜
材料:有机膜、无机膜
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。通过膜对油滴及悬浮粒子的有效截留,而达到油水分离的目的。具有出水水质好、操作方便、占地面积小、不产生新的污泥等优点。
膜
渗透汽化有机膜电镜图
(2)无机膜
◆无机膜是固态膜的一种,它是由无机材料,如金属、金属氧化物、陶瓷、
沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。
◆无机分离膜可以分为致密膜和多孔膜两类
◆按IUPAC制定的标准·,多孔无机膜按孔
径范围可分为三大类,目前已经工业化的
无机膜均为粗孔膜和过滤膜
孔径>50 nm 粗孔膜
孔径2~50nm 过滤膜
孔径<2nm 微孔膜陶瓷膜净水器金属膜电阻
膜材料种类
高分子
有机膜
纤维素衍生物类
聚砜类
聚酰胺类
聚酰亚胺类
聚酯类
聚烯烃类
乙烯类聚合物
含硅聚合物
含氟聚合物
甲壳素类
无机膜
致密膜
多孔膜
致密的金属膜
致密的固体电解质膜
致密的”液体充实固体化“动态原位形成的致密膜
Pd膜及Pd合金膜
Ag膜及Ag合金膜
氧化锆膜
复合固体氧化膜
多孔负载膜
多孔金属膜,多孔不锈钢膜
多孔Ni膜,多孔Ag膜,多孔Pd膜,多孔Ti膜
多孔陶瓷膜,包括Al
2
O
3
膜,SiO
2
膜,ZrO
2
膜,TiO
2
膜
(多孔玻璃膜,分子筛膜,包括碳分子筛)
具体分类
◆目前,实用的有机高分子膜材料有:纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说,已有成百种以上的膜被制备出来,其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为例,纤维素酯类膜占53%,聚砜膜占33.3%,聚酰胺膜占11.7%,其他材料的膜占2%,可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。
3.2、按结构分类:对称膜(微孔膜、均质膜)、非对称膜、复合膜
(1)对称膜
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都相似,亦称各向同性
膜(isotropic membrane)。对称膜虽是各向同性的,但由于膜结构中对称元素的存在,也可以是
各向异性的,如中空纤维的径向各向异性膜,其他构型的横向各向异性膜和双皮层中空纤维膜都是对称
膜
(2)非对膜
当前使用最多的膜具有精密的非对称结构。这种膜具有物质分离最基本的两种性质,即高传质速率和良好的机械强度。它有很薄的表层(0.1~1μm)和多孔支撑层(100~200μm),
这非常薄的表层为活性膜,其孔径和表皮的性质决定了分离特性,而厚度主要决定传递速度。多孔的支撑层只起支撑作用,对分离特性和传递速度影响很小,非对称膜除了高透过速度外,还有另一优点,即被脱除的物质大都在其表面,易于清除,
(3)复合膜
◆复合膜或称“薄膜复合”的膜(thin—film composite membrane),是当前发展快、研究最多的膜。它最早用于反渗透过程;现已用于气体分离、渗透汽化等膜分离过程。这种膜的选择性膜层(或称活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表面上,就像非对称性膜的连续性表皮,只是表层与底层是不同的材料,而非对称膜是同一种材料。
◆复合膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层,而且受微孔支撑材料、结构、孔径、孔分布和多孔率的影响;多孔膜结构的孔隙率愈高愈好,可使膜表层与支撑层接触部分最小,而有利于物质传递。
3.3按形状分类
(1)平板膜
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(2)管式膜
3.3中空纤维式膜
平板膜片
•平板膜主要的工作领域在平板膜组件•平板膜组件特点:较管式组件比表面积大得多,易于更换
膜,适于微滤、超滤
◆管式膜主要应用于管式膜组件 ◆管式膜组件结构简单、适应性强、
压力损失小、透过量大,清洗、 安装方便、可耐高压,适宜处理高 粘度及稠厚液体。但比表面积小, 适于微滤和超滤。
(3)中空纤维膜