膜分离技术教材

70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动 载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。
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1.3 膜的分类
1. 按膜的材料分类
表1 膜材料的分类
类别 纤维素酯类
膜材料
纤维素衍生物 类 聚砜类
非纤维素酯 类
聚酰(亚)胺类 聚酯、烯烃类 含氟(硅)类
其他
举例
醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等
有机物
复合膜
水、溶剂
溶质、盐
非对称性膜 复合膜
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膜过程 渗析 电渗析
推动力 传递机理
浓度差
溶质的扩散传 递
电位差
电解质离子的 选择传递
透过物 低分子量物、离 子
电解质离子
续上表 截留物 膜类型
溶剂
非对称性膜
非电解质， 离子交换膜 大分子物质
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
均相膜、复 难渗透性气 合膜，非对 体或蒸汽 称膜
1967年，DuPont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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自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实 现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称 UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜 （简称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离 膜。
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分离膜种类
阳离子膜
带电膜
阴离子膜
高分子膜
过滤膜
分 离 膜
非带电膜 精密过滤膜
液体膜
超滤膜
纳米滤膜
生物膜
反渗透膜
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1.2 膜分离技术发展简史
高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐 克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精 的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。
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1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过 滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜 或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜 的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋 白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。 这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过 滤应称为微孔过滤。
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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。
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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。
在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也 获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功， 使功能膜的地位又得到了进—步提高。
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具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在 60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在 固体膜之上的，为支撑液膜。
60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活 性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固 体膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的 第一项专利。
按膜的形状分为平板膜(Flat Membrane)、管式 膜(Tubular Membrane)和中空纤维膜(Hollow Fiber)。
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4. 按膜的结构分类
按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
膜分离技术教材
反渗透膜 P
π
纯水 废水 (a)渗透
纯水 废水 (b)渗透平衡
反渗透原理示意图
纯水 废水 (c)反渗透
2
原水 阳
阴
阳
阴
阳
极水
阴
阳
+
极
＋
阳极
室浓
—
浓水
++
淡
浓
— —
+ +
淡
浓
— —
+
淡
极 —
室 阴极
—
电渗析分离原理图
淡水
3
供水 供水
压力
大分子
水盐 超滤过程
超滤膜
压力（要大于渗透压力） 盐 大分子
水 反渗透
反渗透膜
超 滤 与 反 渗 透 的 区 别 示 意
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目录
• 1 膜技术概述 • 2 膜分离装置 • 3 极化、污染现象和控制 • 4 典型的膜分离技术及应用领域
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1 膜技术概述
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1.1 基本概念
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膜(Membrane)是什么？有何特性？
所谓的膜，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。
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选择性透膜
膜上游 透膜 膜下游 膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，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。
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
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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. 按膜的形态分类
渗透蒸发 压力差 选择传递
液膜分离
浓度差
反应促进和 扩散传递
易渗溶质或溶剂 杂质
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表2 几种主要分离膜的分离过程
膜过程 推动力 微滤 压力差
传递机理 颗粒大小形状
超滤
压力差
分子特性大小形 状
纳滤 压力差 离子大小及电荷
反渗透 压力差 溶剂的扩散传递
透过物
截留物
膜类型
水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒 纤维多孔膜
胶体和超过 水、溶剂小分子 截留分子量 非对称性膜
的分子
水、一价离子、 多价离子
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1.4 膜过滤的基础理论
• 通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流 动的毛细管理论。
• 水通量（Jw）和截留率（R）
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W
A
R c1 c2 c1
• W—透水量，A—膜的有效面积，τ—时间 • c1—料液中溶质浓度， c2—透过液中溶质浓度
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1.5 膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选 择地透过或输送特定的物质，如颗粒、分 子、离子等。或者说，物质的分离是通过 膜的选择性透过实现的。几种主要的膜分 离过程及其传递机理如表2所示。