膜分离2(分类)
生物分离工程-第三章 膜分离2009
膜的分类（2）微滤(MF)和超滤
特点： 超滤和微滤都是利用膜的筛分作用，以压差为推动力； 与反渗透膜相比，超滤和微滤膜具有明显的孔道结构； 操作压力较反渗透操作低，超滤操作压力在0.1~1.0 MPa， 微滤操作压力更小（0.05~ 0.5 MPa）； 。 透过流通量Jv(kg m-2 s-1)计算： Carman-Kozeny方程
缺点 1)、膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需 采用与工艺相适应的膜面清洗方法； 2)、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有 限，故使用范围有限； 3)、单独的膜分离技术功能有限，需与其它分 离技术连用。
第二节 膜分离原理及分类
2.1 分类
2.1.1按膜粒径划分
粒径
0.1 1nm 10
病毒
100 1μm
纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间，截断分子量
范围约为 MWCO300～1000 ，能截留透过超滤膜的那 部分有机小分子，透过无机盐和水。
纳滤膜的特点
纳滤膜的截留率大于95%的最小分子约为１nm,故称
之为纳滤膜。
从结构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的表面分离
层和它的支撑层的化学组成不同。其表面分离层由 聚电解质构成。
适用于：高浓度混合物的分离，特 别适用于共沸物和挥发度相差较小 的双组分溶液的分离
渗透蒸发原理示意图
水分子
醇分子
膜的分类（6）亲和膜
亲和超滤过程（分离目标物的同时，浓缩其他成分）
膜亲和过滤技术
传统的研究中，膜分离和亲和分离是2个平行发展 的研究方向，在生物分子的分离和纯化方面各具 特色，但也存在着一些不可克服的技术缺陷。 膜分离过程设备简单，易于放大，成本低，分离 速度快，可连续操作，但选择性低；而亲和分离 的选择性和特异性较强，但不宜放大。
膜分离技术 - 副本
（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 >10kD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。 缺点：不易加工，造价高。
醋酸纤维素膜的缺点有： 最高使用温度为30℃ 最适操作PH范围为4-6，不能超过2-8的范围 易与氯作用，造成膜的使用寿命降低 由于纤维素骨架易受细菌侵袭，因而难以贮 存。
聚砜膜的特点是稳定性好，但憎水性强。 优点：使用温度可高达75℃；使用pH范围为 1-13，耐氯性能好，一般在短期清洗时，对 氯的耐受量可高达200mg/L，长期贮存时，耐 受量达50mg/L, 孔径范围宽，截l留分子量从 1000至500 000的范围，符合于超滤膜的要求， 但不能制成反渗透膜。 缺点:允许的操作压力较低，对于平板膜，极 限操作压力为0.7MPa，对中空纤维膜0.17MPa。
Retentate (residue) （截留液） Feed
Permeate 透过液
2、膜分离技术的类型
以分离应用领域过程分类 微滤(micro-filtration, MF) 超滤(untra-filtration, UF) 反渗透(reverse osmosis, RO) 透析(Dialysis, DS) 电透析(electro-dialysis, ED) 纳米膜分离(NF) 亲和过滤(affinity filtration, AF) 渗透气化(pervaporation, PV
3、膜的种类
膜应该满足的特性 • 膜应具有较大的透过速度和较高的选择性. • 机械强度好 • 耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭 • 可以高温灭菌 • 价廉等。
膜分离技术
膜污染解决措施： （1）原料液预处理 在原料液中加入一种或几种物质，进行预絮凝、 预过滤或改变溶液Ph值等，从而提高过滤流速。 （2）膜表面改性 制膜过程中加入表面活性剂或可溶性高聚物，提高 膜的抗污染性能和过滤速率。 （3）错流过滤并选择合适的压降、提高过滤速率 传统过滤操作，料 液流向与膜面垂直，膜表面的滤饼阻力大，透过通量很低。而错流过滤， 流体流动平行于过滤表面，产生的表面剪切力带走膜表面的沉积物，防止 滤饼的不断积累，减轻了膜污染，提高了流过速率（图1）。
一、膜分离技术原理及分类
与传统的分离技术相比，膜分离具有以下特点： 第一，膜分离通常是一个高效的分离过程，可以做到将相对分子量为几
千甚至几百的物质进行分离。
第二，膜分离过程耗能低，大多数膜分离过程都不发生“相”的变化。
第三，多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适于对热过敏物质
的处理。 第四，膜分离设备本身没有运动部件，很少需要维护，可靠度很高。 第五，膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占地较少。
（4）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。 （5）提高膜的耐用性 一方面要根据不同的过滤介质开发更加高
效耐用的分离膜材料；另一方面，要合理设计膜组建；此外还应注意减
少组件结构中的死角，防止物质在此堆积、变质。
Thank you！
一、膜分离技术原理及分类
三、膜分离技术的问题及解决措施 主要问题有以下几个方面： （1）浓差极化，造成膜过滤流速下降。 在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能完全透 过膜的溶质受到摸得截留作用，在膜表面附近浓度升高，高于主体浓度， 造成浓差极化，溶质析出，附着在膜表面，形成阻力层，使有效压差减小 ，透过通量降低。 （2）膜污染严重，且清洗困难。 膜污染来源于：a、浓差极化引起的凝胶层；b、溶质在表面的吸附 层；c、膜孔堵塞；d、膜孔内的溶质吸附。 （3）膜的耐用性差
膜分离技术
1.3 膜分离技术的优点
膜分离过程作为一种新型的分离技术，已经用于酶、活性 蛋白、氨基酸、维生素、抗生素、疫苗等物质的分离纯化。 膜分离技术在制药应用中的特点：
1、使用膜过滤，能耗低，具有节能的特性； 2、膜过滤无相变，不会破坏产品结构； 3、膜再生性好，使用寿命长； 4、操作简单，可以实现自动控制； 5、可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等特点； 6、各种膜过滤具有不同分离机制，适用于不同对象和要求。 7、特别适合用于热敏性物质的分离。
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4、纳滤
纳滤膜平均孔径 2nm 左右，处理料液时截留分子
可小到抗生素，合成药、染料、双糖等，允许水、 无机盐、有机物等小分子物质通过，截留性能介 于超滤和反渗透之间，对目的产物起浓缩作用， 由于其操作压力低，对一、二价离子有不同选择 透过性，对小分子有机物有较高的截留性等特点， 加之膜表面具有负电性，抗水垢污染，发展速度 较快； 目前主要是有机膜，但国外也有陶瓷膜 纳滤的报道。
含氟(硅)类
其他
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
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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.按膜的形态分类
按 膜 的 形 状 分 为 平 板 膜 (Flat Membrane) 、 管 式 膜 (Tubular Membrane)、螺旋卷式膜(Spiral Wound)和中空纤维 膜(Hollow Fiber)。
随着水的渗透，高浓度水溶液一侧的液面升高，压力增大。当 液面升高至H时，渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压 （图b）。渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透通量为 零。
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。
膜分离技术及其应用
膜分离技术及其应用膜分离技术是一种通过半透膜对流体进行分离的方法，广泛应用于水处理、生物科技、食品工业等领域。
本文将介绍膜分离技术的原理、分类及其在不同领域的应用。
一、膜分离技术的原理膜分离技术是利用半透膜的选择性通透特性，通过物质的分子大小、化学性质等差异，将混合物中的物质分离出来。
其原理主要包括渗透、扩散和分离。
渗透是指物质通过膜的透过性能，扩散是指物质在膜上的传递过程，而分离则是指膜对不同物质的选择性分离效果。
二、膜分离技术的分类根据膜的材料和分离方式的不同，膜分离技术可分为多种分类。
常见的分类包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。
微滤膜的分离范围通常在0.1-10微米之间，可以用于悬浊物的去除；超滤膜的分离范围为1万至100万道尔顿，可分离大分子物质；纳滤膜的分离范围在100-1000道尔顿之间，用于有机物质和溶解离子的去除；反渗透膜则是利用高压将溶剂逆向渗透，适合用于水处理等领域。
三、膜分离技术在水处理中的应用膜分离技术在水处理中具有重要的应用价值。
它可以有效地去除水中的悬浮物、细菌、病毒、颜色、异味等杂质，使水质得到提升。
其中反渗透膜是应用最为广泛的一种膜分离技术，其通过高压将溶液逆向渗透，将溶质与水分离，获得高纯度的水。
反渗透膜广泛用于饮用水处理、海水淡化、工业废水处理等领域。
四、膜分离技术在生物科技中的应用膜分离技术在生物科技领域有着广泛的应用，主要包括细胞培养、蛋白质纯化、基因工程等方面。
在细胞培养中，通过膜分离技术可以实现细胞和培养基的有效分离，保护细胞的生物完整性。
在蛋白质纯化方面，膜分离技术可以实现对不同大小、电荷的蛋白质的分离和富集。
而在基因工程中，膜分离技术则可以用于DNA片段的纯化和浓缩。
五、膜分离技术在食品工业中的应用膜分离技术在食品工业中有着广泛的应用，主要包括浓缩、分离和改良等方面。
在果汁加工中，膜分离技术可以实现果汁的浓缩和去除其中的水分，提高果汁的品质和口感。
膜分离技术教案
膜分离技术教案教案：膜分离技术一、教学目标：1.了解膜分离技术的基本原理和分类。
2.掌握膜分离技术的应用领域和优点。
3.了解膜分离技术在工业生产中的具体应用。
二、教学内容：1.膜分离技术的基本原理和分类（1）膜分离技术基本原理：根据溶质的分子大小、形状和溶质和溶剂之间的亲水性或疏水性差异，利用特定功能特点的膜，通过渗透、过滤、扩散、离子交换、吸附或化学反应等机制，在压力驱动下，实现溶质与溶剂的分离和浓缩。
（2）膜分离技术分类：根据膜的性质和应用不同，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜和气体分离膜等。
2.膜分离技术的应用领域和优点（1）应用领域：膜分离技术广泛应用于水处理、食品加工、生物医药、环境保护等领域。
（2）优点：膜分离技术具有分离效果好、操作简单、工艺流程简化、节能环保等优点。
3.膜分离技术在工业生产中的具体应用（1）水处理：利用反渗透膜对水进行净化和浓缩，广泛应用于海水淡化、饮用水处理、废水处理等领域。
（2）食品加工：利用微滤膜、超滤膜、纳滤膜等对食品进行浓缩、分离和脱色等处理。
（3）生物医药：利用超滤膜、纳滤膜等对生物药品进行浓缩、纯化和分离等处理。
（4）环境保护：利用微滤膜、超滤膜、纳滤膜等对废水和废气进行处理和回收利用。
三、教学过程：1.导入：通过提问和引入话题等方式，激发学生对膜分离技术的兴趣和思考。
2.讲解膜分离技术的基本原理和分类，结合图示和实例进行说明。
3.介绍膜分离技术的应用领域和优点，引导学生思考膜分离技术在实际应用中的价值和意义。
4.具体介绍膜分离技术在水处理、食品加工、生物医药和环境保护等领域的具体应用，让学生了解膜分离技术的实际应用效果。
5.总结膜分离技术的要点，强调其在工业生产中的重要性和应用广泛性。
四、教学方法和评价方式：1.教学方法：讲授法、示范法、讨论法等。
2.评价方式：小组讨论、课堂练习、学生报告等。
膜分离技术分类
膜分离技术分类膜分离技术在化工、生物、食品、医药等领域被广泛应用，其原理是利用膜对物质进行分离和浓缩。
根据不同的分离机制和应用领域，膜分离技术可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等几种主要类型。
微滤是一种通过膜孔的大小排除颗粒物质的分离技术，通常用于固液分离、除菌、澄清等领域。
微滤膜的孔径一般在0.1-10微米之间，可以有效地过滤掉悬浮固体颗粒、细菌、胞外聚合物等大分子物质，而较小的溶质和溶剂则可以通过膜孔。
微滤技术在饮用水处理、废水处理、食品加工等方面有着重要应用。
超滤是一种分子大小在1000-10000道尔顿之间的物质由膜排除的分离技术，主要用于蛋白质、色素、胶体等大分子的分离和富集。
超滤膜的孔径比微滤膜小，可以有效地分离悬浮物、蛋白质等大分子，而水分子和小分子物质则可以通过膜孔。
超滤技术在生物工程、医药制剂、乳制品加工等领域得到广泛应用。
纳滤是一种通过膜的孔径大小排除溶质的分离技术，通常用于分离蛋白质、有机物等中小分子物质。
纳滤膜的孔径在1-100纳米之间，可以有效地过滤掉大分子物质，而小分子物质和溶剂则可以通过膜孔。
纳滤技术在生物药品制备、饮料加工、废水处理等方面有着重要应用。
反渗透是一种通过膜对水和溶质进行分离的技术，主要用于海水淡化、废水处理、饮用水净化等领域。
反渗透膜的孔径在0.1-1纳米之间，可以有效地去除水中的离子、微生物、有机物等杂质，从而得到高纯度的水。
反渗透技术在工业生产和生活用水领域有着广泛的应用。
气体分离是一种利用多孔膜对气体分子的大小、形状、亲疏性等特性进行分离的技术，主要用于气体纯化、气体混合物的分离等领域。
气体分离膜的孔径通常在0.1-10纳米之间，可以选择性地透过不同大小、性质的气体分子，从而实现气体的分离和富集。
气体分离技术在石油化工、天然气净化、气体分离等方面有着重要应用。
膜分离技术根据不同的分离机制和应用领域可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等几种主要类型。
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。
膜分离的基本原理及其分类
膜分离的基本原理及其分类膜分离是一种常用的物理分离技术，广泛应用于化工、环保、食品、制药等领域。
其基本原理是利用半透膜对不同物质的选择性渗透性，将混合物中的组分分离出来。
根据不同的分离机制和膜材料，膜分离可以分为多种分类。
膜分离的基本原理是基于溶质在膜上的渗透和扩散过程。
当混合物通过膜时，由于膜的特殊结构和性质，溶质的渗透速率和选择性可以得到控制。
渗透速率是指溶质通过膜的速度，而选择性是指膜对不同组分的亲和力差异。
通过控制膜的孔径、孔隙度、表面性质等因素，可以实现对不同组分的选择性分离。
根据分离机制的不同，膜分离可以分为四类：微滤膜、超滤膜、逆渗透膜和气体分离膜。
微滤膜是一种孔径较大的膜，常用于固液分离和微生物去除。
其孔径一般为0.1-10微米，可以有效地去除悬浮固体、细菌、藻类等颗粒物质。
微滤膜的工作原理是通过物理屏障的方式，使较大分子或颗粒无法通过膜孔，从而实现固液分离。
超滤膜的孔径范围为0.001-0.1微米，介于微滤膜和逆渗透膜之间。
超滤膜可以有效地去除溶解有机物、胶体颗粒和大部分高分子物质。
其分离机制是利用膜孔的大小排除溶质，但允许水分子和小分子物质通过。
逆渗透膜的孔径范围为0.0001-0.001微米，可以过滤掉溶质、溶剂和大部分溶质分子。
逆渗透膜的分离机制是利用压力差，使溶剂从高浓度一侧向低浓度一侧渗透，而溶质被截留在膜表面。
气体分离膜是一种用于分离气体混合物的膜。
根据气体分子的大小和亲和力差异，通过选择合适的膜材料和操作条件，可以实现对不同气体的选择性分离。
气体分离膜广泛应用于天然气净化、空气分离和氢气纯化等领域。
除了以上四种分类，膜分离还可以根据膜材料的不同进行分类，常见的膜材料包括聚酯、聚丙烯、聚醚酮、聚酰胺等。
不同的膜材料具有不同的渗透性能和化学稳定性，适用于不同的分离过程。
总结起来，膜分离是一种基于膜的渗透和选择性分离原理的物理分离技术。
根据分离机制和膜材料的不同，膜分离可以分为微滤膜、超滤膜、逆渗透膜和气体分离膜等不同类型。
膜分离的基本原理及其分类
膜分离的基本原理及其分类膜分离技术是一种基于膜材料分离不同物质的技术。
它通过将膜作为一种分离介质，使物质根据其尺寸、极性、溶解度等物理化学性质进行分离，从而达到纯化、浓缩、分离和净化等目的。
本文将介绍膜分离的基本原理和分类。
1.膜分离原理膜分离技术的基本原理是依据膜的性质和膜分离机理来进行物质分离的。
膜是一种具有选择性透过能力的材料，它可以是固体的、半固体的或液体的。
膜分离过程包括以下几个步骤：（1）当溶液与膜接触时，溶液中的物质会根据其性质差异而开始向膜两侧扩散；（2）某些物质会更容易穿过膜，而某些物质则不容易穿过膜；（3）随着时间的推移，不穿过膜的物质会在膜的一侧积累，而穿过膜的物质则会在膜的另一侧积累；（4）最终，膜两侧的物质浓度会产生差异，从而实现物质的分离。
膜分离机理主要包括分子筛机理、静电排斥机理、氢键解离机理和溶解-扩散机理等。
这些机理的具体作用方式会因膜材料和溶液性质的不同而有所不同。
2.膜分离分类膜分离技术可以根据不同的标准进行分类。
以下是常见的几种分类方式：（1）按材料分类：根据膜材料的不同，膜分离技术可以分为无机膜分离、有机膜分离和复合膜分离等。
（2）按过程分类：根据膜分离过程的不同，膜分离技术可以分为过滤膜分离、渗析膜分离、渗透汽化膜分离、电渗析膜分离和反渗透膜分离等。
其中，过滤膜分离是一种常见的膜分离技术，它通过将悬浮液中的固体颗粒截留下来，从而达到固液分离的目的。
渗析膜分离则主要用于离子交换和废水处理等领域。
渗透汽化膜分离是一种较为新型的膜分离技术，它通过将渗透物质转化为气态来实现分离。
电渗析膜分离和反渗透膜分离则是应用广泛且成熟的膜分离技术，主要用于海水淡化、食品饮料加工和化学工业等领域。
（3）按功能分类：根据膜的功能不同，膜分离技术可以分为分离膜、过滤膜、催化膜和生物膜等。
分离膜主要用于物质的分离和纯化，过滤膜主要用于固液分离和污水净化，催化膜则用于反应过程的催化，生物膜则用于生物反应和生物发酵等领域。
膜分离技术
点
缺
点
保留体积小，操作费用低的 压力降，液流稳定，比较成 熟
投资费用大，大的固含量会堵 塞进料液通道，拆卸比清洁管 道更费时间
设备投资低，操作费用也低， 料液需经预处理，压力降大， 单位体积中所含过滤面积大， 易污染，难清洗，液流不易控 换新膜容易 制 易清洗，单根管子容易调换， 高的设备投资和操作费用，保 对液流易控制，无机组件可 留体积大，单位体积中所含有 在高温下用有机溶剂进行操 过滤面积较小，压力降大 作并可用化学试剂来消毒 保留体积小，单位体积中所 含过滤面积大，可以逆流操 作，压力较低，设备投资低 料液需要预处理，单根纤维管 损坏时，需调换整个组件，不 够成熟
根据 材料 来源
根据 膜的 结构
根据 膜的 功能
固 体 膜 膜 体
液 天 然 膜
合 成 膜 膜 孔
多 密 膜
致 子 交 换 膜
离 渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜 膜 滤 过 超
反 渗 透 膜 膜 化 汽 透
渗 体 渗 透 膜
气
材料膜
膜
固体膜
对称膜
根据膜断面 的物理形态
不对称膜 复合膜
平板膜
根据固体 膜的形态
无机膜 多孔膜
多孔Ni膜 多孔 膜 多孔Pd膜 多孔Ti膜 多孔 膜，多孔Ag膜，多孔 膜，多孔 膜 多孔陶瓷膜，包括 多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，SiO2膜，ZrO2膜，TiO2膜 （多孔玻璃膜分子筛膜，包括碳分子筛） 多孔玻璃膜分子筛膜，包括碳分子筛）
种类
具体分类
再生纤维素，硝酸纤维素，二醋酸纤维素， 纤维素衍生物 再生纤维素，硝酸纤维素，二醋酸纤维素，三醋 酸纤维素，乙基纤维素，其他纤维素衍生物 类 酸纤维素，乙基纤维素， 聚砜类 聚酰胺类 聚酰亚胺类 聚酯类 聚烯烃类 双酚A型聚砜，聚芳醚酚，酚酞型聚醚酚， 双酚 型聚砜，聚芳醚酚，酚酞型聚醚酚，聚醚酮 型聚砜 脂肪族聚酰胺，聚砜酰胺，芳香族聚酰胺， 脂肪族聚酰胺，聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，交联 芳香聚酰胺 脂肪族二酸聚酰亚胺，全芳香聚酰亚胺， 脂肪族二酸聚酰亚胺，全芳香聚酰亚胺，含氟聚 酰亚胺 涤纶，聚对苯二甲酸丁二醇酯， 涤纶，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯 聚乙烯，聚丙烯， 甲基-1-戊烯 聚乙烯，聚丙烯，聚4-甲基 戊烯 甲基
膜分离法的原理及分类
膜分离法的原理及分类膜分离法是一种利用半透膜分离物质的方法，广泛应用于水处理、环保、食品工业以及生物技术等领域。
其原理是利用不同物质通过膜时的渗透性差异，使得被处理物质被膜截留或通过膜而得到分离和富集。
膜分离法的分类主要包括压力驱动膜分离、电场驱动膜分离和浓差驱动膜分离三类。
第一类是压力驱动膜分离，即利用压差驱动物质在膜上的渗透。
这类方法主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。
其中微滤是通过微孔膜在压差驱动下将尺寸大于孔径的颗粒、细菌和胶体等物质截留在进料侧，而较小分子的溶质则能够顺利通过。
超滤是利用孔径在0.001-0.1微米之间的多孔膜分离物质，常用于悬浊物的剔除和溶液的浓缩、分离等。
纳滤是利用孔径在0.001-0.01微米之间的多孔膜，主要适用于有机物、重金属和胶体等的分离和浓缩。
反渗透是利用压差使溶液中的溶质逆向渗透，过程中水分子通过膜而离子、有机物等溶质则被截留，从而实现溶剂的分离和纯化。
第二类是电场驱动膜分离，主要指电渗透浓缩和电动渗析。
电渗透浓缩是利用电场作用于带电离子使其通过膜而纯溶剂被截留，实现离子的分离和富集。
电动渗析是在电场作用下，通过溶液的电动迁移和电渗透的双重作用使不同离子呈现迁移速度差异而实现离子的分离。
第三类是浓差驱动膜分离，主要指扩散、蒸发和蒸馏。
扩散是一种通过浓差驱动使离子、分子自高浓度侧向低浓度侧迁移的过程，可以用于溶质的富集和分离。
蒸发是通过加热溶液使水分子蒸发而得到纯溶质的方法，常用于溶液浓缩。
蒸馏是利用液体转化为气体形式，随后通过冷却原理使溶质气化并重新凝聚为液体，以实现纯溶质的分离。
除了以上分类外，膜分离法还可以按照膜的材料进行分类，常见的膜材料有聚酰胺、聚砜、聚乙烯醇、多孔玻璃等。
这些材料可根据应用领域和被处理物质的特性选择合适的膜材料。
总之，膜分离法是一种利用半透膜分离物质的方法，广泛应用于各种领域。
不同的膜分离方法在原理上和应用范围上有所不同，但都是通过驱动力使物质在膜上的渗透性差异而实现分离和富集的目的。
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MF
UF
RO
电渗析(Electrodialysis)
电渗析是利用离子交换膜和直流电场的 作用，从水溶液和其他不带电组分中分离
带电离子组分的一种电化学分离过程。
用于海水淡化、纯水制备和废水处理。在分
析上可用于无机盐溶液的浓缩或脱盐；溶解的
电离物质和中性物质的分离。
电化学分离
• Electrodialysis • Electrophoresis • Electrodeposition • Electrostatic precipitation • ……
素酯、高分子聚合物制成。
三醋酸酯纤维素 亲水型 水、低级醇 聚四氟乙烯 憎水型 有机溶剂* 尼龙－66 通用型
滤膜溶解法(Soluble Membrane Filter)
对于微过滤膜富集, 通常采用酸等溶剂将 沉积物溶解进行后续测定。而可溶滤膜法将 目标成分转变为憎水的适应收集的形式；抽 滤于合适的可溶膜上；将滤膜及收集物溶于 合适溶剂中；有机相可直接分光等直接测定。 如用硝化纤维素膜过滤, 可以用甲基溶纤剂 和DMF或浓硫酸溶解, 也可用丙酮、乙腈、 THF等溶解。
海水淡化----电渗析原理
盐水 极水
+
-
淡水
关 注
1 离子在电场下的定向迁移 2 膜的选择性透过
3 分离对象/产品的去向
一、基本原理
在直流电场的作用下, 溶液中的离子透过膜 的迁移称为电渗析。电渗析使用的膜通常是具 有 选 择 透 过 性 能 的 离 子 交 换 膜 (Charged Membranes)。用电渗析可使溶液中的离子有选 择地分离或富集。 为什么离子交换膜具有选择性呢？离子交换膜 是一种由功能高分子物质构成的薄膜状的离子交 换树脂。它分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两 种。离子交换膜之所以具有选择透过性，主要是 由于膜上孔隙和离子基团的作用。
Na+
+ Cl-
固定离子
-
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。
在电渗析过程中, 膜的作用并不象离子交换 树脂那样对溶液中的某种离子起交换作用, 而 是对不同电性的离子起选择透过作用, 因而离 子交换膜实际上应称为离子选择性透过膜。
应用举例
中草药有效成分的分离和精制：通过电渗析一般可 以把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、 无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物 三部分。 纯水制备：电渗析制备初级水, 可去盐80-90%；再 用离子交换除盐10-20%制备高级水。这样既降低成 本, 又减少污染。 水污染处理： 如回收镀镍废水等等
精密过滤膜
超滤膜 纳米滤膜 反渗透膜
膜分离的物理化学原理 截流机理和筛孔效应
渗透和渗透压 Donnan效应
机械截留（筛孔效应） 物理作用或吸附截留
架桥作用
网络内部截流
渗透和渗透压
盐溶液 纯水
1885年, Van’t Hoff渗 H2O 透压定律： · T· i R· C 渗透是在膜两边渗透 压差—— 的作用下的 渗 溶剂流动；而反渗透、 透 P > 超滤是在一外加压力差 P > 的作用下, 溶 反渗透 剂逆向流动。
※ 节能、环保
膜 是 什 么？
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。
膜 有 何 特 性？
◆ 不管膜多薄, 它必须有两个界面。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。
膜分离过程原理
以选择性透膜为分离介质，通过在膜两 边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电 压差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜， 以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为 膜上游，透过侧称为膜下游。
选择性透膜
膜上游
透膜
膜下游
分离膜种类
阳离子膜
带电膜
高分子膜
阴离子膜 过滤膜
分 离 膜
非带电膜 液体膜 生物膜
液膜分离
液膜分离是一种新发展的膜分离技术，
是新兴的节能型分离手段。液态膜通常是 3-5m的液滴组成的膜。在液膜分离过程 中, 组分主要是依靠在互不相溶的两相间 的选择性渗透、化学反应、萃取和吸附等 机理而进行分离。这时欲分离组分从膜外 相透过液膜进入内相而富集起来。
液膜类型
内相 外相
①浸渍型：以多孔高分子膜作 为支架, 使液体膜溶液(有机 溶剂)浸渍在其孔穴部位, 并 在内外相均接触水溶液。
膜分离 (Membrane Separation)
膜分离包括最简单的滤纸过滤到高选择性 的生物膜分离。从分离科学的角度看, 超滤、 渗析、反渗析、电渗析等位垒分离过程是靠 在外力的推动下各种物质穿过一个有限制作 用的界面时在速度上的差别来进的。
膜分离特点
※ 膜的种类、孔径可以根据需要选择 ※ 不管流有多强，膜对于阻止大的粒子或 分子透过的能力是很强的。 ※ 把产物分在两侧，很容易收集样品
● 膜溶剂：有机溶剂或水, 构成膜
的基体
● 表面活性剂：控制液膜的稳定性
● 添加剂/流动载体：提高膜的选
择性, 实现分离传质的关键因素
① 表面活性剂 乳化型液膜的主要成分之一, 它可以控制液 膜的稳定性。根据不同体系的要求, 可以选择 适当的表面活性剂作成油膜或水膜。 ② 膜溶剂 主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。 对无载体液膜, 膜溶剂能优先溶解欲分离组 分, 而对其它组分溶质的溶解度则应很小；对 有载体液膜, 膜溶剂要能溶解载体, 而不溶解 溶质。
静压膜分离操作
1) 膜的选择性 常用被分离溶质的截留率/去留率表示： R = (CF－CP)/ CF×100% 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(cm/s)； CM：膜表面浓度。
留率明显高于单价离子(90%)以上。
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。
反渗透原理
反渗透（Reverse Osmosis）分离过程是使溶液 在一定压力（10-100 atm）下通过一个多孔膜， 在常压和环境温度下收集膜渗透液。溶液中的一 个或几个组分在原液中富集，高浓度溶液留在膜 的高压侧。 反 渗 透 膜 (homogeneous membrane or skin– type membrane):反渗透膜可截留0.X - 60 nm 的粒子, 截留粒子分子量可达500以下。在分析 上, 反渗透膜可用于富集水溶液中微量有机物。
纳滤过滤是上世纪80 年代末问世的新型膜 分离技术 。纳滤膜的孔径为纳米级，介于反 渗透膜(RO)和超滤膜(UF)之间，因此称为“纳 滤”。纳滤膜能够截留分子量为几百的物质， 对NaCl的截留率为50%-70%，对某些低分子有 机物的截留率可达90%。
纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜 的要致密得多。因此其制膜关键是合理调节表层的疏
Donnan 效应
内相Ⅰ 外相Ⅱ
H20
不管初始时两边的盐浓 度是否相等，平衡时 [Na+]Ⅰ= [Na+]Ⅱ [Cl-]Ⅰ = [Cl-]Ⅱ
Na+
Cl-
Na+
Cl-
问题：如果往内相加入大
量的高分子电解质，平衡 时膜两边的Na+和Cl-浓度还 相等吗？
允许小分子、离子自 由通过，但不允许大 分子离子通过
―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
讨论：阴离子可以进入强酸型阳离子交换树 脂内部吗？为什么？
膜分离应用特点
低能耗、低成本和单级效率高
作ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
业
论述题（自己查资料解答，占50%，不能抄袭，截 止时间为11月9日，第九周上课时）：
–1、膜分离原理； –2、常用的膜材料有哪些，其特性和要求如何； –3、膜分离组件及其设计； –4、从天然水制备高纯水的工艺流程； –5、渗透气化与膜蒸馏； –6、人工肾与人工肺； –7、膜技术在氯碱工业中的应用； –8、新型智能膜。
③ 流动载体
流动载体的条件： ○载体及其溶质形成的配合物必须溶于膜相, 而不 溶于膜的内外相, 且不产生沉淀。 ○载体与欲分离的溶质形成的配合物要有适当的稳 定性, 在膜的外侧生成的配合物能在膜中扩散, 而 到膜的内侧要能解络。 ○载体不应与膜相的表面活性剂反应, 以免降低膜 的稳定性。