chapter4膜分离 PPT课件
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《膜分离法》PPT课件
〔5 )操作压力低 〔6〕适合作超滤膜
芳香聚酰胺类
聚酰胺含有酰胺基团〔-CO-NH-〕,亲水性好,且其机械稳定 性、热稳定性及水解稳定性均很好,是最典型的反渗透膜材料 之一，但同样不耐氯。
与醋酸纤维素反渗透 膜相比,它具有脱盐 率高、通量大、操作 压力要求低、pH 范 围广4-11。
近年来开发的新型膜材料
是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进展 别离的物理筛分过程。其截断分子量一般为6000到 50万， 孔径为几十nm，操作压0.2-0.6MPa。
透析原理图
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、复原剂之类 的小分子杂质，
有时也用于置换样品缓冲液。 由于透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不
适于大规模生物别离过程、但在实验室中应用较多。 透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液透析。
蛋白质、无机盐
缓冲液
无机盐
超滤
《膜分离法》PPT课件
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本讲的主要内容
膜别离技术概述 膜材料与膜的制造 表征膜性能的参数 各种膜别离技术及其别离机理
相转变制膜
不对称膜通常用相转变法(phase inversion method)制造，其步骤如下： 1．将高聚物溶于一种溶剂中； 2．将得到溶液浇注成薄膜； 3．将薄膜浸入沉淀剂〔通常为水或水溶液〕中 ，均匀的高聚物溶液别离成两相，一相为富含高 聚物的凝胶，形成膜的骨架，而另一相为富含溶 剂的液相，形成膜中空隙。
芳香聚酰胺类
聚酰胺含有酰胺基团〔-CO-NH-〕,亲水性好,且其机械稳定 性、热稳定性及水解稳定性均很好,是最典型的反渗透膜材料 之一，但同样不耐氯。
与醋酸纤维素反渗透 膜相比,它具有脱盐 率高、通量大、操作 压力要求低、pH 范 围广4-11。
近年来开发的新型膜材料
是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进展 别离的物理筛分过程。其截断分子量一般为6000到 50万， 孔径为几十nm，操作压0.2-0.6MPa。
透析原理图
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、复原剂之类 的小分子杂质，
有时也用于置换样品缓冲液。 由于透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不
适于大规模生物别离过程、但在实验室中应用较多。 透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液透析。
蛋白质、无机盐
缓冲液
无机盐
超滤
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本讲的主要内容
膜别离技术概述 膜材料与膜的制造 表征膜性能的参数 各种膜别离技术及其别离机理
相转变制膜
不对称膜通常用相转变法(phase inversion method)制造，其步骤如下： 1．将高聚物溶于一种溶剂中； 2．将得到溶液浇注成薄膜； 3．将薄膜浸入沉淀剂〔通常为水或水溶液〕中 ，均匀的高聚物溶液别离成两相，一相为富含高 聚物的凝胶，形成膜的骨架，而另一相为富含溶 剂的液相，形成膜中空隙。
膜分离ppt课件
2
膜分离技术的重要性评论
美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世 纪膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能 像膜技术这么广泛地被应用”。
国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21
世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学
会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学 时说：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
3
4
§4.1 概述
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
20
醋酸纤维素膜的结构示意图
表皮层，孔径
1%
（8－10）×10-10m
99％
过渡层，孔径 200×10-10m
多孔层，孔径 （1000－4000） ×10-10m
21
聚砜类
复合膜 转相膜
非荷电膜
复合膜 转相膜
多孔膜 不对称膜
膜
固膜
对称膜
无机膜-多孔膜
不对称膜 对称膜
生物膜（原生质、细胞膜）
15
对称膜
荷电膜 液膜
不对称膜 非对称膜
复合膜
对称膜的曲孔道 结构示意图
膜分离技术的重要性评论
美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世 纪膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能 像膜技术这么广泛地被应用”。
国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21
世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学
会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学 时说：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
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4
§4.1 概述
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
20
醋酸纤维素膜的结构示意图
表皮层，孔径
1%
（8－10）×10-10m
99％
过渡层，孔径 200×10-10m
多孔层，孔径 （1000－4000） ×10-10m
21
聚砜类
复合膜 转相膜
非荷电膜
复合膜 转相膜
多孔膜 不对称膜
膜
固膜
对称膜
无机膜-多孔膜
不对称膜 对称膜
生物膜（原生质、细胞膜）
15
对称膜
荷电膜 液膜
不对称膜 非对称膜
复合膜
对称膜的曲孔道 结构示意图
《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。
生物分离工程 第四章 膜分离技术[可修改版ppt]
![生物分离工程 第四章 膜分离技术[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/bfec2904a1c7aa00b42acb5a.png)
在掌握各种膜分离方法和原理的基 础上，进一步了解膜特性及操作特点和 影响膜分离速度的因素以及膜分离过程。 清楚膜分离法在生物产物回收和纯化方 面的应用。
1、引言
（1）膜的概念 在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，其把流体 相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。
膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体 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
（2）膜分离
膜分离是利用具有一定选择性透过特性 的过滤介质进行物质的分离纯化。
（3）膜分离技术
膜分离技术：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。
渗透与反渗透
渗透压
随着渗透过程进行，通过半透膜进入盐水 溶液中的水分子与通过半透膜离开盐水溶液 的水分子相等，所以它们处于动态平衡。此 时，盐水溶液和纯水间的液面差表示盐水的 渗透压。
渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。
pBpAR v1Tln B A
反渗透的概念
在外加压力驱动下借助半透膜的选择截留作 用溶剂由高浓度溶液透过半膜向低浓度渗透 称为反渗透
N2
D2
c2 l
溶剂
溶质
摩尔通量：
N1
D1c1v1 RT
p
l
N2
D2
c2 l
质量通量： 体积通量：
J1A 1 p
JV
J1
L
LPp
J2 D2mlc2
反渗透原理
c2P
J2 JV
LP pc2
提高反渗透操作压力有利于实现溶质的高 度浓缩。
（2）超滤和微滤的概念
超滤
膜分离技术 ppt课件
式中 V ―透过溶液的体积 S ―膜的有效面积 t ―运转时间
10
3 通量衰减系数
膜的渗透通量衰减是由于过程的浓差极化、膜孔的 堵塞等原因造成的，将随时间衰减。
Jt =J1 tm
式中
Jt ―膜运转t小时的透过速度 J1 ―膜运转1h的透过速度 m ―通量衰减系数
11
截留分子量
膜孔的大小是表征膜性能的一个重要参数，通常用截 留分子量表示膜的孔径特征。
膜分离技术
1
内容提纲
膜技术的发展历史 膜技术的基本原理 膜技术加工的工艺设备 膜技术的特点 膜技术在食品中的应用 膜技术的发展前景
2
膜技术的定义
膜技术是用天然人工合成的高分子薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分的溶 质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。 可利用液相和气相，对于液相分离，可用于水 溶液体系、水溶胶体系以及非溶液体系等。膜 技术是一种分子水平上的分离技术。
3
1 膜技术的发展历史
Abble Nollet 发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪 1978年 膀胱内，首次揭示了膜分离现象
1816年 Schmide首先提出超滤
1864年 1918年
Traube制成第一片人造膜——亚铁氰化铜膜 Zsigmomdy提出商品微孔滤膜制造法
1953年 1960年 1961年
22
23
24
膜污染
膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、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，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变 化现象。
气体分离过程用的是一种均聚物制成的非对称膜, 这一过程主要 用于气体及蒸汽的分离。
10
3 通量衰减系数
膜的渗透通量衰减是由于过程的浓差极化、膜孔的 堵塞等原因造成的，将随时间衰减。
Jt =J1 tm
式中
Jt ―膜运转t小时的透过速度 J1 ―膜运转1h的透过速度 m ―通量衰减系数
11
截留分子量
膜孔的大小是表征膜性能的一个重要参数，通常用截 留分子量表示膜的孔径特征。
膜分离技术
1
内容提纲
膜技术的发展历史 膜技术的基本原理 膜技术加工的工艺设备 膜技术的特点 膜技术在食品中的应用 膜技术的发展前景
2
膜技术的定义
膜技术是用天然人工合成的高分子薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分的溶 质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。 可利用液相和气相，对于液相分离，可用于水 溶液体系、水溶胶体系以及非溶液体系等。膜 技术是一种分子水平上的分离技术。
3
1 膜技术的发展历史
Abble Nollet 发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪 1978年 膀胱内，首次揭示了膜分离现象
1816年 Schmide首先提出超滤
1864年 1918年
Traube制成第一片人造膜——亚铁氰化铜膜 Zsigmomdy提出商品微孔滤膜制造法
1953年 1960年 1961年
22
23
24
膜污染
膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、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，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变 化现象。
气体分离过程用的是一种均聚物制成的非对称膜, 这一过程主要 用于气体及蒸汽的分离。
膜分离 (Membrane Separation)PPT课件
Na+ +
固定离子
Cl-
正极 阴离子交换膜 负极
高分子膜中间有足够大的孔隙，水中的离子 在膜孔隙通道（比膜厚度大得多）中电迁移运 动。例如，在水溶液中, 阴离子交换膜的活性 基团会发生离解，留下的是带正电荷的固定基 团，构成了强烈的正电场。在外加直流电场作 用下，根据异电相吸原理，溶液中带负电的阴 离子就可被它吸引、传递而通过离子交换膜到 另一侧，而带正电荷的阳离子则离子膜上固定 负电荷基团的排斥不能通过交换膜。
静压膜分离操作
1) 膜的选择性
2) 常用被分离溶质的截留率/去留率表示：
3)
R = (CF－CP)/ CF×100%
4) CF：原液浓度, CP：透过液中溶质浓度。
2) 浓度极化现象
通常沉淀溶液过滤时会出现“滤饼”现象, 使滤膜
孔洞受阻变小, 流速变慢。
对于实际过程, 膜的排除率应修正为：
(CM －CP) / (CF－CP) = exp (JV /k) JV ： 膜 透 过 流 束 (cm2/cm·s) ； k ： 物 质 移 动 系 数
根据溶质与流动载体之间的可逆化学反应提出了促进传递概念上世纪60年代中期bloch等采用支撑液膜研究了金属提取过程黎念之发明乳化液膜推演出了促进传递膜的新概念并导致了后来各种新型液膜的发明?湿法冶金?废水处理?核化工?气体分离?有机物分离?生物制品分离与生物医学分离?化学传感器与离子选择性电极液膜过程和萃取类似但它的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面溶质从料液相萃入膜相并扩散到膜相另一侧再被反萃入接收相由此实现萃取与反萃取的内耦合
应用：
➢ 低聚糖的分离和精制 ➢ 果汁的高浓度浓缩
多肽和氨基酸的分离
离子与荷电膜之间存在道南(Donnan) 效应,即相同电荷排斥 而相反电荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等电点时是中性的, 当高于或低于等电点时带正电荷或负电荷。由于一些纳滤膜带 有静电官能团, 基于静电相互作用, 对离子有一定的截留率, 可 用于分离氨基酸和多肽。纳滤膜对于处于等电点状态的氨基酸 和多肽等溶质的截留率几乎为零, 因为溶质是电中性的并且大 小比所用的膜孔径要小。而对于非等电点状态的氨基酸和多肽 等溶质的截留率表现出较高的截留率, 因为溶质离子与膜之间 产生静电排斥, 即Donnan 效应而被截留。
膜分离ppt课件
·
5
压力
·
6
膜分离过程的特点：
① 多数膜分离过程无相变发生， 能耗通常较低。 ② 膜分离过程一般无需从外界加入其他物质，从
而可以节省资源和保护环境。 ③ 膜分离过程可使分离与浓缩、分离与反应同时
实现，从而大大提高了分离效率。 ④ 膜分离过程通常在温和条件下进行，因而特别
适用于热敏性物质的分离、分级、浓缩与富集。
第4章 膜分离
§4.1 概述 §4.2 纳滤 §4.3 超滤 §4.4 微滤
·
1
膜分离 (membrane separation)
膜分离技术发展的历史
膜分离技术已被国际上公认为20世纪末至21世纪中 期最有发展前途、甚至会导致一次工业革命的重大 生产技术，所以可称为前沿技术，是世界各国研究 的热点。如果将20世纪50年代初视为现代高分子膜 分离技术研究的起点，截止现在，其发展致可分为 三个阶段：①50年代为奠定基础阶段；②60年代和 70年代为发展阶段，③ 80年代至今为发展深化阶段。
·
7
⑤膜分离过程不仅适用于从病毒、细菌到微粒广泛范
围的有机物和无机物的分离，而且还适用于许多由
理化性质相近的化合物构成的混合物如共沸物或近
沸物的分离以及其他一些特殊体系的分离。
⑥膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化，
而其效率、设备单价、运行费用等变化不大。
⑦膜组件结构紧凑，操作方便，可在频繁的启停下工
孔膜的有效扩散系数。基于膜和两类溶质的下列数据，估
计两类溶质在25下的穿膜流率。假定膜两侧的水溶液够稀，
组分间的扩散可以忽略不计。膜数据如下。
材料
微孔云母
厚度/μm
4.24
平均孔径/nm