第十四章 新型膜分离技术
新型膜分离技术的应用及发展趋势
新型膜分离技术的应用及发展趋势人类对于膜的认识和研究具有悠久的历史，法国的Abbe Nollet[1,2]在18世纪末就发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的膀胱内，从而首次揭示了膜分离现象；1864年Traube成功地研制出亚铁氰化铜膜(人类历史上第一片人造膜)；但直到20世纪60年代，由于美国埃克森公司第一张工业用膜的诞生，膜技术才进入快速发展时期[3]。
膜分离技术主要是采用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，实现对双组分或多组分流质和溶剂的分离、分级、提纯和富集操作。
与传统分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质进行分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而逐渐成为不可替代的单元操作之一[4]，目前已在环保、水处理、化工、冶金、能源、医药、食品、仿生等领域得到广泛的应用。
本文将在简要介绍常规膜分离技术的基础上，对近年来国内外的新型膜分离技术，例如膜萃取，膜蒸馏等最新研究进展进行较为详细的综述。
1常规膜分离技术根据膜分离技术所需能量的不同，常规的膜分离技术可分为[5,6,7]:渗析、电渗析、反渗透、超滤、微滤和纳滤。
1.1渗析渗析是溶质在自身浓度梯度的作用下，利用半透膜的选择透过性，实现不同性质溶质的分离。
渗析是最早被发现并研究的膜分离技术，但是由于受到体系本身条件的限制，渗析过程往往处理速度缓慢，效率低下，选择性差，难以对物系进行完全的分离，因此它主要被用于去除复杂溶液中的低分子量组分[8]，如血液渗析，即以渗析膜代替肾来去除尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸等有毒的低分子量组分，以缓解肾衰竭和尿毒症患者的病情。
1.2电渗析电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜对溶液中的阴阳离子的选择性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
在1950年Juda[9]开发了选择性离子交换膜之后，电渗析技术才进入实用阶段。
新型膜分离材料的制备及其应用研究
新型膜分离材料的制备及其应用研究近年来，随着生物工程、化工等领域的快速发展，高向性、高分离率和高通量的膜分离技术备受人们关注。
新型膜分离材料已成为实现高效、经济和环保的膜分离技术的关键。
本文将从新型膜分离材料的制备和应用两个方面，分析并探讨相关问题。
新型膜分离材料的制备1、组装法制备方法组装法是目前制备新型膜分离材料的常用方法之一。
该方法利用自组装和交联作用，构建单层或多层结构的膜。
组装法主要有层层自组装法、交替沉积法和晶体生长法等。
层层自组装法是利用静电相互作用、水解覆盖和离子交换反应，通过多次重复离子反应，将负电离子和正电荷阳离子沉积在表面上，形成互相错落的多层膜的制备方法。
交替沉积法是利用高范德华力，在深度方向沉积两个性质不同的聚合物形成层层膜，这种方法制备的膜具有多孔结构和高通量量的优点。
晶体生长法是利用超滤和离子交换技术，将生长结晶的单晶体膜沉积在附着物上形成的新型离子交换膜，可应用于生化分离和催化反应领域。
2、相分离法制备方法相分离法制备新型膜分离材料主要包括液晶聚合物自组装法、自由自容相法以及高分子析出法等。
液晶聚合物自组装法是将液晶聚合物分子在特定条件下自组装成有序的序列，通过自组装使场效转移到分子链之间，构建出有序的膜结构。
自由自容相法是在欧拉-拉格朗日方程的基础上发展起来的新型膜分离材料制备方法，其特点是能够实现三维空间的连续微结构，并且其分子组织状态可通过控制制备条件来改变。
高分子析出法是在高浓度溶液中，高分子连续相和低分子不连续相之间相互作用而形成的新型膜分离材料。
新型膜分离材料的应用1、生物分离领域新型膜分离技术已经得到广泛的应用，尤其是在生物分离领域，它的应用可能涉及基因、蛋白质、细胞等领域的分离和纯化。
新型膜分离材料可以选择性地分离不同大小和性质的生物分子，防止分子的交叉污染，提高生物分离效率，并降低能源消耗。
2、膜分离领域新型膜分离技术在膜分离领域的应用，可以实现不同的分离和纯化效果。
膜分离技术
乳状液膜示意图
支撑液膜示意图
3.2
膜蒸馏
膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为 传质驱动力的膜分离过程，基本原理如下图：
优点：（1）常压下进行，设备简单、操作方便 （2）只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净（3）可以处理极高浓度 的水溶液，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程； （4）无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，就可以进行， 有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源。
2.1
应用
微滤
（1）水的高度净化：除菌和微粒 （2）食品、饮料、酒类、酱油醋等悬浮物、
微生物和异味杂质
（3）药液的过滤除菌 （4）发酵工业的空气净化和除菌。
2.2
超滤
行分离的筛分过程，其截断分子量一般在6000到50万， 如多糖、蛋白质、酶、胶体等。 孔径为几十nm，操作压0.2-1MPa
定义：以压力差为动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进
剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透 压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧 得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。
2.4
反渗透
特点：所分离物质分子量一般小于500，操作压2-100MPa
膜结构：反渗透膜通常使用非对称膜和复合膜,孔径小于0.5nm
3
新型膜分离技术
液膜萃取 亲和膜分离 渗透蒸发 气体分离 膜蒸馏
膜反应器
泡沫分离
3.1
液膜萃取
原理：液膜萃取技术是一种以液膜为分离介质，利用液膜 的选择透过性，以浓度差为推动力的一种新型膜分离方法， 结合了固体膜分离法和溶剂萃取法的特点
化工原理新型分离技术-膜分离
砜
耐辐射，机械强度较高。
含 聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟 氟 乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸 材 料
化学稳定性好，耐高温。如PTFE膜， －40～260oC，可耐强酸，强碱和各 种有机溶剂。具疏水性，可用于过滤 蒸气及腐蚀性液体。
P2 P3
膜过程的一些术语
1
2 3
浓差极化：在膜分离过程中， 一部分溶质被截留，在膜表 面及靠近膜表面区域的浓度 越来越高，造成从膜表面到 本体溶液之间产生浓度梯度，
这一现象称为“浓差极化”。
Cf Cm Cp
浓差 膜层 渗透侧
极化层
极化层
膜过程的一些术语
传递阻力：
1）膜阻Rm:与膜本身的结构有关，包含膜层到支撑层的 传递阻力；
膜过程的一些术语
通量衰减系数m：由于过程的浓差极化、膜的压密、膜污 染等的影响，使得通量随时间的变化
膜过程的一些术语
推动力： 1）对多孔膜而言，在对流流动的情况下，传质推动力是 膜两侧的压力差。
P1
P＝（P1＋P2）/2－P3
膜压降：P1-P2，是由于流体流动引起的。 2）对致密膜而言，推动力为膜两侧的化学势之差。
在其它工业废水处理中的应用
❖造纸工业的黑水和白水处理、纺织废水中PVA 回收等。
上海宝钢集团公司冷轧线
设备处理能力为：6万m3/年，油截留率大于99.9％，水回用率大于90％，回收油120吨 /年
钢铁冷轧乳化液废水处理回用技术
项目 设备折旧费用 （元）
能耗费用 （元） 人工费用 （元）
维修 （元） 清洗剂费用（元）
1827年Dutrochet引入名词渗透（Osmosis）； 1861年Schmidt提出超滤概念； 1864年Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜） 1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并将其应用于微
《膜分离技术》PPT课件
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脂肪族聚酰胺
脂肪族聚酰胺是线形高分子材料，由亚甲 基链段和极性基团（酰胺基）有规律交替 链接而成。
O
CH2 C NH
p型脂肪族聚酰胺
p-1
n
O
O
NH CH2 NH C CH2 C mp型脂肪族聚酰胺。
m
p-2
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n
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芳香族聚酰胺
分子骨架上含有芳环的聚酰胺称为芳 香族聚酰胺。目前工业化的有两大类：
HCH2OHO
H OH
HCH2OHO
H
O
OH OH
H H
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
O
OH
H H
H OH
H OH
OH H
H H
H OOH
CH2OH
n_2
2
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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。
聚酰胺（俗称尼龙）是指分子主链上含有酰胺基 团（-NHCO-）的高分子化合物。英文为polyamide， 缩写为PA。
早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙-4、 尼龙—66等制成的中空纤维膜。
以后发展了芳香族聚酰胺，用它们制成的分离膜， pH适用范围为3～11。长期使用稳定性好。
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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
obain..etc
1930
Teorell， Meyer，
Sievers
进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础
新型分离技术 膜分离技术8.1
膜分离技术的发展-发展史
1748年科学家就发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，这 一发现开创了膜渗透的研究。 1854年Graham发现了渗析现象。 1964年Traube成功地制成了历史上第一片人造膜-亚铁氰化铜膜。 20世纪40年代，利用渗析原理研制出人工肾。 20世纪50年代初，离子膜研制成功，电渗析技术成功地应用于工业生 产中。 20世纪60年代Loeb研制成醋酸纤维素非对称性膜，这在膜分离技术的 发展中是一个重要的突破，使反渗透进入了实用阶段。 20世纪70年代超滤和液膜； 20世纪80年代气体分离； 20世纪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。
膜分离技术的发展-特点
操作温度低，能耗低，分离效率高，分 离过程中不伴随相变，无二次污染。特 别适合于热敏性物质、稀溶液、难分离 物质的分离。 膜分离技术是一种新技术，与其它新技 术一样，产品更新快，技术含量高，研 制比重大，而且品种较多，生产规模小。
膜及膜分离技术的定义和分类
-膜的定义
在一种流体相内或两种流体相之间，用一个较 为致密的薄层（＜0.5mm）凝聚相物质把流体 相分为两部分，这一薄层物质就是膜。膜本身 可以是均一的一相，或是由两相以上的凝聚态 物质所构成的复合体。膜既可以是固态的，也 可以是液态的；可以是完全透过性的，也可以 是半透过性的。不论膜有多薄，都必须起到隔 离作用，以阻止膜两侧的流体相直接接触。
反渗透的应用
①反渗透法处理酸性尾矿水废水经过滤后，用高压泵送进反渗透器，产 出的淡水加碱调整pH值后即可作为工业用水，若再经过滤和消毒后还可 作为饮用水。浓缩水部分循环，部分用石灰中和沉淀。废水中的CaS04 容易沉淀，可沾污、堵塞反渗透膜，所以反渗透器的进水应控制废水与 沉淀池返回来的上清液之比为10:1。同时，应使水流处于湍流状态，以 便防止边界层沉淀。反渗透处理结果见表，操作压力为4.21MFa，水的 回收率为75%。 ②纸浆及造纸厂废水处理生产试验表明，反渗透沦可降低造纸厂废水中 的BOD5约70~80％，COD约85~90％，色度约96~98%，钙约96~97%。 据报导，在工作压力为3.14MPa时可去除纸浆废水中的BOD5达94%，氯 化物92％，水的回收率80%，处理后的水无色无臭，可回用于生产。 ③丝绸染整厂废水处理国内几家工厂的实践说明，用外压管束式反渗透 装置处理丝绸染整废水，脱色率达98％以上，BOD5去除率达80.90％， COD去除率85.98％，出水清亮透明，可返回生产使用。此法占地面积小； 处理成本低。
膜分离技术简介全
非对称性膜复合膜
*
膜过程
推动力
传递机理
透过物
截留物
膜类型
渗析
浓度差
溶质的扩散传递
低分子量物、离子
溶剂
非对称性膜
电渗析
电位差
电解质离子的
离子交换膜
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
难渗透性气 体或蒸汽
均相膜、复合膜，非对称膜
渗透蒸发
压力差
*
膜的清洗一般选用水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、络合剂、氧化剂和酶溶液等为清洗剂。具体用何种清洗剂应根据膜的性质和污染物的性质而决定，使用的清洗剂要具有良好的去污能力，同时又不能损害膜的过滤性能。
*
如果用清水清洗就恢复膜的透过性能，则不需使用其他清洗剂。对于蛋白质的严重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果较好。
*
*
(3)、螺旋卷式(Spiral Wound)膜组件 目前,螺旋卷式膜组件被广泛地应用于多种膜分离过程。 膜、料液通道网、以及多孔的膜支撑体等通过适当的方式被组合在一起,然后将其装人能承受压力的外壳中制成膜组件。通过改变料液和过滤液流动通道的形式,这类膜组件的内部结构也可被设计成多种不同的形式。
*
*
(4)、中空纤维(Hollow Fiber)膜组件 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从膜组件的另一端流出。
《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。
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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。
膜分离技术 ppt课件
10
3 通量衰减系数
膜的渗透通量衰减是由于过程的浓差极化、膜孔的 堵塞等原因造成的，将随时间衰减。
Jt =J1 tm
式中
Jt ―膜运转t小时的透过速度 J1 ―膜运转1h的透过速度 m ―通量衰减系数
11
截留分子量
膜孔的大小是表征膜性能的一个重要参数，通常用截 留分子量表示膜的孔径特征。
膜分离技术
1
内容提纲
膜技术的发展历史 膜技术的基本原理 膜技术加工的工艺设备 膜技术的特点 膜技术在食品中的应用 膜技术的发展前景
2
膜技术的定义
膜技术是用天然人工合成的高分子薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分的溶 质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。 可利用液相和气相，对于液相分离，可用于水 溶液体系、水溶胶体系以及非溶液体系等。膜 技术是一种分子水平上的分离技术。
3
1 膜技术的发展历史
Abble Nollet 发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪 1978年 膀胱内，首次揭示了膜分离现象
1816年 Schmide首先提出超滤
1864年 1918年
Traube制成第一片人造膜——亚铁氰化铜膜 Zsigmomdy提出商品微孔滤膜制造法
1953年 1960年 1961年
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23
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膜污染
膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒 子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械 作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径 变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变 化现象。
气体分离过程用的是一种均聚物制成的非对称膜, 这一过程主要 用于气体及蒸汽的分离。
新型分离技术
P-V-T性质
图中分为四个区：气体区、 液体区、固体区及超临界流体 区。
在临界区附近，温度和压力 的微小变化，都会引起流体的 密度大幅度变化。难挥发性溶 质在超临界流体中的溶解度大 致上与流体密度成正比。
目前超临界流体萃取已形成了一门新的化工分离技术， 应用领域十分广泛，特别适合于萃取某些高沸点和热敏性 组分。可分离高附加值的产品，如：炼油、食品、医药、 香料的方面有着广阔的应用前景。
一、超临界流体的性质
1、超临界流体的P-V-T性质
稳定的纯物质及由其组成的定组成混合物具有固有的临界 点（即临界压力PC、临界温度TC、临界密度ρC），在纯物质 中，一旦超过它的临界温度，那么无论施加多大的压力也不 能使其液化。下表为常见萃取剂的超临界物性：
六、超滤和反渗透的应用 超滤：主要用于油水乳液的分离，电泳漆的回收，废水处 理，食品加工，以及生物工程中酶和蛋白质的分离与浓缩， 纯化血浆，脱盐等方面。
反渗透：主要用于纯水，超纯水和医疗卫生用水的制备， 工业废水的净化，食品加工及生物工程中的单盐、非游离 酸的浓缩等方面。
第二节 超临界流体萃取
超临界流体是指温度和压力处于临界温度及临界压力以 上的流体。这种处于临界状态下的流体具有气体和液体之 间的性质，对许多物质具有较强的溶解能力，同时还具有 与气体相近的扩散系数和渗透能力，其分离速率远比液体 溶剂萃取快。而超临界流体萃取技术正是利用这一特性， 用超临界流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出待分离 的组分。
4、中空纤维式膜组件 结构:将数十万根中空纤维捆扎成纤维束弯成U型,装入圆柱 型耐压容器中,纤维端部只与一个端板粘合.
中空纤维是一种形状较细的高强度空心管,能够自身支撑 膜.原液可以与中空纤维平行,也可以成径向流动,滤液只能 从一端引出.
新型膜分离技术的研究进展
新型膜分离技术的研究进展随着工业的不断发展和环境污染的加剧，高效的膜分离技术成为了人们越来越关注的焦点。
而新型膜分离技术因其较传统技术更高效、更稳定等特点，受到了研究者们的广泛关注。
本文就新型膜分离技术的研究进展展开讨论。
一、磁性膜分离技术磁性膜分离技术是利用磁性薄膜的磁性特性，通过磁场驱动将所需物质从溶液中分离出来的一种技术。
具有良好的反应速度和选择性，因此在生物分离等领域有着广泛的应用前景。
磁性膜的制备工艺主要包括化学共沉淀法、溶胶凝胶法、磁控溅射法等。
其中，化学共沉淀法生产的磁性膜材料具有较高的纯度和磁性能。
二、纳米孔膜分离技术纳米孔膜分离技术是利用人造或天然的纳米孔膜结构实现的一种分离技术。
纳米孔膜结构上十分稳定、可靠，因此在海水淡化、分离污染物等领域有着极为广泛的应用。
纳米孔膜以其纳米级别的分离过程和高效率，被广泛应用于生物领域，有着广阔的应用前景。
纳米孔膜分离技术的主要挑战是如何精准地掌握孔径的大小和形状，以及如何控制膜材料的基本特性等问题。
三、离子液体膜分离技术离子液体膜分离技术是利用氢键、π-π共轭作用以及共价键等相互作用和电荷屏蔽等特性来实现分离的技术。
离子液体膜分离技术由于具有很高的选择性、稳定性和反应速度，并且能够实现分离效率的进一步提高。
离子液体膜分离技术自问世以来，就得到了广泛的关注和研究。
其中，离子液体膜的制备、离子液体的选择和组成尤为重要。
随着研究的不断深入，离子液体膜分离技术已应用于氧化物和酸的分离、有机物的提取和分离等方面。
四、结晶膜分离技术结晶膜分离技术是利用有利条件下物质的结晶过程来实现分离的一种技术。
由于结晶过程具有高度可控性和高纯度分离效果，因此被广泛应用于生产领域，如化学工业中的单质制备和精细化工中的分离纯化等。
结晶膜分离技术在狭窄的过滤膜中利用晶体生长阻挡物来实现分离，效率和选择性相当高。
现在，研究者们正在尝试通过改变晶体的生长方向和尺寸等参数来进一步优化结晶膜分离技术的效果。
新型膜分离技术研究进展
新型膜分离技术研究进展新型膜分离技术研究进展摘要:膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。
作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。
综述了反渗透、电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。
最后展望了膜技术的应用前景。
关键词：膜分离；原理；应用；进展膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。
与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。
1膜分离技术的分离原理和特点1.1纳滤纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200-1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。
纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻-孔道模型。
与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量;与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。
纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，是国内外研究的热点。
余跃等[1]废水进行了去除COD和脱色的研究。
结果表明，纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD。
1.2超滤超滤的截留相对分子质量在1000-100000之间。
超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。
徐超等[2]在中试中采用浸没式超滤膜代替传统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果，设备费用降低了。
1.3微滤微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05-10μm之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。
新型膜分离技术研究与开发
新型膜分离技术研究与开发第一章：绪论膜分离技术指通过选择性渗透性膜将混合物分离出其中一种或多种成分的一种分离技术。
随着科学技术的不断进步和环保意识的不断增强，膜分离技术在化工、生物工程、食品、药品等领域得到了广泛的应用。
但是，传统的膜分离技术也存在一些缺点，因此需要不断地进行技术创新和发展，以满足市场的需求。
第二章：新型膜材料新型膜材料是膜分离技术发展的关键。
目前，广泛应用的膜材料有有机膜、无机膜、复合膜等。
有机膜的优点是材料的来源广泛、工艺技术成熟，但是其过滤性能和生物相容性等方面仍有欠缺。
无机膜在化学稳定性和耐高温性方面有优势，但是成本较高，操作复杂。
复合膜则是有机膜和无机膜的杂交结构，综合了两者的优点。
近年来，新型纳米膜、离子液体膜等材料的出现，为膜分离技术的创新发展提供了巨大的潜力。
第三章：新型分离技术新型分离技术是膜分离技术向前发展的关键。
传统的膜分离技术存在纳滤、超滤、反渗透等几种基本技术，但都存在一些缺陷，例如难以实现高渗透通量和高分离效率等。
针对这些问题，新型分离技术应运而生，例如电渗析、液相微萃取、氧化沉淀膜分离、高通量筛分等。
第四章：新型设备新型设备是支撑膜分离技术发展的基础。
近年来，膜分离设备的研究和开发也正在不断推进，既有传统的平板式、螺旋卷绕式等设备，也有新型的中空纤维膜、反渗透膜堆、高效膜组件等设备。
这些新型设备不仅具有更高的分离效率和产品质量，还能有效降低设备成本和能耗开支。
第五章：新型膜分离应用新型膜分离技术的不断发展，促进了其在各个领域的应用。
在医药领域，膜分离技术广泛应用于药品纯化、药物控释、生物反应器等方面。
在化工领域，膜分离技术被应用于固体液分离、溶剂回收、气体分离、化学品海水淡化等方面。
在食品加工领域，膜分离技术的应用范围也越来越广泛，应用于澄清、浓缩、分离等方面。
第六章：总结与展望综上所述，新型膜分离技术的研究与开发是膜分离领域的重要发展方向。
新型膜材料、新型分离技术、新型设备等技术的不断创新将进一步拓展膜分离技术的应用范围，同时提高产品的质量和效率，在实现环境保护方面也具有重要的意义。
分离科学V-新型膜分离技术
In the 1990s
In the 1980s
Reverse osmosis membranes as FO membranes Polyamid (PA) membranes
In the 1970s
商业正渗透膜的结构
Before 1960
Bladders of animals, rubber, porcelain, goldbeaters’skin
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2014/12/17
膜反应器的应用
钯膜反应器的应用：由天然气或CO制造氢；环已 烷的脱氢；低级石蜡族烷烃的芳构化。 酶膜反应器的应用：蔗糖的水解；生物大分子水 解；低聚肽合成；手性化合物的生产研究；辅酶 的再生；酶法生产L-氨基酸。 膜生物反应器的应用：细胞循环发酵；动/植物细 胞培养；城市污水和工业废水的处理。
膜蒸馏特点：
100%排斥离子、高分子、胶体、细胞、 及其他非挥发物质； 更低的操作温度； 更低的操作压强； 有效降低了膜和处理溶液的反应； 更低的膜机械性能要求； 与普通蒸馏法相比，不需要在沸腾下进 行。 它还拥有自身更独特的优势： 可处理极高浓度的水溶液，且是目前唯 一能从溶液直接分离出结晶产物的膜过 程； 合理的膜组件设计可以回收潜热； 加热温度不高，具有利用廉价能源的潜 在特性。
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2014/12/17
膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)——将膜分离与催化 反应结合，可突破化学平衡的限制，提高反应转化率。 膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)——将膜分离与生物 反应结合，可控制产物抑制作用，回收生物催化剂，提高生化 反应转化率。它按生物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、 膜发酵器和膜 device 混合药膜型
膜分离技术简介ppt课件
0
0.05
0.1
0.15
0.2
膜压差/MPa
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反浸透通量的影响要素
操作压差—压差越大，浸透通量越大，但浓差极化比增大，膜外表溶液浸透压升高，推进 力不能按比例增大
温度—温度升高，纯水透过系数增大，同时浓差极化减小，浸透压降低，推进力增大，通 量增大。
料液流速—流速大，传质系数增大，浓差极化比减小，浸透通量增大。 料液的浓缩程度—浓缩程度高，水的回收率高。但浸透压高，浸透通量小，且已呵斥膜污
烯、聚氯乙烯、硅橡胶等。 无机膜的制备已成为研讨热点，其增长速度远快于聚合物膜。 以金属及氧化物、陶瓷、多孔玻璃和某些热固性聚合物为资料。其热力学、化学稳定性好，
运用寿命长。 陶瓷膜的运用较好。 根据分别过程和分别对象选择适宜的膜资料
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膜的分类
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膜的性能
膜的根本性能包括膜的分别透过特性和物化稳定性两方面。 物化稳定性：膜的空隙率、孔构造、外表特性、机械强度、化学稳定性、允许运
普通反浸透膜微孔尺寸在10A左右，操作压力为1.0-10.0Mpa,切割分子量小于500，能截留 盐或小分子量有机物，可使水中离子的含量降低96-99%。
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反浸透影响要素分析 ——压差对脱盐率、膜通量、传质系数的影响
脱盐率/%、膜通量
70
60
50 40 30 20
脱盐率 膜通量 传质系数
10
0
膜分别技术简介
;.
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膜分别过程特点
一切的分别过程都是利用在某种环境中混合物中各组分性质的差别进展分别。 ——过滤操作是指流体中两种或两种以上组分基于尺寸差别的分别过程。常规的过滤普通
是指固液分别或气液分别。 ——膜分别过程将这一运用扩展到了固体或液体溶液中溶解性物质的分别。即以选择性透
新型膜分离技术的研究及其应用
新型膜分离技术的研究及其应用近年来，随着科技水平的不断提升，新型膜分离技术被越来越多地应用于各个领域。
作为化工领域的热门研究方向之一，新型膜分离技术的研究不仅推动了化工行业的发展，也为其它领域的技术进步带来了新的思路和方法。
一、新型膜分离技术的意义传统的化工分离技术需要通过热力学的方式对物质进行分离，因此具有能源消耗大、环保要求高等特点。
而新型膜分离技术是通过膜对物质进行筛选和过滤，具有分离效果好、节能环保、操作简单等优点。
因此，新型膜分离技术的研究和发展，对于推动化工行业的可持续发展，打造更强竞争力的产业链具有重要的战略意义。
二、新型膜分离技术的研究1. 膜的材料研究膜作为新型膜分离技术的重要组成部分，其性能直接影响到分离效率和成本。
因此，膜的材料研究是新型膜分离技术研究的重点之一。
常用的膜材料有聚碳酸酯、聚丙烯、聚膜等，这些材料的选择需要根据分离物的化学性质和要求来确定。
2. 膜的结构研究膜的结构决定了其分离效率和稳定性。
目前，常用的膜结构有中空纤维膜、薄膜复合膜、纳滤膜等。
其中，中空纤维膜具有高通量、易于维护等特点，而薄膜复合膜可以更好地满足不同分离用途的要求，因此在不同场合下应用较为广泛。
3. 膜技术的改进研究膜技术的改进研究是新型膜分离技术研究的重要方向之一。
现在，一些新技术被引入到膜的制造和操作中，如纳米技术、表面改性技术、交联技术等。
这些技术能够使得膜具有更好的性能和更长的使用寿命，进一步推动了膜分离技术的发展。
三、新型膜分离技术的应用1. 生物制药行业生物制药行业中常用的新型膜分离技术包括零件水、超滤、纳滤等。
这些技术可以用于蛋白质的纯化和提纯，对于提高生物制品的质量和效果具有重要意义。
2. 污水处理行业新型膜分离技术在污水处理行业中也得到了广泛的应用。
通过膜分离技术，可以高效地将水处理成为纯净水，同时也可以利用这种技术回收污水中的有价物质，如磷酸盐等。
3. 食品及饮料行业在食品及饮料行业中，新型膜分离技术可以帮助企业降低成本、提高产品质量。
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砜、芳香聚酰胺；膜生物反应器常用聚丙烯、聚 乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯等。
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5. 膜反应器的应用
钯膜反应器的应用：由天然气或CO制造氢；环
已烷的脱氢；低级石蜡族烷烃的芳构化。
酶膜反应器的应用：蔗糖的水解；生物大分子水
解；低聚肽合成；手性化合物的生产研究；辅酶 的再生；酶法生产L-氨基酸。
膜生物反应器的应用：细胞循环发酵；动/植物细
质浓溶液，这样即可对低盐溶液进行脱水浓缩。该方法 特别适用于新鲜牛奶、水果汁等热敏物质的脱水浓缩。
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膜接触器（Membrane Contactors）
除蒸馏过程可以用膜外，传统的吸收（及解吸）过程、
萃取过程也可以通过膜来实现。在这里膜仅提供传质的 相界面，以实现气-液或液-液之间的传质，因此统称为 膜接触器。
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3. 膜蒸馏的特点
① 该过程几乎是在常压下进行的，设备简单，操作容易，
在技术力量比较薄弱的地区也有实现的可能性；
② 在该过程和运行中，无需把溶液加热到沸点，只要使膜
两侧维持适当的温差就可以。这就有可能利用太阳能、 地热及温泉等廉价的天然能源以及工厂的余热等；
③ 在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，只有水蒸气能
膜蒸馏（MD）是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程。
属热驱动膜过程。
实现MD需要有两个条件：①所用膜必须是疏水微孔膜
（对分离水溶液而言）；②膜两侧要有一定的温度差存 在，以提供传质所需的推动力。
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膜 蒸 馏 示 意 图
整个传递过程包括三个步骤： 1）高温侧蒸发； 2）蒸气分子通过疏水膜孔进行传递； 3）低温低冷凝。
下才更有实用意义；
② 膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目
前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量 也就成了一个重要的研究课题；
③ 膜蒸馏采用疏水性微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制
备工艺的选择方面都十分有限。
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4. 膜蒸馏用膜材料
膜蒸馏所用膜材料应满足疏水性和多孔性两个要求，以
海水或苦咸水的淡化 强酸、强碱中水的分离
III. 甘蔗榨汁液的浓缩 IV. 人参露和洗参水的分离浓缩 V.
分离提纯天然盐水中的食盐和芒硝
VI. 超纯水的制备
VII. 废水的处理 VIII. 共沸混合物及有机溶液的分离
IX. 化学物质的浓缩和回收
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渗透蒸馏的概念及原理
上世纪80年代提出了渗透蒸馏(osmotic distillation)的过程，
能最有效地利用药物；
可使药物的释放部位尽可能接近病源，提高了 药效，减小可能的副作用；
减少了用药次数，极大地方便了用药者。
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2.1 扩散控制释放系统
扩散控制药物释放体系有贮存器(reservoir)型和
混合药膜(monolithic)两种
① 贮存器型：药物被聚合物基材包埋，药物由聚 合物膜中的孔道或网络间的空隙扩散释放出来。 ② 混合药膜型：药物是以溶解或分散的形式和聚 合物基材结合在一起的。
Gas-liquid contactor: to separate olefin/paraffin mixtures
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Liquid-liquid contactor with two miscible liquids (membrane distillation): to remove pure water from a salt solution
率来控制的。
该体系可分为：
A. 混合药膜降解体系 B. 降解大分子药物体系
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Principle of the three-chamber Rose–Nelson osmotic pump
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用于溶剂渗透控制释放体系的聚合物：其半透
膜应有一定的渗透性、强度和刚度。主要有：
① 纤维素及其衍生物
即膜有选择性透过不同物质的能力；
指膜可以作为催化剂或生物催化剂的载体， 用于制备具有催化活性的功能膜； 分隔功能是指膜具有两个表面， 并可将系统分隔为独立的依靠膜相关联的两部分；复合 功能是指利用复合技术制备出具有不同功能的功能型复 合层膜系统。
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C. 分隔功能和复合功能
3.膜反应器的类型
膜催化反应器(membrane catalytic reactor)——
这是一种与膜蒸馏十分类似过的程。使用的也是疏水性 微孔膜，膜两侧也是不润湿膜孔的水溶液，且也是利用 膜两侧的蒸汽压差将料液侧水蒸汽传递到膜的另一侧。 但不同的是，膜蒸馏两侧有压差是由膜两侧的温度差产 生的，而渗透蒸馏两侧的压差是由腊两侧溶液的渗透压 产生的（也称为等温膜蒸馏）。
应用：膜的一侧是含盐量很低的稀溶液，另一侧为电解
药物的释放速率取决于基材和药物性质以及它
们之间的结合方式、环境条件等。
膜控制释放是一类新兴的交叉学科，它涉及化
学、化工、材料学、生物学、药物学等诸多学 科，已在医学、生物、农业、环保、船舶涂料 等领域得到广泛应用。
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2. 膜控制释放的特点
药物的控制释放与常规释放相比有以下优点：
释放到环境中的药物浓度比较稳定；
Liquid-liquid contactor with two immiscible liquids: to remove dissolved VOCs from water
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Flow schematic of the membrane contactor process developed by British Petroleum to separate ethylene/ethane mixtures by absorption into silver nitrate solution
第 十四 章
2013-7-13
膜蒸馏与膜接触器
Membrane Distillation &
Membrane Contactors
1. 膜蒸馏概述
膜蒸馏（Membrane Distillation）是20世纪60年代中期由
M E Findly提出，80年代发展起来的一种新型膜分离技 术。其原理是以微孔疏水膜将两种不同温度的水溶液分 开，由膜两侧温度差造成二侧蒸气压差，使易挥发组分 的蒸气分子通过膜孔从高温侧向低温侧扩散，并冷凝； 其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离 或提纯的目的。
② 甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯甲酯的共聚物
③ EVA共聚物
④ 交联PVA
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3. 膜控制释放技术的应用
A. 在医药工业中的应用
膜控制释放在医药工业领 域应用得最多，现已广泛用于临床，解决一些 疑难杂症。按给药部位和方式不同，分为口服 型、透皮吸收型、植入型、宫腔给药等。
B. 在农药工业中的应用
体现多种优点，如可防止 农药挥发、分解、流失，延长药效，提高防治 效果；减少施药次数和施药量；将农药对环境 污染的程度降低到最大限度。具体方式有①微 胶囊；②塑料压层；③吸收混合；④种子包衣 法；⑤高分子载体。
Байду номын сангаас
透过膜孔，所以膜蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、 低成本制备超纯水的有效手段；
④ 该过程可以用来处理极高浓度的水溶液；
⑤ 膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收的形式，并具有以高
效率的小型组件构成大规模生产体系的灵活性。
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膜蒸馏的弱点：
① 膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的
利用率，所以在组件的设计上必须考虑到潜热的回收。 与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况
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C. 在化肥工业中的应用
化肥的控制释放是提高肥 料利用率，减少环境污染的必要手段。具体方 式有以下三种：
① 聚合物包膜 ② 无机物包膜 如用硫磺包裹尿素 ③ 肥料包裹肥料 利用此法可获得多元复合肥，可 同时供给农作物多种营养，而又不会引入其他 聚合物或无机物载体破坏土壤结构。如磷肥包 裹碳铵的控释肥料在我国农业生产中已民用有 大量应用。
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Monolithic device 混合药膜型
Reservoir device 贮存器型
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2.2 化学控制释放系统
化学控制药物释放体系是目前最使人感兴趣的
膜控制释放体系。其中，聚合物基材可在释放 环境中降解，当药物释放完毕后，基材可完全 降解以致消失，不需要手术将基材从体内取出。
药物的释放速率是以聚合物基材的降解反应速
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膜 反 应 器
Membrane Reactors
1. 膜反应器（MR）概述
膜反应器（ Membrane Reactors）是膜和化学反应或生
化反应相结合的系统或设备。也可这样定义：依靠膜的 功能、特点改变反应进程，提高反应效率的设备或系统。
膜反应器中膜的功能： A. 分离功能 B. 载体功能
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D. 在其他领域的应用
① 膜控释香料用于室内芳香、食品添加剂、化妆
品等
② 防污涂料膜用于船舶防污
③ 防鼠涂料膜用于保护飞机场、铁路、工厂等单 位的计算机设备、附属电缆等。
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根据相间传质体系的不同，膜接触器可分为：
① 气~液（G-L）膜接触器。类似于吸收； ② 液~气（L-G）膜接触器。类似于解吸；
③ 液~液（L-L）膜接触器。类似于萃取与反萃取。
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Liquid-gas contactor: to remove dissolved gases from liquids
保证水不会渗入到微孔内和具有较高的通量。另外，足 够的机械强度、良好的热稳定性、化学稳定性以及低的 热导率也是膜蒸馏用膜材料所必需的。
近年来，膜蒸馏过程的膜材料的研究开发集中于三种膜
材料，即：
聚四氟乙烯（PTFE）