膜分离
膜分离名词解释
膜分离名词解释
膜分离是一种通过半透膜将混合物分离成不同组分的技术。
在膜分离过程中，通过选择性透过膜的分子或离子选择性地通过膜，实现混合物的分离。
膜分离技术广泛应用于水处理、食品加工、生物技术、医药制造等领域。
常见的膜分离包括微滤、超滤、纳滤、气体分离、渗透汽化等。
微滤是一种通过微孔膜将颗粒物质从液体中分离的技术。
微滤膜通常具有较大的孔径，可以过滤掉较大的悬浮颗粒、细菌等微生物，从而实现液体的净化和杂质的去除。
超滤是一种通过超滤膜将较大分子物质与溶剂分离的技术。
超滤膜的孔径较微滤膜小，可以分离出溶质、胶体、蛋白质等较大分子物质，从而实现混合物的浓缩和分离。
纳滤是一种通过纳滤膜将溶剂、离子和较小分子物质从液体中分离的技术。
纳滤膜的孔径较超滤膜小，可以选择性地分离离子、有机物、重金属离子等物质，从而实现混合物的浓缩、回收和分离。
气体分离是一种通过透气膜将不同气体分子从气体混合物中分离的技术。
透气膜通常具有选择性地透过某种或某几种气体分子，从而实现气体的纯化、浓缩和分离。
渗透汽化是一种通过选择性渗透膜将有机物质与溶剂之间分离的技术。
在渗透汽化过程中，有机物质通过选择性渗透膜逸出
液相形成气态的有机物，从而实现有机物与溶剂的分离和回收。
总之，膜分离是一种基于膜选择性透过性能实现混合物分离的技术，包括微滤、超滤、纳滤、气体分离、渗透汽化等。
膜分离技术在许多领域具有重要应用价值，为提高生产效率、实现资源回收和保护环境做出了重要贡献。
膜分离介绍
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膜分离过程的 现状与发展趋势[2]
如图：
各种膜及装置的 销售状况分为价 格趋于稳定的低 速增长区和使用 趋于可靠的高速 增长区。
研究状况分为基 础研究、过程开 发和过程优化。
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8.1 概述
膜分离单元操作的目的与原理
目的：分离流体混合物 基本原理：固体膜对混合物各组分的选择性渗透。 推动力：—压力差
膜蒸馏是在常压和低于溶液沸点的温 度下进行的。 膜蒸馏所用膜必须是疏水性微孔膜， 如聚四氟乙烯
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膜蒸馏的优点
①截留率高(若膜不被润湿，可达100 ％)；
②操作温度比传统的蒸馏操作低得多， 可有效利用低热、工业废水余热等廉 价能源，降低能耗；
③操作压力较其它膜分离低；
④能够处理反渗透等不能处理的高浓 度废水。
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渗透汽化传质机理
渗透汽化与其它膜分离的最 大不同是它在渗透过程中发 生由液相到气相的相变化。 它的分离机制分三步：溶解扩散模型 1）被分离的液相物质在膜 表面被选择性地吸附并溶解； 2）以扩散形式在膜内渗透； 3）在膜的另一侧变成气相 脱附。
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7、膜蒸馏[3]
膜精馏是膜分离与蒸发结合的分离 过程；是以疏水性微孔膜两侧蒸汽 压差为传质推动力的膜分离过程。
20c60s，Loeb和Saurirajan研制成功第一张非对 称醋酸纤维素反渗透膜，海水淡化成为现实；
20c60~80s开发的超滤、气体分离等也进入工业 应用；
20c80~90s建成无水酒精渗透汽化装置，现已大 规模用于有机物的脱水；
20c90s以来，被称为膜接触器的膜萃取、膜吸
膜分离法
工程实例
纳滤（NF） 膜与反渗透 （RO）膜联 用的应用实例。 该装置将二次 处理（生物处 理水）后的下 水用NF、RO 膜再次处理， 处理后的水用 于展览馆大型 水槽内的热带 鱼饲养。
处理前后的水质分析结果
§2 超 滤
超滤是依靠压力推动力和膜进行工作，该膜具 有对液状溶液或者液状混合物中一些组分的渗透 性，而对另一些组分无渗透性。
膜分离技术是物质分离技术中的一个操作单元。
废弃物形态及膜分离技术的适用性
可看出膜分 离技术处理 的对象是流 体，故主要 适用于废水、 废液、废气 的处理。
2 适用于废水排放用途的膜分离技术
排放水处理以 往采用沉淀法、活 性污泥法等，现在 膜法或与上述方法 配合使用，或者完 全代替使用。使用 膜法时，除得到膜 透过液外，对于浓 缩液有时可通过萃 取方法提取有用物 质，而多数情况则 是固化后燃烧处理。
（6）
(7)
当cf很小可以忽略不计时,上式简化为
式中D/δ可用km代替,称为传质系数,则得
浓度极化所形成的胶凝层
当J随着△P的增长而增长 时，浓度cm也就随之增长，但 大分子的浓度增加到某一值cg
后就会发生淀沉，在膜的表面
出现—层凝胶物。凝胶层浓度 cg从此也就固定下来。因此， 在传质系数km为常数的水流条 件下，水的通量J也就不变， 不再因压差△P增加而增长。
• 其他：气体分离（GS）、渗透蒸发（PVAP）、 液膜（LM）、集成膜技术（IMT）等
电渗析、超滤、反渗透是目前给水与废水处理常用的三种膜分离方法。
滤膜孔径及操作压力
大致说来，超滤用于去除大小大于10倍溶剂分子的颗粒，颗粒相对分子质量小于1000。 对溶剂水而言，即颗粒应约大于2.5nm(水分子为0.28nrn)。 超滤膜的孔径一般为1.5~10nm。超滤系统一般在小于0.5MPa下操作。 反渗透用于占除大小与溶剂同一数量级的颗粒．相对分子质量在10~1000范围内。 对水溶液而言，颗粒的大小约为零点几个纳米。反渗透用半透膜作为滤膜，必须在克 服膜两边渗透压的条件下操作，典型的操作压力为5MPa。 当颗粒物大于约50 nm后，即属于一般的过滤。
什么是膜分离？原理是什么？特点是什么？
什么是膜分离?原理是什么?特点是什么?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，根据孔径大小可以分为：微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等。
1、膜分离技术的特点是什么?膜分离过程是一个高效、环保的分离过程，是多学科交叉的技术，在物理、化学和生物性质上呈现出各种各样的特性，具有较多的优势。
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，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。
2、膜分离的工艺原理是什么?膜分离的基本工艺原理是较为简单的。
在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。
故膜系统都有两个出口，一是回流液(浓缩液)出口，另一个是透析液出口。
在单位时间(Hr)单位膜面积(m2)透析液流出的量(L)称为膜通量(LMH)，即过滤速度。
影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量(TDS)、黏度等。
由于膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。
对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选择不同的膜，选择合适的膜工艺，从而达到好的膜通量和截留率，进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。
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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
膜的新 过程
膜分离技术 与传统分离
集成膜 过程
在解决某一 分离目标时， 综合利用几 个膜过程， 使之各尽所 长……
技术相结合，
发展出一些 崭新对传统化学分离方法的一次革命，在国际上公认
为 21 世纪最有发展前途的一项重大技术革命。目前膜分离技 术已经在医药、环保、海水淡化等众多工业领域得到广泛应用。 膜污染问题是目前的研究热点和难点， 因此选择合适的膜清洗
里膜分离技术不断完
善发展，应用于各大 领域……
2
膜分离技术在废水处 理工业中的应用
。
3
膜分离技术在生物农 药生产中的应用
应用
1、在中药制剂中的应用 2、在抗生素生产中的应用 3。 、在生物医药制品中的应用 4、在维生素制备中的应用 5、在医药用水制备中的应用 1、在造纸废水中的应用 2、在印染废水中的应用 3、在有害金属废水处理中的应用 。 4、在蓄电池厂废水治理中的应用
膜材料性能比较
PVDF材料与PES等材料相比，其耐受氧化剂清洗的能力更强。 因而便于清洗，污堵后经过清洗可以能够更好的恢复性能并长期 保持通量稳定。 对于常见的酸碱化学试剂的耐受能力依次为 PVDF>PES>PVC>PE>PP>PS。 对于常见的氧化剂的耐受能力依次为 PVDF>PES>PVC>PE>PP～PS。 对于常见的有机溶剂的耐受能力依次为PVDF>PES>>PVC～ PE～PP>PS。
程，主要用于滤除 0.05 ～ 10 μ m 的悬浊物
质颗粒。主要应用于截留颗粒物、液体澄清 以及除菌。 超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程。 纳滤是从水溶液中分离除去中小分子物质的 过程( 分子量为 300 ～ 500) 。其原理是在超 滤和反渗透间提供了一种选择性媒介， 在浓 缩有机溶质的同时，也可脱盐。
膜分离技术
膜分离技术应考虑的问题
（一）浓差极化: 浓差极化是指在超滤过程中，由于水透过膜而使 膜表面的溶质浓度增高．在浓度梯度作用下，溶 质与水以相反方向向本体溶液扩散，在达到平衡 状态时，膜表面形成一溶质浓度分布边界层。 它对水的透过起着阻碍作用．所以浓差极化会降 低膜的透水滤。为了减少浓差极化，通常采用错 流操作。这种操作是使悬浮液在过滤介质表面作 切向流动，利用流体的剪切作用将过滤介质表面 的固体移走。当移走固体的数率固体的沉降数率 相等时，过滤速度就近似恒定。
（二）污染
由于溶质与膜的相互作用而在膜表面和孔 内吸附，或因浓差极化，在膜表面溶质浓 匿逼过和浓度而在膜表面产生沉淀或结晶， 形成“凝胶层”引起膜性能变化的现象。 这是一个不可逆约过程。通常它受到膜的 化学特征、蛋白质种类、溶液的PH值、无 机盐浓度、温度等因素的影响。膜的污染 被认为是超滤过程中的主要障碍。
5.2.2 透析 自Thomas Graham 1861年发明透析方法至 今已有一百多年。透析已成为生物化学实验 室最简便最常用的分离纯化技术之一。在生 物大分子的制备过程中，除盐、除少量有机 溶剂、除去生物小分子杂质和浓缩样品等都 要用到透析的技术。 透析只需要使用专用的半透膜即可完成。保 留在透析袋内未透析出的样品溶液称为“保 留液”，袋（膜）外的溶液称为“渗出液” 或“透析液”。截留分子量MwCO通常为1 万左右。 用1％ BaCl2检查(NH4)2SO4，用1％ AgNO3 检查NaCl、KCl等。
（三）膜的清洗
在任何膜分离技术应用中，都会碰到膜污染 问题，即膜透水量随运行时间增长而下降。 清洗的方法通常可分为物理方法与化学方 法。物理方法一般指用高速流水冲洗。化 学清洗通常是用化学清洗剂（如稀碱、稀 酸、醇、表面活佐剂、络合剂和氧化剂等） 对膜迸行清洗。在某些应用中．温水清洗 即可基本恢复初始透水滤（如多糖）
膜分离
3 、用于纯水、超纯水制备
采用反渗透技术可制取各种符合要求水质的脱盐水。通 常以多级反渗透制取纯度较高的脱盐水，但此法水利用率较 低。
三、正渗透
随着世界人口的增长和社会经济的发展，水资源相 对匮乏和水质恶化已经愈来愈严重，制约了经济发展， 并威胁到人类的生存。如何能够低成本地实现水纯化和 脱盐一直是人们所关注的重要科学技术问题。传统压力 驱动的反渗透（RO）膜分离技术在膜、膜组件、设备和 工艺等方面都有了很大的创新和改进，但人们也越来越 意识到RO 技术在节能、环保领域存在的局限。相比而言， 作为膜分离技术中的新型分支，正渗透（FO）以其特有 的优势引起了国内外研究者的广泛关注，并在海水和苦 咸水淡化、浓盐水处理、水净化和污（废）水处理以及 渗透发电中表现出巨大潜力。随着膜材料和膜组件的优 化，正渗透技术会得到越来越广泛的应用。
可以方便的插入现行生产工业，不必进行较大改变。
膜分离设备本身没有运动的部件，很少需要维护，可靠度 很高；
1.3膜的分类
按膜的材料分：
有机膜、无机膜 按膜的结构分： 对称膜、非对称膜等 按膜的用途分： 反渗透、超滤、微滤、电渗析等 按膜的作用机理分： 多孔膜、致密膜等
按孔径分类的分离膜
主要膜分离过程
透 析
脱除溶液中的盐类及低 分子物
浓度差
离子、低分子物、酸、 无机盐、尿素、尿酸、糖类、氨基酸 碱
电渗析
脱除溶液中的离子
电位差
离子
无机、有机离子
渗透气化
溶液中的低分子及溶剂 间的分离
压力差、浓度差
蒸汽
液体、无机盐、乙醇溶液
气体分离
气体、气体与蒸汽分离
浓度差
易透过气体
不易透过气体
二、反渗透 RO反渗透的由来
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。
第五章 膜分离
纳米膜过滤是介于反渗透与超滤之间的液相膜处理新技术。
其特点为：（1）能截留小分子的有机物并可同时透析除盐，集浓缩透析为一体；（2）操作压力远比反渗透低，具有节约动力的优点。
纳滤膜的性质与特点大多数的纳滤膜是由多层聚合物薄膜组成。
活性层通常带荷负电化学基团。
一般认为纳滤膜是多孔性的，其平均孔径为2nm。
作为一般规律，通常分子量截留范围为100一200道尔顿，纳滤膜具有良好的热稳定性，pH稳定性和有机溶剂的稳定性。
纳米过滤的分离机理纳滤膜不仅具有依靠筛分作用进行分离，也显示有建立在离子电荷密度基础上的选择性，因为膜的离子选择性，对于含有不同自由离子的溶液，透过膜的离子分布是不相同的(透过率随离子浓度的变化而变化)，这就是Donnan效应。
Donnan平衡模型对于荷电膜脱盐，多用Donnan平衡模型来解释。
当系统达到平衡时，膜相、水相、溶液相的离子的化学电位应该达到平衡态。
虽然，利用Donna 平衡理论来说明荷电膜的脱盐机理有所依据，而对于在压力下透过膜的机理，还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。
第二节膜材料及其特性膜材料◆纤维素衍生物醋酸纤维素（CA）：由纤维素和醋酸反应制得。
是反渗透膜、微滤和超滤的膜材料。
优点：价格便宜，膜的分离和透过性能良好；缺点：pH使用范围窄（pH=4~8），容易被微生物分解以及在高压操作下时间长了容易产生压密，引起透量下降。
硝酸纤维素（CN）：由纤维素和硝酸反应制得。
价格便宜，广泛用作透析膜和微滤膜材料。
为了增加膜的强度，一般与醋酸纤维素混合使用。
再生纤维素：纤维素溶于某些溶剂如铜氨溶液并在溶解过程中发生降解，在成膜过程中又回复到纤维素的结构，称为再生纤维素。
广泛用于人工肾透析膜材料和微滤、超滤膜材料。
◆聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料。
是目前最重要、生产量最大的高分子聚合膜。
用途：超滤和微滤的膜材料，多种商品复合膜的支撑层膜材料。
优点：耐酸、耐碱缺点：耐有机溶剂的性能差。
膜分离
分离膜种类
1.2 膜分离技术发展简史
1）高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特发 现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的 研究。 2）1861年，施密特首先提出了超过滤的概念。他提出用比 滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加 压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋 白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可 称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。
表示如下：
（C) 复合制膜工艺
1.10 膜的保存
微生物的破坏主要发生在醋酸纤维素膜； 而水解和冷冻破坏则对任何膜都可能发生。温度、pH值不适 当和水中游离氧的存在均会造成膜的水解。冷冻会使膜膨胀而破 坏膜的结构。 膜的收缩主要发生在湿态保存时的失水。收缩变形使膜孔径
大幅度下降，孔径分布不均匀，严重时还会造成膜的破裂。当膜
（C）在常温下进行，适合处理热敏性物料； （D）设备没有运动的部件，可靠性高，操 作、维护方便。
1.6 膜分离过程的传递机理
物质透过膜的三种传递方式：被动传递、促进 传递和主动传递。 （A）被动传递：物质由高化学位相侧向低化
学位相侧传递，化学位差是膜分离传递过程的
推动力，它可以是压力差、浓度差、电位差、 St （C)通量衰减系数。膜的渗透通量因浓度极 化、膜的压密以及膜孔堵塞等原因将随时间而 衰减。
Jt J1 t
m
Jt、J1为膜运转t小时和1 h后的透过速度；t为 运转时间，m为衰减系数。
1.5 膜分离特点
（A）无需外加物质，可实现高纯度的分离； （B）过程不发生相变化，能耗较低；
与高浓度溶液接触时，由于膜中水分急剧地向溶液中扩散而失水， 也会造成膜地变形收缩。 短期（1、2天）：无菌水；中期（1、2星期）：0.1% NaOH 长期（1个月以上）: 2-5% 甲醛 5%甘油（冬天）
膜分离名词解释
膜分离名词解释膜分离(membranese separation)是指固定在容器内壁上的半透膜只允许小分子溶液通过而不允许大分子或胶体粒子通过的现象。
膜分离技术具有多种应用，包括液-液萃取、液-固萃取、膜传递以及反渗透、气体分离、离子交换、分子蒸馏和膜蒸馏等。
它也是从微观的原理对物质进行分离的方法，其基本过程是：在膜的一侧，料液中溶剂的浓度大于另一侧溶质的浓度，并且料液中溶剂的浓度和纯溶剂的浓度之比等于或者接近于一个临界值，此时料液一侧为浓溶液，另一侧为稀溶液。
膜分离机(membrane separation machine)具有双重功能，它既可进行溶剂分离又可进行溶质分离，既能提取、纯化又能浓缩，既能制备富液，又能进行净化。
它是一种在高效膜组件与超临界溶液相结合的情况下，采用极为简单的机械操作方式进行溶液分离、浓缩、纯化、结晶的设备。
采用离心泵、喷射泵、电渗析器等仪器可实现对离子的浓缩和精制。
电渗析法适用于各类有机酸、无机酸、碱和盐类以及水溶液中的阴、阳离子的提取和纯化。
离子交换法是利用固定床离子交换剂使溶液中离子与固定床上离子交换剂进行交换，达到提取目的的一种方法。
反渗透是指在压力推动下使溶液中的溶剂分子(包括电解质和非电解质)透过半透膜到达膜的另一边，而溶剂分子不能透过半透膜返回到溶液中的现象。
这样的一个过程就叫反渗透，可以用反渗透水处理系统代替离子交换器，即可得到纯水。
反渗透法还用于除去饮水中的微量有害元素。
由于膜分离技术的发展，膜工艺不断改进，应用领域日益扩大，逐渐向食品、医药、生化、环保等诸多领域进军。
膜分离的主要特点有：(1)选择性。
膜的某些参数会影响它的选择性，而膜的另一些参数则会影响它的选择性，选择性与膜的形态，表面性质，表面极化状态，流体的流动特性，孔径分布，分子量及其分布等有关。
(2)透过通量。
环境工程学-第12章 膜分离
第二节
电渗析
电渗析
在外加直流电 场作用下，利用 阴、阳离子交换 膜对溶液中的阴、
阳离子的选择透
过性，分离溶质 和水的一种方法。
第二节
电渗析
一、 离子交换膜
是由离子交换树脂制成的一种特殊膜；
对阴、阳离子具有选择透过特性； 是离子交换树脂除盐的另一种应用形式。
第二节
电渗析
(一) 离子交换膜的分类
(1) 按膜体结构
第三节
反渗透
第三节
反渗透
(三) 反渗透膜的渗透机理 (1) RO膜具有微孔结 构—选择性吸附毛细流动理论
• 反渗透膜看作是微细多孔结构物质。 • 膜具有选择吸附纯水而排斥溶质(盐分) 的特性，可在膜表面上形成1H2O厚的纯 水层。 •在压力作用下，纯水层中水分子不断通 过毛细管流过。 •高价离子被排斥较远。
第二节
极水
电渗析
淡水 浓水 极水
阴极
阴 极 室
淡 水 室
浓 水 室
淡 水 室
浓 水 室
淡 水 室
浓 水 室
阳 极 室
阳极
极膜
阴膜
阳膜
阴膜
阳膜
阴膜
极膜
进水
第二节
电渗析
三、电渗析器
由一层层交
替排列的隔板、 离子交换膜及两 端的电极组成， 外面用压板和螺
杆把隔板和膜压
紧而成。
第二节
电渗析
（一）结构 膜堆、极区、压紧装置、直流电源
食品、饮料行业用水系统
第一节
概述
纯净水、矿泉水成套设备
第一节
概述
住宅、酒店直饮水设备
锅炉补给水系统
第一节
概述
电子、光学工业超纯水
第九章 膜分离
2. 微孔膜 平均孔径0.02~10µm，有两种类型：多孔膜
和核孔膜。前者呈海绵状，膜孔大小有一较宽的分布
范围，孔道曲折，膜厚50~250µ m，应用较普遍；核孔
膜用10~15µm的致密膜经特殊处理制得，圆柱形直孔， 孔径均匀，开孔率小。
9.1.1 膜
• 固膜分离技术——是指对于含有两个或两个以上组分的
流体（真溶液、乳浊液、悬浮液等）在容器中通过一固 体膜，借该膜的选择性渗透以及膜两侧的能量差 （例如静压差、浓度差、电位差）将某种成分或一组分 子大小相近的成分和液体中其它组分（溶剂）分离，以
达到浓缩溶质或净化溶剂的技术。
具体对于气体系统有压力扩散、质量扩散； 对于液体系统有反渗透、超过滤、渗析、电渗析等。
小分子 或离子
纳滤膜截留分子量为几百至几千的分子
(纳米范围). 1~5nm
反渗透膜截留小分子或溶液中的盐(离子)，
0. 1~1 nm
9.2.1 反渗透和纳滤
不透过溶质
反渗透——利用反渗透膜选择性的只透过溶剂
（通常是水）的性质，对溶液施加压力克服溶剂的 渗透压，使溶剂从溶液中透过反渗透膜而分离出来 的过程。
气体和蒸汽 的扩散渗透
渗透性 的气体 或蒸汽
难渗透性的 气体或蒸汽
均匀膜、 复合膜 非对称性 膜
9.1.1 膜
几种主要膜分离过程
名称 简图 推动力 传递机理 透过物 截流物 膜类型 均匀膜、 复合膜 非对称性膜
7.渗透气化
分压差
选择传递 （物质差异）
溶质或溶 剂（易渗组 分的蒸汽
溶质或溶 剂（难渗组 分的蒸汽
应用——制取纯水，海水或苦咸水淡化，锅炉软水， 废水处理，果汁，乳品浓缩，生化和生物制品的分离 和浓缩。
膜分离技术
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膜分离技术
3
１、膜分离技术发展概述
1784年 阿贝.诺伦特首次揭示膜分离现象 1960年洛布和索里拉金 醋酸纤纸素膜 1964年 美国通用原子公司 螺旋式反渗透组件 1965年 美国加利福尼亚大学 管式反渗透装置 1967年 美国杜邦公司首次研制了以尼龙为材料 的中空纤维组件, 1970年又研制了以芳香聚酰 胺为膜材料的中空纤维组件 1968年 美籍华人黎念之研究出乳化液膜 70年代 Cussler研制了含流动载体的液膜
第1章 膜分离技术
(Membrane Separation Processes)
本章主要内容:
膜分离技术概述
扩散渗析（diffusion dialysis）
反渗透（ reverse osmosis)
电渗析(electro-dialysis)
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膜分离技术
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1.1 膜分离概述
1、膜分离发展概述 2、膜分离的概念 3、膜分离法的分类 4、膜分离技术的特点 5.膜分离法的应用
99％
多孔层, 孔径 （1000－4000） ×10－10m
这种膜有不对称结构: 表面结构致密, 孔隙很小, 通称为表皮 层或致密层、活化层； 下层结构较疏松, 孔隙较大, 通称为多 孔层或支撑层。
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29
膜的照片
在相对湿度为100％时, 膜的含水量高达60％, 其中表皮层只含10％－20％, 且主要是以氢 键形式结合结合水。
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膜分离技术
17
2. 扩散渗析法原理
渗析液A+ B－
H2O
H2O A+
B－ B－ B－
（1）
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缓冲液pH对立体分离性能的影响
20
e.e.%
4.0
R
Flux/10 mol m h
15
-2
10
-1
3.5
-5
5
3.0
α
6.0 6.5 7.0 7.5
S
2.5 6.0 6.5
pH
pH
7.0
7.5
结论
形 • 成的亲脂性盐复合物有利于外消旋体 在有机相中的溶解 用 • 组合手性选择剂，正辛醇为有机膜相溶剂，使用 中空纤维支载液膜可立体分离沙丁胺醇外消旋体
手性配体交换乳状液膜选择性萃取分离扁桃酸对映体
理论
2HN Cu 2 CuN2 2H
HMa j CuN2 CuNMa j HN
0.9 a
[HMaj]i/[HMaj]io
0.8
0.7
j=1 j=2 20 30 40 time/min 50 60
0.6 10
扁桃酸初始浓度对选择性萃取性能的影响
kR 1.19 1.48 1.87 2.23 2.47 2.70
kS 1.12 1.32 1.34 1.38 1.44 1.50
α 1.06 1.12 1.40 1.62 1.72 1.80
-Δ(ΔG)/(kJ.mol-1) 0.144 0.281 0.833 1.20 1.34 1.46
随着S, S-酒石酸酯中烷基链的增长，k和 α都增大，因此实验中使用S, S-酒石酸十 二 酯 作 为 手 性 选 择 剂 较 为 合 适
The molar concentration ratio was 4: 3: 1
时间 t /h 16 24 50 75 90 120 140 160
200
流量(J/10-5 mol m-2 h-1) R S 11.76 7.36 6.53 5.96 4.87 4.12 4.57 4.97
5.63
[HMaj]e/[HMaj]eo
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 10 20 j=1 j=2 30 40 time/min 50 60
表面活性剂和有机溶剂配比及不 同溶剂对手性分离性能的影响
Span-80体积比 [HMa1]i/ [HMa1]io [HMa2]i/ [HMa2]io 3% 0.54 0.51 5% 0.66 0.61
pH值降低，H+浓度增加，普萘洛尔容易荷 电，反应物浓度增加，反应正向进行，有 利于两相选择性萃取的进行，有机相中的 对映体过量值 e.e. % 也随之增加，分离因 子α和k都减小。反之则逆向进行
有机溶剂和不同烷基链 S, S-酒石酸酯作选择剂对手性萃取性能的影响
有机溶剂 1,2-二氯丙烷 α 1.46 1.69 1.80 -Δ(ΔG) /(kJ.mol-1) 0.937 1.30 1.46
e.e.%
16
24 50 75 90 120 140 160 200
9.57
6.14 5.12 4.62 3.97 4.21 4.52 4.79 5.12
9.38
5.74 4.48 3.73 3.03 3.37 3.77 4.13 4.57
1.02
1.07 1.15 1.24 1.31 1.25 1.20 1.16 1.12
萃取过程量热分析
Q 0 hdt (H ) C *V C *V
从热力学角度证明了萃取过程中手性 选择体S, S-酒石酸十二酯的构象生 了较大变化，与被拆分的对映体形成 了较为稳定的复合物，因而能够有效 的手性萃取分离普萘洛尔对映体
t
结论
在 • 较低的pH值下，手性选择剂S, S (R, R)-酒石酸 酯与H3BO3作用后，优先与荷电的R (S)-普萘洛尔 反应，在有机相中生成配合物，从而实现普萘洛尔 对映体的手性分离
J R Sa J S Sa
沙丁胺醇与组合手性选择剂的摩尔浓度比对立体分离性能的影响
The molar concentration ratio was 2: 1: 1
时间 t/h 流量(J/10-5 mol m-2 h-1) R S α e.e.%
16 24 50 75 90 120 140 160 200
液膜手性分离
中空纤维支载液膜立体选择性分离沙丁胺醇外消旋体
外/内 直径
温度 范围
5~45 ˚C
孔径 0.22 μm
pH 范围
操作 压力 ≤ 0.12 MPa
1.2/0.8 mm
2~10
e.e.%
[ R Sa] [ S Sa] 100 [ R Sa] [ S Sa]
e.e.%和α
固膜拆分法
选择扩散型
选择吸附型
手性选择性并能自身支 撑的高聚物固膜，由不 能自身支撑而具有手性
接枝或浸渍等 方法将手性选 择剂固定在多
选择性的高聚物和非选 择性支撑层组成的非对 称 复 合 固 膜
孔基材上的手 性 固 膜
S, S-酒石酸酯手性萃取分离普萘洛尔对映体
Xi+βYi=Xi0+βYi0 Vorg Vaq
N. M. Maier, P. Franco, W. Lindner, J. Chromatogr. A 906(2001)3-33
Overview
天 然 手 性 库 手 性 拆 分 不 对 称 合 成 外消旋体拆分 依靠手性分子间作用力 膜拆分 手性拆分大多与手性识别密切相关
萃取拆分
化学拆分 色谱拆分 外消旋体拆分方法 结晶拆分
α 1.06 1.10 1.17 1.21 1.26 1.34 1.24 1.21
1.18
e.e.% 4.209 4.768 7.844 9.458 11.44 14.60 10.65 9.471
8.269
10.81 6.69 5.58 4.93 3.87 3.07 3.69 4.11
4.77
The molar concentration ratio was 4: 1: 3 时间 t/h 流量(J/10-5 mol m-2 h-1) R S α
H N OH
*
H
O
XR+βYR=XR0+βYR0
XS+βYS=XS0+βYS0
KR
KS
e.e.aq
YR XR
YS XS
XR XS XR XS
R YR S YS
S XS R XR
RL RL SLSL RD RD SDSD
(G) GR (GS )
0.0971 0.798 0.669
庚醇
辛醇
2.14
1.75
1.22
0.492
卤代烃类作溶剂时，随着碳原子数减少，k和α都增大，以氯仿的萃取性 能较好；烷烃类作溶剂时，k较大，但α偏小，以正庚烷的萃取性能较好； 醇类作溶剂时，随着醇碳原子数增加，k增大，α也相对增大
S,S-酒石酸酯 酒石酸戊酯 酒石酸己酯 酒石酸庚酯 酒石酸辛酯 酒石酸癸酯 酒石酸十二酯
10.15 6.32 5.44 4.93 4.26 3.95 3.73 4.78 4.81
8.46 4.82 4.06 3.57 3.00 2.72 2.50 3.57 4.18
1.20 1.31 1.34 1.38 1.42 1.45 1.49 1.34 1.15
9.100 13.46 14.53 16.00 17.36 18.44 19.74 14.50 7.001
6% 0.69 0.62
8% 0.72 0.61
9% 0.76 0.63
10 % 0.69 0.61
增加Span-80所占体积比例，液膜稳定性增强，对映单体在内水相 的浓度分率增加，当Span-80用量过大时，会使有机膜相的粘性增 强，扁桃酸传递运转阻力增大，导致对映体选择性降低
0.8
[HMaj]i/[HMaj]io
使用CCl 4 作为膜相有机溶剂，对映单体 在内水相的浓度分率都适量增加，经粘 度测定，膜相粘度减少了3 %，膜相粘 度是限制总传递速率的主要因素
0.7
j=1
0.6 j=2
0.5
pH梯度和外水相pH变化对 选择性萃取性能的影响
0.8 0.7
10
20
30 time/min
40
50
传质面积小 稳定性一般
SLM
水相
有机相 水相
可连续使用 液膜比乳液液膜稳定 工艺过程简单（没有破乳过程）
渗透压过大，液膜被挤出 溶解于水相
Overview
BLM
有机相
有机相
水相
水相
可连续使用 膜层较厚，界面平稳，界面积恒定简单 迁移接近一种稳态过程
Overview
[HMaj]i/[HMaj]io
0.8 b 0.7 j=1 0.6 0.5 10 20 j=2
外消旋体初始浓度的改变对传递过程和对 映体选择性影响很小，尽量提高外消旋体 浓度，降低昂贵手性选择体的消耗
30 40 time/min
50
60
手性萃取方向对选择性萃取性能的影响
0.8
具有较低pH的外水相缓冲溶液体积是内 水相的2倍，降低了对映体选择性
Y YS R YR YS
RTInKR RTInKS
RTInKR K S RTIn
O
OH
+
H2N
+ H3BO3 + H25C12
O O
OH
O O
O
O
O
O O O O
C12H25 C12H25
C12H25 NH
B
O
手性选择剂浓度和对映体浓度的化学计量 关系对萃取性能的影响