膜科学与技术2

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• 渗透仅压 供学习参考,请勿侵权
Van’t Hoff 方程 = RTC • 反渗透
压差 > 渗透压差
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2.3.2 RO的特性
1. 分离目的:得到不含各种溶质的溶液,微小 (分子)溶质浓缩液。
2.溶截质留(物低仅的分供尺子寸,学盐与)习.性质参:0考.1 ,∼ 2请nm勿的侵微小权分子
3. 透过膜的物质:微小分子溶质溶液。 4. 推动力: 压力差,1.4 ∼ 4.2 MPa(低压RO),
• 抗生素仅的澄供清学习参考,请勿侵权
• 哺乳动物细胞的微过滤 • 饮料的澄清:啤酒,葡萄酒,矿泉水。
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• 半导体生产工业中流体的纯化:空气过滤,化学 试剂过滤,去离子水过滤。
• 分析化验仅:供微生学物习化验参,考粒,子污请染勿的监侵测权,微孔
膜上细胞生长的研究。 • 反渗透或超滤的预处理。
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无机膜微滤实验装置 仅供学习参考,请勿侵权
Na+
Cl-
Cl2
H2
NaCl + H2O
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电渗析过程示意图说明
符号 C: 阳离子交换膜(cation exchange membrane)
A: 阴离子仅交供换膜学(习an参ion考ex,ch请ang勿e 侵权
过me程m结b果rane) • 流道2、4中的NaCl被浓缩。 • 流道3中的NaCl被清除。 • 流道1、5分别为阳极室和阴极室,由于电极反
仅供学习参考,请勿侵权 造
装 置
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• 有机溶剂脱水制高纯溶剂:乙醇、异丙醇脱水 已大规模工业应用。
PV + 精馏 经济上有竞争能力
• 脱剂等除:水仅已中经少供过量学工有业机习规溶参模剂的以考论控,证制请。水污勿染侵、回权收溶
溶剂含量< 0.01%——碳吸附 溶剂含量0.01% 5%——PV 溶剂含量 5% 10%——精馏、蒸气吹扫、溶剂、萃取、
7. 流动形式: “死端过滤(dead-end filtration)”或 “错流过滤(cross-flow filtration)”
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2.1.2 死端过滤与错流过滤的比较
• 死端过滤: 透过液流向与原料液流向一致. • 错流过滤: 透过液流向与原料液流向垂直.
仅供学习参考,请勿侵权
原料液 膜
透过液
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2.8.2 PV的种类
• 真空渗透气化 • 热渗透气化(温度梯度渗透气化)
• 载气吹仅扫渗供透学气习化 参考,请勿侵权
• 使用可冷凝载气的渗透气化 • 渗透液冷凝分相后部分循环 • 渗透液部分冷凝的渗透气化
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2.8.3 PV的特性
1. 分离目的:富集或贫化一种物质的流体。
2. 截留物仅的尺供寸学与习性质参: 截考留,分子请较勿大侵的物权质(除
6. 供料和渗透物的相态: 液体 7. 流动形式: 采用“错流”
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2.7.3 电渗析应用
• 苦咸水淡化 • 锅炉给水,工艺水
• 食仅盐供生产学习参考,请勿侵权
• 工业废水 • 食品和医药工业 • 超纯水
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电 渗 析 装 置
仅供学习参考,请勿侵权
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2.8 渗透蒸发(Pervaporation, PV)
高度溶解的外)。 3. 透过膜的物质:较易溶解/较小/较易挥发的非
电解质。(少量物质优先)
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4. 推动力:浓度梯度,温度梯度。
5. 传质/选仅择性供机学理习:溶解参-扩考散,. 请勿侵权
6. 供料和渗透物的相态: 液体供料,气体渗透物。 7. 流动形式: 采用“错流”
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2.8.4 PV的应用
第二章 膜过程及应用
膜(分离)过程的主要特性根据下列6个方面加以说明 1. 分离目的;
2. 截留物的仅性质供(如学,物习质参的大考小),; 请勿侵权
3. 透过物的性质(如,电解质或挥发性物质); 4. 推动力; 5. 传质/选择性机理; 6. 供料流体和渗透流体的相态.
1
2.1 微滤 Microfiltration
• 酸空性气气体仅的供分离学回收习:酸参性气考体,/碳氢请化勿合物侵,酸权性气体/
• 水蒸气的脱除:H2O/碳氢化合物(天然气干燥), H2O/空气
• He的回收:从气井中回收He,从空气中回收He • 溶剂回收/空气污染控制:碳氢化合物/空气
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仅供学习参考,请勿侵权
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膜 分 离 氮 氧 制
• 挥发性物质水溶液的浓缩和分离:乙醇水溶液,酸溶 液。
• MD + 结晶 (膜结晶器) • MD + 生化反应
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2.10 气体膜分离
2.10.1 过程特性
1. 分离目的:富集或贫化一种物质的流体。
2. 截留物仅的供尺寸学与习性参质:考截留,分请子较勿大侵的权物质(除
高度溶解的外)。 3. 透过膜的物质:气态,分子较小物质/较易溶解物
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4. 推动力: 压力差,0.2∼1 MPa
5. 传质/选仅择性供机学理习: 基参本上考是,筛分请勿侵权
6. 供料和渗透物的相态: 液体 7. 流动形式: 多数是“错流过滤”
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2.2.2 超滤应用
• 分离电泳漆过程的淋洗水 把漆循环到浸渍槽、 使淋洗水再利用。
仅供学习参考,请勿侵权
• 酪乳清 浓缩/分离乳糖中的蛋白质、无机物 • 果汁澄清 去除苹果汁中的浊雾成分 • 纺织定径剂 纺织品洗净后去除聚乙烯醇
• 截留物的尺寸:1-10 nm,(氨基酸,抗生素, 染料)
• 膜:荷电膜,中性膜 • 截留数百分子量有机物或无机物,高价离子
(大小与低价离子相当,0.1-0.2nm)
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2.4.2 纳滤的应用
• 废水处理:电镀废水,纸浆和造纸废水,染料 废水,食品加工废水,其它有害废水。
仅供学习参考,请勿侵权
• 地表水和地下水处理——饮用水生产。 • 海水软化与淡化 • 食品、药物、染料等的分离与提纯。
死端过滤
原料液 膜
透过液
错流过滤
4
理想的错流过滤特性曲线
滤 饼 厚 度
错流过滤可在长时
通 量
间内保持较大的透
过速率。
时间
时间
仅供学习参考,请勿侵权
死端过滤特性曲线
滤 饼 厚 度
时间
通 量
时间
死端过滤可得到高 的浓缩度。
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2.1.3 微滤应用
• 制药工业的消毒:制药产品中细菌的去除;去 除制药产品及其原料中的有机和无机粒子。
5.6∼10.5 MPa (高压RO),
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5. 传质/选择性机理:优先吸附/毛细管流
仅供不完学全习溶解参-扩考散,请勿侵权
6. 供料和渗透物的相态: 液体 7. 流动形式: 多采用“错流过滤”
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2.3.3 RO的应用
• 海水和苦咸水脱盐
• 废水处仅理供:一学般习废水参,考工业,和请市勿政废侵水权,电镀
质 4. 推动力:浓度梯度(分压差)。
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5. 传质/选择性机理: 无孔膜: 溶解-扩散; 多孔膜: 气
体分子动仅力供学原学理习(只参有膜考孔,小请于气勿体侵分子权的平均
自由程才能分离). 6. 供料和渗透物的相态: 气态。 7. 流动形式: 多采用“错流”
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2.10.2 气体膜分离的应用
• 氢气的分离回收: H2/N2, H2/CH4, H2/CO • 空气分离
• 人造丝工艺过程中回收NaOH • 电解精制铜工艺过程的硫酸中分离硫酸镍 • 降低啤酒的酒精度数
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2.6 渗析过滤/洗滤(diafiltration, DF)
2.6.1 过程描述
间歇过程仅:供(1学)习稀释参溶考液(,2)请超勿滤侵(3权)再
稀释(4)再超滤。 连续过程:稀释(加水)和超滤同时连续进行。
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2.5 透析/渗析(dialysis, D)
2.5.1 过程示意
依浓度差传递低分
渗析液仅供学习溶剂参考,子请量勿溶质侵,截权留高
溶质
分子量溶质的过程
原料液
溶剂
渗出液
。过程中常伴有“ 渗透”,降低了推 动力。
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2.5.2 透析/渗析特性
1. 分离目的:得到无微小溶质的大溶质溶液,
无大溶仅质的供微学小溶习质参溶液考。,请勿侵权

压,低温,可利用废

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2.9.2 MD的种类
根据形成蒸气压差的原因分成如下几种: • 直接接触式膜蒸馏
• 气隙式仅膜蒸供馏学习参考,请勿侵权
• 低压真空膜蒸馏 • 吹扫气膜蒸馏 • 渗透蒸馏 • 膜渗透蒸馏
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2.9.3 MD的应用
• 海水淡化 • 超纯水制备
• 非果挥汁发;N性仅a物O供质H水,学溶Na液习C的l水参浓溶缩考液:。糖,,请明胶勿水溶侵液权;牛奶,
2.1.1 特性
1. 分离目的: 得到不含粒子的液体或气体
2. 截留物仅的供尺寸学与习性质参:0考.02,-1请0 m勿m 粒侵子权
3. 透过膜的物质:不含粒子的液体或气体 4. 推动力: 压力差, ∼0.2 MPa
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5. 传质/选择性机理: 筛分
6. 供料和渗仅透供物学的相习态参: 液考体或,气请体勿侵权
2.8.1 PV过程原理
进料
渗透物
仅供学习参考,请勿侵权
出料

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PV过程机理
1.溶解—扩散—汽化 (1)组分选择性地溶解在原料液侧表面
((23))组组分分仅扩在散膜供透透学过 过膜侧习表面参汽考化、,解吸请勿侵权
2.汽化—溶解—扩散 (1)膜上游侧料液蒸发形成饱和蒸汽 (2)蒸汽组分选择性地溶入膜表面 (3)组分扩散透过膜 (4)组分在膜透过侧表面解吸
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2.6.2 DF与D的比较
1. 分离目的仅一供样学,都习是参为了考脱,除低请分勿子侵量物权质。
2. 推动力不同。DF为压差,D为浓度差wenku.baidu.com 3. DF实际是一种超滤过程。
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2.7 电渗析(Electrodialysis, ED)
2.7.1 过程示意
+ 仅1 供C 学2 习A 参3 考C ,4 请A 勿5 侵权-
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2.2 超滤 Ultrafiltration, UF
2.2.1 特性
1. 分离目的:得到无大分子溶质的溶液,无小
分子溶仅质的供大学分习子溶参质考溶液,,请或大勿分侵子权溶质的
分级。 2. 截留物的尺寸与性质:1-100nm 的大分子溶质,
对应分子量300-500000。 3. 透过膜的物质:微小溶质溶液。
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• 酒澄清 去除红、白酒中的浊雾成分 • 油/水乳化 从焚化废水中浓缩金属切割油(润滑
剂) 仅供学习参考,请勿侵权
• 聚合物胶乳 从废水中浓缩的胶乳化液 • 脱蜡 分离低烷烃中的蜡 • 脱沥青 重油脱沥青中溶剂回收/循坏 • 蛋白预浓缩 喷雾干燥前的部分脱水
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• 发酵液 从细胞或细胞屑中分离低分子量有机物 /治疗剂
废水纸浆和造纸废水,纺织废水 • 地表水和地下水处理 • 纯水制造
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仅供学习参考,请勿侵权
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小 型 纯 水 装 置
仅供学习参考,请勿侵权
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仅供学习参考,请勿侵权
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2.4 纳滤 (nanofiltration, NF)
2.4.1 纳滤特性
• “低压反渗透”或“低截留分子量超滤”
• 压差:仅~1供M学Pa 习参考,请勿侵权
应的结果分别含有气体和酸碱,一般废弃不用。
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2.7.2 电渗析特性
1. 分离目的:得到不含微小离子的溶液,微小离 子浓缩液,微小离子分级。
2. 截留物仅的尺供寸学与习性质参: 0考.1n,m请- 1勿nm侵同权名离子,
大离子和水 3. 透过膜的物质:微小离子。
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4. 推动力:电位差
5. 传质/选仅择性供机学理习:通过参膜考的,反离请子勿迁移侵权
2. 截留物的尺寸: 0.001- 1mm 3. 透过膜的物质:微小溶质,较小溶质。 4. 推动力: 浓度差
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5. 传质/选择性机理:微孔膜中的筛分,受阻扩散
6. 供料和渗仅透供物学的相习态参: 液考体,请勿侵权
7. 流动形式: 多采用“错流”
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2.5.3 透析/渗析的应用
• 血液渗析
• 制药产仅品供的脱学盐习参考,请勿侵权
• 高岭土仅浓缩供离学心习前粘参土考泥,浆部请分勿脱水侵权
• 水处理 污泥脱水前的浓缩 • 亲合性膜 截留非络合蛋白质中的配位络合物 • 反渗透的预处理 截留胶体硅、细菌
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超滤实验装置 仅供学习参考,请勿侵权
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2.3 反渗透 Reverse osmosis,RO
2.3.1 基本概念
• 渗透(osmosis)现象
焚烧
• 有机/有机混合物的分离:应用开发最少。
PV + 精馏 经济上有竞争能力
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2.9 膜蒸馏
(Membrane distillation, MD)
2.9.1 过程示意与机理
• 利用疏水膜,以蒸气
仅供学习参考,• 请压与差蒸勿为馏侵推相动同权力之处:蒸
膜孔
发—膜孔内传递—冷

• 与蒸馏不同之处:常
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