第六章_膜分离过程ppt课件
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第六章气体膜分离ppt课件
四步过程： 气体与膜的接触 气体向分离膜的表面溶解(溶解过程) 溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散(扩散过程） 分子在膜的另一侧逸出。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
非多孔均质膜的溶解扩散机理
Knudsen扩散
❖ 气体的渗透速度q：
q43r2RM T1/2pL1R Tp2
气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根 成反比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
分子筛分
❖ 大分子截留、小分子通过孔道，从而实现分 离。
应用阶段 ❖ 1940s：铀235的浓缩(第一个大规模应用) ❖ 1950年：富氧空气浓缩 ❖ 1954年：气体浓缩膜材料的改进
普及阶段 ❖ 1979年：Prism气体分离膜装置的成功
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
气体分离膜材料及膜组件
（1）膜材料 有机膜：聚合物膜（便宜，常用） 无机膜：金属膜、陶瓷膜、分子筛膜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
描述气体通过高分子膜的主要参数
① 渗透率：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数：单位时间、单位膜面积、单位 推动力作用下所透过气体的量； ③ 分离系数：描述气体分离膜的选择性，一 般将其定义为两种气体i，j渗透系数之比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
非多孔均质膜的溶解扩散机理
Knudsen扩散
❖ 气体的渗透速度q：
q43r2RM T1/2pL1R Tp2
气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根 成反比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
分子筛分
❖ 大分子截留、小分子通过孔道，从而实现分 离。
应用阶段 ❖ 1940s：铀235的浓缩(第一个大规模应用) ❖ 1950年：富氧空气浓缩 ❖ 1954年：气体浓缩膜材料的改进
普及阶段 ❖ 1979年：Prism气体分离膜装置的成功
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
气体分离膜材料及膜组件
（1）膜材料 有机膜：聚合物膜（便宜，常用） 无机膜：金属膜、陶瓷膜、分子筛膜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
描述气体通过高分子膜的主要参数
① 渗透率：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数：单位时间、单位膜面积、单位 推动力作用下所透过气体的量； ③ 分离系数：描述气体分离膜的选择性，一 般将其定义为两种气体i，j渗透系数之比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
《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。
04
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。
03
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
2
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。
膜分离
概述
★膜分离的特点 ①操作在常温下进行； ②是物理过程，不需加入化学试剂； ③不发生相变化（因而能耗较低）； ④在很多情况下选择性较高； ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成； ⑥设备易放大，可以分批或连续操作。 因而在生物产品的处理中占有重要地位
膜分离过程 (membrane separation)
透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不 适于大规模生物分离过程、但在实验室中应用较多。
膜分离过程 (membrane separation)
膜分离过程的类型
透析法的应用
膜分离过程 (membrane separation)
膜的制造
2.2 膜的制造
要求： （1）透过速度 （2）选择性 （3） 机械强度 （4） 稳定性
膜分离过程的类型
有关微米的一组数据
1μ m= 10-3mm
人发直径 70-80 μ m 裸眼可见最小颗粒40 μ m 金属颗粒 50 μ m 酵母菌 3μ m 假单胞菌 0.3μ m 小RNA 病毒 0.03 μ m
膜分离过程 (membrane separation)
－
－ －
盐水
+ + + + + + + + + + + + + + + +
+
阳极
纯蛋白质溶液
膜分离过程 (membrane separation)
膜分离过程的类型
电渗淅器是利用离子交换膜的选择透过性进行工作，电渗淅器主要组成部 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。
★膜分离的特点 ①操作在常温下进行； ②是物理过程，不需加入化学试剂； ③不发生相变化（因而能耗较低）； ④在很多情况下选择性较高； ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成； ⑥设备易放大，可以分批或连续操作。 因而在生物产品的处理中占有重要地位
膜分离过程 (membrane separation)
透析过程以浓差为传质推动力，膜的透过量很小，不 适于大规模生物分离过程、但在实验室中应用较多。
膜分离过程 (membrane separation)
膜分离过程的类型
透析法的应用
膜分离过程 (membrane separation)
膜的制造
2.2 膜的制造
要求： （1）透过速度 （2）选择性 （3） 机械强度 （4） 稳定性
膜分离过程的类型
有关微米的一组数据
1μ m= 10-3mm
人发直径 70-80 μ m 裸眼可见最小颗粒40 μ m 金属颗粒 50 μ m 酵母菌 3μ m 假单胞菌 0.3μ m 小RNA 病毒 0.03 μ m
膜分离过程 (membrane separation)
－
－ －
盐水
+ + + + + + + + + + + + + + + +
+
阳极
纯蛋白质溶液
膜分离过程 (membrane separation)
膜分离过程的类型
电渗淅器是利用离子交换膜的选择透过性进行工作，电渗淅器主要组成部 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。
膜分离 (Membrane Separation)PPT课件
Na+ +
固定离子
Cl-
正极 阴离子交换膜 负极
高分子膜中间有足够大的孔隙，水中的离子 在膜孔隙通道（比膜厚度大得多）中电迁移运 动。例如，在水溶液中, 阴离子交换膜的活性 基团会发生离解，留下的是带正电荷的固定基 团，构成了强烈的正电场。在外加直流电场作 用下，根据异电相吸原理，溶液中带负电的阴 离子就可被它吸引、传递而通过离子交换膜到 另一侧，而带正电荷的阳离子则离子膜上固定 负电荷基团的排斥不能通过交换膜。
静压膜分离操作
1) 膜的选择性
2) 常用被分离溶质的截留率/去留率表示：
3)
R = (CF－CP)/ CF×100%
4) CF：原液浓度, CP：透过液中溶质浓度。
2) 浓度极化现象
通常沉淀溶液过滤时会出现“滤饼”现象, 使滤膜
孔洞受阻变小, 流速变慢。
对于实际过程, 膜的排除率应修正为：
(CM －CP) / (CF－CP) = exp (JV /k) JV ： 膜 透 过 流 束 (cm2/cm·s) ； k ： 物 质 移 动 系 数
根据溶质与流动载体之间的可逆化学反应提出了促进传递概念上世纪60年代中期bloch等采用支撑液膜研究了金属提取过程黎念之发明乳化液膜推演出了促进传递膜的新概念并导致了后来各种新型液膜的发明?湿法冶金?废水处理?核化工?气体分离?有机物分离?生物制品分离与生物医学分离?化学传感器与离子选择性电极液膜过程和萃取类似但它的萃取与反萃取分别发生在膜的两侧界面溶质从料液相萃入膜相并扩散到膜相另一侧再被反萃入接收相由此实现萃取与反萃取的内耦合
应用：
➢ 低聚糖的分离和精制 ➢ 果汁的高浓度浓缩
多肽和氨基酸的分离
离子与荷电膜之间存在道南(Donnan) 效应,即相同电荷排斥 而相反电荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等电点时是中性的, 当高于或低于等电点时带正电荷或负电荷。由于一些纳滤膜带 有静电官能团, 基于静电相互作用, 对离子有一定的截留率, 可 用于分离氨基酸和多肽。纳滤膜对于处于等电点状态的氨基酸 和多肽等溶质的截留率几乎为零, 因为溶质是电中性的并且大 小比所用的膜孔径要小。而对于非等电点状态的氨基酸和多肽 等溶质的截留率表现出较高的截留率, 因为溶质离子与膜之间 产生静电排斥, 即Donnan 效应而被截留。
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亲和膜分离技术要点
分离膜的改性：通过化学改性，在载体表面连接上 一条“手臂链”（大于三个碳原子）； 亲和膜制备：选用合适的配基，与手臂链相连，构 成带有亲和配基的分离介质； 亲和络合：将混合物缓慢地通过膜，使要分离的物 质与亲和配基产生特异性作用，形成配基与配位物 的复合体； 洗脱：改变条件（洗脱液组成、pH、离子强度、温 度等），使复合物解离； 亲和膜再生：洗涤、再生、平衡，以备下次操作使 用。
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一、膜的简介
定义： 在流体相之间有一层薄的 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。
水 小分子 大分子 料液
膜
渗透液
“21世纪的多数工业中， 膜技术扮演着战略的角色”
“谁掌握了膜技术，谁就 掌握了21世纪的未来”
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膜的用途
浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因 此需要除去溶剂；（截留物为产物） 纯化：除去杂质； 分离：将混合物分成两种或多种目的产 物； 反应促进：把化学反应或生化反应的产 物连续取出，能提高反应速率或提高产 品质量。
卷式膜分离器（工业用）
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4、中空纤维式膜组件
结构：由数百至数百万根中空纤维膜（内径40
－80m)或毛细管膜（内径0.25~2.5mm）固定在 圆筒形容器内构成。
特点：
－优点：比表面积 最大，可方便地进 行反洗，造价低， 工业上普遍使用
。
－缺点：易堵塞， 对料液要求高。
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中空纤维膜分离器（工业用）
糖，二价盐、游离酸的分离 单加盐、非游离酸的分离 脱除小分子有机物或无机离子
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六、膜分离技术应考虑的问题
1、截留分子量(MWCO)
截留曲线：测定分子量不 同的球形蛋白质或水溶性 聚合物的截留率，所得到 的膜的截留率与溶质分子 量之间关系的曲线。
－ 一般将在截留曲线上截留率为0.90的溶质分 子
适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、 浓缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热 原，在生物工程中应用最广。
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一种动态过程，由泵提供推动力，在膜 表面产生两个分力：一个是垂直于膜面的法向 分力，使水分子透过膜面，另一个是于膜面平 行的切向力，把膜面截流物冲掉。
超滤原理的示意图
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A
B
常规过滤(A)和超滤(B)的示意图 精品课件
渗透和渗透压：
渗透：膜（不能透过溶质） 两侧压力相等时，在浓度差 作用下，溶剂从溶质浓度低 的一侧向溶质浓度高的一侧
4.反透渗渗过透的压透现：（象渗R。透e现ve象r中se，促os使mosis,RO）:
水分子透过的推动力。
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反渗透： 定义：在溶质浓度高的 一侧施加超过渗透压的 压力，使溶剂透过膜的 操作。
微滤 (Microfiltration，MF)
一种静态过滤，随过滤 时间延长，膜面上截流沉积 不溶物，引起水流阻力增大， 透水速率下降，直至微孔全 被堵塞；
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原 料 液
渗 透 液 无 流 动 操 作
3.超滤（ Ultrafiltration, UF） ：
分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02 μm，分离推动力仍为压力差，截断分子量可 变化。
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2.微滤（Microfiltration,MF） ：
以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动 力，使不溶性物质得以分离的操作。
孔径分布范围在0.025~14μm之间，截留直 径为0.02μm ~ 10μm大小的粒子。
可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培 养基液菌体分离与浓缩，产品消毒。
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电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理， 氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化
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6.气体渗透：
气体膜分离是利用膜对某些气体组分具有选择 性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化 的目的。 其渗透机理为：气体分子在压力作用下，首先 在膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩散、 脱溶、逸出。
应用:空气中各种气体在透过膜壁时具有不同的
3．核径迹法：厚为5-15m薄膜→粒子(如a粒子或中子)照射→ 化学键断裂形成径迹→酸碱液腐蚀→形成孔道；
4．拉伸法： 晶态聚烯烃→在低熔融温度下挤压成膜→ 延伸 得到高的熔融应力→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 征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。
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四、各种膜组件
由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这 些部件的容器构成的一个单元。 目前市售商品膜组件主要有：管式、中空 纤维 、螺旋卷绕式 、平板式
共同的特点 ➢ 尽可能大的膜表面积 ➢ 可靠的支撑装置 ➢ 可引出透过液 ➢ 膜表面浓度差极化达到最小
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1、管式膜组件
结构：将膜固定在圆管状 支撑体上构成管式膜，管式 膜并联或串联，收纳在筒状 容器内即构成管式膜组件。
▪ 是一种以压力差为推动 力，从溶液中分离出溶 剂的膜分离操作，孔径 范围在0. 1~1 nm之间。
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▪ 其基本原理为溶解扩散。在高于溶液渗透压 的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而 所有溶液中的大分子、小分子有机物及无机 物全被截留住。
▪ 主要用于海水脱盐，纯水制造以及小分子产 品如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。
特点： 结构简单、适应性强、压力 损失少，处理量大、清洗安 装方便、可耐受高压，用途 较板式广泛。
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管式陶瓷超滤膜组件
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2、平板式膜组件
结构：与板式换热器或加压叶滤机相似。由
多枚平板膜间隔重叠加工而成，膜间衬设多孔 薄膜，供料液或滤液流动。
特点：过滤板相对独立、过滤面积大、结构紧
凑、便于清洗、检修和换膜。但耐受压力低， 适于超滤单元操作。
耐压能力较高，稳定性 好，使用寿命长。
机械强度高，耐高温及 化学试剂，但造价高。 透过通量大，清洗容易，
但稳定性差。
醋酸纤维素和聚砜应用最 精品课件
膜的制造方法
1．相转变法：浇铸液→支持物上铺开→蒸发部分溶剂→凝 胶形成→热处理(退火)；
2．烧结法： 膜材料粉→模具内→严格控制温度和压力→ 由 软变熔→ 形成多孔体→ 机械加工；
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图1 对称膜
图
2 非对称膜
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图3 对称膜 图4 非对称膜
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二、膜分离过程的类型
膜分离过程的实质是物质透过或被截留 于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤 膜孔径大小而达到物质分离的目的，故 而可以按分离粒子大小进行分类。
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膜分离过程的类型
1.透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能
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不同膜材料的特点与应用
膜材料
应用
特点
天然高分子
醋酸纤维 再生纤维
常用作反渗透膜
截盐能力强，使用温度
也可用作微滤膜和超滤膜 和 pH 范围有限
制造微滤膜和透析膜
合成高分子
聚砜 聚酰胺
无机材料
陶瓷 动态膜
主要用于制造超滤膜 常用于反渗透
制造微滤膜和超滤膜
适用温度及 pH 范围广， 但耐压能力较差
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5、纳米膜过滤技术
介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小 分子而使大部分无机盐通过。 特点： （1）在过滤分离过程中，能截留小分子有 机物，并可以同时透析除盐，集浓缩与透 析为一体； （2）操作压力比反渗透低很多。
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纳滤的应用
行业
处理对象
制药工业
母液中有效成分的回收 抗菌素的分离纯化 维生素的分离纯化 氨基酸的脱盐与纯化
膜材料的特性 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，一般膜操作的压力范围在0.1-0.5 MPa， 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。
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膜的应用
海水淡化 工业废水处理 城市废水资源化
天然气
生物质利用
燃料电池
水资源
膜
传统工业
能源 生态环境
冶 金 制 药 食 品 化工与石化 电 子
CO2 控制
除尘
洁净燃烧
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膜分离的特点： 浓缩液 无相变、低能耗
高效率、污染小
渗
工艺简单、操作方便
透
液
浓缩与纯化同时进行
进料液
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膜的分类
(1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表皮的
性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待分离浓缩液；多孔 的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。 (3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表 面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选择性的 表面薄层而且受微孔支撑层的影响。 (4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0.05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作为 有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
○:微粒子 ●:大分子
子
……..：水 精品课件
＋:小分
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5.电渗析：以电位差为推动力，利用离子 交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或 富集电解质的膜分离操作。 在直流电场的作用下，由于离子交换膜 的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩， 分离推动力是静电引力。
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1-半透膜 2-搅拌器 3-溶液 4-铂电极 5,6-进出水管
亲和膜分离技术要点
分离膜的改性：通过化学改性，在载体表面连接上 一条“手臂链”（大于三个碳原子）； 亲和膜制备：选用合适的配基，与手臂链相连，构 成带有亲和配基的分离介质； 亲和络合：将混合物缓慢地通过膜，使要分离的物 质与亲和配基产生特异性作用，形成配基与配位物 的复合体； 洗脱：改变条件（洗脱液组成、pH、离子强度、温 度等），使复合物解离； 亲和膜再生：洗涤、再生、平衡，以备下次操作使 用。
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一、膜的简介
定义： 在流体相之间有一层薄的 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。
水 小分子 大分子 料液
膜
渗透液
“21世纪的多数工业中， 膜技术扮演着战略的角色”
“谁掌握了膜技术，谁就 掌握了21世纪的未来”
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膜的用途
浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因 此需要除去溶剂；（截留物为产物） 纯化：除去杂质； 分离：将混合物分成两种或多种目的产 物； 反应促进：把化学反应或生化反应的产 物连续取出，能提高反应速率或提高产 品质量。
卷式膜分离器（工业用）
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4、中空纤维式膜组件
结构：由数百至数百万根中空纤维膜（内径40
－80m)或毛细管膜（内径0.25~2.5mm）固定在 圆筒形容器内构成。
特点：
－优点：比表面积 最大，可方便地进 行反洗，造价低， 工业上普遍使用
。
－缺点：易堵塞， 对料液要求高。
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中空纤维膜分离器（工业用）
糖，二价盐、游离酸的分离 单加盐、非游离酸的分离 脱除小分子有机物或无机离子
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六、膜分离技术应考虑的问题
1、截留分子量(MWCO)
截留曲线：测定分子量不 同的球形蛋白质或水溶性 聚合物的截留率，所得到 的膜的截留率与溶质分子 量之间关系的曲线。
－ 一般将在截留曲线上截留率为0.90的溶质分 子
适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、 浓缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热 原，在生物工程中应用最广。
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一种动态过程，由泵提供推动力，在膜 表面产生两个分力：一个是垂直于膜面的法向 分力，使水分子透过膜面，另一个是于膜面平 行的切向力，把膜面截流物冲掉。
超滤原理的示意图
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A
B
常规过滤(A)和超滤(B)的示意图 精品课件
渗透和渗透压：
渗透：膜（不能透过溶质） 两侧压力相等时，在浓度差 作用下，溶剂从溶质浓度低 的一侧向溶质浓度高的一侧
4.反透渗渗过透的压透现：（象渗R。透e现ve象r中se，促os使mosis,RO）:
水分子透过的推动力。
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反渗透： 定义：在溶质浓度高的 一侧施加超过渗透压的 压力，使溶剂透过膜的 操作。
微滤 (Microfiltration，MF)
一种静态过滤，随过滤 时间延长，膜面上截流沉积 不溶物，引起水流阻力增大， 透水速率下降，直至微孔全 被堵塞；
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原 料 液
渗 透 液 无 流 动 操 作
3.超滤（ Ultrafiltration, UF） ：
分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02 μm，分离推动力仍为压力差，截断分子量可 变化。
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2.微滤（Microfiltration,MF） ：
以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动 力，使不溶性物质得以分离的操作。
孔径分布范围在0.025~14μm之间，截留直 径为0.02μm ~ 10μm大小的粒子。
可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培 养基液菌体分离与浓缩，产品消毒。
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电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理， 氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化
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6.气体渗透：
气体膜分离是利用膜对某些气体组分具有选择 性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化 的目的。 其渗透机理为：气体分子在压力作用下，首先 在膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩散、 脱溶、逸出。
应用:空气中各种气体在透过膜壁时具有不同的
3．核径迹法：厚为5-15m薄膜→粒子(如a粒子或中子)照射→ 化学键断裂形成径迹→酸碱液腐蚀→形成孔道；
4．拉伸法： 晶态聚烯烃→在低熔融温度下挤压成膜→ 延伸 得到高的熔融应力→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 征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。
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四、各种膜组件
由膜、固定膜的支撑体、间隔物及收纳这 些部件的容器构成的一个单元。 目前市售商品膜组件主要有：管式、中空 纤维 、螺旋卷绕式 、平板式
共同的特点 ➢ 尽可能大的膜表面积 ➢ 可靠的支撑装置 ➢ 可引出透过液 ➢ 膜表面浓度差极化达到最小
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1、管式膜组件
结构：将膜固定在圆管状 支撑体上构成管式膜，管式 膜并联或串联，收纳在筒状 容器内即构成管式膜组件。
▪ 是一种以压力差为推动 力，从溶液中分离出溶 剂的膜分离操作，孔径 范围在0. 1~1 nm之间。
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▪ 其基本原理为溶解扩散。在高于溶液渗透压 的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而 所有溶液中的大分子、小分子有机物及无机 物全被截留住。
▪ 主要用于海水脱盐，纯水制造以及小分子产 品如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。
特点： 结构简单、适应性强、压力 损失少，处理量大、清洗安 装方便、可耐受高压，用途 较板式广泛。
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管式陶瓷超滤膜组件
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2、平板式膜组件
结构：与板式换热器或加压叶滤机相似。由
多枚平板膜间隔重叠加工而成，膜间衬设多孔 薄膜，供料液或滤液流动。
特点：过滤板相对独立、过滤面积大、结构紧
凑、便于清洗、检修和换膜。但耐受压力低， 适于超滤单元操作。
耐压能力较高，稳定性 好，使用寿命长。
机械强度高，耐高温及 化学试剂，但造价高。 透过通量大，清洗容易，
但稳定性差。
醋酸纤维素和聚砜应用最 精品课件
膜的制造方法
1．相转变法：浇铸液→支持物上铺开→蒸发部分溶剂→凝 胶形成→热处理(退火)；
2．烧结法： 膜材料粉→模具内→严格控制温度和压力→ 由 软变熔→ 形成多孔体→ 机械加工；
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图1 对称膜
图
2 非对称膜
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图3 对称膜 图4 非对称膜
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二、膜分离过程的类型
膜分离过程的实质是物质透过或被截留 于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤 膜孔径大小而达到物质分离的目的，故 而可以按分离粒子大小进行分类。
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膜分离过程的类型
1.透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能
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不同膜材料的特点与应用
膜材料
应用
特点
天然高分子
醋酸纤维 再生纤维
常用作反渗透膜
截盐能力强，使用温度
也可用作微滤膜和超滤膜 和 pH 范围有限
制造微滤膜和透析膜
合成高分子
聚砜 聚酰胺
无机材料
陶瓷 动态膜
主要用于制造超滤膜 常用于反渗透
制造微滤膜和超滤膜
适用温度及 pH 范围广， 但耐压能力较差
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5、纳米膜过滤技术
介于反渗透与超滤膜之间，能截留有机小 分子而使大部分无机盐通过。 特点： （1）在过滤分离过程中，能截留小分子有 机物，并可以同时透析除盐，集浓缩与透 析为一体； （2）操作压力比反渗透低很多。
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纳滤的应用
行业
处理对象
制药工业
母液中有效成分的回收 抗菌素的分离纯化 维生素的分离纯化 氨基酸的脱盐与纯化
膜材料的特性 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，一般膜操作的压力范围在0.1-0.5 MPa， 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。
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膜的应用
海水淡化 工业废水处理 城市废水资源化
天然气
生物质利用
燃料电池
水资源
膜
传统工业
能源 生态环境
冶 金 制 药 食 品 化工与石化 电 子
CO2 控制
除尘
洁净燃烧
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膜分离的特点： 浓缩液 无相变、低能耗
高效率、污染小
渗
工艺简单、操作方便
透
液
浓缩与纯化同时进行
进料液
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膜的分类
(1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表皮的
性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待分离浓缩液；多孔 的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。 (3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表 面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选择性的 表面薄层而且受微孔支撑层的影响。 (4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0.05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作为 有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
○:微粒子 ●:大分子
子
……..：水 精品课件
＋:小分
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5.电渗析：以电位差为推动力，利用离子 交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或 富集电解质的膜分离操作。 在直流电场的作用下，由于离子交换膜 的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩， 分离推动力是静电引力。
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1-半透膜 2-搅拌器 3-溶液 4-铂电极 5,6-进出水管