第六章 膜分离(1)_PPT幻灯片
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膜分离技术是一项简单、快速、高效、选择性好、 经济节能的新技术。它已广泛地用于水处理、湿法冶 金、生物化工、医药工业、食品工业及环境保护等方 面。
一、膜的概念
膜(Membrane)是 什么？有何特性？
在一种流体相内或两种流体相之间有一薄层凝 聚相物质把流体相分隔成两部分，并能使这两部分 之间产生传质作用。这一薄层物质就是膜，这一作 为凝聚相的膜可以是固态的，或液态的；流体相可 以是液态的，也可以是气态的。
三、膜分离过程的特点
归纳起来，膜分离过程的主要特点是以具有选择透 过性的膜作为组分分离的手段。通过在膜两边施加一个 推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧 组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。
通常有以下三种形式： 1. 渗析式膜分离
Retentate (residue) （截留液）
Mangold， Michaels.Mo
bain..etc
用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反渗 透现象
Teorell， Meyer，
Sievers
进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础
William Kolff
初次成功使用了人工肾
Juda， Mcrae
合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等分 离工程
膜科学的发展史
年代
1748
1827 1831
1855 1861～
1966 1860～
1977 1906 1917
科学家
主要内容
Abbe Nollet Dutrochet
水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生 渗透现象
名词渗透作用（Osmosis）的引入
J.V.Mitchell 气体透过橡胶膜的研究
要求：
1.熟悉电渗析﹑渗透汽化﹑反渗透和液膜分离的原理﹑ 过程和应用；
2.同时熟悉离子交换膜和液膜的结构﹑分类和性能； 3.了解膜的概念及分类； 4.了解电渗析过程中的极化和结垢问题； 5.了解超过滤﹑微滤﹑其它分离过程（膜蒸馏﹑膜萃取
和膜分相）的原理及操作特点
第一节 绪 论
随着科技发展，“膜”这个新名词越来越多的在 各个方面出现，看起来它是一层极薄的薄片，但它威 力之大，很难想象.
1911 1922
1920
1930 1944 1950 1960 1968 1980
Donnan
Donnan分布定律。研究了分子带电荷体的形成，电荷分 布，Donnan电渗析和伴生传递的平衡现象
Zsigmondy Bachman Fofirol..etc
微孔膜用于分离极细粒子、初期的超滤和反渗透（膜材料 为赛璐玢和再生纤维）
GFT GmbH
应用
微电子、医学、 食品、化工等
苦咸水脱盐、水 分解、氯碱工业
海水脱盐、饮用 水生产、食品工 业、造纸工业等
血液渗析、工业 废液等
制药工业、乳品 工业等
医疗、燃烧过程 等
无水乙醇生产
其发展的历史大致为：
30年代微孔过滤，40年代透析；50年代电渗析； 60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分 离；90年代渗透汽化。此外以膜为基础的其它新型 分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成 过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和 发展。
渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜
超 过 滤 膜
反 渗 透 膜
渗 透 汽 化 膜
气 体 渗 透 膜
无机材料膜 有机高分子膜
固体膜
根据膜断面 的物理形态
根据固体 膜的形态
膜界面上的孔道结构均匀，传质阻力大， 透过通量低，易污染，难清洗。
对称膜 不对称膜
表面活性层和惰性层构成 传质阻力小，透过量高。
复合膜 用两种不同的膜材料分别制 成表面活性层和多孔支撑层
Fick
发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散； 制备了早期的人工半渗透膜
Graham
发现气体通过橡皮有不同的的渗透率，发现 渗析（Dialysis）现象
Van‘t Hoff， Tranbe，Preffer
渗透压定律
Kahlenbery 观察到烃/乙醇溶液选择透过橡胶薄膜
Kober
引入名词渗透气化（Pervaporqtion）
3. 液膜分离
特点：过程涉及三个液相—料液第一液相，接受液
第二液相，液膜第三液相。 萃取与反萃取
料液
液 膜
接受液
液膜与料液和接受液互不混溶
四、分离用膜的分类 膜的种类
根据 膜的 材质
根据 材料 来源
根据 膜的 结构
根据 膜的Leabharlann Baidu功能
固 体 膜
液 体 膜
天 然 膜
合 成 膜
多 孔 膜
致 密 膜
离 子 交 换 膜
2. 过滤式膜分离 Feed
3. 液膜分离
Permeate 透过液
1. 渗析式膜分离
浓度差、电位差
被处理的溶液 膜
接纳渗析组分 的溶剂或溶液
料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动 下，透过膜进入接受液中而被分离。如：渗析、电渗析
2. 过滤式膜分离
压力差
溶液或 混合气体
固
渗透液
膜
渗透气
由于组分的分子的大小和性质不同，它们透过膜的 速率有差异，因而透过部分与留下部分的组成不同，即 实现了分离。如：超滤、微滤、反渗透、气体渗透
平板膜
管式膜
中空纤维膜
核孔膜
有机高分子膜 带电膜
非带电膜
阳离子膜 阴离子膜
过滤膜 精密过滤膜
超滤膜 反渗透膜
五、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
海水与苦 咸水淡化
电厂锅炉 供水脱盐
LoebSourirajan
相转化法制出了非对称反渗透膜
N.N.Li 发明了液膜
Cadotte 制出了界面反应聚合复合膜
膜工业的发展史
分离过程 年代
目前主要厂商
微滤 电渗析 反渗透
渗析 超滤 气体分离 渗透汽化
1925 1960 1965 1965 1970 1980 1990
Millipore Corp，Pall corp.，Asahi Chemical Oonics Ins.，Tokuyama Soda， Asahi Glass Film Tech./DOW， Hydronautics/Nitto，Torray，Ddu Pont Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.， Nittl Denko Permea/Air Prod.，Ube Ind.， Hoechst/Celanese
一、膜的概念
膜(Membrane)是 什么？有何特性？
在一种流体相内或两种流体相之间有一薄层凝 聚相物质把流体相分隔成两部分，并能使这两部分 之间产生传质作用。这一薄层物质就是膜，这一作 为凝聚相的膜可以是固态的，或液态的；流体相可 以是液态的，也可以是气态的。
三、膜分离过程的特点
归纳起来，膜分离过程的主要特点是以具有选择透 过性的膜作为组分分离的手段。通过在膜两边施加一个 推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧 组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。
通常有以下三种形式： 1. 渗析式膜分离
Retentate (residue) （截留液）
Mangold， Michaels.Mo
bain..etc
用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反渗 透现象
Teorell， Meyer，
Sievers
进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础
William Kolff
初次成功使用了人工肾
Juda， Mcrae
合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等分 离工程
膜科学的发展史
年代
1748
1827 1831
1855 1861～
1966 1860～
1977 1906 1917
科学家
主要内容
Abbe Nollet Dutrochet
水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生 渗透现象
名词渗透作用（Osmosis）的引入
J.V.Mitchell 气体透过橡胶膜的研究
要求：
1.熟悉电渗析﹑渗透汽化﹑反渗透和液膜分离的原理﹑ 过程和应用；
2.同时熟悉离子交换膜和液膜的结构﹑分类和性能； 3.了解膜的概念及分类； 4.了解电渗析过程中的极化和结垢问题； 5.了解超过滤﹑微滤﹑其它分离过程（膜蒸馏﹑膜萃取
和膜分相）的原理及操作特点
第一节 绪 论
随着科技发展，“膜”这个新名词越来越多的在 各个方面出现，看起来它是一层极薄的薄片，但它威 力之大，很难想象.
1911 1922
1920
1930 1944 1950 1960 1968 1980
Donnan
Donnan分布定律。研究了分子带电荷体的形成，电荷分 布，Donnan电渗析和伴生传递的平衡现象
Zsigmondy Bachman Fofirol..etc
微孔膜用于分离极细粒子、初期的超滤和反渗透（膜材料 为赛璐玢和再生纤维）
GFT GmbH
应用
微电子、医学、 食品、化工等
苦咸水脱盐、水 分解、氯碱工业
海水脱盐、饮用 水生产、食品工 业、造纸工业等
血液渗析、工业 废液等
制药工业、乳品 工业等
医疗、燃烧过程 等
无水乙醇生产
其发展的历史大致为：
30年代微孔过滤，40年代透析；50年代电渗析； 60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分 离；90年代渗透汽化。此外以膜为基础的其它新型 分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成 过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和 发展。
渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜
超 过 滤 膜
反 渗 透 膜
渗 透 汽 化 膜
气 体 渗 透 膜
无机材料膜 有机高分子膜
固体膜
根据膜断面 的物理形态
根据固体 膜的形态
膜界面上的孔道结构均匀，传质阻力大， 透过通量低，易污染，难清洗。
对称膜 不对称膜
表面活性层和惰性层构成 传质阻力小，透过量高。
复合膜 用两种不同的膜材料分别制 成表面活性层和多孔支撑层
Fick
发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散； 制备了早期的人工半渗透膜
Graham
发现气体通过橡皮有不同的的渗透率，发现 渗析（Dialysis）现象
Van‘t Hoff， Tranbe，Preffer
渗透压定律
Kahlenbery 观察到烃/乙醇溶液选择透过橡胶薄膜
Kober
引入名词渗透气化（Pervaporqtion）
3. 液膜分离
特点：过程涉及三个液相—料液第一液相，接受液
第二液相，液膜第三液相。 萃取与反萃取
料液
液 膜
接受液
液膜与料液和接受液互不混溶
四、分离用膜的分类 膜的种类
根据 膜的 材质
根据 材料 来源
根据 膜的 结构
根据 膜的Leabharlann Baidu功能
固 体 膜
液 体 膜
天 然 膜
合 成 膜
多 孔 膜
致 密 膜
离 子 交 换 膜
2. 过滤式膜分离 Feed
3. 液膜分离
Permeate 透过液
1. 渗析式膜分离
浓度差、电位差
被处理的溶液 膜
接纳渗析组分 的溶剂或溶液
料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动 下，透过膜进入接受液中而被分离。如：渗析、电渗析
2. 过滤式膜分离
压力差
溶液或 混合气体
固
渗透液
膜
渗透气
由于组分的分子的大小和性质不同，它们透过膜的 速率有差异，因而透过部分与留下部分的组成不同，即 实现了分离。如：超滤、微滤、反渗透、气体渗透
平板膜
管式膜
中空纤维膜
核孔膜
有机高分子膜 带电膜
非带电膜
阳离子膜 阴离子膜
过滤膜 精密过滤膜
超滤膜 反渗透膜
五、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
海水与苦 咸水淡化
电厂锅炉 供水脱盐
LoebSourirajan
相转化法制出了非对称反渗透膜
N.N.Li 发明了液膜
Cadotte 制出了界面反应聚合复合膜
膜工业的发展史
分离过程 年代
目前主要厂商
微滤 电渗析 反渗透
渗析 超滤 气体分离 渗透汽化
1925 1960 1965 1965 1970 1980 1990
Millipore Corp，Pall corp.，Asahi Chemical Oonics Ins.，Tokuyama Soda， Asahi Glass Film Tech./DOW， Hydronautics/Nitto，Torray，Ddu Pont Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.， Nittl Denko Permea/Air Prod.，Ube Ind.， Hoechst/Celanese