第七章 膜分离技术
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种用于分离混合物的重要技术手段，广泛应用于饮用水处理、废水处理、生物制药等领域。
本文将对膜分离技术的原理、应用和发展进行详细介绍。
一、膜分离技术的原理膜分离技术利用选择性透过性的膜将混合物分离成两个或多个组分。
膜的选择性透过性是通过材料的物理和化学性质以及膜表面的特性来实现的。
常用的膜材料包括有机膜和无机膜。
1. 有机膜有机膜是以有机高分子材料为基础制成的膜，常见的有机膜包括聚醚酯膜、聚丙烯膜和聚乙烯膜等。
这些有机膜具有较好的弹性和韧性，适用于分离溶液中的有机物、溶剂或气体。
2. 无机膜无机膜是由陶瓷、金属等无机材料制成的膜，具有良好的化学稳定性和耐高温性。
无机膜适用于分离溶液中的无机盐、重金属离子以及高温下的气体分离。
膜分离技术的原理包括压力驱动、浓度差驱动和电场驱动等。
其中，压力驱动是最常用的膜分离方式。
通过施加压力，使溶液在膜上形成一定的压差，从而使溶质通过膜的选择性孔隙进入膜的另一侧，而溶剂则随之透过膜。
通过调节压力大小可以实现对溶质的分离。
二、膜分离技术的应用膜分离技术具有广泛的应用领域，如下列举几个常见的应用。
1. 饮用水处理膜分离技术可以有效地去除水中的悬浮物、细菌、病毒等有害物质，提高水的品质，保障人们的健康。
常见的饮用水处理工艺包括超滤、纳滤和反渗透等。
2. 废水处理膜分离技术可以将废水中的有机物、重金属离子、油脂等有害物质与水分离，使废水得到净化和回收利用。
废水处理中常采用的膜分离工艺有微滤、超滤和纳滤等。
3. 生物制药膜分离技术可以实现生物制药过程中的精细分离和纯化。
例如，在细胞培养过程中，可以通过膜分离技术将细胞和培养液分离，提取目标产物，保证产品的纯度和品质。
4. 气体分离膜分离技术在气体分离中也具有重要应用。
例如，可以利用膜分离技术将混合气体中的氮气与氧气分离，达到制取高纯度氧气的目的。
三、膜分离技术的发展随着科学技术的不断进步，膜分离技术也在不断发展和完善。
第七章 膜分离过程 第八章 液膜分离
第一节 膜和膜分离过程 的分类与特性
一、膜的分类 (1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表 皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待浓缩液； 多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。 (3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层) 表面上，表层与底层是不同的材料，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层的影响。 (4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0．05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作 为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
(4)优先吸附——毛细管流动模型
溶解—扩散模型适合无机盐的反渗透过程，但对 有机物常不能适用。当压力升高对，某些有机物透过 液浓度反而升高。 膜的表面如对料液中某一组分（有机物）的吸附 能力较强，则该组分就在膜面上形成一层吸附层。在 压力下通过毛细管。 例如用醋酸纤维膜处理—氯酚溶液时，由于后 者的亲水性，使透过液中的浓度反而增大。
三、超滤
超滤：能截留相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程。 优点：相态不变．无需加热，所用设备简单，占地面积小，能量 消耗低。操作压力低，泵与管对材料要求不高等。 反渗透法必须施加较高的压力，而超滤的操作压力较小。 基本性能：水通量（cm3／cm2· h);截留率(％),合适的孔径尺寸,孔 径的均一性,孔隙率,及物理化学稳定性。 材料：主要有醋酸纤维、聚矾、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯。 高分子物质极易粘附和沉积，造成严重的浓差极化和堵塞。 原液最好进行前处理，提高原液的流量，采用湍流促进器。 过滤方式：间歇和连续操作。间歇操作分浓缩模式和透析过滤。 问题：与反渗透法相比，水通量大得多，其动力费用较大。和 其他浓缩方法相比，通常只能浓缩到一定程度。
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。
膜分离技术
膜的定义一种最通用的广义定义是“膜”为两相之间的一个不连续区间。
因而膜可为气相、液相和固相，或是他们的组合。
简单的说，膜是分隔开两种流体的一个薄的阻挡层。
描述膜传递速率的膜性能是膜的渗透性。
以常见的超滤过程为例，分离机理主要为筛分：膜表面有微孔，流体流经膜一侧的表面时，部分较小的分子随部分溶剂穿过膜到达另一侧，形成透析液，而大分子则被截留在原来的一侧，形成截留液，从而达到了将大分子溶质与小分子溶质及溶剂分离开的目的。
形象地说，膜就像一张筛网，可以拦下大的、透过小的。
但这张筛网与众不同的是它的孔径很小，进行的是大小分子的分离。
我们只要选择合适孔径的膜，就可以进行所需的分子级分离。
2、膜分离技术的定义把上述的膜制成适合工业使用的构型，与驱动设备（压力泵、或电场、或加热器、或真空泵）、阀门、仪表和管道联成设备。
在一定的工艺条件下操作，就可以来分离水溶液或混和气体。
透过膜的组分被称为透过流分。
这种分离技术被称为膜分离技术。
3、膜的种类分离膜包括：反渗透膜（0. 0001～0. 001μm），纳滤膜（0. 001 ～ 0. 01μm）超滤膜（0. 01 ～ 0. 1μm）微滤膜（0. 1～10μm）、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。
他们对应不同的分离机理，不同的设备，有不同的应用对象。
膜本身可以由聚合物，或无机材料，或液体制成，其结构可以是均质或非均质的，多孔或无孔的，固体的或液体的，荷电的或中性的。
膜的厚度可以薄至100μm ，厚至几毫米。
不同的膜具有不同的微观结构和功能，需要用不同的方法制备。
制膜方法一直是膜领域的核心研究课题，也是各公司严格保密的核心技术。
4、按微观结构分对称膜、不对称膜、复合膜、多层复合膜等。
5、按宏观结构分平板膜、卷式膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维等。
无论在实验室或工业规模的生产中，膜都被制成一定形式的组件作为膜分离装置的分离单元。
在工业上应用并实现商品化的膜组件主要有平板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维型，相应的膜的几何形状分为平板式、管式、毛细管式和中空纤维式。
膜分离技术
膜分离技术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。
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。
微滤（MF）通常孔径范围在0.1～1微米，大于1微米不能通过。
又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。
微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。
无机膜材料有陶瓷和金属等。
鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。
对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。
可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤（UF），膜两侧需压力差，膜孔径在0.05um至1nm之间，通常截留分子量范围在1000～300000。
是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm 之间。
超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。
以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。
对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
纳滤（NF），孔径为几纳米，截留分子量在80～1000的范围内。
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。
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》课件
控制运行参数
根据实际运行情况，调整压力、流量等运行 参数，优化处理效果。
应急处理
针对突发故障或水质异常情况，采取相应的 应急处理措施，确保系统稳定运行。
04
膜分离技术的优势与局限 性
优势
高效分离
膜分离技术能够高效地分离混合物中 的不同组分，实现高纯度产品的制备 。
节能环保
膜分离过程通常在常温下进行，能耗 较低，且不产生有害物质，符合绿色 环保理念。
感谢您的观看
THANKS
膜分离技术需要使用特定的化学品进行清洗和维护，因此化学品成本 也是需要考虑的因素。
环境效益分析
减少污染排放
膜分离技术可以有效地减少工业 废水中的有害物质排放，减轻对 环境的污染。
节约资源
膜分离技术可以提高资源的利用 率，减少浪费，对环境保护具有 积极的影响。
提高生产效率
膜分离技术可以优化生产流程， 提高生产效率，降低能耗和资源 消耗，从而减少对环境的负面影 响。
特点
孔径分布均匀、过滤精度 高、阻力小。
03
膜分离技术的工艺流程
原水预处理
去除大颗粒杂质
通过过滤、沉淀等方法去除原水中较大的颗粒、悬浮物和杂质。
降低浊度
通过加入絮凝剂、沉淀等方法降低原水的浊度，提高水质清晰度。
调节pH值
根据不同膜材料的特性，通过加酸或加碱调节原水的pH值至适宜 范围。
膜组件的安装与调试
2
膜分离技术可以有效地去除医药产品中的杂质和 有害物，膜分离技术的应用前 景越来越广阔，为新药研发和生产提供了新的技 术支持。
06
膜分离技术的经济效益分 析
投资成本分析
设备购置成本
膜分离技术的设备购置成本较高，包括膜组件、泵、管道等。
膜分离技术原理
膜分离技术原理膜分离技术是一种利用特殊膜对物质进行分离的技术，它在化工、环保、食品、制药等领域有着广泛的应用。
膜分离技术的原理主要包括渗透、分离和传质三个基本过程。
首先，渗透是膜分离技术的基本过程之一。
膜分离过程中，溶剂或溶质通过膜的渗透作用从高浓度区域向低浓度区域扩散，使得两侧的浓度趋于平衡。
这一过程是膜分离技术能够实现分离的基础。
其次，分离是膜分离技术的核心过程。
膜分离技术利用膜对不同大小、不同性质的分子或离子进行筛选和分离。
通过选择合适的膜材料和膜孔大小，可以实现对特定物质的选择性分离，从而达到提纯或浓缩的目的。
最后，传质是膜分离技术的关键过程之一。
膜分离技术通过膜的传质作用，实现溶质在膜中的传递和分离。
传质过程受到多种因素的影响，包括膜的孔隙结构、溶质的分子大小和形状、溶液的浓度和温度等因素。
膜分离技术的原理基础上，主要包括了渗透、分离和传质三个基本过程。
渗透是溶剂或溶质通过膜的渗透作用从高浓度区域向低浓度区域扩散，使得两侧的浓度趋于平衡。
分离是利用膜对不同大小、不同性质的分子或离子进行筛选和分离。
传质是通过膜的传质作用，实现溶质在膜中的传递和分离。
这三个过程相互作用，共同完成了膜分离技术的分离和提纯过程。
在实际应用中，膜分离技术具有许多优点，如操作简单、能耗低、分离效率高、产品质量好等。
因此，膜分离技术在化工、环保、食品、制药等领域有着广泛的应用前景。
总的来说，膜分离技术是一种利用特殊膜对物质进行分离的技术，其原理主要包括渗透、分离和传质三个基本过程。
膜分离技术具有许多优点，有着广泛的应用前景。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解膜分离技术的原理和应用。
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。
第七章 膜分离技术
3、根据化学特性（膜材料）分类
• 2）合成高分子材料
• 种类：聚砜、 PVDF（聚偏氟乙烯）、聚酰胺、聚酰亚胺、 聚丙烯腈、聚烯类和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用 于制造超滤膜。 • 优点：耐高温(70-80C，可达125C)，pH1-13，耐氯能力 强，可调节的孔径宽(1-20nm)；聚酰胺膜的耐压较高，对 温度和pH、盐稳定性高，寿命长，常用于反渗透。 • 缺点：聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa。
要求更高时：先将其放在50％的乙醇溶液中用水浴煮1h，再依次 换50％的乙醇溶液、10mmol/L NaHCO3溶液、1mol/L EDTA溶液、 蒸馏水各泡洗两次，最后在4℃的蒸馏水中保存备用
用过的透析袋要是短期还要用的话，最好冲洗干净后，浸于 20％乙醇中低温存放 主要用途：蛋白样品的脱盐
2）以净压力为推动力的膜分离
3、根据化学特性（膜材料）分类
• 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>10kDa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。
• 6）低成本
3、根据化学特性（膜材料）分类
• 1）天然高分子材料
• 种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维 • 优点：醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可 作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤 膜。 • 缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在4550C，pH3-8。
透析
反渗透 (reverse osmosis, RO) 纳滤 (Nanofiltration, NF) 超滤 (ultra-filtration, UF) 微滤 (micro-filtration, MF) 透析 (Dialysis, DS)
第七章 膜分离法
允许小分子、离子自 由通过，但不允许大 分子离子通过
平衡时 [Na+]Ⅰ[Cl-]Ⅰ = [Na+]Ⅱ[Cl-]Ⅱ
电中性条件 [Na+]Ⅰ= [Cl-]Ⅰ +[X-]Ⅰ [Na+]
Ⅱ=
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ内相Ⅰ H20 Na+ Cl-
外相Ⅱ H20 Na+ Cl-
[Cl-]
Ⅱ
代入，得 [Cl-]2Ⅱ = [Cl-]2 Ⅰ+[Cl-]Ⅰ· [X-]Ⅰ
中空纤维反渗透组件简图
密封
中空纤维膜 外径50－200μ 内径25－42μ 密封 多孔进水管 浓水 浓水出口
耐压容器
透过水
进水
淡水出口
膜断面图
工 业 应 用 的 反 渗 透 装 置
三、超过滤
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。
即
X-
[Cl-]Ⅱ > [Cl-]Ⅰ
“NaCl”浓缩倍数为：
火胶棉
(CNaClⅡ / CNaClⅠ) = 1＋(CNaXⅠ/ CNaClⅠ)
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
四、膜分离法的特点
膜分离的特点：
1.膜的种类、孔径可以根据需要选择 2. 膜对于阻止大的粒子或分子透过的能力 是很强的。 3.把产物分在两侧，很容易收集样品 4.低能耗、低成本和单级效率高 5.室温下，特别适合于热敏物质的分离 6.装置简单，操作方便，不污染环境
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种通过特殊材料的筛选作用，将混合物中的不同成分分离出来的一种分离技术。
该技术广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域。
本文将对膜分离技术进行详细介绍。
一、膜分离技术概述膜分离技术是一种物理分离方法，它是利用膜对混合物进行分离、浓缩、纯化等过程。
通过膜的选择性渗透，可以将溶液中的化合物隔离出来，从而达到分离的目的。
膜分离技术相对于传统的分离技术，具有分离效率高、分离速度快、操作简单等优点。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和材质不同，膜分离技术可以分为以下几种类型：1. 逆渗透膜分离技术逆渗透膜分离技术是指利用一种半透膜，使水分子和溶质分子在压力作用下分别通过膜，从而实现水和溶质的分离。
逆渗透膜具有高的选择性，可对不同分子大小的物质具有不同的分离效果。
逆渗透膜广泛应用于饮用水处理、海水淡化、食品加工、医药制品等领域。
2. 超滤膜分离技术超滤膜分离技术是指利用具有一定孔径大小的多孔膜，用于从混合物中分离出溶质粒子。
超滤膜的分离效果与分子的大小、形状、电荷等因素有关。
超滤膜分离技术广泛应用于制浆造纸、制药、食品、环境保护等领域。
3. 离子交换膜分离技术离子交换膜分离技术是指利用离子交换膜，可实现离子的去除、富集和分离。
离子交换膜具有良好的化学稳定性和热稳定性，可对不同离子具有不同的吸附效果。
离子交换膜分离技术广泛应用于制药、化学工业、电子行业等领域。
4. 气体分离膜分离技术气体分离膜分离技术是指利用膜的选择性，将混合气体中的组分分离出来。
气体分离膜主要用于气体纯化和分离。
该技术被广泛应用于石油化工、石油天然气、空气分离等领域。
三、膜分离技术的应用1. 工业应用膜分离技术在工业上应用广泛，主要应用于纯化、浓缩、分离等领域。
例如，在糖果制造中，膜分离技术可用于果汁的浓缩和分离；在制药过程中，膜分离技术可用于分离纯化药品；在化工生产中，膜分离技术可用于溶液的分离和浓缩等。
2. 环境保护膜分离技术在环境保护中也有广泛的应用，主要用于污水的处理和饮用水的净化。
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
膜分离技术的原理
膜分离技术是一种利用特殊的膜作为分离介质，根据物质在膜上传递的速率和选择性来实现物质的分离和纯化的过程。
它主要依靠膜对不同大小、形状、荷电性质、溶解度和分子量等的物质进行选择性的分离。
膜分离技术的原理基于物质在膜上传递的速率和选择性，分为多种不同的分离机制，主要包括：
1. 压力驱动的逆渗透：利用超过背景压力的外压力驱动过滤液体，通过膜上的微孔或纳米孔将水分子从溶液中透过，将小分子和大分子分离。
2. 电化学膜分离：利用膜表面的电荷性质，通过对膜施加电场，使溶液中的离子依靠电荷相互作用通过膜孔洞，从而实现离子的选择性传递。
3. 渗透膜分离：利用溶剂渗透压差驱动，通过选择性渗透的膜将溶质从溶液中分离出来，实现溶质与溶剂的分离。
4. 离子交换膜分离：利用膜上固定的离子交换基团，通过阳、阴离子之间的交换作用，实现离子的选择性传递。
5. 气体吸附分离：利用对特定气体有选择性吸附的膜材料，通过物理吸附作用将特定气体从混合气体中分离出来。
膜分离技术具有结构简单、操作易行、能耗低、分离效果好等
优点，被广泛应用于水处理、制药、食品加工、化工等领域。
不同的膜材料和分离机制可根据不同的分离要求进行选择，以实现高效、经济、环保的物质分离和纯化过程。
膜分离技术 孙畅
疏水膜的一侧通入料液， 另一侧（透过侧）抽真 空或通入惰性气体，使 膜两侧产生溶质分压差。 在分压差作用下，料液 中溶质溶于膜内，扩散 通过膜，在透过侧发生 气化，气化的溶质被膜 装置外设置的冷凝器回 收。渗透气化是根据溶 质间透过膜的速度不同， 使混合物得到分离。
+ 渗透气化特点
渗透气化过程中溶质发生相变，透过侧溶质以气体 状态存在，因此消除了渗透压作用，从而使渗透气 化在较低的压力下进行，适于高浓度混合物分离。
+ （2）常用膜材料 + 无机多孔膜
陶瓷膜 + 天然高分子材料 醋酸纤维素膜 + 合成高分子材料 缩合系聚合物（聚砜类）、聚烯烃及其共 聚物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、 聚碳酸酯；
+ （3）膜的孔道结构
+ 对称膜（symmetric membranes ）
膜截面的膜厚方向上孔道分布均匀。对称膜的传 质阻力大，透过通量低，并且容易污染，清洗困难。 + 不对称膜（asymmetric membranes ） 起膜分离作用的表面活性层：膜层很薄，孔径微 细，透过通量大、膜孔不易堵塞、易清洗。 起支撑强化作用的惰性层：惰性层孔径较大，对 流体透过无阻力。
渗透气化利用溶质之间膜透过性的差别，适于共沸 物和挥发度相差较小的双组分溶液的分离。
+ （1）膜材料
+ 基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般模操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透膜 的压力更高，约为1~10MPa – 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
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4．离子交换膜 ． 可分为三类： 可分为三类： （1）均相离子交换膜； ）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。 ）半均相离子交换膜。 对离子交换膜的要求是： 对离子交换膜的要求是： 有良好的选择透过性； ① 有良好的选择透过性； 膜电阻应低，膜电阻应小于溶液电阻； ② 膜电阻应低，膜电阻应小于溶液电阻； 有良好的化学稳定性和机械强度；有适当的孔隙度。 ③ 有良好的化学稳定性和机械强度；有适当的孔隙度。
无流动操作示意图
（2）错流操作 ）
错流操作示意图 错流操作示意图
四、微滤的应用 1.微滤膜的特点 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 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
｛
第三节 超
一、超滤原理 在膜表面及微孔内吸附； ① 在膜表面及微孔内吸附； 在膜面的机械截留； ② 在膜面的机械截留； ③ 在微孔中停留而被除去。 孔中停留而被除去。 二、超滤的浓差极化 溶质会在膜表面积聚
滤
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。 并形成从膜面到主体溶液之间的浓度梯度。
各种组件的比较
三、反渗透组件及其技术特征
各种反渗透组件技术特征
各种组件的比较
一级一段循环式
四、反渗透过程工艺流程 ⑴一级一段连续式 ⑵一级一段循环式
一级一段连续式
一级一段循环式
⑶一级多段连续式
⑷一级多段循环式
⑸多级多段循环式
五、反渗透技术的应用 （1）海水淡化 ） 目的： 目的：除去无机盐
5．电渗析的特点： ．电渗析的特点： ①只对电解质的离子起选择迁移作用； 只对电解质的离子起选择迁移作用； ②除盐过程中没有物相的变化，因而能耗低； 除盐过程中没有物相的变化，因而能耗低； ③没有对环境的污染，属清洁工艺； 没有对环境的污染，属清洁工艺； ④电渗析过程是在常温常压下进行的。 电渗析过程是在常温常压下进行的。 6．电渗析的适用范围： ．电渗析的适用范围： ①可作为离子交换工艺的预除盐处理，制取初级纯水。 作为离子交换工艺的预除盐处理，制取初级纯水。 ②将污水中有用的电解质进行回收，并再利用； 将污水中有用的电解质进行回收，并再利用； ③改革原有工艺，采用电渗析技术，实现清洁生产。 改革原有工艺，采用电渗析技术，实现清洁生产。
4．血清白蛋白的提取
用超滤技术提取血清白蛋白工艺
5．纺织工业污水的处理 ． （1）聚乙烯醇（PVA）退浆水的回收； ）聚乙烯醇（ ）退浆水的回收； （2）染色污水中染料的回收； ）染色污水中染料的回收； （3）羊毛清洗污水中回收羊毛脂。 ）羊毛清洗污水中回收羊毛脂。
第四节 电渗析
一、电渗析原理及适用范围 1．电渗析原理 ． 电位差为推动力
典型的非对称膜结构示意图
二、影响反渗透因素——浓差极化 影响反渗透因素——浓差极化 —— 浓差极化---溶质在膜表面附近积累， 浓差极化 溶质在膜表面附近积累，造成由膜表面到溶 溶质在膜表面附近积累 液主体之间的具有浓度梯度的边界层， 液主体之间的具有浓度梯度的边界层，引起溶质从膜表面通 过边界层向溶液主体扩散。 过边界层向溶液主体扩散。 不良影响: 不良影响 ①导致溶剂的渗透通量下降； 导致溶剂的渗透通量下降； ②对溶剂渗透通量的增加提出了限制； 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； 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； 会导致膜分离性能的改变； ⑤出现膜污染。 出现膜污染。
五、超滤技术的应用 三种类型： 浓缩； 三种类型： ①浓缩； 小分子溶质的分离； ②小分子溶质的分离； ③大分子溶质的分级。 大分子溶质的分级。 1．回收电泳涂漆污水中的涂料 ．
超滤在金属电泳漆过程中的应用
2．含油污水的回收
超滤过程处理含油污水
3． 果汁的澄清
果汁澄清新旧工艺比较（ 果汁澄清新旧工艺比较（a）传统工艺，(b)超滤新工艺 传统工艺，(b)超滤新工艺
（2）重金属污水处理 ）
电渗析处理电镀含镍污水工艺流程
（3）纯净水的生产 ） （4）在食品工业中的应用 ） （5）其他应用 ）
第五节 微滤
一、微滤原理
微滤膜各种截留作用示意图
二、影响微滤膜分离效果的因素 （1）孔堵塞：①机械堵塞； ）孔堵塞： 机械堵塞； ②架桥； 架桥； ③吸附。 吸附。 （2）浓差极化 ） （3）溶质吸附 ） （4）生物污染 ） 三、微滤的操作流程 （1）无流动操作 ）
三、膜分离技术在环境工程中的应用 1．饮用水的净化 ． 2．工业用水的处理 ． 3． 工业污水和市政污水处理 ． 工业污水和市政污水处理 四、膜分离设备 膜分离技术的核心是分离膜。 膜分离技术的核心是分离膜。 按分离膜的材质不同 ｛ 无机膜 无机膜 聚合物膜
按膜的分离功能：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、渗析膜、 按膜的分离功能：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、渗析膜、 电渗析膜、气体分离膜、渗透蒸发膜、 电渗析膜、气体分离膜、渗透蒸发膜、 液体分离膜； 液体分离膜； 按膜的形态： 平板膜、管状膜、细管膜、中空纤维膜等。 按膜的形态： 平板膜、管状膜、细管膜、中空纤维膜等。 将膜以某种形式组装在一个基本单元设备 膜分离器 --- 将膜以某种形式组装在一个基本单元设备 也称膜组件: 内,也称膜组件 也称膜组件 ⑴板框式 ⑵螺旋卷式 ⑶圆管式 ⑷中空纤维式 ⑸毛细管式 ⑹槽式
第七章 膜分离技术
学习目标： 学习目标： 了解膜分离技术的特点和类型， 了解膜分离技术的特点和类型，各种类型膜分离器的 结构和优、缺点以及膜分离技术在工业生产中的典型应用 结构和优、 和发展趋势。 和发展趋势。 掌握反渗透、超滤、电渗析、气体膜分离、 掌握反渗透、超滤、电渗析、气体膜分离、微滤的基 本原理、工艺流程及各种膜分离过程的影响因素、 本原理、工艺流程及各种膜分离过程的影响因素、能够分 析解决实际问题。 析解决实际问题。
日本某海水淡化厂工艺流
（2）纯水制备 ） 目的：除去水中悬浮固体 溶解固体、可溶性气体、 悬浮固体、 目的：除去水中悬浮固体、溶解固体、可溶性气体、挥 发物质及微生物、 发物质及微生物、细菌等
超纯水生产的典型工艺流程
（3）电镀污水处理 ） 目的： 目的：除去重金属
电镀污水反渗透流程
（4）低分子溶液的浓缩
板框式膜组件构造示意图
紧螺栓式板框式反渗透
螺旋卷式反渗透膜组件
螺旋卷式维反渗透膜组件示意图
毛细管膜组件示意图
槽条式膜组件示意图
第二节 反 渗 透
一、反渗透原理 ⑴渗透压
渗透平衡； （a）渗透； （b）渗透平衡； （c）反渗透 渗透； 渗透过程示意图
⑵ 反渗透膜 反渗透膜的要求 的要求: 对反渗透膜的要求 ①具有较好的分离透过性 良好的物化稳定性 ②良好的物化稳定性
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 渗析槽； 冷凝器 冷凝器； 浓缩罐 浓缩罐； 结晶罐 结晶罐； 涡轮机 涡轮机； 锅炉 锅炉； 浓液槽 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 渗析槽
电渗析过程示意图表
2．电极反应 ． 阳极和阴极上所发生的反应分别是氧化反应和还原反应。 阳极和阴极上所发生的反应分别是氧化反应和还原反应。 以NaCl水溶液为例，其电极反应为： NaCl水溶液为例，其电极反应为： 水溶液为例 阳极： 20H-1－2e ： → [O]+H2O Cl- － e H+ + Cl阴极： →
减轻浓差极化的措施： 减轻浓差极化的措施： 错流设计，以利清除极化层； ① 错流设计，以利清除极化层； 流体流速提高，增加流体的湍动程度； ② 流体流速提高，增加流体的湍动程度； 采用脉冲以及机械刮除法维持膜表面的清洁。 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、 常用的膜材料有醋酸纤维、聚砜、聚丙烯睛、聚酰胺、 聚偏氟乙烯等。 聚偏氟乙烯等。 四、超滤过程的工艺流程 参见教材235页表7 参见教材235页表7-5 235页表
第一节 概
述
一、膜和膜分离的分类 1.膜的定义与分类 膜的定义与分类 膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。 膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。
选择性透过膜的定义
按膜结构进行分类
2.膜分离的定义、分类和特点 膜分离的定义、分类和特点 膜分离的定义 膜分离---借助于膜，在某种推动力的作用下， 膜分离 借助于膜，在某种推动力的作用下，利用 借助于膜 流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的过 程。 膜分离过程的特点如下: 膜分离过程的特点如下 ①一般不发生相变，能耗低； 一般不发生相变，能耗低； ②一般在常温或温度不太高的条件下进行； 一般在常温或温度不太高的条件下进行； ③可除去病毒、细菌，溶液中的大分子和无机盐 可除去病毒、细菌， ④装置简单、操作方便、维护费用低。 装置简单、操作方便、维护费用低。
→
[Cl] HCl H2 NaOH
2H + 2e →
Na+ + OH- →
3．极化现象 ． 当操作电流极化现象大到一定程度时， 当操作电流极化现象大到一定程度时，膜内离子迁移被 强化，就会在膜附近造成离子的“真空”状态， 强化，就会在膜附近造成离子的“真空”状态，在膜界面处 将迫使水分子离解成H 离子来传递电流， 将迫使水分子离解成 +和OH-离子来传递电流，使膜两侧的 pH值发生很大的变化，这一现象称为极化。 值发生很大的变化，这一现象称为极化。 值发生很大的变化 极化的危害： 极化的危害： 等离子时将形成沉淀； ① Ca2+、Mg2+等离子时将形成沉淀； ②膜电阻增大，降低分离效率。 膜电阻增大 降低分离效率。