第八章膜分离技术
膜分离介绍
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膜分离过程的 现状与发展趋势[2]
如图：
各种膜及装置的 销售状况分为价 格趋于稳定的低 速增长区和使用 趋于可靠的高速 增长区。
研究状况分为基 础研究、过程开 发和过程优化。
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8.1 概述
膜分离单元操作的目的与原理
目的：分离流体混合物 基本原理：固体膜对混合物各组分的选择性渗透。 推动力：—压力差
膜蒸馏是在常压和低于溶液沸点的温 度下进行的。 膜蒸馏所用膜必须是疏水性微孔膜， 如聚四氟乙烯
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膜蒸馏的优点
①截留率高(若膜不被润湿，可达100 ％)；
②操作温度比传统的蒸馏操作低得多， 可有效利用低热、工业废水余热等廉 价能源，降低能耗；
③操作压力较其它膜分离低；
④能够处理反渗透等不能处理的高浓 度废水。
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渗透汽化传质机理
渗透汽化与其它膜分离的最 大不同是它在渗透过程中发 生由液相到气相的相变化。 它的分离机制分三步：溶解扩散模型 1）被分离的液相物质在膜 表面被选择性地吸附并溶解； 2）以扩散形式在膜内渗透； 3）在膜的另一侧变成气相 脱附。
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7、膜蒸馏[3]
膜精馏是膜分离与蒸发结合的分离 过程；是以疏水性微孔膜两侧蒸汽 压差为传质推动力的膜分离过程。
20c60s，Loeb和Saurirajan研制成功第一张非对 称醋酸纤维素反渗透膜，海水淡化成为现实；
20c60~80s开发的超滤、气体分离等也进入工业 应用；
20c80~90s建成无水酒精渗透汽化装置，现已大 规模用于有机物的脱水；
20c90s以来，被称为膜接触器的膜萃取、膜吸
膜分离技术的原理及优点
膜分离技术的原理及优点1、膜分离的概念即是以天然或人工合成的高分子薄膜为介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯和浓缩的方法称之为膜分离法。
膜分离可用于液相和气相。
对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。
2、膜分离的基本原理膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。
有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。
3、膜分离技术的优点（1）在常温下进行：有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩；（2）无相态变化：保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的31—81； （3）无化学变化：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染；（4）选择性好：可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能；（5）适应性强：处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化；（6）能耗低：只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩闹局世或冷冻浓缩的31—81。
4、膜分离技术的缺点（1）膜技术虽然浓缩成本低，但不能将产品浓缩成干物质；（2）膜技术虽然具有选择过滤性，但是同分异构体就无法实现分离。
5、膜分离技术的应用领域膜分离技术，是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。
第八章膜分离1
不对称膜的截面结构示意图
膜的孔道特性 膜的孔道特性包括孔径、孔径分布和孔隙率。
可由电子显微镜直接观察测定。
也可通过泡点法(bubble point method)测量： 在膜表面覆盖一层水，用水湿润膜孔，从下面通 入空气，当压力升高到有稳定气泡冒出时称为泡 点，此时的压力称为泡点压力。
7.1.2 分离膜和膜组件
分离膜
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； 3. 适用的pH和温度范围广，耐高温灭菌，耐酸 碱清洗剂，稳定性高，使用寿命长； 4. 容易通过清洗恢复透过性能； 5. 满足实现分离目的的各种要求，如对菌体细胞 的截留，对大分子的通透性或截留作用。
基于空气压力克服表面张力将水从膜毛细管中 推出的动量平衡，可得到计算最大孔径的公式。
dmax
4cos
pb
dmax——最大孔径； σ——水的表面张力；
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θ——水与膜面的接触角度；
рb——泡点压力。
因为亲水膜可被水完全润湿，故亲水膜的
θ≈0， cosθ≈1，所以
d max
4
pb
σ——水的表面张力；
рb——泡点压力。
原理和适用范围
7.2微 滤、超滤和纳滤
MF、UF、NF和RO的共同特点是以静压差为推动力而 达到分离目的。它们的区别是分离精度不同，因而 压差也不同。
3）无机材料
主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。
陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要 利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结 而成。陶瓷材料的特点是机械强度高，耐高温、 耐化学试剂和耐有机溶剂。缺点是不易加工，造 价较高。
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种重要的分离技术，通过膜将混合物中不同分子大小、形状、电荷和极性等特性的物质分离出来。
它广泛应用于各种领域，如环境保护、医药制造、食品加工、化学工业和电子行业等。
本文将介绍膜分离技术的工作原理、分类和应用，并探讨其未来的发展前景。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术利用膜作为分离介质，将混合物分离成两个或更多的组分，其中其中至少有一种组分通过膜而另一种组分不直接通过。
根据膜分离的机制可以分为以下三种类型：1、压力驱动膜分离技术压力驱动膜分离技术是指通过施加压力将混合物推动到膜上，以实现分离的技术。
膜的孔径大小、膜的材质和压力差均会影响分离效果。
该技术主要包括超滤、逆渗透和微滤等。
超滤是指利用孔径大小在10-100纳米的超滤膜去除溶液中的高分子物质。
逆渗透是利用高压驱动水通过0.1纳米左右的逆渗透膜，将混合物中的水增量分离出来，这是制取纯水的主要技术之一。
微滤是利用孔径在0.1-10微米的微滤膜去除悬浮物、细菌和微生物等。
2、电力驱动膜分离技术电力驱动膜分离技术是利用电场将混合物推动到膜上，实现分离的技术。
例如电渗析技术是利用电场和离子之间的电荷作用，将含有离子的溶液通过电场驱动到离子交换膜中，使得原来溶液中的阴离子和阳离子在两侧集中，最终通过两个极板分别收集。
3、扩散驱动膜分离技术扩散驱动膜分离技术是指利用分子间的扩散速率的大小差异，将混合物中的混合物分离的技术。
例如气体分离、液体浓缩和溶液析出等。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和分离机制的不同，可以将膜分离技术分为以下几种类型：1、纳滤技术纳滤技术是利用孔径在10-100纳米的纳滤膜，将分子大小在10-100纳米之间的物质分离出来。
纳滤技术主要应用于制备高分子材料、微电子器件制造和水处理等领域中。
2、超滤技术超滤技术是利用孔径在0.01-0.1微米之间的超滤膜，将分子大小在1000道100万道之间的物质分离出来。
超滤技术主要应用于蛋白质提取、水处理、生物制品制备和废水处理等领域中。
第八章膜分离案例
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• 膜溶剂： • 成膜的基体物质、一般为水或有机溶剂。
表面活性剂：降低液膜的表面张力，对液膜 的稳定性、渗透速度、分离效率和膜的重复使 用有直接影响。
流动载体：选择性迁移指定溶质或离子，常 为某种萃取剂。
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液膜分离的优点
（１）分离过程中没有相变化，他不需要使液体 沸腾，也不需要使气体液化。因而是一种低能 耗，低成本的分离技术。
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在一定的温度压力下，纯水的化学位为
m0 (T , P1 )
而盐水的化学为 m(T ,=P1 ) m+(0TR, PT1 )lna
纯水的活度为1，而溶液中水的活度一般小于1，
∴RTlna＜0
∴
m ＜ (T ,P1 )
m0 (T , P1 )
Hale Waihona Puke 纯水的化学位大于溶液中水的化学位，所以
引起纯水向溶液方向渗透，并不断增加溶液侧的压力。
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通量衰减系数：由于过程的浓差极化、膜的压 密以及膜孔堵塞等原因，膜的渗透通量随时 间衰减，可用下式表示： Jθ=Joθm
Jo—初始时间的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； θ—使用时间，h(s)； Jθ—时间θ时的渗透通量，[kg/ m2.h(s)]； M—衰减系数。
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11.4 膜组件
③ 工业废水的处理；
（２）元素的分离，富集；
（３）金属，物质的分离，回收；
（４）气体分离；
（５）其他方面；
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液膜分离装置
• （１）乳化液膜分离 • ①制备乳液 • ②液膜萃取 • ③破乳 • （２）隔膜含浸型液膜
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• 乳化液膜和支撑 液膜 分离机理：
膜分离技术
膜分离技术第一篇：膜分离技术是一种用膜作为过滤介质，通过不同物质在膜上的传递速度差异将混合物分离的技术。
膜分离技术可广泛应用于制药、食品、环保等领域，具有高效、节能、清洁等优点。
膜分离技术根据不同分离机理，可分为压力驱动型、电动驱动型和阴离子交换型等多种分类。
其中，压力驱动型是最为常见的一种，通过给混合物施加一定压力，使其在膜上分离。
这种方法操作简单、适用范围广，但难以完全分离出相似性质的物质。
在膜分离过程中，最重要的是选择合适的膜材料。
目前市场上常用的膜材料有聚丙烯、聚酰胺、聚醚硫醚等。
不同材料的选择与分离物种、操作条件等因素有关。
此外，膜的形态也有多种，包括螺旋膜、中空纤维膜等，再根据不同领域的需求进行不同选择。
膜分离技术在制药领域可用于纯化、分离、浓缩、去除杂质等。
例如，在中药提取中，可用膜分离技术将提取液中的色素、腐植酸等杂质去除，提高纯度和品质。
在食品领域，膜分离技术可用于果汁浓缩、葡萄酒酒精浓缩等。
在环保领域，膜分离技术可用于废水处理中的COD、BOD、氨氮等物质的去除。
随着技术的不断发展，膜分离技术也在不断完善和推广，未来将会更广泛地应用于各个领域，实现更高效、清洁的生产方式。
第二篇：膜分离技术是一种较为新兴的分离技术，具有高效、节能、环保等优点。
在实际应用中，膜分离技术的性能与膜本身的材质有很大关系，因此选择合适的膜材料对膜分离技术的运用是至关重要的。
目前市场上常用的膜材料有聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯等多种。
其中，聚酰胺膜的选择是最为广泛的，具有较高的通量、分离效率和耐化学性。
聚醚硫醚膜与聚环氧腈膜也属于高性能膜，适用于一些对材料性能有较高要求的领域。
对于具体的分离要求，不同的膜材料有不同的优势。
例如，聚酰胺膜适用于中分子量的有机物和IEDED类水溶性物质的分离；聚乙烯膜适用于气体分离、有机物质分离等；聚偏氟乙烯膜适用于对PH值和温度有较高要求的分离领域等。
在选择膜材料时，应结合具体的分离条件和工艺要求进行。
《膜分离技术》课件
控制运行参数
根据实际运行情况，调整压力、流量等运行 参数，优化处理效果。
应急处理
针对突发故障或水质异常情况，采取相应的 应急处理措施，确保系统稳定运行。
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膜分离技术的优势与局限 性
优势
高效分离
膜分离技术能够高效地分离混合物中 的不同组分，实现高纯度产品的制备 。
节能环保
膜分离过程通常在常温下进行，能耗 较低，且不产生有害物质，符合绿色 环保理念。
感谢您的观看
THANKS
膜分离技术需要使用特定的化学品进行清洗和维护，因此化学品成本 也是需要考虑的因素。
环境效益分析
减少污染排放
膜分离技术可以有效地减少工业 废水中的有害物质排放，减轻对 环境的污染。
节约资源
膜分离技术可以提高资源的利用 率，减少浪费，对环境保护具有 积极的影响。
提高生产效率
膜分离技术可以优化生产流程， 提高生产效率，降低能耗和资源 消耗，从而减少对环境的负面影 响。
特点
孔径分布均匀、过滤精度 高、阻力小。
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膜分离技术的工艺流程
原水预处理
去除大颗粒杂质
通过过滤、沉淀等方法去除原水中较大的颗粒、悬浮物和杂质。
降低浊度
通过加入絮凝剂、沉淀等方法降低原水的浊度，提高水质清晰度。
调节pH值
根据不同膜材料的特性，通过加酸或加碱调节原水的pH值至适宜 范围。
膜组件的安装与调试
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膜分离技术可以有效地去除医药产品中的杂质和 有害物，膜分离技术的应用前 景越来越广阔，为新药研发和生产提供了新的技 术支持。
06
膜分离技术的经济效益分 析
投资成本分析
设备购置成本
膜分离技术的设备购置成本较高，包括膜组件、泵、管道等。
第八章 膜分离技术讲解
一、膜分离概述 二、常见的膜分离技术 三、膜分离应用
生化制药（工艺比较）
生物发酵液
酸化
板框过滤
离子交换
活性炭吸附
板框过滤
膜工艺
生物发酵液
酸化
产品
离心
浓缩结晶
膜过滤
离交吸附
浓缩结晶
离心
产品
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案例引入 果汁澄清
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膜分离技术的应用
乳品 酒类 果汁 酶制剂 医疗、卫 加工 生产 加工 生产 生用水 药品生产
（2）化学惰性； （3）在水、盐溶液、稀酸或稀碱溶液中稳定； （4）有一定的机械强度和良好的再生性能。
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透析是利用蛋白质等大分子不能 通过半透膜的性质，使蛋白质和其 它小分子物质如无机盐单糖等分开 。常用的半透膜：
玻璃纸（赛璐玢纸，cellophane
paper）
火绵纸（赛璐玎纸, celloidin paper
超滤是指外源加压的膜分离，其原理与过滤一样。
原理：溶液在压力差的作用下，溶剂和小于膜孔径的溶质 由膜透过，而大于膜孔径的溶质则被截留，从而达到溶液 的净化、分离和浓缩。
超滤与微滤的不同之
处在于能截留溶质的大分
A+B 溶液
A 溶液
子，与反渗透的不同之处
在于所截留的大多为大分
子溶质。
超滤应用非常广泛，
从家用净水器到现代化工
）
其他改型纤维素材料
磁力搅拌器
半透膜袋
蛋白质溶液 透析液 磁棒
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透析的装置与方法
半透膜可制成管状，按需要截取一定长度，将 一端封闭后，装入需要透析的试样溶液后，放入盛 有溶剂的透析缸中。
现代分离方法与技术第8章_膜分离
• 用于氢的分离、空气中氧与氮的分离等。
渗透蒸发（PV）
• 渗透蒸发也称渗透汽化，组分在膜两侧蒸汽压差 的推动下，是利用膜对液体混合物中组分的溶解 和扩散性能的不同来实现其分离的分离过程。
• 分离工业酒精、制取无水酒精的过程已工业化。
膜分相
• 根据多孔固体膜对乳浊液中两液相亲和性不同 的性质，与膜亲和力强的液体通过膜，与膜不 亲和的液体不能通过膜，从而使乳浊液分离。
• 已在油水分离工艺中应用。
支撑液膜分离
• 是吸收和萃取过程与膜技术结合的产物，用 于某些气体与液体混合物的分离。
膜组件
• 对于一个膜分离过程，不仅需要具有优良特 性的膜，还必须把膜制成结构紧凑、性能稳 定的膜组件及装置才能应用于大规模的工业 过程。
膜分离过程
膜分离过程可认为近似与筛分过程，物质透过 膜或被膜截流，根据膜内平均孔径、推动力和 传质机制分类；
膜分离过程以选择性透过膜为分离介质。当膜 两侧存在某种推动力（压力差、浓度差、温度 差、电位差）时，原料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。
（3）1980s ～ 今，主要进行新的薄膜材 料和分离方法的开发。
目前研制和开发的分离膜有：离子交换膜、微 滤、反渗透、超滤、渗透和纳米过滤膜，气体分 离膜，液膜，渗透蒸发膜，膜萃取膜，膜蒸馏膜， 膜吸收膜，无机分离膜。
研制和开发的应用技术有：膜直接应用、膜分 离技术联合应用、膜技术和其它技术联合应用、 膜分离高技术和化学反应联合应用。
聚氨基葡糖+液晶可制成无机多孔膜、复合 膜、功能高分子膜等。
③无机膜材料
膜分离技术PPT
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
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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。
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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。
7透析膜分离技术基础
7 透析膜分离技术基础第八章透析透析是一种物理现象:如果在一个容器中放置一张半透膜，膜的一侧放置溶液，另一侧放置纯水，或者在膜的两侧分别放置浓度不同的溶液。
溶液中的大分子物质不能通过半透膜;溶液中的小分子物质可以穿过半透膜而相互渗透，其移动规律是:水分自渗透压低侧向渗透压高侧方向移动:而电解质及其他分子物质则从浓度高侧向浓度低侧方向移动，经一段时间后，两侧液体中的小分子物质和水达到动态平衡，这种现象称为透析。
1913年Abel根据半透膜平衡原理用火棉胶膜进行了成功地透析试验，1938年Thalhimer以赛璐玢纸膜作为透析膜进行了人工肾试验，1943年Kolff使用醋酸纤维素膜制成人工肾进行血液透析治疗尿毒症成功，1965年西德的ENKA-Glanzstoff 公司研制了平板和管式铜仿膜，同年，Cordis-Dow公司研制成功乙基纤维素中空纤维膜，使透析器大为小型化，1975年日本的旭化成公司和西德的ENKA-Glanzstoff公司均开发出了铜氨人造丝中空纤维膜，使透析膜性能得到进一步改善。
由于透析过程的传质推动力是膜两侧物料中组份的浓度差，受体系本身条件的限制，透析过程的传质速度慢，且透析膜的选择性低，对于化学性质相似或分子大小相近的溶质体系很难用透析法分离，这是其发展受到了很大限制，透析过程逐渐被借助外力驱动的膜过程，如电渗析、超滤等所取代，应用范围日渐缩小。
然而，对于某些高浓度的蛋白质溶液，由于浓差极化的原因，使用超滤方法进行分离较为困难，这种情况下使用透析方法较为合适，特别是使用人工肾处理浓度差较高的血液时，透析法无疑更具有优越性。
目前透析法应用最大的市场是血液透析，现在血液透析已成为治疗肾病患者的常规疗法。
另外，对于少量物料的处理，由于透析不需要使用超滤那样的特殊器件和装置，所以迄今其应用仍较为广泛。
第一节透析过程原理和特点一、透析过程原理和特点透析过程的简单原理如图8-1所示，即中间以膜(虚线)相隔，A侧通原液，B侧通溶剂。
膜分离技术及应用
膜分离技术及应用1 膜分离技术的简介1.1 膜分离的概念利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
膜分离的一般示意性图见图1。
1.2 膜的简介在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。
膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体。
被膜分开的流体相物质图1 膜分离过程示意图是液体或气体。
膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜。
1.2.1 对于不同种类的膜都有一个基本要求：（1）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1~10MPa（2）耐高温：高通量带来的温度升高和清洗的需要（3）耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解；（4）化学相容性：保持膜的稳定性；（5）生物相容性：防止生物大分子的变性；（6）成本低。
1.2.2 膜的分类按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分：有机高分子（天然高分子材料膜、合成高分子材料膜）膜、无机材料膜1.2.3 各种膜材料（1）天然高分子材料膜主要是纤维素的衍生物，有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。
其中醋酸纤维膜的截盐能力强，常用作反渗透膜，也可用作微滤膜和超滤膜。
醋酸纤维膜使用最高温度和pH范围有限，一般使用温度低于45~50℃，pH3~8。
再生纤维素可制造透析膜和微滤膜。
（2）合成高分子材料膜市售膜的大部分为合成高分子膜，种类很多，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。
其中聚砜是最常用的膜材料之一，主要用于制造超滤膜。
聚砜膜的特点是耐高温(一般为70~80℃，有些可高达125℃)，适用pH 范围广(pH=l~13)，耐氯能力强，可调节孔径范围宽(1~20nm)。
但聚砜膜耐压能力较低，一般平板膜的操作压力权限为0.5~1.0MPa 。
《膜分离技术》PPT课件
缓冲液
精选ppt
无机盐
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2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
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• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
11
17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
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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，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
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4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
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透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
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透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
第八章 膜分离法
B、电荷：
C、膜吸附： D、其他高分子的影响： E、操作条件： F、pH 值：
§4.3
膜组件的结构和特点
膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这 些部件的容器构成的一个单元称为膜组件（membrane module）或膜装置。 类型：
板框式膜组件 管式膜组件 中空纤维膜组件 卷式膜组件
－
阴极
＋ ＋
盐水
+ + + + + + + + + + + + + + + +
+ ＋ ＋ －
－
－ －
盐水
+ + + + + + + + + + + + + + + +
+
阳极
纯蛋白质溶液
电透析分离原理示意图
电透析器是利用离子交换膜的选择透过性进行工作，电透析器主要组 成部分是离子交换膜。分为阳膜，阴膜。阳膜只充许阳离子通过而阴 离子被阻挡；阴膜只充许阴离子通过而阳离子被阻挡。
一、膜的定义：
概述
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。
不管膜多薄, 它必须有两个界面。 传质有选择性 膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜
4.1
膜分离过程原理：
概述
选择性膜为分离介质，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。
膜分离技术(精细化学品分离提纯技术)
187.5 127.0 54.2 5.8
分离系数
106 36 7.2 3.2
可见：要实现有效分离，必须选择一个能优先溶解一种溶 质而排斥所有其他溶质的膜溶剂。
2.滴内化学反应型 （膜相中不含流动载体）
定义：若在溶质的接受相内添加与溶质能发生化学反应的 试剂，通过化学反应来促进溶质迁移的方 法叫滴内化学 反应型液膜法
8.2 渗析技术
渗析又叫透析。它是通过半透膜实现分离的。
半透膜：只允许某些分子透过（如水），而不允许另一些物 质（如生物大分子）透过的透气性薄膜。如：膀胱，肠膜。
渗析原理：渗析是使用具有一定孔径的半透膜，将待渗析的 样品与水（或低盐缓冲溶液）隔开。样品中的盐和分子直 径小于膜孔径的较小分子可以透过膜进入水一侧，而另一 侧的水也会透过膜进入样品液一侧。经过一段时间达到渗 透平衡后， 样品中盐的浓度和能透过膜的小分子的浓度 下降。此时可将水换成新鲜水，再进行第二次透析。经过 多次操作，样品中的盐和小分子物质基本上被除尽，而只 留下分子直径比膜孔径大无法穿过膜的物质在样品液中， 从而达到了分离的目的。
• 膜萃取（是膜技术与萃取过程相结合的新型膜分离技术，又称固定
膜界面萃取。膜萃取过程中，萃取剂与料液分别在膜两侧流动，传质 过程是在分隔两液相的微孔膜表面进行的，没有相分散行为发生。）
• 膜分相（利用多孔固体膜表面与乳浊液中两相的物化作用不同，其
中一相优先吸附在膜表面上，形成纯的液相层，在膜两侧极小压差作 用下，此相优先通过分相膜的孔，从而达到两相分离的目的。）
8.4 其他膜分离过程
• 膜蒸馏（在疏水性多孔膜的一侧与高温原料水溶液相接即暖层，而
在膜的另一侧则与低温冷壁相邻即冷层。正是借助这种相当于暖层与 冷层之间温度差的蒸气压差，促使暖侧产生的水蒸气通过膜的细孔， 再经扩散到冷侧的冷壁表面被凝缩下来，而液相水溶液由于多孔膜的 疏水作用无法透过膜被留在暖侧，从而达到与气相水分离的目的。）
膜分离技术简介ppt课件
0
0.05
0.1
0.15
0.2
膜压差/MPa
15
反浸透通量的影响要素
操作压差—压差越大，浸透通量越大，但浓差极化比增大，膜外表溶液浸透压升高，推进 力不能按比例增大
温度—温度升高，纯水透过系数增大，同时浓差极化减小，浸透压降低，推进力增大，通 量增大。
料液流速—流速大，传质系数增大，浓差极化比减小，浸透通量增大。 料液的浓缩程度—浓缩程度高，水的回收率高。但浸透压高，浸透通量小，且已呵斥膜污
烯、聚氯乙烯、硅橡胶等。 无机膜的制备已成为研讨热点，其增长速度远快于聚合物膜。 以金属及氧化物、陶瓷、多孔玻璃和某些热固性聚合物为资料。其热力学、化学稳定性好，
运用寿命长。 陶瓷膜的运用较好。 根据分别过程和分别对象选择适宜的膜资料
9
膜的分类
10
膜的性能
膜的根本性能包括膜的分别透过特性和物化稳定性两方面。 物化稳定性：膜的空隙率、孔构造、外表特性、机械强度、化学稳定性、允许运
普通反浸透膜微孔尺寸在10A左右，操作压力为1.0-10.0Mpa,切割分子量小于500，能截留 盐或小分子量有机物，可使水中离子的含量降低96-99%。
14
反浸透影响要素分析 ——压差对脱盐率、膜通量、传质系数的影响
脱盐率/%、膜通量
70
60
50 40 30 20
脱盐率 膜通量 传质系数
10
0
膜分别技术简介
;.
1
膜分别过程特点
一切的分别过程都是利用在某种环境中混合物中各组分性质的差别进展分别。 ——过滤操作是指流体中两种或两种以上组分基于尺寸差别的分别过程。常规的过滤普通
是指固液分别或气液分别。 ——膜分别过程将这一运用扩展到了固体或液体溶液中溶解性物质的分别。即以选择性透
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根据待滤物质的相对分子质量大小选择适当的孔径及 截留值，是保证中药液体制剂的有效成分和保持相应 的滤过速度最重要的一环。
35
(2)药液的预处理 原因：
形成次级膜
BUCT
大分子沉积于膜表面
中药煎煮液为胶体液、悬 浊液和真溶液的混合体系
目的： 方法：
减少系统清洗次数，提高 超滤效益，延长膜的寿命
滤纸、脱脂棉、砂滤棒、垂熔玻璃等，效果不好 高速离心法或微孔滤膜(0.3~0.8μm)过滤，效果好36
29
微滤膜的分离特性参数
通常用膜孔径表BU征CT
膜孔径反映微滤膜的截留能力
孔径分布呈现宽窄不同的谱图，以最大值出现的微孔 直径为膜孔径。
微孔膜孔 径测试法
直接法 间接法
电子显微镜扫描法
压汞法、气体流量法、 泡压法、已知颗粒通过法
30
5
微滤技术
BUCT
z利用筛分原理，分离大小为0.05一10μm的粒子 z能除去液体中的较小固体粒子， z可截留多糖、蛋白质等大分子物质， z具有较好的澄清除杂效果。
孔层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。
微滤膜(microfiltration）有对称和非对称两种结构
，孔径范围为0.05～10μm。
超滤: 能截留分子量500以上、106以下分子
微滤: 截留更大分子的细微粒子，如胶体微粒、微生物
27
8·5·1 微滤
BUCT
中药制药领域的微滤 技术主要用膜
高分子有机膜，陶瓷膜
BUCT
39
(6)药液浓度及超滤时间的影响
BUCT
z超滤的药液浓度不可过高，过高易形成凝胶层;
z但药液浓度也不可过低，过低则增加超滤时间。
z一般浓度应控制在1:1(每毫升药液含1g生药)范围内。
z间歇超滤时，随着滤液的不断流出，药液中多糖、鞣 质、蛋白质、淀粉等物质不断增加，促使膜面上沉积-凝 胶层不断加厚，增大过滤阻力;
粒和大分子物质，有效地防止膜面的浓差极化现象
22
表8-5部分中药主要成分相对分子质量 BUCT
23
纳滤膜
8·5 中成药生产中的应用
BUCT
z适于分离相对分子质量在200，分子大小约为1nm的 溶解组分；
z操作压力及分离界限在反渗透与超滤之间。
z具有离子选择性，在生物技术工程中纳滤用来浓缩 及脱盐，反渗透用于制水。
31
8·5·2 超滤
BUCT
超滤 (ultra filtration，UF)是指在常温下，利用不对称 微孔结构和半透膜分离介质，料液以一定的压力和流 量，以错流方式进行过滤，使溶剂及小分子物质通过 ，高分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细 菌等被滤膜阻留，从而达到分离、纯化、浓缩的目的 ，是膜分离技术在中草药应用中的具体体现。
6
(3)压力的影响
BUCT
超滤过程是以压力为驱动力的分离过程，
压力过低，滤液通量小，不 能满足生产要求;
压力过高，膜易压实，并促 使很快形成沿膜面凝胶阻力层 ，致使滤液通量下降。
过高的压力会造成动力消耗 增加，并对超滤器产生不良影 响。
37
(4)药液流速的影响
BUCT
药液流速指中空纤维丝外侧流动的药液流速，它表 征了膜压力侧药液的流动力学状况。
超滤 (10-100nm，分子量范围1-100kD)可用于溶液脱 大分子、大分子溶液脱小分子、大分子分级。
32
8·5·2·1 超滤膜结构及浓差极化
超滤技术的关键
超滤膜
BUCT
z多数超滤膜是一种具有不对称结构的多孔膜，孔径 一般从几到几十纳米，相对分子质量从500一500000。 z膜正面有一层起分离作用的较为紧密的薄层，称为 有效层，其厚度只占总厚度的几百分之一，其余部分 则是孔径较大的多孔支持层。
被回收，从而达到溶液的净化
、分离和浓缩的目的。
图8-21 超滤与微滤原理示意图
26
二、超滤膜与微滤膜
微滤和超滤使用的膜都是多孔膜。
BUCT
超滤膜（ultrafiltration ）多数为非对称结构，膜孔
径范围为1nm～0.05μm，系由一极薄具有一定孔径
的表皮层和一层较厚具有海绵状和指孔状结构的多
膜的透过速率与膜材料的化学特性及分离膜的形态 结构有关，且随操作推动力的增加而增大。此参数 直接决定分离设备的大小。
14
2．分离性能
BUCT
膜分离过程不同，分离性能的表示方法也有所不同， 常用的有截留率、截留分子量、分离因数等。
（1）截留率
对于反渗透过程，通常用截留率表示其分离性能。 截留率（rejection）反映膜对溶质的截留程度，对 盐溶液又称为脱盐率，以R表示.
z一旦污染层达到稳定，膜渗透流量就将在较长一段 时间内保持在相对较高的水平。
范围 适于固形物含量高于0.5%的料液
9
8·3 膜组件应用形式及其适用范围 8·3·1 分类
BUCT
① 管式:易清洗，无死角，适于处理含固体量较多的料 液，保留体积大，单位体积中所含过滤面积较小， 压力较大。
② 中空纤维式:将中空纤维状超滤膜集束封入套筒中而 成，其组件单位容积中可容纳膜面积特别大，且保 留体积较大，单位体积中所含过滤面积大。
③ 卷式:单位体积中所含过滤面积大，更换新膜容易， 操作压力可达较高，流速较快。
10
平板膜 中空管式
卷式膜 中空纤维
BUCT
11
8.3.2膜组件的选择
BUCT
12
2
膜与膜组件 一、分离膜性能
BUCT
分离膜的性能主要包括两个方面： 1．透过性能
透过性能 分离性能
分离膜的最基本条件 ——使被分离的混合物有选择的透过
如图：随着药液流速的增 加，药液湍动程度及沿膜 面剪切力相应增加，膜面 浓度极化和沉积-凝胶层阻 力减小，滤液通量随之增 加。
38
(5)药液温度的影响
温度不仅影响膜本身的 工作性能，且对超滤过 程传质效果的促进、膜 面沉积-凝胶阻力的削弱 有着较大影响；随着药 液温度的上升，滤液通 量明显增加。
超滤过程中，药液温度 应控制在20-40℃左右
适用范围 适于固形物含量低于0.1%的料液； 固形物含量在0.1%一0.5%的料液需预处理;
7
8.2.2 错流 (切向流)操作
原理
原料液以切线方向流 过膜表面，在压力作 用下通过膜，料液中 的颗粒则被膜截留而 停留在膜表面形成一 层污染层。
BUCT
8
特点：
BUCT
z污染层可保持在一个较薄的稳定水平。
17
对于含有A、B两组分的混合物，分离因数 （separation factor）定义为αAB
BUCT
α AB
=
yA xA
yB xB
分离因数的大小反映该 体系分离的难易程度
A表示渗透快的组分
① αAB数值大于1； ② αAB越大，表明两组分的透过速率相差越大，膜
的选择性越好，分离程度越高；
③ αAB等于1，则表明膜没有分离能力。
2、盐类的影响
pH高，盐类易沉淀;pH低，盐类沉积较小 加入络合剂EDTA等可防止钙粒子沉淀。
3、在处理乳清时，常采用加热、调pH相结合的方
法进行预处理。
20
膜清洗
物理法和化学法 或两者结合起来。
BUCT
除去膜表面聚集物，以恢复其透过性。 物理清洗 借助液体流动产生的机械力将膜面上的污染物冲刷掉。
等压清洗：每运行一个短的周期(如运转2h)以后，关闭 超滤液出口，这时中空纤维膜内、外压力相等，压差 的消失，使得依附于膜面上的凝胶层变得松散，由于 流液的冲刷作用，使胶层脱落，达到清洗的目的。
因为中药成分复杂，使用纳滤还需深入研究。
24
4
在中成药生产中，最有可能普及推广的是微滤、超滤。
微滤膜
BUCT
z应用最广、经济价值最大，总销售额高于其他膜滤 技术的总和，1988年已近75亿美元;
z主要用于制药行业的过滤、除菌和电子工业用超纯 水的制备。
超滤
z自20世纪60年代以来，从实验规模发展成为重要的工 业单元操作;
BUCT
在超滤和纳滤中，通常用截留分子量表示其分离性能。
截留分子量（molecular weight cut-off）是指截留率 为90%时所对应的分子量。截留分子量的高低，在 一定程度上反映了膜孔径的大小，通常可用一系列 不同分子量的标准物质进行测定。
（3）分离因数
对于气体分离和渗透汽化过程，通常用分离因 数表示各组分透过的选择性。
21
浓差极化
BUCT
在超滤过程中，被截留而沉淀在膜面的大分子物质 形成一层等高度的凝胶层，使膜的透过速度和截留 性能均受到很大影响，严重时可使超滤无法进行。
消除浓差极化
① 超滤前将药液粗滤、离心等预处理，去除黏性物质 ② 加强搅拌和振动膜前液体，使凝胶层减到最低限度
。此法收效不大。 ③ 采用切向流过滤方式，可以冲走易凝集在膜面的微
z广泛用于食品、医药、水处理以及新兴的生物技术等
25
超滤与微滤的基本原理 作用力：压力差 原理：膜孔径的大小进行筛分
BUCT
在一定压力差作用下，当含有
高分子溶质A和低分子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
盐类）透过膜被收集，而大于
膜孔的高分子溶质（如有机胶
体等）则被截留，作为浓缩液
z流体沿膜面的流动由湍动逐步过渡到层流，造成传质 恶化。
40
(7)药液pH值的影响
15
式中
R = cF − cP ×100% cF
BUCT
CF——原料中溶质的浓度，kg/m3；
Cp——渗透物中溶质的浓度，kg/m3。
① 截留率为100％，则表示溶质全部被膜截留，此为 理想的半渗透膜；