《膜分离过程h》PPT课件
合集下载
第九章 膜分离过程ppt课件
编辑版pppt
33
第三节 膜的应用
微孔过滤的应用 在实验室中，微孔滤膜是检验有形微细杂
质的重要工具，主要用于微生物检测、微粒子 检测。在工业上主要用于灭菌液体的生产，反 渗透和超滤的我＝前处理，电子工业中超纯水 制造和空气过滤。例如采用聚碳酸酯核孔滤膜 来过滤除去啤酒中的酵母核细菌，使处理后的 啤酒不需加热就可以在室温下长期保存。
编辑版pppt
4
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
3 复合膜 选择性膜层沉积于具有微孔的支撑 层上。只是两层材料不同，而非对称膜则是 同一材料。其性能不仅取决于有选择性的表 面薄层，而且受微孔支撑结构、孔径、孔分 布和多孔率的影响。
4 荷电膜 即离子交换膜，是一种对称膜，含 有高浓度的溶胀胶载着固定的正电荷或负电 荷，带有正电荷的膜为阴离子交换膜，从周 围流体中吸引阴离子。带有负电荷的膜称为 阳离子交换膜。
编辑版pppt
34
第三节 膜的应用
五 纳米过滤（NF）
3
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
一 膜的分类
根据各种物理结构和化学性质，可将膜分为 下列几种：
1 对称膜 结构与方向无关的膜，根据制造方法 不同，这些膜或者具有不规则的孔结构，或所 有的孔具有确定的直径。
2 非对称膜 非对称膜有一个很薄的，但比较致 密的分离层和多孔支撑层。分离层为活性膜， 孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性，厚 度决定传递速度，该层必需朝向待浓缩的原溶 液。多孔支持层只起支撑作用。
然后将多层膜片浸泡在沉淀液（冰水）中，由于溶剂
和沉淀液发生交换而形成凝胶。凝胶形成后通常在热
水中退火，从而改善了分离能力，并且提高了机械强
度，但渗透能力却有所下降。
膜技术及其应用-第一章 分离膜和膜分离过程ppt课件
无弹性、脆、不适用于热强碱体系
精选ppt
21
第三节 分离膜的制备
膜的制备工艺有化学的和物理的方法或 者二者结合。西村正人从高分子材料的选 择和膜材料的化学结构方面，总结出具有 分离孔径膜的10种化学方法和9种物理方 法。
精选ppt
22
•10种化学方法
精选ppt
23
•9种物理方法
精选ppt
24
一、均质对称膜的制备
[
孔径范围较宽，超滤、微
滤；
疏水性，易被溶质污染 聚 苯 醚 砜 [
CH3
C
O
CH3
O
O
S
O
O
S
O ]n
O
O
O
S
O
O
S
]n
O
]n
O ]n
精选ppt
18
3、聚酰胺类膜
[ NH [ NH
O
O
C NHNH C
]n
O C NH
O NH C
O NH C
O C]n
反渗透复合膜，多孔、力学强度和热稳定性 良好、pH（3-11）；对氯离子抵抗能力差， 易受蛋白质污染
对称膜是指膜主体具有均一的结构。
1. 致密均质膜
•溶剂浇铸法
适于可溶性聚合物，将聚合物用溶剂溶解，然后用 刮刀或压延辊将聚合物溶液刮在平整的玻璃板或不锈 钢板上，然后让溶剂挥发，对不同的聚合物找到合适 的溶剂是关键。
•挤压法
适于不溶于溶剂的聚合物，将聚合物置于两 加热板间，加热温度在聚合物软化点以上， 在高压下保持一段时间，冷却即可。
膜在分离过程中具有如下功能物质的识别与透过使混合物中各组分之间实现分离的内在因素界面膜将透过液和保留液料液分为互不混合的两反应场膜从表面到孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团通过物理作用化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度推动力膜过程压力差反渗透超滤微滤纳滤气体分离电位差电渗析膜电解浓度差透析膜传感器温度差膜蒸馏化学反应化学反应膜四膜分离过程的分类10五膜分离的应用领域化学染料工业脱氧氧化酯化皂化磺化硝化脱氢反应中液体的分离纯化甘油己内酰胺苯染料活性剂等有机化工原料的回收汽车仪表及其它工业涂漆的浓缩回收11苹果梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的澄清除菌过滤苹果梨凤梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的脱水浓缩豆蛋白乳清蛋白白蛋白单糖多糖溶液的澄清与浓缩蔬菜抽提汁西红柿汁的脱水浓缩12抗生素维生素有机酸氨基酸酶等发酵液的澄清除菌过滤抗生素维生素有机酸氨基酸等发酵液的蛋白剔除抗生素氨基酸维生素有机酸酶多糖蛋白质的纯化与浓缩其他相关的脱盐浓缩澄清除菌蛋白剔除细胞收集等分离过程13粉碎过程中磷酸盐氧化镁二氧化钛碳粉水泥碳酸钙的回收干燥过程中pvc二氧化硅活性碳肥料等的回收其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程14水处理?饮用纯水的制备?医药工业中注射用水洗瓶水及其他无菌水的制备?电子工业中超纯水的制备?火力发电厂锅炉补给水的制备?饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备?饮用水纯化苦碱水脱盐海水淡化?废水循环与再生利用零排放?染料颜料油漆含油废水的处理?纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收?金属食品皮革农药和除草剂废水的处理?纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用15六国内膜分离技术主要应用?海水淡化?污水再生?净化水16一高分子膜高分子膜的性能与高分子材料的特性密切相关高分子的结构特征由以下因素决定?相对分子量
精选ppt
21
第三节 分离膜的制备
膜的制备工艺有化学的和物理的方法或 者二者结合。西村正人从高分子材料的选 择和膜材料的化学结构方面，总结出具有 分离孔径膜的10种化学方法和9种物理方 法。
精选ppt
22
•10种化学方法
精选ppt
23
•9种物理方法
精选ppt
24
一、均质对称膜的制备
[
孔径范围较宽，超滤、微
滤；
疏水性，易被溶质污染 聚 苯 醚 砜 [
CH3
C
O
CH3
O
O
S
O
O
S
O ]n
O
O
O
S
O
O
S
]n
O
]n
O ]n
精选ppt
18
3、聚酰胺类膜
[ NH [ NH
O
O
C NHNH C
]n
O C NH
O NH C
O NH C
O C]n
反渗透复合膜，多孔、力学强度和热稳定性 良好、pH（3-11）；对氯离子抵抗能力差， 易受蛋白质污染
对称膜是指膜主体具有均一的结构。
1. 致密均质膜
•溶剂浇铸法
适于可溶性聚合物，将聚合物用溶剂溶解，然后用 刮刀或压延辊将聚合物溶液刮在平整的玻璃板或不锈 钢板上，然后让溶剂挥发，对不同的聚合物找到合适 的溶剂是关键。
•挤压法
适于不溶于溶剂的聚合物，将聚合物置于两 加热板间，加热温度在聚合物软化点以上， 在高压下保持一段时间，冷却即可。
膜在分离过程中具有如下功能物质的识别与透过使混合物中各组分之间实现分离的内在因素界面膜将透过液和保留液料液分为互不混合的两反应场膜从表面到孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团通过物理作用化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度推动力膜过程压力差反渗透超滤微滤纳滤气体分离电位差电渗析膜电解浓度差透析膜传感器温度差膜蒸馏化学反应化学反应膜四膜分离过程的分类10五膜分离的应用领域化学染料工业脱氧氧化酯化皂化磺化硝化脱氢反应中液体的分离纯化甘油己内酰胺苯染料活性剂等有机化工原料的回收汽车仪表及其它工业涂漆的浓缩回收11苹果梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的澄清除菌过滤苹果梨凤梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的脱水浓缩豆蛋白乳清蛋白白蛋白单糖多糖溶液的澄清与浓缩蔬菜抽提汁西红柿汁的脱水浓缩12抗生素维生素有机酸氨基酸酶等发酵液的澄清除菌过滤抗生素维生素有机酸氨基酸等发酵液的蛋白剔除抗生素氨基酸维生素有机酸酶多糖蛋白质的纯化与浓缩其他相关的脱盐浓缩澄清除菌蛋白剔除细胞收集等分离过程13粉碎过程中磷酸盐氧化镁二氧化钛碳粉水泥碳酸钙的回收干燥过程中pvc二氧化硅活性碳肥料等的回收其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程14水处理?饮用纯水的制备?医药工业中注射用水洗瓶水及其他无菌水的制备?电子工业中超纯水的制备?火力发电厂锅炉补给水的制备?饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备?饮用水纯化苦碱水脱盐海水淡化?废水循环与再生利用零排放?染料颜料油漆含油废水的处理?纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收?金属食品皮革农药和除草剂废水的处理?纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用15六国内膜分离技术主要应用?海水淡化?污水再生?净化水16一高分子膜高分子膜的性能与高分子材料的特性密切相关高分子的结构特征由以下因素决定?相对分子量
第九章膜分离过程ppt课件
聚砜类
聚酰(亚)胺类 非纤维素酯 类 聚酯、烯烃类 含氟(硅)类 其他
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
8
功能膜的分类
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. 按膜断面的物理形态分类 可将其分为对称膜，不对称膜、复合 膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。
_ n 2 2
H O H H O HH H O H O H
C H O H 2
10
膜材料特征
从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。 在催化剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能 与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维 素或三醋酸纤维素。
C6H7O2 + (CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O
膜材料特征
（2）主要的非纤维素酯类膜材料
（i）聚砜类 O S 聚砜结构中的特征基团为 O 为了引入亲 水基团，常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用 氯磺酸进行磺化。 聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲酰 胺、二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲 基亚砜等。
14
膜材料特征
聚砜类树脂具有良好的化学、 热学和水解稳定性，强度也很高， pH值适应范围为1～13，最高使用 温度达120℃，抗氧化性和抗氯性都 十分优良。 这类树脂中，目前的代表品种有：
1. 分离膜制备工艺类型 膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样 的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能 差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性 能分离膜的重要保证。 目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的 是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ppt课件
8
5、常见膜分离方法
• 按分离粒子大小分类：
① 透析（Dialysis，DS）
截留分子量：
② 微滤（Microfiltration，MF） 微滤 0.02～10μm
③ 超滤（Ultrafiltration，UF） 透析 3000 ～ 几万Dalton
④ 纳滤（Nanofiltration，NF） 超滤 5000～50万Dalton
– 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； ppt课件
12
2、膜材料分类
• 天然材料：各种纤维素衍生物 • 人造材料：各种合成高聚物 • 特殊材料：复合膜，无机膜,不锈钢膜，陶瓷膜
ppt课件
13
（1）醋酸纤维特点：
• 适合作反渗透膜 • 透过速度大 • 截留盐的能力强 • 易于制备 • 来源丰富
烯醇、聚丙稀酰胺
ppt课件
18
(二）膜的制造
1、膜制造的基本要求 • （1）透过速度 • （2）选择性 • （3）机械强度 • （4）稳定性
ppt课件
19
2、相转变制膜
• 不对称膜通常用相转变法(phase inversion method)制造，其步骤如下：
• 1．将高聚物溶于一种溶剂中； • 2．将得到溶液浇注成薄膜； • 3．将薄膜浸入沉淀剂（通常为水或水溶液）中，
⑤ 反渗透（Reverse osmosis，RO）纳滤 200～1000Dalton或1nm
⑥ 电渗析（Electrodialysis，ED） 反渗透 200Dalton
⑦ 渗透气化（Pervaporation，PV）
ppt课件
9
6、膜分离法与物质大小（直径）的关系
ppt课件
RO NF UF MF
ppt课件
3
1、发展历程
人类认识到膜的功能源于1748年，然而用于为人类服 务是近几十年的事。 1960年Loeb和Sourirajan制备 出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称膜，是膜 分离技术发展的一个里程碑。
ppt课件
4
• 1925年以来，差不多每十年就有一项 新的膜过程在工业上得到应用
• 30年代 微滤 • 40年代 透析 • 50年代 电渗析 • 60年代 反渗透 • 70年代 超滤 • 80年代 纳滤 • 90年代 渗透汽化
ppt课件
5
2、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
ppt课件
6
3、膜分离技术特征及重要性
膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又有使用
简单、易于控制及高效、节能的特点。
选择适当的膜分离技术，可替代过滤、沉淀、萃取、
吸附等多种传统的分离与过滤方法。
应用广泛：膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，
近30年膜分离技术，已广泛用于食品、医药、化工及 水处理等各个领域。产生了巨大的经济效益和社会效 益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
ppt课件
15
（3）芳香聚酰胺类
聚酰胺含有酰胺基团（-CO-NH-）,亲水性好,且其机 械稳定性、热稳定性及水解稳定性均很好,是最典型 的反渗透膜材料之一，但同样不耐氯。
与醋酸纤维素反渗透膜相比,它具有脱盐率高、通量 大、操作压力要求低、pH 范围广4-11
ppt课件
16
3 近年来开发的新型膜材料
ppt课件
23
1. 截留率和截断分子量
• 膜对溶质的截留能力以截留率R（rejection）来表示，
其定义为
膜分离技术得到各国重视：国际学术界一致认为“谁
掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。
ppt课件
7
4、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：合成有机聚合物膜、无机材料膜 • 多孔膜与致密膜：前者微滤膜、超滤膜、纳滤
膜，后者反渗透膜、渗透蒸发
F
10
二 膜材料与膜的制造
ppt课件
11
（一）膜材料
1、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；
均匀的高聚物溶液分离成两相，一相为富含高聚 物的凝胶，形成膜的骨架，而另一相为富含溶剂 的液相，形成膜中空隙。
ppt课件
20
ppt课件
21
三 表征膜性能的参数
ppt课件
22
（一）表征膜性能的参数
• 截断分子量、 • 水通量、 • 孔的特征、 • pH适用范围、 • 抗压能力、 • 对热和溶剂的稳定性等。 制造商通常提供这些数据，
第五章 膜分离技术
(membrane separation)
ppt课件
1
第一讲 膜分离技术 主要内容
膜分离技术概述 膜材料与膜的制造 表征膜性能的参数 各种膜分离技术及其分离机理
ppt课件
2
一、概 述
膜分离技术
• 概念：用半透膜作为选择障碍层，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，允许某些组分透过而保留混合物 中其它组分，从而达到分离目的的技术。
• 不耐温（30℃） • pH 范围窄，清洗困难
与氯作用，寿命降低 • 微生物侵袭
ppt课件
以醋酸和纤维素为原料经酯化反 应制得的人造纤维。
14
（2）聚砜膜的特点
• 温度范围广 • pH 范围广 • 耐氯能力强 • 孔径范围宽
• 操作压力低 • 适合作超滤膜
主链有重复的砜基和亚芳基的高分子化 合物制成的有筛分功能的膜。
① 复合膜； ② 无机多孔膜； ③ 纳米过滤膜。 ④ 功能高分子膜； ⑤ 聚氨基葡糖
ppt课件
17
4、膜材料 - 不同的膜分离技术
• 透析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、 • 微滤膜：硝酸/醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯， • 超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维 • 反渗透膜 ：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺 • 纳滤膜：聚电解质+聚酰胺、聚醚砜 • 电渗析：离子交换树脂 • 渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙