膜分离工程第二章膜材料与制备

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第二章膜分离技术 PPT课件

优先吸附—毛细孔流动模型示意图
溶解－扩散模型
• 此模型认为膜是一种完全致密的中性界面，是非多孔性的 a. 渗透物在膜的料液侧表面处吸附和溶解 b. 渗透物在化学位差的推动下靠分子扩散通过膜 c. 渗透物在膜的透过液侧解吸 • 第二阶段决定了膜的透过速率，速率=推动力/阻力
四、影响反渗透操作的因素
五、表征膜性能的参数
膜的物化稳定性：膜的强度、允许使用的压力、温度、pH以及对有机溶剂和化学药品的耐受力，是决定膜使用寿命的主要因素。膜的分离性能 1 c 1.分离效率：表观截留率 Re c 100 % Jw=V/St 2.渗透通量： 3.通量衰减系数： Jt=J1tn
p b
• （一）氢键和结合水－孔穴有序扩散模型 • （二）优先吸附毛细管流模型 • （三）溶解－扩散模型
氢键和结合水－孔穴有序扩散模型
• Reid针对醋酸纤维素膜提出的 • 水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键而构成结合水 • 结合水占满孔径 • 在压力作用下，溶液中的水分子与醋酸纤维素羰基上的原子形成氢键，而原来水分子间形成的氢键被断开，水分子解离出来和羰基上的原子形成新的氢键。 • 膜的多孔层存在大量的毛细管水，水分子能畅通流出膜外-孔穴扩散
聚砜膜有如下特点
（1）有较高的滤液流量和较好的截留性能。（2）能耐75℃的高温；耐pH范围宽，达pH 1~13。（3）耐氯性强，耐游离氯高达50 mg/kg。（4）耐压不高，一般低于0.17 MPa。
材料
二醋酸纤维素三醋酸纤维素混合醋酸纤维素硝酸纤维素醋酸硝酸纤维素醋酸丁酸纤维素醋酸磷酸纤维素氰乙基纤维素聚丙烯晴聚氯乙烯芳香酰胺芳香族聚酰胺酰肼聚砜
控制浓差极化的措施

高分子膜材料及其制备

至今为止，PTMSP仍然是所有合成聚合物中渗透性最高的。随着PTMSP的问世，许多研究者合成了多种取代聚乙炔，目的是希望能开发出具有比PTMSP具有更高选择性且渗透性又不大幅度降低的气体膜材料。
CH3 C C CH3 n H3C Si CH3
气体膜材料--高分子血卟啉钴
这种高分子络合物在特定的条件下可成膜且固化迅速，用于分离O2/N2混合物独具特色。它最突出的特点是能在数月的连续操作中维持与氧的结合能力，因此具有很大的实用价值。这种膜对气体分子的选择性可以通过改变络合物的化学结构来调整。
膜分离基础与材料
高分子膜及其制备
膜材料

膜是膜技术的核心，膜的功能是由膜材料的化学性质
膜技术中待解决的问题

尽管膜分离技术在工业中获得了广泛的应用，但是人们对膜
膜材料分类

构成膜的元素无机膜材料：多孔石英玻璃、多孔陶瓷、多孔钨（金属薄膜有机高分子膜材料应用领域：液体分离膜材料：MF\UF\NF\RO 气体分离膜材料:GS\PV 荷电膜材料 :\ED\BPED
气体分离膜材料
①聚酰亚胺 ②聚芳香醚 ③聚三甲基硅－1－丙炔 ④高分子血卟啉钴
气体分离膜材料—聚酰亚胺
聚酰亚胺(PI)是具有优异的耐热性、耐溶剂性和机械性能的玻璃态聚合物，同时有优良的气体分离性能。 PI的高气体选择性是由它特有的化学结构所决定的。由于聚酰亚胺链间柱形结构的存在，能按照气体分子动力学直径即“分子筛分”机理来对气体混合物进行分离。
液体分离膜材料- 聚砜类

这种聚合物的一般结构为R1-SO2-R2，若其中R1和 R2至少有一个带有苯环则称芳香聚砜，否则为脂肪族聚砜。其中芳香聚砜是RO和UF的重要的一类膜材料，有足够大的分子量，又能和DMF、DMAc和 NMP等有良好的相溶性，同时由于其性能稳定、机械强度好，也是许多复合膜的支撑材料。

膜分离技术概论和材料制备过程讲解

反渗透膜装置
膜器膜分离装置
管式膜
平板膜、卷式膜支撑材料
管式膜过滤设备
小型实验室平板超滤膜装置
1.3 膜分离的基本原理
分离膜具有选择透过特性，所以它可以使混合物质有的通过、有的留下。但是，不同的膜分离过程，它们使物质留下、通过的原理有的类似，有的完全不一样。
总的说来，分离膜之所以能使混在一起的物质分开，不外乎两种手段。
膜必定有两个界面，并由这两个界面分别与被其分隔于两侧的流体相物质相接触。
膜的定义
膜不是普通的塑料膜或皂泡膜，而是那些具有一定特殊性能(例如，半透、电学、光学、识别及反应等特性)的膜。对分离膜来说，可将它看作是两相之间的一个半渗透的隔层，该隔层按一定的方式截留分子。因此，两相间的膜必须起到隔层的作用，以阻止两相的直接接触。该隔层可以是固体、液体，甚至是气体的，半渗透性质主要是为了保证分离效果。
当代工业的三大支柱是材料、能源和信息。这三大产业的发展都离不开新的分离技术。人类生活水平的进一步提高也有赖于新的分离技术。在21世纪，
分离技术必将日新月异，再创辉煌。
1.2 分离和膜分离
将自然界的混合物分开可以采取各种方法。例如:
蒸馏吸附方法变压吸附方法混合物之所以能被分离，是由于它们之间
满足人类对生活改善日新月异的需求。例如：
从简单的蒸馏发展到减压蒸馏、多级闪蒸、
压汽蒸馏；从简单的吸附发展到变压吸附、
气相色谱、高压液相色谱；从筛网发展到精密过滤、膜分离等。
膜分离
膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。顾名思义，膜分离是利用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。这种薄膜必须具有使有的物质可以通过、有的物质不能通过的特性。膜可以是固相、液相或气相。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。

《膜科学与技术》思考题

《膜科学与技术》思考题第一章导论1．什么是膜分离过程，用图加以解释。

答：膜分离过程以选择透过性膜（固体、液体、气体）为分离介质，当膜两侧存在某种推动力时，原料侧的组分选则性地透过膜以达到分离和提纯的目的。

2．膜分离过程的特点是什么？与传统分离过程相比最明显的优势在哪里？答：1. 是一个高效的分离过程。

分离系数高达80。

2. 能耗低。

被分离物质不发生相变化，分离过程通常在常温下进行。

3. 设备简单，占地面积小，操作十分便捷，可靠度高。

4 放大效应小。

设备的规模和处理能力可在很大程度上变化，而效率、设备的单价和运行费用变化不大。

3．膜分离技术主要的分离过程有哪些？这些过程所分离的对象是属于哪种状态的物质？答：反渗透Reverse Osmosis (RO) : 分离离子例如：海水脱盐、纯水制备超滤Ultra filtration (UF) ：分离分子例如：果汁的澄清、含油废水处理微滤Micro filtration (MF) ：分离粒子例如：城市污水处理气体分离Gas Permeation (GP) ：分离气体分子例如：富集氧气、氢气回收4．画出膜组件的示意图，标出各物流名称。

5．膜组件有哪几种形式？中空纤维膜组件(Hollow Fiber Module螺旋卷式膜组件(Spiral Wound Module)管式膜组件(Tubular Module平板式膜组件(Plate and Frame Module)毛细管式膜组件(Capillary Module)6．60年代，Souriajan –Lone 研制的是什么膜？60年代,Lobe 和Souriajan 共同研制了具有高脱盐率和高透水量的非对称醋酸纤维素(CA)膜,使反渗透过程由实验室转向工业应用.与此同时,这种用相转化技术制备的具有超薄分离皮层膜的新工艺引起了学术和工业界的广泛重视,在它的推动下,随后迅速掀起了一个研究各种分离膜和发展各种膜过程的高潮.7．R O、UF、GS分别代表哪些膜过程？RO—表示反渗透过程UF—表示超滤GS—表示气体分离过程第二章膜材料和膜的制备1．选择膜材料要考虑哪些方面的因素？答：具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物性、耐氧化性。

聚合物薄膜材料的制备及其在膜分离中的应用

聚合物薄膜材料的制备及其在膜分离中的应用近年来，膜分离技术在化学、环境保护、能源、生物医药等领域得到广泛应用，其中聚合物薄膜材料是一种应用广泛的膜分离材料。

本文将介绍聚合物薄膜材料的制备方法和在膜分离中的应用。

一、聚合物薄膜材料的制备方法1. 界面聚合法界面聚合法是一种将单体在界面上高效聚合形成聚合物薄膜的方法。

界面聚合法的优点是：制备方便、对应的单体种类丰富、制备薄膜的化学结构可控、可用于制备多种用途的薄膜材料。

在此方法中，单体被溶于油相中，油相和水相的界面上同时存在十一烷基三甲基氯化铵（CTAC），CTAC是在两相之间形成的表面活性剂，用单体在此界面上通过黏附或简单地在油相中进行自由单体聚合，最终形成非常薄的聚合物薄膜。

此方法易于控制单体的聚合反应速度，并利用表面活性剂的作用使薄膜形成速度加快。

此方法可制备具有多种形态的薄膜，包括平滑、微孔、不规则孔洞的聚合物薄膜。

2. 溶液吸附法溶液吸附法是将聚合物颗粒或分子溶解于有机溶剂中，然后再将这种溶液直接涂覆于其它材料的表面，最终通过蒸发掉溶剂，形成聚合物薄膜。

这种方法是快速、简单、易于控制，所得到的聚合物薄膜具有可伸缩性、可拉伸性和柔韧性。

应用溶液吸附法制备的聚合物薄膜其具有较高的机械强度，能够在周围环境变化的情况下承受较大的压力和挤压力。

3. 放电聚合法放电聚合法是电化学聚合的一种形式，是通过印刷机或其它工具，在薄膜表面上刻画出有规律的光栅结构，然后用电场来促进聚合物形成。

单体在外电场的激发下被激励成为一个高反应性的状态，其聚合反应速率也变得更快。

在这个过程中，放电产生的电子会与单体反应，并成功地将单体聚合成聚合物。

这种方法能够制备晶体薄膜、渗透膜、分子筛等无机聚合物，还可以制备氢燃料电池等膜分离材料。

二、聚合物薄膜材料在膜分离中的应用1. 聚合物薄膜的分离性能在物性和化学性方面都具有优异的性能，非常适合用于固液分离、气液分离和液液分离。

聚合物薄膜的分离性能与用途有关，例如，超滤膜可用于清除水中的各种离子和颗粒，电解水处理膜则用于除去各种有毒化合物和农药残留物。

膜材料的简介制备

分离膜材料和膜制备技术的研究进展摘要：膜分离技术是当代新型高效的分离技术, 也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一,目前在膜分离过程中, 对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域; 随着膜过程的开发应用, 人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性。

关键词：分离膜制备发展1.膜分离技术的发展简史膜在自然中,特别是在生物体内是广泛而永恒存在的。

可人类对它的认识、利用、模拟以至人工合成的过程却是及其漫长而曲折的。

人们对膜进行科学的研究则是近几十年来的事。

是在1748 年,诺来特(Nollet ) 就注意到水自发通过猪膀胱而扩散到酒精中。

在1864 年, 特劳贝( Traube) 才成功制成人类历史上第一片人造膜—亚铁氰化酮膜。

但直到1960 年洛布(Loeb) 和索利拉金(Souriraja) 研究出具有商业价值的醋酸纤维素非对称(L - S) 膜,确定了L - S 制膜工业,才开创了膜技术的新纪元。

随后的20 年是“膜技术的黄金时代”。

以石油危机和人类环境意识增强为契机。

伴随相关学科的发展,国内外学者对高分子膜的形成、膜结构、物性、性能、过程及应用等开展研究,取得了很大的进展,为以后膜科学的发展、膜技术的产业化奠定了基础。

[1]与传统的分离操作相比，膜分离具有以下特点：（1）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯度的分离；（2）大多数膜分离过程不发生相变化，因此能耗较低；（3）膜分离通常在常温下进行，特别适合处理热敏性物料；（4）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高，操作、维护都十分方便。

2.分离膜分类按膜的材料分类，可分为有机膜、无机膜、液膜；按膜的结构分类，可分为对称膜和不对称膜；按作用机理分类，可分为多孔膜和致密膜；按应用范围分类，可分为微滤膜（MF 膜）、超过滤膜（UF 膜）、反渗透膜（RO 膜）、气体分离膜（GS膜）、离子交换膜等。

[2]2.1 无机膜材料无机膜材料通常具有非常好的化学和热稳定性,但无机材料用于制膜还很有限, 目前无机膜的应用大都局限于微滤和超滤领域[3]。

第二章第四节膜组件

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A cross-flow hollow fiber module used to obtain better flow distribution and reduce concentration polarization (the Tyobo Hollosep reverse osmosis module). Feed enters through the perforated central pipe and flows towards the module shell
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板框式膜组件特点
构造比较简单，且可单独更换膜片；
可作为试验机，将各种膜样品同时安装在一起进行性能检测；
流道的断面积可适当增大，压降较小，线速度可达1~5m/s，且不易被纤维屑等异物堵塞；为促进膜组件内的湍流效果，不少厂家将原液导流板的表面设计成各式凹凸或波纹结构或在膜面配置筛网等物。
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Horizontal DDS plate-and-frame ultrafiltration system. Courtesy of Alfa Laval Nakskov A/S, Naksvov, Denmark
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四. 膜组件形式之四——螺旋卷式
螺旋卷式(简称卷式)膜组件的结构是由中间为多孔支撑材料，两边是膜的“双层结构”装配组成的。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产品水(液)收集管连接，在膜袋外部的原水侧再垫一层网眼型间隔材料（隔网），也就是把膜~多孔支撑体~膜~原水侧隔网依次叠合，绕中心集水管紧密地卷在一起，形成一个膜元件，再装进圆柱型压力容器里，构成一个螺旋卷式膜组件。

膜分离技术PPT

优化膜结构
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等，以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR）技术，结合膜分离和生物处理，提高污水处理效率和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性，提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜的分离精度和效率，同时降低能耗。

第二章膜材料及表面改性

目前使用的大多数膜的材料是聚丙烯（PP）、聚乙烯，聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚砜、聚醚讽和聚氯乙烯等。当这些膜与欲分离的物质相接触时，在膜表面和孔内的污染物聚集，使得膜通量随运行时间的延长而下将，特别是当聚合物膜材料用于生物医药领域中（如血液透析）时，在膜表面吸附的蛋白质加速纤维性和抗生素碎片在膜表面的聚集（血液相容性），导致一系列的生物反应，例如形成血栓及免疫反应。因此，为了拓展分离膜的应用，通常需要对膜材料进行改性或改变膜表面的物理化学性能，赋予传统分离膜更多功能，增大膜的透水性，提高膜的抗污染性，改善膜的生物相容性。对膜材料的改性的方法有物理改性和化学改性。
第二章膜材料及表面改性
1
2.1.1纤维素衍生物类
纤维素是资源最为丰富的天然高分子，由于纤维素的分子量很大，在分解温度前没有熔点，且不溶于通常的溶剂，无法加工成膜，必须进行化学改性后应用。
（1）再生纤维素纤维素的相对分子质量在50万~200万，在溶解过程中降解，再生纤维素的相对分子质量约在几万
2.1.2 聚砜类
聚砜是一类耐高温强度工程塑料，具有优异的抗蠕变性能，故自双酚A型聚砜（PSf）出现后，即继醋酸纤维素之后发展成为目前最重要、生产量最大的合成膜材料，可用作制备微滤膜和超滤膜，也可用作反渗透和气体分离膜的底膜。
（1）双酚型聚砜（PSf）
由双酚A的二钾盐与二氯二苯砜在二甲亚砜溶液中经亲核缩聚反应合成，聚砜的玻璃化转变温度为 190℃，其制成膜后可在80 ℃ 下长期使用，主要用于超滤和气体分离膜。
2.1.7无机和金属类
无机和金属材料包括金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料，与聚合物分离膜相比具有如下优点：
（1）化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；（2）机械强度大，承载无机膜或金属膜可承受几十个大气压的外压，并可反向冲洗；（3）抗微生物能力强，不与微生物发生作用，可以在生物工程及医学科学领域中应用；（4）耐高温，一般均可以在400℃下操作，最高可达800 ℃。不足之处在于造价较高，并且无机材料脆性大，弹性小，给膜的成型加工及组件装备带来一定的困

膜分离技术基础概论

《膜分离技术》教案第一章：膜分离技术概述1、膜科学与基础科学的关系膜科学与基础科学的关系如下图所示。

2、膜的定义及特性所谓的膜，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。

膜的特性：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。

3、膜的分离过程原理膜分离过程原理：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。

4、分离膜的种类5、膜分离技术发展简史高分子膜的分离功能很早就已发现。

1748年，耐克特（A. Nelkt ）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。

1861年，施密特（A. Schmidt ）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。

然而，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。

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。

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 公司研制成功平板式反渗透膜组件。

反渗透膜开分离膜高分子膜液体膜生物膜带电膜非带电膜阳离子膜阴离子膜过滤膜精密过滤膜超滤膜反渗透膜纳米滤膜始工业化。

新型膜分离材料的制备和应用研究

新型膜分离材料的制备和应用研究Introduction:膜技术是一种通过选择适当的、高性能的材料，制成一种过滤和分离介质——膜的工艺技术。

近年来，膜技术因其高效、节能、环保等特点，被广泛应用于水处理、生物工程、食品工业、药物制造等领域。

然而，传统膜材料存在着不足之处，如机械耐用性差、易被水化等问题，这些不足导致了膜使用寿命短、运行成本高的情况。

为此，近年来，新型膜分离材料的制备和应用研究备受关注，下面将从几个方面分析这种材料的制备与应用。

Body:1. 新型膜分离材料的材料选择膜分离材料要求操作稳定、不易泄漏、屏蔽性好等特点，因此常用的材料有聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酰胺、聚四氟乙烯等。

此外，随着人们对生态环保的要求越来越高，可降解、可生物降解的材料也开始逐渐被应用于制备膜分离材料中。

2. 制备方法的创新在制备新型膜分离材料过程中，制备方法也非常关键。

传统的制备方法中，常采用的是湿法、干法的方法，但这两种方法存在产物纯度较低、过程复杂等问题。

而近年来，在制备方法创新方面，仿生学、纳米技术、奇异凝聚物等技术不断地被运用于制备新型膜分离材料中，这些新技术的应用大大提高了膜的性能和过程的效率。

3. 新型膜分离材料在水处理中的应用膜技术一直是水处理领域的利器，但是传统膜分离材料存在使用寿命短、易被侵蚀等问题。

新型膜分离材料的出现将大大提高膜的使用寿命和过滤效率，在水处理中将更加广泛地应用于中水回用、终端净水、海水淡化等领域。

4. 新型膜分离材料在生物医药领域的应用新型膜分离材料具有高效、可控、低剂量等特点，成为生物医药领域的研究重点。

其中，生物医药领域中的基因治疗、疫苗提纯等领域将更加需要高效的膜分离技术。

Conclusion:新型膜分离材料的研究和应用，将会为我们提供更好的环保产品、药物和饮用水等，大大地促进我们社会的可持续发展。

在未来的发展过程中，膜分离技术有望实现更高效、高性能等目标，成为环境、生物及医疗领域中不可或缺的技术。

新型分离技术--第二章___膜分离(4-2)

靠近膜并进入膜孔隙，而排斥带负电荷的离子。

如果膜外溶液浓度很大，则双电层厚度会变薄，可能导致非选择性透过阴离子。
Sollner双电层理论
（1）异性电荷相吸；（2）膜中固定离子越多，静电吸引力越强，膜的选择性越好。（3）在电场作用下，溶液中的阳（阴）离子定向连续迁移通过带负电荷的阳（阴）离子交换膜。
化芳杂环高分子膜，用于氢氧燃料电池的研究，以
期降低燃料电池的成本。
2 电化学反应
阳极： 2Cl- —
2e- = Cl2 ↑（氧化反应）
2OH- — 2e- = 1/2O2 + H2O
阴极：
2H+ + 2e- = H2 ↑
（还原反应）
1/2O2 + H2O + 2e- = 2OH-
阳极室内溶液中的化学反应

电渗析极化导致耗电量增加，膜的寿命降低。极限电流是指电渗析发生极化时的临界电流。

极限电流密度是指通过单位面积离子交换膜的极限电流。
ilim ki c V n

m
ilim为极限电流密度， c 为电渗析淡水室进出口离子的对数平均浓度，V为淡水流线速度，ki为水力常数， m,n也为常数。

当电极间距为0.52mm时，理论分解电压及膜电压降两项之和占槽电压的90%左右。
理论分解电压

理论分解电压指电解质开始分解时所必需的最低电压。可用方程来计算：
Q dE V 0 T nF dT

dE 为温度系数。 Q为反应的热效应； dT
离子膜电压降

离子膜电压降由膜本身具有一定的电阻引起的。膜电压与制备膜的聚合物种类、膜的厚度和运转条件有关。

膜分离工程第二章：膜材料与制备

25
微孔膜的制备⑶ 核径迹刻蚀法
高分子薄膜在垂直方向受到同位素裂变碎片或重粒子加速器放出的带电粒子的轰击，聚合物分子的长链断裂。由于在断裂处形成活性很高的化学反应能力，能够优先被化学蚀刻剂所溶解，形成蚀穿的孔洞。膜孔的大小由侵蚀的程度来控制。
NaOH
a. 辐照刻蚀
b. 刻蚀
26
核孔膜的特点：
31
相转化法
相转化法是聚合物从溶液中沉析成固体的过程中从一个均相液态转变成两个液态（液—液分相）而引发的形成聚合物浓相和聚合物稀相，浓相最终发展成膜本体，稀相转化成孔道。聚合物溶液（溶胶）聚合物稀相→孔
聚合物浓相→膜本体
常用的有热凝胶法和浸沉凝胶法
32
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
12
5聚烯烃类
聚丙烯

耐酸碱性、耐溶剂性和耐热性好；亲水性差
微滤膜材料,常采用拉伸法制备平板膜和热致相分离制中空纤维膜聚氯乙烯

耐酸碱、耐微生物侵蚀、通量大，但热稳定性和耐光性差。
主要用于制备超滤膜
13
6芳香聚合物
聚碳酸酯主要用于核径迹刻蚀法制核孔微滤膜，也是气体分离（氧 /氮）膜
聚酯

42
膜材料的选择-溶解度参数

定义溶解度参数
sp
E V
0 .5
E Ed E p Eh V V V V
2 2 sp d2 p h2
(3)
( 4)
分别表示总溶解度参数的色散分量、偶极分量和氢键分量
43
溶解度参数计算
sp

《膜分离技术》PPT课件

2021/6/10
5
膜科学的发展史
年代
科学家
主要内容
1748 1827
Abbe Nollet Dutrochet
水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生渗透现象
名词渗透作用（Osmosis）的引入
1831
J.V.Mitchell 气体透过橡胶膜的研究
1855
Fick
发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散；制备了早期的人工半渗透膜
用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反渗透现象
obain..etc
1930
Teorell， Meyer，
Sievers
进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础
1944
William Kolff
初次成功使用了人工肾
1950
Juda， Mcrae
合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等分离工程
6
续表：
1911
Donnan
Donnan分布定律。研究了分子带电荷体的形成，电荷分布，Donnan电渗析和伴生传递的平衡现象
1922
Zsigmondy Bachman
微孔膜用于分离极细粒子、初期的超滤和反渗透（膜材料为赛璐玢和再生纤维）
Fofirol..etc
1920
Mangold， Michaels.M
掌握了化工的未来”
2021/6/10
17
6.1 膜材料与膜的制造
2021/6/10
18
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 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 0.1~10MPa