膜分离技术 概述和基本原理
膜分离技术原理、特点及应用领域
膜分离技术原理、特点及应用领域
膜分离技术是一种基于膜的分离过程，利用不同大小、形状或化学特性的物质分离的方法。
它通过薄膜的选择性渗透性，将混合物中的组分分离出来，实现物质的分离和纯化。
膜分离技术的原理基于渗透性和选择性。
膜是由多种材料制成的，包括聚合物、陶瓷、金属等。
这些膜具有微孔或孔隙结构，允许某些分子或离子通过，而阻止其他分子或离子的通过。
膜材料选择和膜孔隙的大小决定了分离效果。
膜分离技术的特点有以下几个方面。
首先，它具有高效和低能耗的特点，相对于传统的分离方法，如蒸馏、萃取等，膜分离技术能够在较低的温度和压力下实现分离，从而节约能源成本。
其次，膜分离技术具有较高的分离效果和选择性，能够实现高纯度的分离产物。
此外，膜分离技术操作简单，设备结构紧凑，占地面积小，适用于连续操作。
膜分离技术在许多领域都有广泛的应用。
在生物医药领域，膜分离技术可用于药物的纯化和回收，生物分子的分离和纯化，如蛋白质、抗体等。
在环境保护领域，膜分离技术可用于水处理、废水处理和气体分离等。
在化工和食品工业中，膜分离技术可用于分离和浓缩有机溶剂、果汁、奶制品等。
此外，膜分离技术还在能源领域有应用，如燃料电池中的质子交换膜。
综上所述，膜分离技术是一种高效、低能耗、具有选择性的分离方法，广泛应用于生物医药、环境保护、化工和食品工业等领域。
它的原理
基于膜的渗透性和选择性，通过膜的特性实现混合物中组分的分离和纯化。
膜分离技术概念
膜分离技术概念膜分离技术是一种重要的分离和纯化技术，广泛应用于各个领域。
它利用半透膜作为过滤介质，通过选择性地截留或透过物质，实现对混合物的分离与纯化。
膜分离技术不仅具有高效、快速、环保的特点，而且可以在常温下进行，适用于各类不同性质的混合物。
膜分离技术主要包括微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等方法。
微滤是一种通过筛网孔径截留物质的分离技术，适用于悬浊液、细胞等颗粒物质的分离。
超滤则是在微滤基础上加入更细的滤膜，用于截留更小分子的溶质，如蛋白质、多糖等。
纳滤是一种利用纳孔膜对溶液中溶质进行截留的技术，适用于溶质分子较大的情况。
反渗透是利用高压力驱动水分子透过膜孔隙，截留溶质的技术，常应用于水处理和浓缩溶液。
气体分离则是通过调节膜孔大小和表面性质，实现对不同气体的有效分离。
膜分离技术的工作原理主要涉及渗透、拒阻和物质传递三个过程。
在渗透过程中，溶液会在压力差的作用下通过膜孔透过，而溶质则受到滤膜的截留。
拒阻过程是指膜表面对特定溶质的选择性吸附和排斥，从而实现对不同溶质的分离。
物质传递过程则是溶质在膜孔道内的扩散和对流运动，影响着分离效果和速度。
膜分离技术广泛应用于生物医药、环境工程、食品加工等领域。
在生物医药领域，膜分离技术可用于生物药物的提取和纯化，以及血液的分离和浓缩。
在环境工程领域，膜分离技术可用于水处理、废水回用和气体处理等领域，方便快速地去除有害物质。
在食品加工领域，膜分离技术可用于乳制品的浓缩和分离，以及果汁的澄清等。
膜分离技术的发展趋势主要集中在提高纯化效率、扩大适用范围和降低能耗。
研究者不断研发新型膜材料、改进膜结构和优化操作条件，以提高分离效果和减少能源消耗。
膜分离技术正朝着多级联、膜组合和模块化等方向发展，以适用于更加复杂的工业应用。
膜分离技术是一种高效、快速、环保的分离和纯化技术，具有广泛应用前景。
在未来的发展中，膜分离技术将继续创新，推动其在各个领域的应用和发展。
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。
膜分离技术在废水处理中的应用
膜分离技术在废水处理中的应用
膜分离技术是一种高效的分离技术，因其具有高效、节能、环保的特点，被广泛应用于废水处理领域。
下面，我们来详细探讨膜分离技术在废水处理中的应用。
一、膜分离技术的基本原理
膜分离技术是利用膜的孔径和表面性质，将混合物分离成两部分：通过膜孔径的目标物质和被拦截在膜表面或膜内孔隙中的非目标物质。
其主要分为微滤、超滤、纳滤和反渗透四种类型。
二、膜分离技术在废水处理中的应用
1.废水预处理：膜分离技术在废水预处理中的应用较为常见，主要用于去除废水中的悬浮物、有机物、胶体等杂质，为后续处理提供清洁的水源。
2.反渗透淡化：膜分离技术可以利用反渗透膜将海水、咸水、污水等含盐水体进行淡化，使其达到可用的水质标准。
3.高浓度有机物处理：膜分离技术对高浓度有机物的处理效率较高，可以将废水中的有机物去除到较低的水平。
4.生物质分离：膜分离技术可以帮助分离生物质，包括细胞、酶、蛋白质和 DNA 等，为微生物领域的研究和应用提供重要的技术支持。
5.重金属去除：膜分离技术的过滤效果可以帮助去除污水中的重金属，达到环境保护的标准。
三、膜分离技术的优点
1.高效：膜分离技术的过滤效果较好，可去除废水中的细小颗粒、有机物等杂物。
2.节能：与传统物理化学处理工艺相比，膜分离技术具有很高的节能效果。
3.环保：膜分离技术去除废水中的有害物质，使得废水达到排放标准，保护环境。
4.操作简便：膜分离技术可以实现自动化操作，减少人力成本。
综上所述，膜分离技术在废水处理中具有广泛的应用前景，尤其是在水源短缺、环境保护越来越受到重视的现代社会，膜分离技术将成为废水处理领域的一股强大力量。
膜分离技术原理
膜分离技术原理
膜分离技术是一种用于净化、分离、精制和回收物质的有效技术。
它
采用选择性膜分离物质，使用渗透力和渗透阻力来实现物质的分离，从而
达到清除污染物、回收有用物质等目的。
膜分离技术主要有四种，分别是
透析、滤清、膜沉积和膜催化。
透析是膜分离技术中最常用的一种方式，它采用游离溶液流经离子交
换膜，使纯溶质从混合物中分离出来的技术。
其核心思想是，利用离子交
换膜的尺寸筛选能力，把相对较大的物质和离子留在溶液中，而小的分子
和离子却能够透过离子交换膜，从而实现渗透分离。
滤清也是一种常用的膜分离技术，它是将混合废水流经纳米膜，使悬
浮物和有机物不能穿透，致使其留在膜面外，而水则能够透过纳米膜，从
而实现净化效果。
膜沉积是一种利用膜面上的电荷差作用，来实现溶液中不同种类离子
的分离的现象。
当离子与膜面发生电荷交叉时，离子会被吸附在膜面，逐
渐形成沉积物，从而分离污染物。
最后，膜催化是一种利用膜催化剂在膜面上发生反应，使反应物质分
解或形成新物质的技术。
膜催化可以利用活性催化剂在膜上发生化学反应，从而实现水处理或有机物的分离的目的。
膜分离技术在水处理中的研究热点与进展
膜分离技术在水处理中的研究热点与进展膜分离技术是一种基于膜作为过滤媒介的分离方法，随着近年来环境保护和水资源管理的重要性不断提升，膜分离技术在水处理中的研究热点与进展也越来越受到关注。
本文将从膜分离技术的基本原理、膜材料的研究与发展、膜分离技术在水处理中的应用等方面进行深入探讨。
1. 膜分离技术的基本原理膜分离技术是一种通过膜的选择性通透性，将混合物中的溶质分离出来的方法。
基本原理是利用膜的微孔、多孔或半透膜特性，通过溶质在膜上的分配差异，使溶质实现传递或吸附从而分离出来。
膜的通透性决定了它能够与哪些溶质有效交互，因此膜材料的研究与发展是膜分离技术进展的基础。
2. 膜材料的研究与发展膜材料的选择对膜分离技术的性能至关重要。
目前主要有有机膜、无机膜和复合膜三种类型的膜材料。
有机膜分为聚合物膜、纤维素膜、磺化膜等；无机膜分为陶瓷膜、金属膜和无机有机复合膜等。
近年来，多孔材料、纳米材料和功能化材料等新材料引起了研究人员的极大关注。
（1）多孔材料：多孔材料具有良好的通透性和高选择性，可以通过调节孔隙的大小和形状来实现对不同溶质的有效分离，如炭材料、炭纳米管等。
多孔材料的发展有助于提高膜的通透性、分离效率和抗污染性能。
（2）纳米材料：纳米材料具有独特的大小效应和表面效应，可以调控溶质在膜上的传递和吸附行为，提高分离的效果和选择性。
研究者正在研究纳米孔道膜、纳米复合膜等新型纳米材料的制备方法和性能。
（3）功能化材料：功能化材料通过改性和修饰膜材料表面，增强膜的亲水性、抗污染性和抗菌性能。
例如，添加活性炭、纳米银等抗菌材料可以抑制膜表面的生物污染。
3. 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广泛的应用前景，主要包括反渗透、超滤、微滤和气体分离等。
在反渗透技术中，通过膜的选择性通透性将溶质和溶剂分离开来，可以有效去除水中的无机盐、有机物和微生物。
在超滤和微滤技术中，通过调节膜的孔径，可以去除水中的悬浮物、胶体和大分子有机物。
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。
膜分离的基本原理和方法
膜分离技术在分离工程中的重要作用
膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求 低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8，因此和 蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；
膜分离的条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂的分 离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的 合适方式：
一.膜分离的基本原理
在一个容器中,用膜把它隔成两部分,膜 的两侧是浓度不同的溶液,通常小分子的 溶剂透过膜向稀溶液侧移动.
渗析(水分、小分子溶质）渗透（仅水分）
• 在乳品工业中，膜技术主要涉及到： 反渗透（RO）除去水，使溶液浓缩。 毫微过滤(NF)通过除去单价的成分如钠、氯（部分 脱盐），实现有机成分的浓缩。 超滤（UF）大分子的浓缩。 微滤（MF）除去细菌，大分子分离。
• 3、无化学变化。典型的物理分离过程，不用化学试剂 和添加剂，产品不受污染；
• 4、选择性好。可在分子级内进行物质分离，具有普遍 滤材无法取代的卓越性能； 5、适应性强。处理规模可大可小，可以连续也可以间 隙进行，工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费用 低易于自动化 。
存在的问题：
• 1、在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低，故有必要 采用与工艺相适应的膜面清洗方法;
无化学变化 ：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添
加剂，产品不受污染；
选择性好 可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代 的卓越性能； 适应性强 处理规模可大可小，可以连续也可以间歇进行，工艺
简单，操作方便，结构紧凑、维修费用低，易于自动化。
• 膜分离是借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。膜 分离是利用天然或人工合成的，具有选择透过性的薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行 分离、分级、提纯和浓缩的方法。分离用的膜具有选择渗透 性，也就是说，膜只能使某些分子通过，这对乳品工业具有 重要的意义，膜可以有效地把牛乳中的水分与其他成分分开。 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。
膜分离技术简介全
非对称性膜复合膜
*
膜过程
推动力
传递机理
透过物
截留物
膜类型
渗析
浓度差
溶质的扩散传递
低分子量物、离子
溶剂
非对称性膜
电渗析
电位差
电解质离子的
离子交换膜
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
难渗透性气 体或蒸汽
均相膜、复合膜，非对称膜
渗透蒸发
压力差
*
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。
*
如果用清水清洗就恢复膜的透过性能，则不需使用其他清洗剂。对于蛋白质的严重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果较好。
*
*
(3)、螺旋卷式(Spiral Wound)膜组件 目前,螺旋卷式膜组件被广泛地应用于多种膜分离过程。 膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方式被组合在一起,然后将其装人能承受压力的外壳中制成膜组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式,这类膜组件的内部结构也可被设计成多种不同的形式。
*
*
(4)、中空纤维(Hollow Fiber)膜组件 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。
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；
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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）
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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。
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第二讲
膜分离技术的原理及应用
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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 。
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）。
污水处理中的膜分离技术
污水处理中的膜分离技术膜分离技术在污水处理中发挥了重要作用。
下面将详细介绍膜分离技术的原理和应用，以及它在污水处理中的优势和挑战。
一、膜分离技术的原理1. 渗透和分离：膜分离技术利用特殊的膜材料，通过渗透和分离的原理将溶质和溶剂有效地分离开来。
膜的选择和设计取决于溶质的性质和所需的分离效果。
2. 气氛化：膜分离技术可以改变环境中的气态组分的分压，通过气氛化的过程将气体从溶液中分离出来。
这种技术常用于气体分离和气体净化。
3. 蒸发：膜分离技术可以利用膜的渗透性，将溶液中的溶质分子从低浓度的溶液中蒸发掉。
蒸发膜分离技术常用于淡化海水、污水浓缩等领域。
二、膜分离技术的应用1. 污水处理：膜分离技术在污水处理领域中被广泛应用。
通过膜分离技术，可以将废水中的有害物质分离出来，使水质得到净化。
同时，膜分离技术还可以实现废水的回用，减少对自然水资源的过度开采。
2. 浓缩和提纯：膜分离技术可以对溶液进行浓缩和提纯。
比如，在制药工业中，通过逆渗透膜可以从溶液中去除杂质，得到纯净的药品。
3. 脱盐和淡化：膜分离技术被广泛应用于海水淡化和脱盐领域。
通过逆渗透膜或电渗析膜可以将海水中的盐分去除，得到淡水。
这对于缺水的地区来说具有重要意义。
三、膜分离技术在污水处理中的优势1. 高效：膜分离技术具有高效的分离效果，能够有效地将废水中的有害物质分离出来。
与传统的污水处理方法相比，膜分离技术更加快速、高效。
2. 省能：膜分离技术需要的能量比传统的污水处理方法更少。
特别是在逆渗透膜分离中，能够实现能源回收，降低能源消耗。
3. 占地面积小：膜分离技术可以将废水处理设备的体积大大减小，占地面积较小。
这对于城市的污水处理厂来说尤为重要，可以节省土地资源。
四、膜分离技术在污水处理中的挑战1. 膜污染：膜分离技术在运行过程中容易出现膜污染问题，导致膜通量下降和分离效果变差。
需要采取相应的膜清洗和维护措施，增加运行成本。
2. 能耗问题：虽然膜分离技术相对于传统的污水处理方法来说更加节能，但仍然需要消耗一定的能源。
膜分离的原理及应用
膜分离的原理及应用1. 膜分离的概述膜分离技术是一种通过膜的选择性渗透性来分离混合物中的组分的方法。
膜分离技术广泛应用于水处理、生物医药、食品加工、环境保护等领域。
2. 膜分离的原理膜分离是利用薄膜的渗透性来分离混合物中的组分。
薄膜可以将混合物中较小的组分分离出来，而较大的组分则被阻隔在薄膜的一侧。
膜分离的原理主要包括以下几个方面：•渗透性选择性：薄膜具有选择性地允许某些组分通过，而阻隔其他组分。
•膜通量：薄膜的通量指单位面积膜的渗透通量，衡量薄膜分离效率的重要参数。
•分离机理：薄膜分离过程可以通过压力差、浓度差、电场等方式实现。
3. 膜分离的应用膜分离技术在各个领域都有广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域：3.1 水处理膜分离在水处理中起到了重要的作用。
通过膜分离可以将水中的杂质、离子、有机物等进行分离和去除，从而实现水的净化和回收利用。
在水处理中，常用的膜分离技术包括：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。
这些膜分离技术可以应用于饮用水处理、工业废水处理、海水淡化等领域，提高水资源的利用效率。
3.2 生物医药在生物医药领域，膜分离技术广泛应用于生物药品的制备、分离和纯化过程中。
通过膜分离可以实现对生物药品中的细胞、蛋白质、DNA等组分的分离和纯化，提高药品的纯度和质量。
常见的生物医药领域的膜分离应用包括：细胞分离、蛋白质纯化、药物透析等。
3.3 食品加工膜分离技术在食品加工中的应用主要包括浓缩、分离和去除杂质等方面。
通过膜分离可以实现对食品中溶质、溶剂、色素、氨基酸等的分离和纯化，提高食品的品质和加工效率。
常见的食品加工中的膜分离应用包括：果汁浓缩、乳品脱脂、海产品脱盐等。
3.4 环境保护膜分离技术在环境保护中的应用主要用于废水处理、大气污染治理等方面。
通过膜分离可以实现对废水中的污染物、重金属离子等有害物质的分离和去除，减少对环境的污染。
常见的环境保护中的膜分离应用包括：废水处理、大气净化、煤气脱硫等。
膜分离技术介绍
当疏水溶质要接触表面，必须破坏有序水，这需要能量，不易进行，膜而不易被
污染。
采用溶质电荷相同的膜：有些膜材料带有极性基团或可离解基团，因而在与
溶液接触后，由于溶剂化作用或离解作用使膜表面荷电，它与溶液中荷电溶质产
生相互作用，相同电荷排斥，膜表面不易污染。
膜孔径或截留分子量的选择：理论上讲，在保证能截留所需粒子或大分子溶
3
废弃的产品，而某些则是非常贵重的主要产物。表 3 列出了一些典型的应用，阴 影部分代表主要的产物。注意：透过液和浓水都可以是需要的产物，而可以同时 成为产物。
表 3 某些产物的膜过程类型
透过液
浓水
RO
染色工艺排水
洁净水
BOD，盐，化学品，废弃产品
纯水
低盐水
含盐水
乳清
低 BOD 透过液
乳清浓水
NF
的负离子。根据分子的大小和形状，纳滤也能截留不带电荷、溶解性物质和正电
荷离子。纳滤对氯化纳 0～50％的截留率主要决定于进水的浓度。纳滤属于“宽松 的反渗透”，是一种减少了盐截留率的反渗透膜。由于盐截留率的减少可以降低压
力和能耗，因此在有些项目上也是可以被接受的。
一般认为超滤（UF）的分离机理为筛孔分离过程，在静压差（0.1~0.5MPa） 为推动力的作用下，原料液中溶剂及小溶质粒子由高压的料液侧透过膜到低压侧，
迄今为止，还无法用显微镜从 RO 膜和 NF 膜中观察到小孔，但水还是透过了 膜而盐被截留了。这意味着自从制造出第一张膜后的 35 年来研究膜的科学家并不 真正了解膜是怎样的或为什么有这些功能的，或至少他们并不了解其中的细节。
而第一张膜是有人亲眼看到脱盐水通过膜而产生的。如果他只是通过显微镜来观
察膜，则他可能会拒绝接受这个事实，因为显微镜中根本无法看到小孔，因此也 不可能透过水。
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A
10
100
1000
10 4
10 5
10 6
10 7
Molecular weight
分子量
100
200 5,000 20,000 150,000
500,000
Relative size of common material
过滤对象
Filtration Technology
Aqueous salts 中水盐份
得到了进一步提高。
具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初
研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支
撑液膜。
60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的水
和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜， 并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。
浓差极化特性
它是一个可逆过程。只有在膜过程运行中产生存在，
停止运行，浓差极化逐渐消失。
它与操作条件相关，可通过降低膜两侧压差，减小料
液中溶质浓度，改善膜面流体力学条件，来减轻浓差
极化程度，提高膜的透过流量。
凝胶极化模型：膜表面附近 浓度升高，增大了膜两侧的 渗透压差，使有效压差减小， 透过通量降低。当膜表面附 近的浓度超过溶质的溶解度 时，溶质会析出，形成凝胶 层。即使分离含有菌体、细 胞和其他固形成分的料液时， 也会在膜表面形成凝胶层。 这种现象谓之凝胶极化(gel
以静压力差为推动力的过程：
A微滤(microfiltration) B超滤(untrafiltration) C反渗透(reverse osmosis)
以蒸气压差为推动力的过程：
A膜蒸馏 B渗透蒸馏
1.4 分离膜种类 c.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
* * * * * * * * * * * * * *
气体分离 电渗析 渗析 控制释放 渗透蒸发 液膜
*
* *
技术原理
1.压力特征
压力特征
2.浓差极化
膜两侧溶液间的传递方程
浓差极化模型(concen-tration
polarization）
适应范围：反渗透、超滤和微滤。 定义：在膜分离操作中，所有溶质 均被透过液传送到膜表面，不能 完全透过膜的溶质受到膜的截留 作用，在膜表面附近浓度升高， 见图。这种在膜表面附近浓度高 于主体浓度的现象谓之浓度极化 或浓差极化)。
定义：指截流率达90%以上的最小被截流物质 的相对分子质量
一般选用额定截留值应稍低于所分离或浓缩的溶 质分子值
B流动速率
溶质的分子性质
Байду номын сангаас
相对密度大的纤维状分子扩散性差。
溶质浓度 稀溶液比浓溶液的流速高。
压力
增压加速流速。 搅拌 破坏溶质表面的浓度梯度，加速溶质的扩散，提高 流速。 温度 通常升温提高流速。
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。
Membrane Nomenclature
Retentate (residue) （截留液） Feed
Permeate 透过液 膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力 （如浓度差、压力差或电位差等）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。
RO
过滤方法
反渗透
NF 纳滤
Microfiltration 微滤 Ultrafiltration 超滤
Particle filtration 一般过滤
1.4 分离膜种类
b.以推动力或传送机制分类
以浓度差为推动力的过程：
透析技术(Dialysis, DS)
以电位差为推动力的过程：
A电透析 B离子交换电透析
1.4 分离膜种类
e.按膜的形态（组件）分类
膜组件 由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及容纳这些部件 的容器构成的一个单元称为膜组件。 膜组件的种类
管式膜组件
中空纤维式
平板膜组件 卷式膜组件
管式膜组件
特点：
结构简单、适应性强、 压力损失小、透过量大，清洗、 安装方便、可耐高压，适宜处 理高粘度及稠厚液体。但比表 面积小。适于微滤和超滤。
1.4 分离膜种类
d.按膜的材料分类 表1
类别 纤维素酯类 膜材料
膜材料的分类
举 例
纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等 聚砜类 聚酰(亚)胺类 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 壳聚糖，聚电解质等
平板膜组件
特点：
较管式组件比 表面积大得多， 易于更换膜， 适于微滤、超 滤。
螺旋卷式膜组件
特点：
膜面积大，湍流情 况好，但制造装配要求 高、清洗检修不方便， 不能处理悬浮液浓度较 高的料液。可用于微滤、 超滤和反渗透。
各种膜组件的传质特性和综合性能比较：
1.4 分离膜种类
f. 按膜的结构分类
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
1.2 膜分离技术发展简史
50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜 的研究。
真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年，米切利斯 （A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电 介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子 量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将 这种膜商品化。 1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙-66为主要组分的中空 纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦DDS公司研制成功平板
压力
4.膜的截留能力
截留率和截断分子量
截留率:膜对溶质的截留能力以截留率R来表示。
R 1
cp cb
截断分子量(MWCO)
定义为相当于一定截留率(90%或95%）的分子量，用以估 计孔径的大小。
孔道特征
包括孔径，孔径分布，空隙度。
完整性试验 用于试验膜和组件是否完整或渗漏。
5膜的污染
膜污染(membrane fouling)---最大问题
式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。
首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜
（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发了许 多其它类型的分离膜。
在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大
的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又
膜形态 推 动 力 膜 过 程 反渗透 超 压力差 微 纳 电位差 浓度差 浓度差 浓度差（分压差） 浓度差＋化学反应 滤 滤 滤
应 用 实 例
对称
海水淡化 超纯水/白蛋白浓缩 前处理/终端过滤 医药/啤酒 气体/蒸汽分离 海水淡化/废水 人工肾 医用/农药 无水乙醇 金属分离/废水
非对称
复合 * *
E 、预防：膜的预处理 ( 用乙醇浸泡聚 砜 膜 ) ， 料 液 预 处 理 ( 调 pH ， 预 过 滤 ) ，开发抗污染膜，临界压力操 作等。
6.膜组件的选择
1造价 2抗污染能力 3膜材料 4组建的结构 5反渗透 中空纤维式 卷式 6超滤一般不用中空纤维式
7.膜的选择及使用
A截留相对分子质量
polarization)。
3.膜分离理论
17.5 影响膜过滤的各种因素
A 、 当 p 小 , 无浓度极化层 , Jv与p成正比, 此时用： B 、当 p 大 , 有浓差极化 , Jv 的增长速率减慢, 此时用 C、当p继续增加时，形成凝 胶层，且厚度随压力的增 大 而 增 大 ， 所 以 Jv 不 再 随 p 的增加。此时的 Jv 为此 流速下的极限值 (Jlim) ，用 方程： D 、 Jlim 随料液浓度 而 ，随 流速(搅拌速度) 而。
按膜的结构分为：
对称膜(Symmetric Membrane)
非对称膜(Asymmetric Membrane)
复合膜(Composite Membrane)
不对称结构是膜制造的一种突破， 因为活性层很薄，流体阻力较小。 且不易使孔道阻塞，颗粒被截留在 膜的表面。此后膜过滤法逐渐走向 工业化，20世纪70年代以后发展比 较迅速．应用范围涉及到海水淡化、 纯水制造、食品和乳品工业、污水 处理和生物工程等领域。在此期间， 世界膜销售额迅速增长。
1.4 分离膜种类
阳离子膜 带电膜 阴离子膜 过滤膜
高分子膜
分 离 膜
精密过滤膜
液体膜 生物膜
非带电膜
超滤膜 纳米滤膜 反渗透膜
1.4 分离膜种类
a.分离粒子或分子大小分类
THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图
m 0.001 0.01 0.1 1.0 10 100 1000
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。
1.3 膜分离技术的特点
优点: 1)能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、结 晶和蒸发相比有较大的差异； 2)分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要； 3)操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。 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，需与其他分离技术连用。