膜分离技术概论和材料制备过程讲解
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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。
又如氮与氢较易分离，而氮与氧则较难分开， 这是因为氮的相对分子质量为28，氢的相对 分子质量为2，二者相差悬殊，而氧的相对 分子质量为32，与氮很接近的缘故。
分离技术的发展与人类的生产实践密切 相关。伴随着生产力的发展、科学技术的进
步，分离的方法也从简到繁、技术从低级到 高级、工艺从一种方法到多种联用……，不 断地改进、创新，提高质量，降低成本，以
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
Байду номын сангаас
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。
如果所有物质不按比例均可通过， 那就失去了分离的意义了。膜截留分 子的方式有多种，例如，
按分子孔径大小截留， 按不同渗透系数截留， 按电荷截留，
按不同的溶解度截留，等等。
物质透过分离膜的能力可以分为两类：
一种借助外界能量，物质发生由低位向高位 的流动；
另一种是以化学位差为推动力，物质发生由 高位向低位的流动。
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。
1.1 分离技术在人类生产和生 活中的重要作用
地球上的物质，绝大多数是与其他物质混 在一起的(称为混合物)。天然存在的单纯物质 少之又少。生产实践证明，将地球上的各种各 样混合物进行分离和提纯是提高生产和改善生 活水平的一种重要途径。 冶炼术的发明 放射性铀的同位素分离成功 水和空气中微量杂质除去的分离技术 深冷分离技术 蒸馏、吸附、萃取等分离技术
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
(1)根据它们物理性质的不同 (2)根据混合物的不同化学性质
(1)根据它们物理性质的不同
主要是质量、体积大小和几何形态差异， 用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过程 就是根据这一原理将水溶液中孔径大于 50nm的固体杂质去掉的。
图 1—1 各种膜的截留区段
(2)根据混合物的不同化学性质
主要是溶解和扩散
膜分离技术概论
主要章节和学时: 32学时 第1章 导 论 第2章 膜材料和膜制备 第3章 反渗透 第4章 超滤和纳滤 第5章 微滤 第6章 气体膜分离 第7章 其它膜过程 第8章 膜分离过程强化 第9章 21世纪膜分离技术的发展
第1章 导 论
1.1 分离技术在人类生产和生活中的重要作用 1.2 分离和膜分离 1.3 膜分离的基本原理 1.4 膜分离技术的特点 1.5 膜分离技术的发展史 1.6 膜分离的应用及市场 1.7 发展中的膜科学
物质通过分离膜的溶解速度完全取决于被分离 物与膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除 化学性质外还与物质的分子量有关。混合物质 透过的总速度相差愈大，则分离效率愈高，反 之，若总速度相等，则无分离效率可言。
物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的 速度，首先是从膜表面接触的混合物中进入膜 内的速度(称溶解速度)，其次是进入膜内后从 膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之 和为总速度。总速度愈大，透过膜所需的时间 愈短；总速度愈小，透过时间愈久。
的物理或化学性质有所差异。我们就是利用这 些差异将其分开的。性质完全相同的物质称为 元素和化合物，元素和化合物是不能被分离的。 性质愈相近，分离就愈困难，反之亦然。
例如水与油比较容易分开，水与酒精就 不易分开。这是因为水与酒精都具有较 强的极性(分子上都具有羟基)，而油的分 子上只有无极性的C-C键和C-H键。
膜的定义
自然界中存在着这样的物质体系，即在一 种流体相(fluid phase)内或两种流体相之间， 有一薄层凝聚相(condensed phase)物质把流 体相分隔成两部分。这一薄层物质就是所谓的 “薄膜”[或简称膜(membrane)]。
膜可以是固态的或液态的。被膜分隔开的 流体相物质可以是液态的或气态的。膜本身可 以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚 态物质所构成的复合体。
表1-1 主要膜分离过程的推动力
推动力
膜过程
压力差 电位差 浓度差 浓度差(分压差) 浓度差加化学反应
反渗透、超滤、微滤、气体分离 电渗析 透析、控制释放 渗透气化 液膜、膜传感器
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。 膜的厚度在0.5mm以下，否则，就不称为膜。 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。
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。
又如氮与氢较易分离，而氮与氧则较难分开， 这是因为氮的相对分子质量为28，氢的相对 分子质量为2，二者相差悬殊，而氧的相对 分子质量为32，与氮很接近的缘故。
分离技术的发展与人类的生产实践密切 相关。伴随着生产力的发展、科学技术的进
步，分离的方法也从简到繁、技术从低级到 高级、工艺从一种方法到多种联用……，不 断地改进、创新，提高质量，降低成本，以
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
Байду номын сангаас
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。
如果所有物质不按比例均可通过， 那就失去了分离的意义了。膜截留分 子的方式有多种，例如，
按分子孔径大小截留， 按不同渗透系数截留， 按电荷截留，
按不同的溶解度截留，等等。
物质透过分离膜的能力可以分为两类：
一种借助外界能量，物质发生由低位向高位 的流动；
另一种是以化学位差为推动力，物质发生由 高位向低位的流动。
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。
1.1 分离技术在人类生产和生 活中的重要作用
地球上的物质，绝大多数是与其他物质混 在一起的(称为混合物)。天然存在的单纯物质 少之又少。生产实践证明，将地球上的各种各 样混合物进行分离和提纯是提高生产和改善生 活水平的一种重要途径。 冶炼术的发明 放射性铀的同位素分离成功 水和空气中微量杂质除去的分离技术 深冷分离技术 蒸馏、吸附、萃取等分离技术
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
(1)根据它们物理性质的不同 (2)根据混合物的不同化学性质
(1)根据它们物理性质的不同
主要是质量、体积大小和几何形态差异， 用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过程 就是根据这一原理将水溶液中孔径大于 50nm的固体杂质去掉的。
图 1—1 各种膜的截留区段
(2)根据混合物的不同化学性质
主要是溶解和扩散
膜分离技术概论
主要章节和学时: 32学时 第1章 导 论 第2章 膜材料和膜制备 第3章 反渗透 第4章 超滤和纳滤 第5章 微滤 第6章 气体膜分离 第7章 其它膜过程 第8章 膜分离过程强化 第9章 21世纪膜分离技术的发展
第1章 导 论
1.1 分离技术在人类生产和生活中的重要作用 1.2 分离和膜分离 1.3 膜分离的基本原理 1.4 膜分离技术的特点 1.5 膜分离技术的发展史 1.6 膜分离的应用及市场 1.7 发展中的膜科学
物质通过分离膜的溶解速度完全取决于被分离 物与膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除 化学性质外还与物质的分子量有关。混合物质 透过的总速度相差愈大，则分离效率愈高，反 之，若总速度相等，则无分离效率可言。
物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的 速度，首先是从膜表面接触的混合物中进入膜 内的速度(称溶解速度)，其次是进入膜内后从 膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之 和为总速度。总速度愈大，透过膜所需的时间 愈短；总速度愈小，透过时间愈久。
的物理或化学性质有所差异。我们就是利用这 些差异将其分开的。性质完全相同的物质称为 元素和化合物，元素和化合物是不能被分离的。 性质愈相近，分离就愈困难，反之亦然。
例如水与油比较容易分开，水与酒精就 不易分开。这是因为水与酒精都具有较 强的极性(分子上都具有羟基)，而油的分 子上只有无极性的C-C键和C-H键。
膜的定义
自然界中存在着这样的物质体系，即在一 种流体相(fluid phase)内或两种流体相之间， 有一薄层凝聚相(condensed phase)物质把流 体相分隔成两部分。这一薄层物质就是所谓的 “薄膜”[或简称膜(membrane)]。
膜可以是固态的或液态的。被膜分隔开的 流体相物质可以是液态的或气态的。膜本身可 以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚 态物质所构成的复合体。
表1-1 主要膜分离过程的推动力
推动力
膜过程
压力差 电位差 浓度差 浓度差(分压差) 浓度差加化学反应
反渗透、超滤、微滤、气体分离 电渗析 透析、控制释放 渗透气化 液膜、膜传感器
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。 膜的厚度在0.5mm以下，否则，就不称为膜。 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。