高分子分离膜与膜分离技术概述
高分子分离膜与膜分离技术要点

H OH
n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
31
从结构上看,每个葡萄糖单元上有三个羟基。 在催化剂(如硫酸、高氯酸或氧化锌)存在下,能 与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应,得到二醋酸纤维 素或三醋酸纤维素。
C6H7O2 + (CH3CO)2O = C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O = C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH
材料
(0.2 nm)
16
过滤式膜分离
2020/9/30
材料
17
2)渗析式膜分离
料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推 动下,透过膜进入接受液中,从而被分离出去。
属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等。 电渗析(electrodialysis)
在电场中交替装配的阴离子和阳离子交换膜,在 电场中形成一个个隔室使溶液中的离子有选择地分 离或富集
2020/9/30
材料
18
电渗析过程
2020/9/30
材料
19
阳极室 浓缩室 淡化室 浓缩室 阴极室
+ Cl-
+
+ Cl- Cl+ Na+ + + 阳极 阳膜
- Cl-
-
Na+
Na+
Na+ Cl- -
Cl- Cl-
- Na+ -
Na+
Na+
-
阴膜 阳膜
阴膜
阴极
注意:离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用,而是
起离2020子/9/30 选择透过性作用。 材料
膜分离技术综述

膜分离技术综述一膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术,是多学科交*的产物,亦是化学工程学科发展新的增长点。
它与传统的分离方法比较,具有如下明显的优点:1.高效:由于膜具有选择性,它能有选择性地透过某些物质,而阻挡另一些物质的透过。
选择合适的膜,可以有效地进行物质的分离,提纯和浓缩;2.节能:多数膜分离过程在常温下*作,被分离物质不发生相变, 是一种低能耗,低成本的单元*作;3.过程简单、容易*作和控制;4.不污染环境。
由于这些优点、使膜分离技术在短短的时间迅速发展起来,已广泛有效地应用于石油化工、生化制药、医疗卫生、冶金、电子、能源、轻工、纺织、食品、环保、航天、海运、人民生活等领域,形成了独立的新兴技术产业。
目前,世界膜市场以每年递增14~30%速度发展,它不仅自身形成了每年约百亿美元的产值,而且有力地促进了社会、经济及科技的发展。
特别是,它的应用与节能、环境保护以及水资源的再生有密切的关系,因此在当今世界上能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下,膜分离技术得到世界各国的普遍重视,欧、美、日等发达国家投巨资立专项进行开发研究,已取得在此领域的领先地位。
我国在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”以及863、973计划中均列为重点项目,给予支持。
关于发展膜分离技术的重要性,美国官方的文件说,“18世纪电器改变了整个工业过程,而20世纪膜技术改变了整个面貌”。
1987年日本东京召开的国际膜与膜过程会议上,曾将“21世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题进行深入讨论,与会的专家一致认为,膜技术将是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。
世界著名的化工与膜专家,美国国家工程院院士、北美膜学会主席黎念之博士(我校化工系兼职教授)在1994年应邀访问我国时说“要想发展化工就必须发展膜技术”。
国际学术界一致认为“谁掌握了膜技术,谁就掌握了化工的未来”。
可见,发展膜分离技术对于学科建设和经济发展均具有重要而深远的意义。
膜分离技术

螺旋卷式膜组件2
工作:膜组件装进圆柱形压力容器,构
成一个螺旋卷式膜组件,原料从一端进 入组件,沿轴向流动,在驱动力作用下, 易透过也沿径向渗透通过膜至中心管, 另一端为渗余液。
应用:反渗透、超滤、气体分离。
螺旋卷式膜组件3
特点:
结构紧凑——单位体积内膜的有效面积大; 制作工艺相对简单; 安装、操作比较方便; 适合于低流速、低压操作; 对原料前处理要求高——膜一旦被污染,不 易清洗。
膜分离在制药工业中的应用2
内蒙古中润制药有限公司利用膜分离技 术回收6-APA结晶母液。
采用EA技术于常温常压下回收母液中的溶剂, 脱出溶剂的母液经纳滤膜浓缩,结晶重新获 得6-APA晶体。 通量比反渗透膜提高30%, 6-APA浓缩程度 也可提高一倍,大大降低了投资及运行成本。
膜分离在制药工业中的应用3
主要应用于超滤、微滤、反渗透、渗透 气化和电渗析。
圆管式膜组件1
在圆筒状支撑体的内侧或外侧刮制上半 透膜而得到的圆管形分离膜。
下图所示,为膜刮制在多孔支撑管的内 侧,原料液被泵送至管内,渗透液经半 透膜后,通过多孔支撑管排出,浓缩液 从管子另一端排出。
能使滤液被渗透通过, 则需在支撑管和膜之间安装一层很薄的多孔 纤维网,帮助滤液向支撑管上的孔眼横向传 递,同时对膜提供必要的支撑作用。
特点:流动状态好;容易清洗;设备和
操作费用高;膜装填密度大。
用于:超滤、微滤和单级反渗透。
螺旋卷式膜组件1
由中间是多孔支撑材料,两边是膜的双 层结构装配而成。
其中三个边沿被密封而粘结成膜袋状,另一 个开放的边沿与一根多孔中心透过液收集管 连接,在膜袋外部的原料液侧再垫一层网眼 形间隔材料(隔网),也就是膜-多孔支撑 材料-膜-隔网依次叠合。绕中心透过液收集 管紧密地卷在一起,形成一个膜卷。
第五章 高分子分离膜与膜分离技术

5.2.1 多孔膜的分离机理
• 多孔膜的分离机理主要是筛分原理, 依膜表面平均孔径的 大小而区分为微滤(0.1-10µm)、超滤(2-100nm)、纳滤 (0.5-5nm),以截留水和非水溶液中不同尺寸的溶质分子。
• 多孔膜表面的孔径有一定的分布,一般来说, 分离膜的平 均孔径要小于被截留的溶质分子的分子尺寸。 这是由于 亲水性的多孔膜表面吸附有活动性、 相对较小的水分子 层而使有数孔径相应变小, 这种效应孔径愈小愈显著。
聚合物
溶剂
添加剂
均质制膜液
流涎法制成平板型、圆管型;纺丝法制成中空纤维
蒸出部分溶剂
凝固液浸渍
水洗
后处理
非对称膜
L—S法制备分离膜工艺流程框图
将制膜材料用溶剂形 成均相制膜液,在模具中 流涎成薄层,然后控制温 度和湿度,使溶液缓缓蒸 发,经过相转化就形成了 由液相转化为固相的膜。
复合制膜工艺:
多孔支持膜 涂覆
• 多孔膜主要用于混合物水溶液的分离,如渗析 (Dialysis,D)、微滤Microfiltration,MF)、超滤 (Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,NF)和亲 和膜 (Affinity membrane,AfM)等;
• 致密膜用于电渗析(Electrodialysis, ED)、逆渗透 (Reverse osmosis,RO)、气体分离(Gas separation,GS)、 渗透汽化(Pervaporation, PV)、蒸气渗透(Vapor permeation,VP)等过程。
形成超薄膜的溶液
交联
交联剂
加热
形成超薄膜
亲水性高分子溶液的涂覆
复合膜
复合制膜工艺流程框图
功能高分子化学离子交换膜与分离膜概述

• 脱盐或纯化
• 水解
• 浓缩或分离
• 复分解
• 置换
• 电解、氧化、还原以及电化合成
2020/11/26
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
11
2020/11/26
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
12
电渗析器,异相离子交换膜引自2020/11/26功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
N a+ S O 3-N a+
C lS O 3-N a+
N a+
N a+
C lN a+
磺 酸 型 阳 膜 在 N aC l稀 溶 液 中 平 衡 示 意 图 R SO - 固 定 基 团 ; Na+ 解 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
9
图例7
2020/11/26
N a+
苯 乙 烯 -二 乙 烯 基 苯 共 聚 物 N a+
_ 3
+
S
O
_ 3
+
磺酸型阳离子交换膜的膜体结构示意图 R SO2 固 定 基 团 ; + 解 离 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
5
图例4
2020/11/26
磺 酸 型 阳 离 子 交 换 膜 曲 折 通 道 示 意 图
R S O 2 固 定 基 团 ;+ 解 离 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
C l-
C O 3-N a+
C l-
C l-
S O 3-N a+
N a+
C l-
C l-
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。
膜分离技术概述

质在膜表面附近积累,造成由膜表面到溶液主体之间具有浓
度梯度的边界层,它将引起溶质从膜表面通过边界层向溶液
主体扩散,这种现象称为浓差极化。
浓 差 极 化 可 对 反 渗 透 过 程 产 生 下 列 不 良 影 响 :①由 于 浓
差极化,膜表面处溶质浓度升高,使溶液的渗透压△π 升高,
当 操 作 压 差△p 一 定 时 , 反 渗 透 过 程 的 有 效 推 动 力 (△p—
去,并使其浓度增高,或参加反应等,如从海水中制取氯化
钠;
(2)从 有 机 溶 剂 中 去 除 电 解 质 离 子 , 如 乳 清 脱 盐 、 氨 基 酸
提纯等;
(3)电解质溶液中,同电性但具有不同电 荷的离子的分
离,如从海水提取 1 价盐等。
4 气体分离膜
4.1 基本原理
气体膜分离过程
如图 4 所示。 含有某
(增刊) 5 张洪.污水处理厂的恶臭污染控制技术.污染防治技术,2008,24(1)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
(上接第 89 页)
风机合二为一,直接减少烟风道的长度,减少机组建设工程 会大大降低,具有一定意义的节能效果。
量,相应地减少了相关烟气挡板及其控制系统,也相应取消 参考文献
了增压风机及其系统,能够降低机组的投资建设费用。 (3)有一定的节能效果。 取消脱硫烟气旁路挡板后,将增
压风机与引风机合二为一,缩短了烟道长度,减少了烟道弯 头,减小了增压风机及其挡板的节流损失,因此烟道的阻力
1 刘家钰,等.1000MW 机组引风机与脱硫增压风机合并改造研究,热 力 发 电 ,2010 (8 )
些低分子组分和少量
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。
膜分离技术-概述和基本原理

推动力
膜过程 应用实例
对称
反渗透
海水淡化
压力差 电位差
超 滤 超纯水/白蛋白浓缩
微滤
前处理/终端过滤
*
纳滤
医药/啤酒
*
气体分离
气体/蒸汽分离
*
电渗析
海水淡化/废水
*
浓度差
渗析
人工肾
浓度差
控制释放
医用/农药
*
浓度差(分压差) 渗透蒸发
无水乙醇
*
浓度差+化学反应 液膜
金属分离/废水
*
膜形态
非对称
* * * * *
过滤方法
Sugars 蔗糖
RO
反渗透
Colloidal silica 胶体硅
Albumin protein 白蛋白
Microfiltration Ultrafiltration 超滤 微滤
NF 纳滤
Pollens 花粉 Milled flour 面粉
Particle filtration 一般过滤
1.4 分离膜种类
流速。 温度 通常升温提高流速。
C其他
操作温度 化学耐受性 膜的吸附性能 膜的无菌措施 保存
膜技术的应用
1) 细胞培养基的除菌; 2) 发 酵 液 或 培 养 液 中 细 胞 的 收 集
和除去; 3)细胞破碎后碎片的除去; 4) 目 标 产 物 部 分 纯 化 后 的 浓 缩 或
滤除小分子溶质; 5)最终产品的浓缩和洗滤除盐; 6)蛋白质的回收、浓缩和纯化 7) 制 备 用 于 调 制 生 物 产 品 和 清 洗
70年代初,卡斯勒(Cussler)又研制成功含流动载体的 液膜,使液膜分离技术具有更高的选择性。
膜分离技术概述和原理

• 1748年Abble Nelkt 发现水能自然地扩散到装有酒精 的猪膀胱内,首次揭示了膜分离现象;
• 1827年Dutrochet引入名词渗透(Osmosis);
• 1861年Schmidt提出超滤概念;
• 1864年Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜 (亚铁氰化铜膜)
• 1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法,并 将其应用于微生物、微粒等方面的分离和富集;
9
1.5常见的膜分离方法
1.5.1根据分离粒子大小分类:
①渗析(Dialysis,DS) ②电渗析(Electrodialysis,ED ) ③反渗透(Reverse osmosis,RO ) ④微滤(Microfiltration,MF) ⑤超滤(Ultrafiltration,UF ) ⑥纳滤(Nanofiltration,NF ) ⑦渗透气化(Pervaporation,PV)
10
1.5.2根据溶质或溶液透过膜的推动力分类
①以电动势为推动力:电渗析和电渗透 ②以浓度差为推动力:扩散渗析和自然渗透 ③以压力差为推动力:压渗析和反渗透、超
滤
其中常用的是电渗析、反渗透和超滤,其次 是扩散渗析和微孔过滤。
11
第二讲
膜分离技术的原理及应用
12
本讲主要内容
2.1膜与膜材料的简介 2.2常见几种膜分离技术的作用
·选择适当的膜分离技术,可替代过滤、沉淀、萃取、 吸附等多种传统的分离与过滤方法。
·膜分离技术得到各国重视:国际学术界一致认为“ 谁掌握了膜技术,谁就掌握了化工的未来”。
·膜分离技术在短短的时间迅速发展起来,近几十年 膜分离技术,已广泛用于食品、医药、化工及水 处理等各个领域。产生了巨大的经济效益和社会 效益,已成为当今分离科学中最重要的手段之一 。
常用的膜分离技术

常用的膜分离技术膜分离技术是一种利用特殊膜的过滤、分离和浓缩物质的方法。
它可以根据物质的大小、形状、电荷和亲疏水性等特性,通过膜的选择性分离达到分离和纯化目的。
膜分离技术广泛应用于水处理、生物工程、食品加工、医药制造等领域。
本文将介绍常用的几种膜分离技术。
1. 微滤技术微滤技术是一种通过孔径在0.1-10微米之间的膜进行过滤分离的方法。
它可以有效去除悬浮物、细菌、病毒等大分子物质,常用于水处理、食品加工和制药工业中的前处理过程。
2. 超滤技术超滤技术是一种通过孔径在0.001-0.1微米之间的膜进行分离的方法。
它可以去除溶解物、胶体粒子、高分子有机物等物质,广泛应用于饮用水净化、废水处理和生物制药等领域。
3. 逆渗透技术逆渗透技术是一种通过孔径在0.0001-0.001微米之间的膜进行分离的方法。
它可以去除溶解盐、重金属离子等小分子物质,常用于海水淡化、饮用水净化和工业废水处理等领域。
4. 色谱膜技术色谱膜技术是一种利用具有特殊分离机制的薄膜进行分离的方法。
它可以根据物质的分子大小、极性、电荷等特性实现高效分离,常用于生物分析、医药制造和环境监测等领域。
5. 气体分离膜技术气体分离膜技术是一种通过选择性渗透和扩散作用实现气体分离的方法。
它可以根据气体分子的大小、极性和亲疏水性等特性,将混合气体中的不同成分分离出来,常用于天然气净化、气体分离和空气净化等领域。
6. 电渗析技术电渗析技术是一种利用电场和离子选择性膜实现离子分离的方法。
它可以通过调节电场强度和离子选择性膜的特性,实现对离子的选择性排除和富集,常用于废水处理、盐水淡化和电解产氢等领域。
以上是常见的几种膜分离技术,它们在不同领域有着广泛的应用。
随着科技的不断进步和创新,膜分离技术也在不断发展,不断提高分离效率和选择性,为各行各业提供了更高效、更环保的解决方案。
希望本文对您了解膜分离技术有所帮助。
功能高分子第3章高分子分离膜

发和膜电泳等场合。
醋酸纤维素的缺点: ①在酸、碱存在下易发生水解,pH值适应范
围较窄;
②易受微生物侵蚀;
③耐热性能差;
④耐溶剂性能差。 近年来甲壳素类海藻酸钠类成为了新的分 离膜制备材料。
2、聚砜类
O
特征基团:
S O
聚砜类树脂基本特性: ① 化学稳定性好, 耐热性能好;
聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物
常见材料的最高允许使用温度
名称 醋酸纤维素 聚酰胺 温度/℃ 35
聚苯并咪唑
聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚 磺化聚砜 聚醚砜酮
90
70 70 120 160
四、 高分子分离膜的制备方法
1、致密膜的制备
2、多孔膜的制备
3、复合膜的制备
1、致密膜的制备 (1) 溶剂涂层挥发法 高分子铸膜液刮涂在玻璃等表面、干燥 旋涂成膜仪★ (2) 水面扩展挥发法 高分子溶液在水面扩展、溶剂挥发
(2) 超滤技术应用领域 超滤技术主要用于含分子量500~500,000的微 粒溶液的分离,是目前应用最广的膜分离过程之 一,它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化 等。 ①纯水的制备 超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异 物的除去,用于制备高纯饮用水、电子工业超净 水和医用无菌水等。
②汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理
——最上层的表面活性层,厚度0.1-1.5m
中间的过渡层;
最下面的支撑层,呈多孔状。
膜的分离性能主要取决于表面活性层和过渡层。
支撑层的作用为起支撑作用,提高膜的机械强度。
中空纤维状超滤膜的特点:直径小,强度高,不
需要支撑结构,管内外能承受较大的压力差。
制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙 烯腈和醋酸纤维素等。
(食品工程原理)9.膜分离技术

膜分离技术的应用领域
食品加工
可用于浓缩果汁、分离乳清蛋白等。
废水处理
适用于去除溶解物、色素和微生物等。
膜的种类和选择
1 微滤膜
2 超滤膜
用于分离悬浮物、胶体和大分子物质。
适用于去除高分子物质、细菌和病毒。
3 反渗透膜
用于海水淡化、纯化水和浓缩溶液。
膜分离技术的优势和局限性
优势
• 能耗低、设备紧凑 • 高分离效率和选择性
案例1 案例2 案例3
食品饮料行业中使用超滤膜进行乳清蛋白的分离 和提纯。
工业废水处理中利用反渗透膜去除污染物和盐分, 实现水的回用。
海水淡化厂使用反渗透膜将海水转化为淡水,满 足可持续发展的需求。
局限性
• 膜污染和堵塞 • 成本较高的设备和维护
膜分离技术的发展和前景
研究和创新
科学家们致力于改进膜的性能和 生产工艺,以推动膜分离技术的 进一步发展。
可持续食品生产
膜分离技术能够帮助实现更加可 持续的食品生产过程。
清洁水资源Leabharlann 反渗透膜等膜分离技术可用于提 供可靠的清洁水资源。
膜分离技术的实际案例和应用举例
(食品工程原理)9.膜分离 技术
膜分离技术是指利用半透膜对混合溶液进行分离的一种工业化技术。该技术 在食品工程中具有广泛的应用和潜力。
膜分离技术的定义和概述
膜分离技术通过利用不同材料制成的膜,以其特殊的孔径和渗透性,实现对 混合物的分离和纯化。
膜分离技术的原理
膜分离技术基于渗透、电动力和筛分等原理,通过膜的孔隙结构和性质,实 现溶质的选择性传输和分离。
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。
膜分离技术及应用

膜分离技术及应用1 膜分离技术的简介1.1 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。
膜分离的一般示意性图见图1。
1.2 膜的简介在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质,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图1 膜分离过程示意图是液体或气体。
膜的厚度应在0.5mm以下,否则不能称其为膜。
1.2.1 对于不同种类的膜都有一个基本要求:(1)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(2)耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要(3)耐酸碱:防止分离过程中,以及清洗过程中的水解;(4)化学相容性:保持膜的稳定性;(5)生物相容性:防止生物大分子的变性;(6)成本低。
1.2.2 膜的分类按孔径大小:微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构:对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分:有机高分子(天然高分子材料膜、合成高分子材料膜)膜、无机材料膜1.2.3 各种膜材料(1)天然高分子材料膜主要是纤维素的衍生物,有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。
其中醋酸纤维膜的截盐能力强,常用作反渗透膜,也可用作微滤膜和超滤膜。
醋酸纤维膜使用最高温度和pH范围有限,一般使用温度低于45~50℃,pH3~8。
再生纤维素可制造透析膜和微滤膜。
(2)合成高分子材料膜市售膜的大部分为合成高分子膜,种类很多,主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。
其中聚砜是最常用的膜材料之一,主要用于制造超滤膜。
聚砜膜的特点是耐高温(一般为70~80℃,有些可高达125℃),适用pH 范围广(pH=l~13),耐氯能力强,可调节孔径范围宽(1~20nm)。
但聚砜膜耐压能力较低,一般平板膜的操作压力权限为0.5~1.0MPa 。
膜分离技术的基本原理和特点

• 当混合气体在驱动力―――膜两侧相应组 分分压差的作用下,渗透速率相对较快的 气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集, 渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧 被富集。
• 膜分离系统的核心部件是一构型类似于管 壳式换热器的膜分离器,数万根细小的中 空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。
• 混合气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向 流动,“快气”不断透过膜壁而在纤维的 另一侧富集,通过渗透气出口排出,而滞 留气则从与气体入口相对的另一端非渗透 气出口排出。
• 膜分离技术的特点膜分离技术是一种新型 的气体分离技术,与其他分离方法相比, 具有以下特点:高效由于膜具有选择性, 它能有选择地透过某些物质,而阻挡另一 些物质的透过。选择合适的膜,可以有效 地进行物质的分离,提取和浓缩。
电动机保护器
膜分离Байду номын сангаас术的基本原理和特点
• 膜分离技术的基本原理和特点基本原理膜 分离的基本原理就是利用一种高分子聚合 物薄膜(膜通常是聚酰亚胺或聚砜)来选 择“过滤”进料气而达到分离的目的。
• 当两种或两种以上的气体混合物通过聚合 物薄膜时,各气体组分在聚合物中的溶解 扩散系数的差异,导致其渗透通过膜壁的 速率不同。由此,可将气体分为“快气” (如等)和“慢气”(如及其他烃类等)。
膜分离技术

可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。 7、膜的制备 分离膜制备工艺类型:膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样的材料,由于不同的制 作工艺和控制条件,其性能差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性能分离膜的重 要保证。目前,国内外的制膜方法很多,其中最实用的是相转化法(流涎法和纺丝法)和复 合膜化法。 相转化制膜工艺:相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加入非溶剂或加热制 膜液,使液相转变为固相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是 L—S 型制膜法。它是 由加拿大人劳勃(S. Leob)和索里拉金(S. Sourirajan)发明的,并首先用于制造醋酸纤维 素膜。将制膜材料用溶剂形成均相制膜液,在模具中流涎成薄层,然后控制温度和湿度,使 溶液缓缓蒸发,经过相转化就形成了由液相转化为固相的膜, 其工艺框图可表示如下:图 复合制膜工艺:由 L—S 法制的膜,起分离作用的仅是接触空气的极薄一层,称为表面致密 层。它的厚度约 0.25~1μm,相当于总厚度的 1/100 左右。理论研究表明可知,膜的透过 速率与膜的厚度成反比。而用 L—S 法制备表面层小于 0.1μm 的膜极为困难。为此,发展 了复合制膜工艺,其方框图如图 3 所示。 9、膜的保存 分离膜的保存对其性能极为重要。主要应防止微生物、水解、冷冻对膜的破坏和膜的收缩 变形。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,也会造成膜的变形收缩。 10、膜组件:将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件。 膜组件的结构及型式取决于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、管式、螺旋 卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤维式组件也可以分为内压式和外压式两种。 膜分离过程中遇到的最大问题是膜污染(membrane fouling),膜污染的主要原因来自以下几 个方面。 凝胶极化引起的凝胶层、溶质在膜表面的吸附层、膜孔堵塞、膜孔内的溶质吸附。 膜的清洗一般选用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清 洗剂。具体用何种清洗剂应根据膜的性质和污染物的性质而决定,使用的清洗剂要具有良好 的去污能力,同时又不能损害膜的过滤性能。 11、典型的膜分离技术及应用领域 典型的膜分离技术有微孔过滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、渗析(D)、电渗析 (ED)、液膜(LM)及渗透蒸发( PV)等,下面分别介绍之。 13、超滤技术 超滤和超滤膜的特点:超滤技术始于 1861 年,其过滤粒径介于微滤和反渗透之间,约 5~ 10 nm,在 0.1~0.5 MPa 的静压差推动下截留各种可溶性大分子,如多糖、蛋白质、酶等 相对分子质量大于 500 的大分子及胶体,形成浓缩液,达到溶液的净化、分离及浓缩目的。 超滤技术的核心部件是超滤膜,分离截留的原理为筛分,小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜 上的微孔,而大于孔径的微粒则被截留。膜上微孔的尺寸和形状决定膜的分离效率。 超滤膜均为不对称膜,形式有平板式、卷式、管式和中空纤维状等。 超滤膜的结构一般由三层结构组成。 即最上层的表面活性层,致密而光滑,厚度为 0.1~1.5μm,其中细孔孔径一般小于 10nm;
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
传递。分离膜对流体可以是完全透过性的,也可以 是半透过性的,但不能是完全不透过性的。膜在生
产和研究中的使用技术被称为膜技术。
高分子分离膜与膜分离技术概述
2
ห้องสมุดไป่ตู้
在化工单元操作中,常见的分离方法有筛分、 过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。 然而,对于高层次的分离,如分子尺寸的分离、生 物体组分的分离等,采用常规的分离方法是难以实 现的,或达不到精度,或需要损耗极大的能源而无 实用价值。
有用的。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合
起来使用,使技术投资更为经济。
高分子分离膜与膜分离技术概述
6
膜分离过程没有相的变化(渗透蒸发膜除外), 常温下即可操作;由于避免了高温操作,所浓缩和 富集物质的性质不容易发生变化,因此在膜分离在食
品、医药等行业使用具有独特的优点;膜分离 装置简单、操作容易,对无机物、有机物及生物制 品均可适用,并且不产生二次污染。由于上述优 点,近二三十年来,膜科学和膜技术发展极为迅 速,目前已成为工农业生产、国防、科技和人民日 常生活中不可缺少的分离方法,越来越广泛地应用 于化工、环保、食品、医药、电子、电力、冶金、 轻纺、海水淡化等领域。
高分子分离膜与膜分离技术概述
4
② 过滤式膜分离 利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过 膜的速率差别,达到组分的分离。属于过滤式膜分 离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等; ③ 液膜分离 液膜与料液和接受液互不混溶,液液两相通过 液膜实现渗透,类似于萃取和反萃取的组合。溶质 从料液进入液膜相当于萃取,溶质再从液膜进入接 受液相当于反萃取。
高分子分离膜与膜分离技术概述
8
2. 按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不同,可将
其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗 析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
3. 按膜断面的物理形态分类 根据分离膜断面的物理形态不同,可将其分为
对称膜,不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中 空纤维膜等。
高分子分离膜与膜分离技术概述
5
膜分离过程的共同优点是成本低、能耗少、效率高、 无污染并可回收有用物质,特别适合于性质相似组 分、同分异构体组分、热敏性组分、生物物质组分 等混合物的分离,因而在某些应用中能代替蒸馏、 萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。
实践证明,当不能经济地用常规的分离方法得到较
好的分离时,膜分离作为一种分离技术往往是非常
高分子分离膜与膜分离技术概述
7
4.1.3 功能膜的分类 1. 按膜的材料分类
表4—1 膜材料的分类
类别
膜材料
纤维素酯类 纤维素衍生物类
聚砜类
聚酰(亚)胺类
非纤维素酯类 聚酯、烯烃类
含氟(硅)类
其他
举例 醋酸纤维素,硝酸纤维素,乙基纤维素等 聚砜,聚醚砜,聚芳醚砜,磺化聚砜等 聚砜酰胺,芳香族聚酰胺,含氟聚酰亚胺等 涤纶,聚碳酸酯,聚乙烯,聚丙烯腈等 聚四氟乙烯,聚偏氟乙烯,聚二甲基硅氧烷等 壳聚糖,聚电解质等
高分子分离膜与膜分离技术概述
9
4. 按功能分类 日本著名高分子学者清水刚夫将膜按功能分为
分离功能膜(包括气体分离膜、液体分离膜、离子 交换膜、化学功能膜)、能量转化功能膜(包括浓 差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电能 转化膜,导电膜)、生物功能膜(包括探感膜、生 物反应器、医用膜)等。
高分子分离膜与膜分离技术概述
12
膜过程 推动力
传递机理
渗析
浓度差 溶质的扩散传递
电渗析
电位差
电解质离子的 选择传递
气体分离 压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
渗透蒸发 压力差 选择传递
液膜分离 浓度差
反应促进和 扩散传递
透过物
截留物
低分子量物、离子 溶剂
电解质离子
非电解质, 大分子物质
气体或蒸汽
难渗透性气 体或蒸汽
易渗溶质或溶剂
难渗透性溶 质或溶剂
10
4.1.4 膜分离过程的类型 分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过
或输送特定的物质,如颗粒、分子、离子等。或者 说,物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。几 种主要的膜分离过程及其传递机理如表4—2所示。
高分子分离膜与膜分离技术概述
11
表4—2 几种主要分离膜的分离过程
膜过程 推动力
传递机理
高分子分离膜与膜分离技术概述
高分子分离膜与膜分离技术概述
1
5.1 概述
5.1.1 分离膜与膜分离技术的概念 分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质
的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态
的,也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是 液态的,也可以是气态的。膜至少具有两个界面,
膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行
均可用于制备分离膜。但实际上,真正成为工业化 膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要 求,如分离效率、分离速度等。此外,也取决于膜 的制备技术。
高分子分离膜与膜分离技术概述
14
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。
透过物
截留物
膜类型
微滤 压力差 颗粒大小形状 水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒 纤维多孔膜
超滤
压力差 分子特性大小形状 水、溶剂小分子
胶体和超过 截留分子量 的分子
非对称性膜
纳滤 压力差 离子大小及电荷
水、一价离子、 多价离子
有机物
复合膜
反渗透 压力差 溶剂的扩散传递 水、溶剂
溶质、盐
非对称性膜复 合膜
高分子分离膜与膜分离技术概述
杂质
溶剂
续上表
膜类型 非对称性膜
离子交换膜
均相膜、复合 膜,非对称膜
均相膜、复合 膜,非对称膜 乳状液膜、支 撑液膜
高分子分离膜与膜分离技术概述
13
4.2 膜材料及膜的制备
4.2.1 膜材料 用作分离膜的材料包括广泛的天然的和人工合
成的有机高分子材料和无机材料。 原则上讲,凡能成膜的高分子材料和无机材料
高分子分离膜与膜分离技术概述
3
具有选择分离功能的高分子材料的出现,使上 述的分离问题迎刃而解。膜分离过程的主要特点是 以具有选择透过性的膜作为分离的手段,实现物质 分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程 的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过 程可概述为以下三种形式:
① 渗析式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的 推动下,透过膜进入接受液中,从而被分离出去。 属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等;