固体膜分离技术.

纳滤技术的分离规律
• (4)对于阴离子，依NO3-、Cl-、OH-、SO42-、CO32-的顺 序，截留率递增，而膜的表面带有负电荷，所以多价的阴 离子因受到排斥而无法进入膜中，当浓度高时，可以发生 屏蔽； • (5)一般来说，浓度越高，膜的截留率越低，一是由于屏蔽 作用；另一方面，破坏了平衡；
• 耗能少 • 浓差极化 • 常温操作，方便简 • 膜污染 单 • 适用范围广，适用 • 预处理要求高 性强
膜的分类
有机膜
膜材料
无机膜
无孔膜
膜的 分类
膜结构 膜形态
有孔膜
平板膜
中空纤维 膜
管状膜
膜过程的分类
• 发展:
超滤（UItrafiltration）
• 1748年，Schmidt用棉花胶膜或璐膜分滤溶液， 发现当施加一定压力时，溶液（水）透过膜，而 蛋白质、胶体等物质则被截留下来，其过滤精度 远远超过滤纸，于是他提出超滤一语。 • 1896年，Martin制出了第一张人工超滤膜，其 20世纪60年代，分子量级概念的提出，是现代超 滤的开始，70年代和80年代是高速发展期，90年 代以后开始趋于成熟。
超滤膜具有选择性的主要因素：具有一定大小和 形状的空的表层；聚合物的化学性质
超滤的特点
无相变 设备体积小 工艺流程简单 无质的变化，适于热敏性物质 适合稀溶液中微量贵重大分子的回收和低 浓度大分子物质的浓缩 • 无杂质脱落 • • • • •
超滤膜
• 常用超滤膜是由一层非常薄的、具有一定孔径的多孔"皮 肤层"（厚约0.1mm～1.0mm），和一层相对厚得多的（ 约1mm）更易通渗的、作为支撑用的"海绵层"组成的一 种各向异性扩散膜。皮肤层决定了膜的选择性，而海绵层 增加了机械强度。由于皮肤层非常薄，因此高效、通透性 好、流量大，且不易被溶质阻塞而导致流速下降。
超滤的原理
• 超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.0010.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能 筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿( 原子质量单位）、粒径大于10纳米的颗粒。 • 以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一 定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许 多细小的微孔只允许水及小分子物质通过，而大分子溶质 则不能透过，留在膜的一边。
固体膜分离技术的原理
• 膜分离是指在外界能量或化学位差（压力差，浓度差等） 形成的推动作用下，用天然或人工合成的具有选择性的半 透膜对混合组分的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯，浓 缩的方法。
Retentate (residue) （截留液） FeedPermea Nhomakorabeae 透过液
膜分离技术的特点
优点 缺点
纳滤（Nanofiltration）
• 发展：与其他压力驱动型膜分离技术相比，纳滤
出现较晚。可追溯到70年代末J.E. Cadotte的NS3 0 0膜的研究。之后，纳滤发展得很快，膜组器 于80年代中期商品化，而纳滤膜大多从反渗透膜 衍化而来。
纳滤的原理
• 一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过 程。 • 滤膜的分离机理为筛分和溶解扩散并存，但是纳 滤膜本体带有电荷性，所以同时又具有电荷排斥 效应。这使它在低压力下仍具有较高脱盐性能， 可以有效地去除二价和多价离子、去除分子量大 于200的各类物质，可部分去除单价离子和分子 量低于200的物质。
超滤膜污染
• • 可逆膜污染 不可逆膜污染
研制抗污染膜的主要方法
膜材料改造 膜表面改造
• 接枝 • 共聚 • 共混
• • • •
等离子体改性 辐照接枝 表面化学反应 表面活性剂改性
应用——净水器
配套设备：
• 超滤膜、增压泵、减压阀、物理清洗和化学清洗 系统、消毒灭菌系统、自动化计量、监控和仪表
• 基本性能指标：水通量[cm3/(cm2·h)]；截留率（以百分 率%表示）；化学物理稳定性（包括机械强度）等。
超滤膜污染
• 浓差极化
• 超滤膜污染 • 膜污染机理研究现状
浓差极化现象
• 在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，会 产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成 凝胶层，使膜的透水量急剧下降。而超滤法处理的液体多数 是含有水溶性生物大分子、有机胶体、多糖及微生物等。这 些物质极易粘附和沉积于膜表面上，造成严重的浓差极化和 堵塞。 • 为了克服浓度极化现象，增加流速，通常可加大液体流量， 加强湍流和加强搅拌。
固体膜分离技术简介
膜分离的发现与发展
• • • • • • 1748年 19世纪60年代 20世纪30年代 20世纪40年代 20世纪60年代 20世纪70年代 膜分离现象 第一张膜的产生 微孔渗透(Microfiltration) 渗析(Dialysis) 反渗透(Reverse Osmosis) 超滤(Ultrafuiltration)
固体膜分离技术
（超滤、纳滤、渗析、反渗透）
四种主要分离技术的比较
• 膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代 后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术 由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能， 又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤 过程简单、易于控制等特征，因此，已广泛 应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶 金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领 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。
纳滤膜的两大特征
• 1.对于液体中分子量为数百的有机小分子具有分 离性能。 • 2.因为纳滤膜是荷电膜，能进行电性吸附。对于 不同价态的阴离子存在道南效应。所以物料的荷 电性，离子价数和浓度对膜的分离效应有很大影 响。
纳滤技术的分离规律
• 纳滤的分离特性评判主要包括两个方面，一个是表观截留 率(Robv％)，；另一个是膜通量Jv(L.m-2．h-1)[15]. • 纳滤膜分离针对这两个特性，有以下的规律性： • (1)截留的分子相对分子质量为200-1000，适于分子大小 为1nm的溶解组分的分离； • (2)对于多价阴离子具有高截留率，而对一、二价离子有良 好的选择性； • (3)对于阳离子，依H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+的 顺序，截留率递增