2。微滤膜
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❖ 若在恒容纳滤过程中，对染料分子的截留率小于1，同时 会引起染料分子的损失，当盐含量下降到产物允许浓度时， 其损失率（δNF）与纳滤过程的透过比有关，可用下式估 计
1 RVP /V0 NF
式中，R为膜对产物分子的截留率。 ➢ 由上式可知，当截留率为100﹪时，产物与透过物无关，
不会损失； ➢ 当截留率﹤1.0时，透过比越大，产物的损失率越大； ➢ 透过比往往与纳滤膜对盐的脱除率有关，采用脱盐率较高
5. 纳滤
❖5.1 纳滤脱盐率 ❖纳滤膜，早时称疏松型反渗透膜（loose RO），
由于其分离特性与反渗透类似，因此也称为低压 反渗透膜。 ❖ 纳滤膜膜面或膜内一般带有负电基团，如COOH、-SO3H等荷电载体。反渗透膜几乎可 完全截留相分子质量为150的有机物，而纳滤膜 对相对分子质量大于200的有机物及二价离子有 较高截留作用。
1 ln(1 0.4
0.95)
7.49
12
由此看出，要脱除料液中95﹪的盐， 若选用脱盐率为90﹪的纳滤膜，仅需3倍 于料液的渗透量；若选用脱盐率为40﹪ 的纳滤膜，则需要8倍于料液的渗透量。
13
❖ 以上均是在假定纳滤过程对盐的脱除率下进行的，也就是 在纳滤过程中对染料分子的截留率均为100﹪。
三者的统一效应组成了超过滤分离物质的机理。
5
4.4 超过滤膜的种类及其特性
用于制备反渗透膜的材料也可以用来制备超过滤膜，只 是制膜液的组分配比不同和成膜工艺不同而已。
二醋酸纤维素膜：是最常见的超滤膜，它可以按截留
不同的分子量成为一个膜系列。 ❖ 膜孔径大小是由制膜组分间的配比与成膜条件决定。如截
留分子量力10000左右的膜，它的制膜液组分为二醋酸纤 维素、丙酮、甲酰胺，它们之间的重量百分比分别为16.3 ％、44.5％和39.2％。 ❖ 二醋酸纤维素超过滤膜的成膜工艺和反渗透的成膜工艺相 近似，它在凝胶成型后，不需要再进行热处理。
的膜，其透过比稍低，则产物的损失率就降低。
14
6. 浓差极化、污染现象和控制
6.1 浓差极化
当膜组件进行溶液分离时，在膜的高压侧一面，由 于溶剂(或低分子物)不断透过膜面，使得膜的表面 附近溶质(或大分子物)的浓度不断上升，产生了膜 表面附近浓度与主体流浓度的梯度差，这种现象称 为膜的浓差极化(concentration polarization) 。位于 膜面附近的高浓度地区称之浓差极化层。
6
聚砜膜：
❖ 聚砜膜也是常见的一种超过滤膜，它具有良好的化学稳定 性和热稳定性。这种膜也有多种不同膜孔径。
❖ 例如，有一种聚砜超滤膜的膜孔径可以截留分子量22000 左右，截留率达80%－85％，如截留分子量为67000时， 截留率可达90％以上，该膜的制膜浓是由聚砜树脂、二甲 基甲酰胺和乙二醇甲醚所组成，其重量百分比分别为14％、 72％和14％。
水分子
离子
大分子
颗粒与胶体
3
原理图示
4
4.3 机理简介： ❖ 超过滤介于反渗透（纳滤）与微孔过滤之间，因此它的透
过机理也是介于反渗透的分离机理和微孔过滤机理之间。 ❖ 滤透过机理，既应考虑到溶液中溶质粒子的大小、形状和
膜孔径之间的关系，同时还应考虑到膜和溶质粒子间的相 互作用。 ❖ 综合起来，超滤之所以能截留大分子和微粒，在于膜表面 孔径机械筛分机理；膜孔阻塞的阻滞机理和膜面及膜孔对 粒子的一次吸附机理。
9
纳滤
❖ 对盐的渗透性主要取决于其阴离子的价态，通常 单价阴离子的盐能大量渗透通过膜，其脱除率约 在30﹪～90﹪之间；而对2价或高价阴离子的盐 则易于截留，可高达90﹪以上。
❖ 对阴离子的脱除率按Cl-、OH-、SO42－、CO32－ 顺序递增；而阳离子的脱除率按H+、Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Cu2+顺序递增。Leabharlann 0.5﹪时，过程的总脱盐率为:
Dt
1
ct c0
1 0.5 10.0
0.95
❖ 若选脱盐率为90﹪纳滤膜，则透过液量比可用下式计算
VP V0
1
1
D ln(1 Dt ) 0.9 ln(1 0.95) 3.33
•当选用脱盐率为40﹪的钠率膜，透过液量比:
VP V0
1 ln(1 D
Dt )
10
5.2 纳滤恒容脱盐
对纳滤过程，由于盐的一次脱除率通常较低，一般需
经多次脱除，因此还取决于过程的总脱盐率。
在恒容脱盐过程中，假定料液体积V0为常数，则料液中 盐的浓度由c0降到ct时，透过液的总体积为Vp，若过程对 盐的脱除率D恒定不变，则有
V0dc cDdV
设过程总脱盐率Dt 则有：
Dt
1
❖ 除了上述两种超滤膜外，还有许多种类的超滤膜，并且 己被做成不同类型的膜元件供商业上选用。
7
4.5 微滤分离原理
利用筛分原理，分离、截留直径为 0.05 m 到 10 m 大小的粒子，即微滤膜的孔径为 0.05 m 到 10 m。采用压力为 0.05～ 0.5MPa。
水分子
离子
大分子
颗粒与胶体
8
的截留相对分子质量有关。
2
4.2 超 滤 分 离 原 理
超滤的分离原理也可基本理解为筛分原理，但在有些情况下受到粒 子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响。它可分离分子量从1000 到1000000 道尔顿的可溶性大分子物质，对应孔径为 20 －500 埃 （0.002m 到 0.05m）。采用压力为0.1－1MPa。
cf c0
由此可得到总脱盐率与回收率的关系。
VP V0
1 D
ln(1
Dt
)
11
❖ [例5-1] 一种染料含盐量高达10﹪，今可采用恒容纳滤 方法将染料中盐含量降低到0.5﹪以下。假定染料中的盐 为氯化钠，若分别选用脱盐率为90﹪和40﹪的纳滤膜， 各需多少渗透液量才能获得合格产品？
❖ 解： 根据题意，要求将染料中的盐含量脱除到低于
膜分离技术(2)
主讲： 陈 侠
4. 超滤、微滤
4.1 超滤的基本原理 ❖ 超滤是通过膜的筛分作用将溶液中大于膜孔的大分子溶质
截留，使这些溶质与溶剂及小分子组分分离的膜过程。膜 孔的大小和形状对分离起主要作用，一般认为膜的物化性 质对分离性能影响不大。 ❖ 超滤过程中的溶质截留率定义与纳滤、反渗透过程中的溶 质截留率向类似。 ❖ 由于超滤过程的对象是大分子，膜的孔径通常被截留分子 的相对分子质量的大小来表征，膜的截留率与被截留组分
1 RVP /V0 NF
式中，R为膜对产物分子的截留率。 ➢ 由上式可知，当截留率为100﹪时，产物与透过物无关，
不会损失； ➢ 当截留率﹤1.0时，透过比越大，产物的损失率越大； ➢ 透过比往往与纳滤膜对盐的脱除率有关，采用脱盐率较高
5. 纳滤
❖5.1 纳滤脱盐率 ❖纳滤膜，早时称疏松型反渗透膜（loose RO），
由于其分离特性与反渗透类似，因此也称为低压 反渗透膜。 ❖ 纳滤膜膜面或膜内一般带有负电基团，如COOH、-SO3H等荷电载体。反渗透膜几乎可 完全截留相分子质量为150的有机物，而纳滤膜 对相对分子质量大于200的有机物及二价离子有 较高截留作用。
1 ln(1 0.4
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由此看出，要脱除料液中95﹪的盐， 若选用脱盐率为90﹪的纳滤膜，仅需3倍 于料液的渗透量；若选用脱盐率为40﹪ 的纳滤膜，则需要8倍于料液的渗透量。
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❖ 以上均是在假定纳滤过程对盐的脱除率下进行的，也就是 在纳滤过程中对染料分子的截留率均为100﹪。
三者的统一效应组成了超过滤分离物质的机理。
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4.4 超过滤膜的种类及其特性
用于制备反渗透膜的材料也可以用来制备超过滤膜，只 是制膜液的组分配比不同和成膜工艺不同而已。
二醋酸纤维素膜：是最常见的超滤膜，它可以按截留
不同的分子量成为一个膜系列。 ❖ 膜孔径大小是由制膜组分间的配比与成膜条件决定。如截
留分子量力10000左右的膜，它的制膜液组分为二醋酸纤 维素、丙酮、甲酰胺，它们之间的重量百分比分别为16.3 ％、44.5％和39.2％。 ❖ 二醋酸纤维素超过滤膜的成膜工艺和反渗透的成膜工艺相 近似，它在凝胶成型后，不需要再进行热处理。
的膜，其透过比稍低，则产物的损失率就降低。
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6. 浓差极化、污染现象和控制
6.1 浓差极化
当膜组件进行溶液分离时，在膜的高压侧一面，由 于溶剂(或低分子物)不断透过膜面，使得膜的表面 附近溶质(或大分子物)的浓度不断上升，产生了膜 表面附近浓度与主体流浓度的梯度差，这种现象称 为膜的浓差极化(concentration polarization) 。位于 膜面附近的高浓度地区称之浓差极化层。
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聚砜膜：
❖ 聚砜膜也是常见的一种超过滤膜，它具有良好的化学稳定 性和热稳定性。这种膜也有多种不同膜孔径。
❖ 例如，有一种聚砜超滤膜的膜孔径可以截留分子量22000 左右，截留率达80%－85％，如截留分子量为67000时， 截留率可达90％以上，该膜的制膜浓是由聚砜树脂、二甲 基甲酰胺和乙二醇甲醚所组成，其重量百分比分别为14％、 72％和14％。
水分子
离子
大分子
颗粒与胶体
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原理图示
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4.3 机理简介： ❖ 超过滤介于反渗透（纳滤）与微孔过滤之间，因此它的透
过机理也是介于反渗透的分离机理和微孔过滤机理之间。 ❖ 滤透过机理，既应考虑到溶液中溶质粒子的大小、形状和
膜孔径之间的关系，同时还应考虑到膜和溶质粒子间的相 互作用。 ❖ 综合起来，超滤之所以能截留大分子和微粒，在于膜表面 孔径机械筛分机理；膜孔阻塞的阻滞机理和膜面及膜孔对 粒子的一次吸附机理。
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纳滤
❖ 对盐的渗透性主要取决于其阴离子的价态，通常 单价阴离子的盐能大量渗透通过膜，其脱除率约 在30﹪～90﹪之间；而对2价或高价阴离子的盐 则易于截留，可高达90﹪以上。
❖ 对阴离子的脱除率按Cl-、OH-、SO42－、CO32－ 顺序递增；而阳离子的脱除率按H+、Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Cu2+顺序递增。Leabharlann 0.5﹪时，过程的总脱盐率为:
Dt
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1 0.5 10.0
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❖ 若选脱盐率为90﹪纳滤膜，则透过液量比可用下式计算
VP V0
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D ln(1 Dt ) 0.9 ln(1 0.95) 3.33
•当选用脱盐率为40﹪的钠率膜，透过液量比:
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5.2 纳滤恒容脱盐
对纳滤过程，由于盐的一次脱除率通常较低，一般需
经多次脱除，因此还取决于过程的总脱盐率。
在恒容脱盐过程中，假定料液体积V0为常数，则料液中 盐的浓度由c0降到ct时，透过液的总体积为Vp，若过程对 盐的脱除率D恒定不变，则有
V0dc cDdV
设过程总脱盐率Dt 则有：
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❖ 除了上述两种超滤膜外，还有许多种类的超滤膜，并且 己被做成不同类型的膜元件供商业上选用。
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4.5 微滤分离原理
利用筛分原理，分离、截留直径为 0.05 m 到 10 m 大小的粒子，即微滤膜的孔径为 0.05 m 到 10 m。采用压力为 0.05～ 0.5MPa。
水分子
离子
大分子
颗粒与胶体
8
的截留相对分子质量有关。
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4.2 超 滤 分 离 原 理
超滤的分离原理也可基本理解为筛分原理，但在有些情况下受到粒 子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响。它可分离分子量从1000 到1000000 道尔顿的可溶性大分子物质，对应孔径为 20 －500 埃 （0.002m 到 0.05m）。采用压力为0.1－1MPa。
cf c0
由此可得到总脱盐率与回收率的关系。
VP V0
1 D
ln(1
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11
❖ [例5-1] 一种染料含盐量高达10﹪，今可采用恒容纳滤 方法将染料中盐含量降低到0.5﹪以下。假定染料中的盐 为氯化钠，若分别选用脱盐率为90﹪和40﹪的纳滤膜， 各需多少渗透液量才能获得合格产品？
❖ 解： 根据题意，要求将染料中的盐含量脱除到低于
膜分离技术(2)
主讲： 陈 侠
4. 超滤、微滤
4.1 超滤的基本原理 ❖ 超滤是通过膜的筛分作用将溶液中大于膜孔的大分子溶质
截留，使这些溶质与溶剂及小分子组分分离的膜过程。膜 孔的大小和形状对分离起主要作用，一般认为膜的物化性 质对分离性能影响不大。 ❖ 超滤过程中的溶质截留率定义与纳滤、反渗透过程中的溶 质截留率向类似。 ❖ 由于超滤过程的对象是大分子，膜的孔径通常被截留分子 的相对分子质量的大小来表征，膜的截留率与被截留组分