膜分离复习题答案

一．什么是膜分离，膜材料为什么具有选择透过性？
膜分离：借助膜的选择渗透作用，对混合物中的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯和富集的方法。

膜材料具有选择透过性的原因：
1.膜中分布有微细孔穴，不同孔穴有选择渗透性。

2.膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附，排斥产生选择渗透性。

3.被分离物在膜中的溶解，扩散作用产生选择渗透性。

二．膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点。

膜分离设备类型主要结构优缺点
板框式由导流板、膜和多孔支撑板
交替重叠组成。

优点：膜的组装方便、清洗更换容易，不易堵塞。

缺点：对密封要求高、结构不紧凑。

卷式膜器将膜，支撑材料，膜间隔材
料依次叠好，围绕一中心管
卷紧即成一个膜组优点：结构紧凑、单位体积膜面积很大、透水量大、设备，费用低；
缺点：浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难。

管式膜器由管式膜组装而成，膜器与
列管式换热器结构类似。

根据膜的位置分为内压式和
外压式，外压式需耐高压的
外壳，应用较少。

优点：能有效地控制浓差极化，流动状态好，能大范围的调节料液的流速。

膜生成污垢后容易清洗，对料液预处理的要求不高并可处理含悬浮固体的料液。

缺点：投资与运营费用较高，单位体积内膜的面积较低。

中空纤维膜器由数百上万根中空纤维膜固
定在圆形容器内形成优点：设备紧凑、单位体积的膜表面积大，不需要支撑材料
缺点：中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，对料液的预处理要求高。

三．电渗析工作原理。

在直流电场作用下，溶液中的离子选择性地通过离子交换膜的过程。

利用直流电场的作用使溶液中阴阳离子定向迁移以及阴阳离子交换膜对溶液中离子的选择透过性（即阳膜具有选择透过阴离子而阻挡阳离子），使原水在通过电渗析器时，一部分水被淡化，另一部分则被浓缩，从而达到分离溶质、溶剂的目的。

四．膜污染产生的原因，减小膜污染控制方法以及膜的清洗。

膜污染产生的原因：
1.膜表面的沉积，膜孔内的阻塞，这与膜孔结构、膜表面的粗糙度、溶质的尺寸和形状等有关。

2.膜表面和膜孔内的吸附，这与膜表面的电荷性、亲水性、吸附活性点及溶质的荷电性、亲水性、溶解度等有关。

3.微生物在膜运行过程或停运中的繁殖和积累造成
控制方法：
1.进料液的预处理：预过滤，PH，溶液中盐浓度，溶液浓度，离子强度的处理。

2.选择合适的膜材料（膜孔径或截留分子量的选择，膜结构的选择）以减轻膜的吸附。

3.改善操作条件：加大流速，温度，压力与料液流速，溶液与膜接触时间的改善。

清洗方法：
1.物理清洗：等压清洗、反洗、气水双洗、海棉球擦洗。

2.化学清洗：碱、酸、酶、络合剂、表面活性剂。

3.电清洗。

4.其它方法-电场过滤、脉冲电解清洗、电渗透清洗等。

五．制备无机膜常用方法。

固态离子烧结法、溶胶—凝胶法﹑薄膜沉淀法﹑阳极氧化法﹑水热法﹑分相法﹑热分解法﹑CVD法﹑悬浮粒子法﹑浸浆法。

六．膜集成技术对海水淡化的示意图，每一操作单元所引起的作用。

海水→预处理→微滤超滤→反渗透膜→杀菌消毒→淡水
预处理过滤，软化，杀菌，防氧化
微滤超滤去除有机物，降低浊度
反渗透去离子
七．分置式和一体式膜生物反应器的工作原理和优缺点。

类型优点缺点
分置式 1.膜组件与生物反应器之间
相互影响小
2.单位面积膜的水通量大.
3.运行稳定可靠，操作管理方
便
4.易于膜的清洗，更换和增设1.为了减少污染物在膜表面的沉积，一般需要用循环泵提供较高的膜面错流速度，致使水流循环量加大，动力消耗和运行费用增加
2.泵的回流产生的剪切力也可能影响到微生物的催化活性
一体式省去了混合液循环系统，并且
靠抽吸出水，能耗相对较低，
每吨出水的动力消耗约是分
置式的1/10，结构紧凑膜通量相对较低，容易发生膜污染，不容易清洗和更换膜组件
八．浸没沉淀技术制备高分子中空纤维膜的过程，多孔膜的骨架和孔是怎么形成的?
膜孔结构：由分相过程决定。

当铸膜液浸入凝固浴后，溶剂和非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，此时铸膜液变成热力学不稳定体系，于是导致铸膜液发生相分离。

膜的骨架：由相转化过程决定。

制膜液体系分相后，溶剂/非溶剂进一步交换，发生了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

九．瞬时分相和延迟分相？可形成什么样的孔结构?
瞬时分相：制膜液浸没凝胶浴后迅速分相成膜。

得到相对多孔的膜表层—形成多孔膜—如微滤(MF)和超滤(UF膜)。

延时分相：制膜液浸入凝胶浴中一定时间后才分相成膜。

延时分相—得到致密和较厚的膜表层—形成具有致密表层和多孔底层的聚合物膜(如气体分离(GS)和渗透汽化(PV)膜。

十．MF（微滤），UF(超滤），NF(纳滤），RO(反渗透)，气体分离，渗透汽化等膜过程常用的材料？应用领域？
类型所用材料应用领域
MF 有机材料如纤维素酯类（硝
酸纤维素、醋酸纤维素、再生
纤维素），聚丙烯、聚偏氟乙
烯、
陶瓷（氧化铝、氧化锆）、金
属（不锈钢、钨、钼）、微孔
玻璃和碳化硅分析，消毒（食品，药剂），超纯水（半导体），净化（饮料），细胞捕获和膜反应器（生物技术），血浆除去法（医药），水处理
UF 聚合物如聚砜，聚丙烯晴、
聚氯乙烯共聚物
多孔金属（Ag、Ni、Ti、不
锈钢等）
多孔陶瓷（氧化铝、二氧化硅、
氧化锆、二氧化钛等）乳品（干酪，牛奶，乳清的制造）
食品（土豆，淀粉，蛋白）冶金（油水乳液，电泳漆回收）纺织（靛青），制药（酶，抗菌素等）
汽车（电泳漆），水处理
NF 芳香族聚酰胺，聚芳酯，聚哌
嗪酰胺半碱水脱盐，微污染物脱除，水软化和废水治理，染料截留（纺织工业）
RO 三醋酸纤维素，芳香族聚酰
胺，聚酰胺，聚醚脲（界面聚
合）苦咸水、海水脱盐
电子行业超纯水制备
食品行业果汁、糖类和牛奶浓缩
气体分离聚酰亚胺，含硅聚合物，氢气的分离回收，水蒸气的脱
除，空气分离(氮/氧分离)，
CO2分离，有机蒸气分离，
He的回收
渗透汽化含亲水性基团的聚合物。

极性
低、表面能低、溶解度参数小
的聚合物，如硅橡胶、含氟聚
合物、纤维素衍生物和聚苯醚
等。

有机溶剂脱水，水中脱除或回收有机物，有机混合物分离
十一．计算题—通量，截留率的计算。

通量：在一定操作条件下，单位时间通过单位面积膜的体积流量V
J a
A
/(t
*
)
V：透过组分的体积或质量，m³/kg
A：膜有效面积，㎡
t：操作时间，h
选择性：将混合物总的组分分离开来的能力。

液体分离的选择性常用截留率表示：
R＝1－Cp/Cf
Cf：原料中溶质浓度，kg/m³
Cp：渗透物中溶质浓度，kg/m³
Ra=1-Cp/Cb
Cb：原料液浓度，mg/L
Cp：渗透液浓度，mg/L。