膜技术--五种经典的膜分离过程
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第六章膜分离过程详解演示文稿
离子 大分子
颗粒
• 反渗透 0.0001—0.001 μm • 纳滤 0.001 μm以上 • 超滤 0.001---0.02 μm • 微孔过滤 0.02---10 μm • 过滤
第10页，共59页。
原理和适用范围
方法 传质推动力 分离原理
应用举例
微滤 压差（0.05~0.5 MPa） 筛分
除菌，回收菌，分离病毒
的膜分离法，可用于小分子电解质（例如氨基酸、有机酸）
的分离和溶液的脱盐。电渗析操作所用ห้องสมุดไป่ตู้膜材料为离子
交换膜，即在膜表面和孔内共价键合有离子交换基 团，如磺酸基等酸性阳离子交换基和季铵基等碱性 阴离子交换基。键合阳离子交换基的膜称为阳离子交 换膜，键合阴离子交换基的膜称为阴离子交换膜。在电 场的作用下，前者选择性透过阳离子，后者选择性透 过阴离子。
应用领域： 化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品、石油化工等领域。所占百分比：微 滤35.71%, 反渗透13.04%, 超滤19.10%, 电渗析13.03%; 气体分离9.32%; 血 液渗析17.70%; 其他1.71%。
第9页，共59页。
压力过滤的分离范围
• 0.0004---0.02μm ---10 μm ----1000 μm
第39页，共59页。
(a) 螺旋卷式膜组件
膜组件结构示意图
第40页，共59页。
b、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
第27页，共59页。
6.2 膜材料及其特性
6.2.1 膜材料
对膜材料要求:
1. 起过滤作用的有效膜厚度小，超滤和微滤膜的开孔率高，过 滤阻力小；
2. 膜材料惰性，不吸附溶质，从而使膜不易污染，膜孔不易堵 塞；
第三讲膜分离技术.ppt
2）化学稳定性好，能耐酸和弱碱，pH值试 用范围宽。
3）抗微生物能力强，与一般微生物不发生 生化学反应。
29
4）无机膜组件机械强度大。无机膜一般都是以载体 膜的形式应用，而载体都是经过高压和焙烧制成的 微孔陶瓷材料和多孔玻璃等，涂膜后再经过高温焙 烧，使膜非常牢固，不易脱落和破裂。
5）清洁状态好。本身无毒，不会使被分离体系受 到污染。容易再生和清洗。当膜污染被堵塞后、可 以进行反吹及冲洗，也可以在高温下进行化学清洗。
12
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，Du Pont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。反渗透膜开始工业化。
15
迄今为止，膜过程主要应用于以下四个领域：
✓分离纯化（微滤、超滤、纳滤、反渗透、电
渗析、气体分离、渗析等）
✓控制释放（治疗装置、医药和农药释放装置、
人体器官等）
✓膜反应器（化学和生物反应器、生物传感器、
免疫隔离等）
✓能量转换（电池隔膜、燃料电池隔膜、电解
器隔膜、固体聚电解质膜）等
16
膜分离过程研究开发的焦点：
✓仿生膜的基础研究：具有良好的传递性能和分
离效率（仿生物膜）
18
3.1.3 功能膜的分类 1. 按膜的材料分类
从膜材料的来源上，可分为天然膜和合成膜。
3）抗微生物能力强，与一般微生物不发生 生化学反应。
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4）无机膜组件机械强度大。无机膜一般都是以载体 膜的形式应用，而载体都是经过高压和焙烧制成的 微孔陶瓷材料和多孔玻璃等，涂膜后再经过高温焙 烧，使膜非常牢固，不易脱落和破裂。
5）清洁状态好。本身无毒，不会使被分离体系受 到污染。容易再生和清洗。当膜污染被堵塞后、可 以进行反吹及冲洗，也可以在高温下进行化学清洗。
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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，Du Pont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。反渗透膜开始工业化。
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迄今为止，膜过程主要应用于以下四个领域：
✓分离纯化（微滤、超滤、纳滤、反渗透、电
渗析、气体分离、渗析等）
✓控制释放（治疗装置、医药和农药释放装置、
人体器官等）
✓膜反应器（化学和生物反应器、生物传感器、
免疫隔离等）
✓能量转换（电池隔膜、燃料电池隔膜、电解
器隔膜、固体聚电解质膜）等
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膜分离过程研究开发的焦点：
✓仿生膜的基础研究：具有良好的传递性能和分
离效率（仿生物膜）
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3.1.3 功能膜的分类 1. 按膜的材料分类
从膜材料的来源上，可分为天然膜和合成膜。
膜分离过程
优点：可以在高温下应用
缺点：膜很不稳定。
纳滤膜
由于其截留率大于95%的最小分子约为1nm，因 而称之为纳滤膜，这是纳滤 (nanofililtration)名称的 由来。又称粗孔（Loose）反渗透膜。
纳滤膜也可以按复合膜的方法制造。
三、分离机理
（一）、毛细管流动模型
超滤和微滤过程：溶质或悬浮物料按大小不同而分离， 比膜孔小的物质透过膜，大的则被截留。
气体透过：系利用微孔或无孔的膜进行气体分离。膜 的材料可以是高分子膜，也可以是金属膜或玻璃膜，主要 用于合成氨工业中氢的回收等。
反渗透、超滤和微过滤：
是三种互有联系的过程，并没有根本上的区别，三种 膜可用相同的方法制得。它们的孔径范围如图，有一定程 度的重叠。
二、膜的制造
（一）、对膜的要求 1、 较大的透过速度 2、较高的选择性 3、机械强度好、耐热，耐化学试剂 4、不被细菌侵袭，可以高温灭菌 5、价廉。
纳滤膜的其他优点：
操作压力较低，而在相同操作压力下，通量则较高， 因此，这类膜在10年前开始应用逐渐增加。
由于其截留率大于95%的最小分子约为1nm，因而 称之为纳滤膜，这是纳滤 (nanofililtration)名称的由来。
荷电纳米膜
近年来由于分离荷电分子的需要，开发出荷电纳米 膜。
由于Donnan电位，这类膜对荷相同电荷的分子有 较高的截留率。
它能截留分子量为200-1000之间的有机物质，能将 高价离子与低价离子分离（水的软化），操作压力在 1.0-3.0MPa.
四、表征膜性能的参数
表征膜性能的参数有：孔的性质(包括孔径、孔分布 和孔隙度)、截断分子量(MWCO)，水通量、抗压能力， pH适用范围，对热和溶剂的稳定性。
缺点：膜很不稳定。
纳滤膜
由于其截留率大于95%的最小分子约为1nm，因 而称之为纳滤膜，这是纳滤 (nanofililtration)名称的 由来。又称粗孔（Loose）反渗透膜。
纳滤膜也可以按复合膜的方法制造。
三、分离机理
（一）、毛细管流动模型
超滤和微滤过程：溶质或悬浮物料按大小不同而分离， 比膜孔小的物质透过膜，大的则被截留。
气体透过：系利用微孔或无孔的膜进行气体分离。膜 的材料可以是高分子膜，也可以是金属膜或玻璃膜，主要 用于合成氨工业中氢的回收等。
反渗透、超滤和微过滤：
是三种互有联系的过程，并没有根本上的区别，三种 膜可用相同的方法制得。它们的孔径范围如图，有一定程 度的重叠。
二、膜的制造
（一）、对膜的要求 1、 较大的透过速度 2、较高的选择性 3、机械强度好、耐热，耐化学试剂 4、不被细菌侵袭，可以高温灭菌 5、价廉。
纳滤膜的其他优点：
操作压力较低，而在相同操作压力下，通量则较高， 因此，这类膜在10年前开始应用逐渐增加。
由于其截留率大于95%的最小分子约为1nm，因而 称之为纳滤膜，这是纳滤 (nanofililtration)名称的由来。
荷电纳米膜
近年来由于分离荷电分子的需要，开发出荷电纳米 膜。
由于Donnan电位，这类膜对荷相同电荷的分子有 较高的截留率。
它能截留分子量为200-1000之间的有机物质，能将 高价离子与低价离子分离（水的软化），操作压力在 1.0-3.0MPa.
四、表征膜性能的参数
表征膜性能的参数有：孔的性质(包括孔径、孔分布 和孔隙度)、截断分子量(MWCO)，水通量、抗压能力， pH适用范围，对热和溶剂的稳定性。
膜分离技术
膜分离技术及其应用默认分类2008-07-14 11:01:42 阅读215 评论2 字号：大中小订阅1．前言膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组份透过而保留混和物中其他组份，从而达到分离目的的技术。
它具有设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和省能等优点，已作为一种单元操作日益受到人们极大重视。
在其发展过程中，1960年Loeb和Sourirajan制备出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称反渗透膜是膜分离技术发展的一个里程碑，使反渗透技术大规模用于水脱盐成为现实。
自此以后，不仅在膜材料范围上有了极大扩展，而且在制膜技术、组件结构及设备研制方面也取得了重大进展。
这些进展又大大促进了微滤和超滤技术的发展，使整个膜分离技术迅速向工业化应用迈进。
目前，膜分离技术已在电子工业、食品工业、医药工业、环境保护和生物工程等领域中得到广泛应用。
液体中通常含有生物体、可溶性大分子和电解质等复杂物质。
其主要组成及其尺寸大小列于表1。
表1 液体中可能存在的主要成分组份分子量（D）尺寸大小（nm）酵母和真菌103 ~104细菌300~104胶体100~103病毒30~300蛋白质104~106 2~10多糖104~106 2~10酶104~106 2~10抗体300~103 0.6~1.2单糖200~400 0.8~1.0有机酸100~500 0.4~0.8无机离子10~100 0.2~0.4图1是按分离的粒子或分子大小分类的各种分离过程。
由图可知，五种主要的膜分离过程覆盖了一个相当宽范围的粒子大小。
通常沉淀、过滤存在澄清不彻底、劳动量大、时间冗长等缺点；离心、超离心又有投资运行费用高、操作与维修困难等问题。
在分离浓缩步骤中，可用离子交换、蒸发、色谱等手段，但存在处理量、以及有些物质对热与化学环境敏感等问题。
膜分离技术由于具有如下优点而使其能在生物产品分离、提取与纯化过程中发挥作用：（1）处理效率高，设备易于放大；（2）可在室温或低温下操作，适宜于热敏感物质分离浓缩；（3）化学与机械强度最小，减少失活；（4）无相转变，省能；（5）有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的；（6）选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率；（7）系统可密闭循环，防止外来污染；（8）不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。
膜分离工艺
植物提取液常温膜法除杂浓缩系统在植物（中草药）提取过程中，我们大多采用水、乙醇、甲醇为溶剂，将我们需要的组分从植物或中药材原料中提取出来。
由于提取液体积大，同时，里面含有大量的色素、胶体、蛋白、鞣质、植物纤维等杂质，需要在工艺后期通过大孔树脂、立交树脂或萃取工序将杂质去除，通过蒸发浓缩将提取液中的溶剂脱出，得到我们需要组分成品。
以上传统的生产工艺，有着如下的工艺劣势：（1）提取液体积量较大，进行热浓缩工艺过程的时间较长，生产效率低；（2）热浓缩体积较大，蒸汽等消耗量大，能耗高；（3）乙醇提取液热浓缩过程中，对乙醇的损失较大，增加了生产成本；（4）热浓缩过程没有除杂、难以提高产品品质；（5）传统工艺，人工劳动强大，增加了大量的人工成本；膜分离工艺膜分离技术是一种分子级别的过滤，能根据具体要求选择合适的分离孔径级别，达到分离除杂或浓缩脱盐的目的。
其独特的错流过滤方式能有效的防止膜堵塞污染，延长使用寿命，降低运行成本。
植物（中草药）提取液通过预处理去除部分固性杂质，经预处理之后的料液经过超滤膜澄清系统澄清除杂处理，超滤澄清液进入浓缩膜系统，浓缩脱溶剂的过程中，脱掉部分小分子杂质，浓缩液继续后续工艺处理。
如需要提高产品纯度和质量，在膜预处理之后，我们可以通过小分子超滤精确除杂处理，超滤液再进入浓缩系统，进行浓缩处理。
膜工艺流程：提取液→预处理→超滤→小分子超滤→膜浓缩→单效/多效→后续工艺膜工艺优势：（1）提取液经过预处理之后进行超滤，去除溶液中的大分子蛋白、鞣质、淀粉、植物纤维、多糖等，提高提取液的澄清度，有利于保护后续浓缩膜，保证浓缩效果，延长浓缩膜的使用寿命。
（2）小分子超滤能有效除去溶解性的大分子蛋白、多糖、胶质等杂质，提高产品纯度和质量。
超滤膜孔径、材质可选择性范围广，可根据具体产品进行分析和选择。
（3）浓缩膜可以有效的截留指标成分，脱出溶剂，达到浓缩的目的；浓缩出水无色澄清透亮，可以直接提取回用或排放，节约水资源，减轻环保压力。
06-膜分离过程
6.1.2. 膜过程分类
生物分离中最常用-超滤、微滤和反渗透
膜过程分类
粒径
0. 1 1 nm 10
病毒
100
1μ m
10
100
１ mm
小分子
蛋白质
乳胶
细菌 细胞 微粒
超细胶体微粒 反渗透 微滤
超滤
一般过滤
膜分离法与物质大小（直径）的关系
6.1.3. 分离膜
（一）分离膜性能
• ★物化稳定性-膜强度、耐受压力、温度、pH、对 有机溶剂及各种化学药品的耐受性-膜寿命 ★分离透过性-选择性、渗透通量、通量衰减系数 • ①选择性-可用截留率R表示
第六章
膜分离过程
Membrane Separation
膜分离现象普遍存在，膜分离技术应用广泛
1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜 过程在工业上得到应用 30年代 微孔过滤——人造 40年代 渗析 50年代 电渗析 60年代 反渗透（1960年Loeb和Sourirajan） 70年代 超滤 80年代 气体分离 90年代 渗透汽化 现代 EDI技术——电渗析(ED)+离子交换（IE)
膜材料
①透过速度大 ②截留盐的能力强 ③易于制备、来源丰富 ④适合作反渗透膜 ⑤不耐温（30℃） ⑥pH 范围窄，清洗困难 ⑦与氯作用，寿命降低 ⑧微生物侵袭 （1）温度范围广 （2）pH 范围广 （3）耐氯能力强 （4）孔径范围宽 （5) 操作压力低 （6）适合作超滤膜
（三）膜结构
• 对称膜，即膜截面的膜厚 方向上孔道结构或传递特 性均匀，传质阻力大，透 过通量低，容易污染，清 洗困难，微滤膜大多为对 称膜
（二）膜材料
膜材料 应用 特点 截盐能力强，使用温度 反渗透膜 醋酸纤维 和 pH 范围有限 微滤膜和超滤膜 天然高分子 再生纤维 微滤膜和透析膜
第四章膜分离过程原理汇总
4.2 以压力差为推动力的膜分离过程
• 微滤是指大于0.1μm的颗粒或可溶物 被截流的压力驱动型膜过程(MF)
• 超滤是指小于0.1μm大于2nm的颗粒 或可溶物被截流的压力驱动型膜过 程(UF)
• 反渗透是指高压下溶剂逆着其渗透 压而选择性透过的膜过程(RO)
• 纳滤是指小于2nm的颗粒或可溶物被 截流的压力驱动型膜过程(nF)
• 根据原水水质，可经过预过滤以去除大颗 粒防止膜过快堵塞，亦可视情况投加混凝 剂或粉末活性炭，以生产有机物含量低的 水。但在生产高质量水时，通常作为超滤、 反渗透或纳滤的预处理设施。
• 而在生产高纯水时，微滤常作为纯水或超 滤水生产时的末端处理， 以去除剩余在水 中的痕量杂质。
• 目前，市场上的微滤膜多为平板膜折叠式滤芯， 膜材料为聚丙烯(PP)或聚砜(PS)、尼龙等。聚砜 膜的孔径经常为0．45mm、0．2mm或更小，其 孔径分布均匀，水通量大，不易堵塞。而聚丙烯 膜的过滤精度范围广，价格便宜，但精度差。
• 深层过滤：在微滤过程中，膜孔的孔径大于被 滤微粒的粒径，流体中的粒子能进入膜的深层 并被除去。
4.2.4渗透气化与蒸汽渗透
• 1.渗透汽化及蒸汽渗透原理
渗透汽化是指液体混合物在膜两侧压差得作用，利用膜对被分 离混合物中某组分有优先选择性透过膜得特点，使料液侧优 先渗透组分渗透通过膜，在膜得下游侧汽化去除，从而达到 混合物分离提纯得一种新型膜分离技术。
MF
UF
RO
4.2.1 反渗透
渗透是在膜两侧的压力相等的情况下,在浓差作用 下溶剂水分子从低浓度向高浓度透过.
反渗透是利用外压将渗透过程逆转,达到分离物质的
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。
膜技术--五种经典的膜分离过程
2. 用于灌溉的地表水通过电渗析脱盐，使NaCl浓度 从1.2g/L降到200ppm，系统共有100个室，每个 腔室的平均电阻为0.04Ω ，若处理量为10m3/h， 计算所需功率。已知电流效率为92％。
44
28
重
点
微滤、超滤、纳滤、反渗透定义 微滤、超滤、纳滤、反渗透原理 微滤、超滤的主要操作方式（错流和 死端操作） 四种膜的应用范畴（截留分子量） 能举出应用示例
29
思考题：
1. 试比较四种压力驱动型膜过程的特点及应用范畴。 2. 某厂家排出的工业废水，其主要成分为：杂质、悬浮物、 颗粒、大分子物质（分子量大于一万）、一定量的电解质。 要使该废水达标排放，至少需使用那些膜过程？
16
4.基本原理及操作模式 -反渗透
• • 反渗透是最精细的过程，因此又称“高滤” （hyperfiltration），它是利用反渗透膜选择性地只能 透过溶剂而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动 力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液 体混合物进行分离的膜过程, 反渗透过程的操作压差一般 为1.0-10.0Mpa，截留组分为（1-10）*10-10 m 小分子溶 质； • • 水处理是反渗透用的最多的场合，包括水的脱盐、软 化、除菌除杂等，此外其应用也扩展到化工、食品、制药、 造纸工业中某些有机物和无机物的分离等。
2
程
反渗透，纳滤,超滤，微滤，气体分离
压力驱动膜过程回顾
微滤是指大于0.1um的颗粒或可溶物被截 留的压力驱动型膜过程； 超滤是指小于0.1um大于2nm的颗粒或可 溶物被截留的压力驱动型膜过程； 反渗透是指高压下溶剂逆着其渗透压而 选择性透过的膜过程； 纳滤是指小于2nm的颗粒或可溶物被截留 的压力驱动型膜过程。
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重
点
微滤、超滤、纳滤、反渗透定义 微滤、超滤、纳滤、反渗透原理 微滤、超滤的主要操作方式（错流和 死端操作） 四种膜的应用范畴（截留分子量） 能举出应用示例
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思考题：
1. 试比较四种压力驱动型膜过程的特点及应用范畴。 2. 某厂家排出的工业废水，其主要成分为：杂质、悬浮物、 颗粒、大分子物质（分子量大于一万）、一定量的电解质。 要使该废水达标排放，至少需使用那些膜过程？
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4.基本原理及操作模式 -反渗透
• • 反渗透是最精细的过程，因此又称“高滤” （hyperfiltration），它是利用反渗透膜选择性地只能 透过溶剂而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动 力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液 体混合物进行分离的膜过程, 反渗透过程的操作压差一般 为1.0-10.0Mpa，截留组分为（1-10）*10-10 m 小分子溶 质； • • 水处理是反渗透用的最多的场合，包括水的脱盐、软 化、除菌除杂等，此外其应用也扩展到化工、食品、制药、 造纸工业中某些有机物和无机物的分离等。
2
程
反渗透，纳滤,超滤，微滤，气体分离
压力驱动膜过程回顾
微滤是指大于0.1um的颗粒或可溶物被截 留的压力驱动型膜过程； 超滤是指小于0.1um大于2nm的颗粒或可 溶物被截留的压力驱动型膜过程； 反渗透是指高压下溶剂逆着其渗透压而 选择性透过的膜过程； 纳滤是指小于2nm的颗粒或可溶物被截留 的压力驱动型膜过程。
第九章膜分离过程ppt课件
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
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
8
功能膜的分类
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 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。
_ n 2 2
H O H H O HH H O H O H
C H O H 2
10
膜材料特征
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
膜材料特征
（2）主要的非纤维素酯类膜材料
（i）聚砜类 O S 聚砜结构中的特征基团为 O 为了引入亲 水基团，常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用 氯磺酸进行磺化。 聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲酰 胺、二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲 基亚砜等。
14
膜材料特征
聚砜类树脂具有良好的化学、 热学和水解稳定性，强度也很高， pH值适应范围为1～13，最高使用 温度达120℃，抗氧化性和抗氯性都 十分优良。 这类树脂中，目前的代表品种有：
1. 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。
常用的膜分离过程.
二、超滤膜材料和制备
常用的超滤膜材料有醋酸纤维超滤膜、聚砜超滤膜、聚砜酰 胺超滤膜等。
非对称平板膜、管状膜采用溶液浇注法 中空纤维膜采用纺丝法
三、超滤膜设备
超滤膜装置一般由若干超滤组件构成。超滤过程的膜形式包 括管式、板框式、卷简式个字纤维式、薄层流道式以及平行叶片 式。各种膜组件的特征及优缺点见表。
七、微滤膜的应用现状及前景
超滤（UF）
超滤膜属于压力驱动型膜分离过程，它是利用孔径在1～100nm左右的膜， 通过筛分原理分离，选择性透过溶剂和某些小分子溶质的性质，对料液侧施加 压力(操作压差范围大约在0.9MPa～1.0MPa)，使大分子溶质或细微粒子从溶液 中分离出来的过程。超滤是一种机械分离方法，只有小于0.002μm粒子、水、 盐糖和芳香物等能够通过超滤膜，超滤膜空隙尺寸在15~1000埃，过滤粒子尺 寸范围0.002~0.2μm。采用的滤膜较反渗透膜粗，类似盐、糖的溶质能够通过滤 膜，蛋白质等大分子的溶质被隔在膜外，超滤的滤膜分子量吸收限制值在500 至几十万道尔顿，直径大于0.1μm的溶质，如蛋白质、果胶、脂肪及所有微生 物，尤其是酵母菌、霉菌，不能通过超滤膜。
在实际使用中，究竟采用哪种组件形式，要针对膜材料和被处理液的性 能而定。一般来说，当原水含有易产生凝胶的溶质或存在一定量悬浊物时， 采用管式和板式组件为宜。不过，不论采用哪种形式的组件，对待超滤的原 水最好都进行一定的前处理，特别是对一些水质较差、浊度较高的原水，均 需要采取严格的前处理措施。例如加入某些乳化剂以防止沉淀聚结；加入络 合剂把可能形成污染的物质络合起来，防止它们形成沉淀；调节溶液的pH值 使聚电解质处于比较稳定的状态等。
二、微滤分离原理
四、微滤膜制备方法
五、主要的微孔滤膜材料
膜分离PPT
功能
滤去0.1μm以上的颗粒 滤去0.1μm以上的颗粒 滤去0.1μm以上的颗粒 水——溶盐分离 混合气体分离 水——溶盐分离
推动力
压力差~200kPa 压力差1000kPa 压力差0.5~2MPa 压力差1~10MPa 压力差0.1~10MPa 浓度差
膜分离机理
筛分 筛分 溶解扩散 溶解扩散 溶解扩散 溶解扩散筛分
大分子
纳滤
● ● ● ● ●● ■ ■
糖 二价盐 游离酸 单价盐 不游离酸
水
1、微滤和超滤
微滤和超滤都是在静压差的推动力作用下进行的液相分离
过程。
在一定的压力作用下，当含有高分子溶质（A）和低分子溶 质（B）的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶 质（如无机盐）透过膜，成为渗透液被收集；大于膜孔的高分 子溶质（如有机胶体）则被膜截流而作为浓缩液回收。 超滤所用的膜为非对称性膜，表面的孔不规则，不均一， 很难确定孔径，故通常用它能截留的物质的分子量来定义膜孔 的大小。
反渗透膜 P
纯水
盐水
π
纯水 盐水
纯水
盐水
(a)渗透
(b)渗透平衡
(c)反渗透
反渗透原理示意图
0 在一定温度和压力下，设纯水的化学位为 （T , p1） ，则
盐溶液中水的化学位为
（T , p1） 0 (T , p1 ) RT ln a
式中，a为溶液中水的活度，纯水的a=1，而溶液中的 a一般小于1，即 RT ln a 0 ，故 (T , p1 ) 0 (T , p1 )
• 澄清果汁
• 屠宰动物血液成分回收 • 植物蛋白的回收
• 浓缩葡萄糖氧化酶、胰蛋白酶等
• 浓缩以基因工程菌生产的新物质（干扰素、生长激素等）
膜分离过程
(3)溶解 扩散模型 溶解—扩散模型 溶解
在均相的，高选择性的膜（如反渗透膜） 在均相的，高选择性的膜（如反渗透膜）中，溶质和溶 剂都能溶解于均质的非多孔膜表面， 剂都能溶解于均质的非多孔膜表面，然后在化学势推动下扩 散通过膜，再从膜下游解吸。 散通过膜，再从膜下游解吸。 物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数， 物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数，而且还决定 于它在膜中的溶解度。 于它在膜中的溶解度。 溶剂质量通量： 溶剂质量通量：Jl=Al(△p- △p渗) △ Al—溶液渗透系数； 溶液渗透系数 溶液渗透系数； p渗—渗透压。 渗透压。 渗透压
⑤多孔支撑区间：主要对表皮层起支撑作用，而对 多孔支撑区间：主要对表皮层起支撑作用， 渗透物质的流动有一定的阻力。 渗透物质的流动有一定的阻力。 表面区间(Ⅱ ：此区间相似于③中所描述的区间， ⑥ 表面区间 Ⅱ)：此区间相似于③中所描述的区间， 溶质在产品边膜内的浓度与离开膜流入低压边 流体中的浓度几乎相等。 流体中的浓度几乎相等。 ⑦边界层区间(Ⅱ)：此区间与②中区间相似，物质 边界层区间 Ⅱ ：此区间与②中区间相似， 扩散方向与膜垂直。但无浓差极化现象， 扩散方向与膜垂直。但无浓差极化现象，浓度 随流动方向而降低。 随流动方向而降低。 ⑧主流体区间(Ⅱ)：此区间相似于① ，溶质浓度稳 主流体区间 Ⅱ ：此区间相似于① 定，垂直于膜表面的方向无浓度梯度。 垂直于膜表面的方向无浓度梯度。
膜的制造方法
1．相转变法：浇铸液→支持物上捕开 蒸发部分溶剂→凝 相转变法：浇铸液 支持物上捕开→蒸发部分溶剂 凝 支持物上捕开 蒸发部分溶剂 胶形成→热处理(退火) 胶形成 热处理(退火)。 热处理 烧结法： 2．烧结法： 膜材料粉→模具内 严格控制温度和压力 膜材料粉 模具内→严格控制温度和压力 模具内 严格控制温度和压力→ 由 软变熔→ 形成多孔体 形成多孔体→ 机械加工。 机械加工。 软变熔 粒子( 粒子或中子)照射→ 3．核径迹法：厚为5-15µm薄膜→粒子(如a粒子或中子)照射 核径迹法：厚为5 15µ 薄膜 粒子 化学键断裂形成径迹→酸碱液腐蚀 形成孔道。 化学键断裂形成径迹 酸碱液腐蚀→形成孔道。 酸碱液腐蚀 形成孔道 4．拉伸法： 拉伸法： 晶态聚烯烃→在低熔融温度下挤压成膜 晶态聚烯烃 在低熔融温度下挤压成膜→ 延伸 在低熔融温度下挤压成膜 得到高的熔融应力→无张力条件下退火 拉伸 得到高的熔融应力 无张力条件下退火→拉伸。 无张力条件下退火 拉伸。 5．复合膜的制备：是相转变膜的继续发展，制造非常薄的特 复合膜的制备：是相转变膜的继续发展， 征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。 征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。
膜分离过程
其中，K为与孔道结构有关的无 因次常数，S0为孔道比表面积。
从上述两式均可看出，透过通量与压差成正比，与滤液粘度 成反比。这是分析超滤和定孔径大小、高分子溶质不能透过 的亲水膜将含有高分子溶质和其他小分子溶质的溶液(左侧) 与纯水或缓冲液(右侧)分隔，由于膜两侧的溶质浓度不同， 在浓差的作用下，左侧高分子溶液中的小分子溶质(例如无机 盐)透向右侧，右侧中的水透向左侧，这就是透析。图5.3所 示的透析操作中，通常将右侧纯水或缓冲液称为透析液，所 用亲水膜称为透析膜。透析过程中透析膜内无流体流动，溶 质以扩散的形式移动，摩尔透过通量N为
电位差
压差、温 差
电荷、筛分
溶质与膜的亲 和作用
脱盐，氨基酸和有机酸 分离
有机溶剂与水的分离， 共沸物的分离
膜分离法包含着非常丰富的内容，在生物分离领域应用的膜分 离法包括微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration， UF)、反渗透(Reverse osmosis，RO)、透析(Dialysis，DS)、 电渗析(Electrodialysis，ED)和渗透气化(Pervaporation， PV)等，各种膜分离法的原理和应用范围列于上表。
如图5.4所示，阳离子交换膜C和阴离子交换膜A各两张交错 排列，将分离器隔成5个小室
如图两端与膜垂直的方向 加电场，即构成电渗析装 置。以溶液脱盐为目的时， 料液置于脱盐室(1、3、5)， 另两室(2、4)内放入适当 的电解液。在电场的作用 下，电解质发生电泳，由 于离子交换膜的选择性透
过特性，脱盐室的溶液脱盐，而2、4室的盐浓度增大。电渗 析过程也可连续操作，此时料液连续流过脱盐室(1、3、5)， 而低浓度电解液连续流过2、4室。从脱盐室出口得到脱盐的 溶液，从2、4室出口得到浓缩的盐溶液。电渗析在工业上多 用于海水和苦水的淡化以及废水处理。作为生物分离技术， 电渗析可用于氨基酸和有机酸等生物小分子的分离纯化。
从上述两式均可看出，透过通量与压差成正比，与滤液粘度 成反比。这是分析超滤和定孔径大小、高分子溶质不能透过 的亲水膜将含有高分子溶质和其他小分子溶质的溶液(左侧) 与纯水或缓冲液(右侧)分隔，由于膜两侧的溶质浓度不同， 在浓差的作用下，左侧高分子溶液中的小分子溶质(例如无机 盐)透向右侧，右侧中的水透向左侧，这就是透析。图5.3所 示的透析操作中，通常将右侧纯水或缓冲液称为透析液，所 用亲水膜称为透析膜。透析过程中透析膜内无流体流动，溶 质以扩散的形式移动，摩尔透过通量N为
电位差
压差、温 差
电荷、筛分
溶质与膜的亲 和作用
脱盐，氨基酸和有机酸 分离
有机溶剂与水的分离， 共沸物的分离
膜分离法包含着非常丰富的内容，在生物分离领域应用的膜分 离法包括微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration， UF)、反渗透(Reverse osmosis，RO)、透析(Dialysis，DS)、 电渗析(Electrodialysis，ED)和渗透气化(Pervaporation， PV)等，各种膜分离法的原理和应用范围列于上表。
如图5.4所示，阳离子交换膜C和阴离子交换膜A各两张交错 排列，将分离器隔成5个小室
如图两端与膜垂直的方向 加电场，即构成电渗析装 置。以溶液脱盐为目的时， 料液置于脱盐室(1、3、5)， 另两室(2、4)内放入适当 的电解液。在电场的作用 下，电解质发生电泳，由 于离子交换膜的选择性透
过特性，脱盐室的溶液脱盐，而2、4室的盐浓度增大。电渗 析过程也可连续操作，此时料液连续流过脱盐室(1、3、5)， 而低浓度电解液连续流过2、4室。从脱盐室出口得到脱盐的 溶液，从2、4室出口得到浓缩的盐溶液。电渗析在工业上多 用于海水和苦水的淡化以及废水处理。作为生物分离技术， 电渗析可用于氨基酸和有机酸等生物小分子的分离纯化。
膜分离过程
膜分离过程 (membrane separation)
减缓措施
一是提高料液的流速，控制料液的流 动状态，使其处于紊流状态，让膜面处的 液体与主流更好地混合； 二是对膜面不断地进行清洗，消除已 形成的凝胶层。
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zhangru2002@
膜分离过程 (membrane separation) 3 纳滤
2e separation)
30年代 年代 40年代 年代 50年代 年代 60年代 年代 微孔过滤 渗析 电渗析 反渗透
70年代 超滤 年代 80年代 气体分离 年代 90年代 渗透汽化 年代 EDI技术 电去离子 ) 技术(电去离子 现代 技术
浓度梯度
除去小分子有机物或无机离子，奶制品脱盐， 小分子有机物和无机离子的去 除去小分子有机物或无机离子，奶制品脱盐，蛋白 质溶液脱盐等 除 离子脱除、 离子脱除、氨基酸分离 小分子有机物与水的分离 10 苦咸水、海水淡化，纯水制备，锅炉给水， 苦咸水、海水淡化，纯水制备，锅炉给水，生产工 艺用水 醇与水分离，乙酸与水分离，有机溶剂脱水， 醇与水分离，乙酸与水分离，有机溶剂脱水，有机 液体混合物分离（ 液体混合物分离（如脂烃与芳烃的分离等
8
zhangru2002@
膜分离过程 (membrane separation)
各种膜分离范围
膜过程
粒子过滤 微滤 超滤 纳滤 反渗透 渗透蒸发
分离机理 体积大小 体积大小 体积大小 溶解扩散 溶解扩散 溶解扩散
分离对象
孔径/nm
固体粒子
0.05~10μm的固体粒子
＞10000
50~10000
电渗析 离子交换膜 渗透蒸 致密膜或复合膜 发
电位差 浓度梯度
zhangru2002@
常用的膜分离过程
常用的膜分离过程常用的膜分离过程 - 微滤微滤膜过滤技术，使过滤从一般比较粗糙的相对性质，过渡到精密的绝对性质。
它可以分为表面型和深层型两类。
我国的微滤膜技术的研制和生产起步较晚，70年代以前我国几乎没有专业的人员在从事这方面的研究。
在十几年的发展之后，我国在这方面取得了显著的成绩。
微滤膜、微滤组件单元及其相应的配套设备，在质量、品种、规格等方面可达到国际先进水平。
微滤的总销售额比所有其他膜过程之和还要大，年销售额目前已达到15亿美圆。
特别是通过国家“七五”和“八五”重大科技项目攻关后，使我国微滤膜及其配套部件又有了新的长足的发展。
◎微孔滤膜应用范围鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。
具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。
常用的膜分离过程 - 超滤◎超滤膜发展概述超滤膜是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，它利用的是筛分原理分离，对有机物截留分子量从10000～100000 Dalton可选，适用于大分子物质与小分子物质分离、浓缩和纯化过程。
最早使用超滤膜的是天然动物脏器薄膜。
历史上1861，1867，1907，1960，1963，1965，都是超滤膜技术取得进展的年份。
我国在超滤技术上的应用，最先是研制出来管式超滤膜及组件。
根据资料显示，1990年世界膜市场中超滤及相关装置的年销售额已达3.54亿美圆。
随着膜工业的快速发展，膜工业中超滤这一分支，也必将显示出它的应用前景。
◎超滤的应用早期的工业超滤应用于废水和污水处理。
三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域常用的膜分离过程 - 纳滤◎纳滤的发展概述20世纪80年代末，随着新的制膜方法（如界面聚合法）的出现和制膜工艺的不断改进，一批新型复合膜（如疏松型反渗透膜和致密型超滤膜）得以问世，并受到极大的关注，现在人们习惯上将这类膜称为纳滤膜。
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17
渗透
渗透过程 :
溶液会升高至此点, 以达到压力平衡
rh
渗透膜
浓溶液
稀溶液
正常的渗透的过程是水由较稀溶液通过渗透膜流向较浓溶液
18
反渗透
- 反渗透过程是利用外来压力将水分子从较浓溶液经 过反渗透膜压迫流向较稀溶液. - 由此可利用反渗透原理,达到分离溶液内成分的目 的.例如:将水和溶解物质的分离.
15
分离原理
• • 与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量，对不同价 态的离子存在Donnan效应；与反渗透膜相比，纳滤膜又不 是完全无孔的，因此其分离机理在存在共性的同时，也存 在差别。其对大分子的分离机理与超滤相似，但对无机盐 的分离行为不仅由化学势梯度控制（溶解扩散原理），也 受电势梯度的影响，即纳滤膜的分离行为与其荷电特性、 溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系，在现存的文 献报导中，关于纳滤膜的分离机理模型有空间位阻－孔道 模型、溶解扩散模型、空间电荷模型、固定电荷模型、静 电排斥和立体位阻模型、Donnan平衡模型等等。
3
4
5
1基本原理及操作模式 -微滤
• 微滤又称微孔过滤，利用膜的"筛分"作用进行分离的 膜过程。在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过 膜，大于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上，使大小 不同的粒子得以分离，其作用相当于过滤，由于微孔 滤膜孔径相对较大，空隙率高，因而阻力小、过滤速 度快，实际操作压力也较低（1-2 atm）。 • 微滤主要从气相和液相物质中截留微米及亚微米的细 小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红血球、污 染物等以达到净化、分离和浓缩的目的。 • 尽管普遍认为微滤的分离机理是类似于"筛分"，但这 种"筛分"过程中，微滤膜的结构起着决定性的作用， 膜的结构不同，截留机理也有较大差异。
外 来 压 力
反渗透膜
浓溶液
稀溶液
19
分离机理
• • 反渗透的分离机理与其他压力驱动膜过程有所不同， 分 离行为除与孔的大小有关外，极大程度地取决于透 过组分 在膜中的溶解、吸附和扩散，因此与膜的化学、物理性质 以及透过组分与膜之间的相互作用有密切关系，因此该过 程的理论模型研究较多，至少可以归纳以下几个方面： • • 现象学（非可逆热力学）模型：如Kedem-Katchasky模 型、Spiegler-Kedem 模型和带电离子迁移模型等； • • 溶解－扩散模型和不完全溶解－扩散模型； • • 优先吸附－毛细孔流动模型； • • 摩擦模型； • • 孔道扩散模型等。
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2.基本原理及操作模式 -超滤
• 原理：超滤同微滤类似，也是利用膜的“筛分”作用进行分离 的膜 过程。在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过膜，大 于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上，使大小不同的粒子得以 分离，不过其过滤精度更高，因而膜孔更小，实际的操作压力 也比微滤略高，一般为0.1－0.5Mpa。 • 对象：超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物（蛋白质， 核酸聚合物，淀粉，天然胶，酶等）、胶体分散液（黏土，颜 料，矿物料，乳液粒子，微生物）以及乳液（润滑脂，洗涤剂， 油水乳液）。采用先与适合的大分子结合的方法也可以从水溶 液中分离金属离子、可溶型溶质和高分子物质（如蛋白质、酶、 病毒），以达到净化、浓缩的目的。 • 超滤膜一般为非对称膜，由一层极薄（通常为0.1－1um）具有 一定孔径的表皮层和一层较厚（通常为125um）具有海绵状或 指状结构的多孔层组成，前者起筛分作用，后者其支撑作用。
16
4.基本原理及操作模式 -反渗透
• • 反渗透是最精细的过程，因此又称“高滤” （hyperfiltration），它是利用反渗透膜选择性地只能 透过溶剂而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动 力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液 体混合物进行分离的膜过程, 反渗透过程的操作压差一般 为1.0-10.0Mpa，截留组分为（1-10）*10-10 m 小分子溶 质； • • 水处理是反渗透用的最多的场合，包括水的脱盐、软 化、除菌除杂等，此外其应用也扩展到化工、食品、制药、 造纸工业中某些有机物和无机物的分离等。
按照"级"和"段"的概念，反渗透的操作模式有多种。
22
一级一段连续式
一级一段连续式：经过膜组件的透过水和浓缩液被连 续引出系统，该方式水的回收率不高，实际工业中较 少采用。
23
一级一段循环式
•
一级一段循环式：经过膜组件的浓缩液部分返回进料 槽与 原有的料液混合再通过组件进行分离，由于浓缩 液中溶质 浓度比进料液高，透过水的水质有所下降
26
并联、串联方式连接
• 为了达到给定的回收率，同时保证水在系统内的每个组件处于相 同的流动状态以减少浓差极化而把膜组件排列成锥形的多段结构， 其中断内组件以并联方式连接，段间组件以串联方式连接。
27
多级多段循环式
• 多级多段循环式流程如图 所示，它是将第一级的透 过水作为下一级的进料液 再次进行反渗透分离，如 此延续，将最后一级的透 过水引出系统；而浓缩液 后一级向前一级返回与前 一级的进料液进行混合后 再进行分离，这种方式即 提高了水的回收率，又提 高了透过水的水质，但泵 的能耗加大，对某些过程 如海水淡化由于前一级操 作压力很高，因此在技术 上有很高的要求。不过如 果采用多级循环式操作， 可以降低操作压力，同时 对膜的脱盐性能要求也较 低，有较高的实用价值。
13
分离机理
• • 一般认为超滤过程的分离机理为筛孔分离过程，但膜表 面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素，即超滤过程 中溶质的截留包括在膜表面上的机械截留（筛分）、在膜 孔 中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附 三种方 式。 • • 超滤的操作模式和微滤类似，基本上是死端过滤和错流 过滤两种，但由于超滤的功能与微滤 有所不同，微滤多 数是除杂，产物是过滤液； 而超滤着重是分离，产物既 可是渗透液，也可是截留液或者二者兼而有之，因此在这 两种基 本模式的基础上又发展了多种模式。
一对正、负电极之间的膜堆称为一级
一级一段 两级一段
一级两段
两级两段
具有同一水流方向的并联膜堆称为一段 34
35
36
37
38
双极膜
39
40
41
42
重
点
离子交换膜基本特性 电渗析原理及应用 双极膜的结构、水解离机理及应用
43
作业：
1. 双极膜电渗析与普通电渗析有什么差别和联系？
2
程
反渗透，纳滤,超滤，微滤，气体分离
压力驱动膜过程回顾
微滤是指大于0.1um的颗粒或可溶物被截 留的压力驱动型膜过程； 超滤是指小于0.1um大于2nm的颗粒或可 溶物被截留的压力驱动型膜过程； 反渗透是指高压下溶剂逆着其渗透压而 选择性透过的膜过程； 纳滤是指小于2nm的颗粒或可溶物被截留 的压力驱动型膜过程。
24
一级多段连续式
• 一级多段连续式:适合大处理量的场合，能得到高的水回收率。图 中是最简单的一级多段连续式，它把第一段的浓缩液作为第二段 的进料液，再把第二段的浓缩 液作为下一段的进料液，而各段的 透过水连续排出， 这种方式浓缩液的量少，浓缩液中溶质浓度较 高。
25
一级多段循环式
• • 一级多段循环式:这种方式能获得高浓度的浓缩液。它把第二 段的透过液重新返回第一段作进料液，再进行分离。这是因为第 二段的进料液浓度较第一段高，因而第二段的透过水质较第一段 差，浓缩液经多段分离后，浓度得到很大提高，因此该模式适用 于以浓缩为重要目的的分离。
20
反渗透示意图
给水
H2O H2O H2O
Na
+
SO4
H2O Ca
++ ++ Mg
Fe
++
HCO3
H2O H2O
Cl
H2O
H2O
浓水
H2O H2O
膜
产水
21
操作模式：
反渗透的操作模式与上述其他膜分离过程类似，但由于反 渗透膜多为卷式或中空行为结构，通常以单元组件（膜胞） 形式，因此实际应用时为了达到设计所要求的处理能力和分 离效果，需进行多个膜胞的串联或并联，为此引出了“段” 和“级”的概念。所谓“段”，指膜组件的浓缩液不经过泵 而流到下一组件进行处理，流经n组膜组件称为n段；所谓“ 级”，指膜组件的透过液（产品水）再经过泵到下一组件进 行处理，透过液经n 次膜组件处理称为n级。
膜技术应用
五种经典的膜分离技术
1
膜分离过程的推动力有两类：
①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动； ②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。
一些主要的膜分离过程的推动力
推 动 压力差 电位差 浓度差 浓度差（分压差） 浓度差加化学反应 力 膜 过 电渗析 扩散渗析、控制释放 渗透气化 液膜，膜传感器
3. 乳清是奶酪生产中的副产品，其中含有6%的固态溶解物， 其中主要组分为乳糖、蛋白和盐，试设计一套组合流程， 以便回收不同的组分。
4. 在膜分离过程的工艺设计中，有“级”、“段”的概念， 请解释并绘制出一级四段连续式工艺设计图。
30
电位差——离子交换膜与电渗析
31
32
电渗析的基本过程
33
电渗析器的级与段
14
3.基本原理及操作模式 -纳滤
• • 纳滤 (Nanofiltration)是一种介于反渗透和超滤之 间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米 左右。与其他压力驱动型膜分离过程相比，出现较晚。它 的出现可 追溯到70年代 J.E. Cadotte的ＮＳ-3 0 0 膜的研究，之后， 纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，但 与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又被称作“低 压反渗透”或“疏松反渗 透”。 • • 与超滤或反渗透相比，纳滤过程对单价离子和分子量 低于 200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子 量介 于200～500之间的有机物有较高脱除率，基于这一 特性， 纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分 子质量在 百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗 生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、 脱色和 去异味等。