膜分离技术 概述和基本原理 ppt课件

Membrane Nomenclature
Retentate (residue) （截留液）
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Permeate 透过液 膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力 （如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以 达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
超滤(untra-filtration, UF) 反渗透(reverse osmosis, RO) 透析(Dialysis, DS) 电透析(electro-dialysis, ED) 纳米膜分离(NF) 亲和过滤(affinity filtration, AF) 渗透气化(pervaporation, PV
类
电渗析
电渗析是利用分 子的荷电性质和分 子大小的差别进行 分离的膜分离法， 可用于小分子电解 质的分离和溶液的 脱盐。
1.4 分离膜种
d.按膜的材料分类
类
表1 膜材料的分类
类别
膜材料
举例
纤维素酯类 纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等
聚砜类
聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等
非纤维素酯 类
类
微滤和超滤都是利用膜的筛分性质，以压差 为传质推动力，主要用于截留固体微粒和高分子 溶质。
微滤广泛用于细胞、菌体等的分离和浓缩， 操作压力通常为0.05-0.5MPa。
超 滤 适 用 于 1-50nm 的 生 物 大 分 子 的 分 离 ， 如蛋白质、病毒等。操作压力常为0.1-1.0MPa。
1.4 分离膜种
1)膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相适 应的膜面清洗方法；
2)稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范围 有限；
3)单独的膜分离技术功能有限，需与其他分离技术连用。
1.4 分离膜种 类
高分子膜
分 离
液体膜
膜
生物膜
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 纳米滤膜 反渗透膜
聚酰(亚)胺类 聚酯、烯烃类 含氟(硅)类
500,000
Relative size of common material
Aqueous salts 中水盐份
Carbon black 碳黑
Pyrogens 热源
Metal ions 金属离子
Virus 病毒
Paint pigment 颜料色素 Yeast cells 酵母
Bacteria 细菌
了许多其它类型的分离膜。
在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大
的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又
得到了进一步提高。
具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初
研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支 撑液膜。
60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的 水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液 膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。
膜分离技术
成员
生物0203
目录
理论概述 技术原理
理论概述
1.1 基本概念
膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一
层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分， 并能使这两部分之间产生传质作用。 膜的厚度在0.5mm以下，否则，就不称为膜。
膜的特性：
不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别与 两侧的流体相接触。 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种 物质透过，而不允许其它物质透过。
70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动载体的 液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。
1.3 膜分离技术的特点
优点: 1)能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、结
晶和蒸发相比有较大的差异；
2)分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要； 3)操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。 缺点
1.4 分离膜种 透析和反渗透
类
透析是以膜两侧的浓度差为传质推动力，从溶液中 分离出小分子物质的过程。在生物分离中主要用于 蛋白质的脱盐。
反渗透是在透析膜浓度高的一侧施加大于渗透压的 压力，利用膜的筛分性质，பைடு நூலகம்浓度较高的溶液进一 步浓缩。用于海水淡化，药物浓缩，纯水制造。
1.4 分离膜种 微滤和超滤
1.4 分离膜种 类
a.分离粒子或分子大小分类
THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图
m 0.001
0.01
0.1
1.0
10
100
1000
A
10
100
1000
10 4
10 5
10 6
10 7
Molecular weight
分子量
100 200 5,000 20,000 150,000
Beach sand 海滩沙砾
过滤对象
Filtration Technology
过滤方法
Sugars 蔗糖
RO
反渗透
Colloidal silica 胶体硅
Albumin protein 白蛋白
Microfiltration Ultrafiltration 超滤 微滤
NF 纳滤
Pollens 花粉 Milled flour 面粉
1.2 膜分离技术发展简史
50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜
的研究。
真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年，米切利 斯（A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子 电介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分
子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先
Particle filtration 一般过滤
1.4 分离膜种
b.以推动力或传送机
类 制分类
以浓度差为推动 力的过程：
透 析 技 术 (Dialysis, DS) 以电位差为推动 力的过程：
A电透析 B离子交换电透析
1.4 分离膜种
c.以分离应用领域过程分类
类 微滤(micro-filtration, MF)
将这种膜商品化。
1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙-66为主要组分的中空
纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦DDS公司研制成功平板 式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业
化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过 滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发