膜分离技术 概述和基本原理 ppt课件
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膜分离ppt课件
2
膜分离技术的重要性评论
美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世 纪膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能 像膜技术这么广泛地被应用”。
国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21
世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学
会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学 时说：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
3
4
§4.1 概述
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
20
醋酸纤维素膜的结构示意图
表皮层，孔径
1%
（8－10）×10-10m
99％
过渡层，孔径 200×10-10m
多孔层，孔径 （1000－4000） ×10-10m
21
聚砜类
复合膜 转相膜
非荷电膜
复合膜 转相膜
多孔膜 不对称膜
膜
固膜
对称膜
无机膜-多孔膜
不对称膜 对称膜
生物膜（原生质、细胞膜）
15
对称膜
荷电膜 液膜
不对称膜 非对称膜
复合膜
对称膜的曲孔道 结构示意图
膜分离技术的重要性评论
美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世 纪膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能 像膜技术这么广泛地被应用”。
国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21
世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学
会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学 时说：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌 握了化工的未来”。
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§4.1 概述
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
20
醋酸纤维素膜的结构示意图
表皮层，孔径
1%
（8－10）×10-10m
99％
过渡层，孔径 200×10-10m
多孔层，孔径 （1000－4000） ×10-10m
21
聚砜类
复合膜 转相膜
非荷电膜
复合膜 转相膜
多孔膜 不对称膜
膜
固膜
对称膜
无机膜-多孔膜
不对称膜 对称膜
生物膜（原生质、细胞膜）
15
对称膜
荷电膜 液膜
不对称膜 非对称膜
复合膜
对称膜的曲孔道 结构示意图
《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。
感谢您的观看
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。
膜分离原理技术与设备课件ppt1
膜分离法
传质推动 力
微滤（MF）
压差 0.05～0.5
超滤
压差 0.1～1.0
反渗透
压差 1.0～10
分离原理 筛分 筛分 筛分
应用举例
除菌，回收菌，分离 病毒
蛋白质、多肽和多糖 的回收和浓缩
盐、氨基酸、糖的浓 缩、淡水制造
渗析
浓差
筛分
脱盐，除变性剂
电渗析 渗透气化
电位差
电荷、筛分
脱盐，氨基酸和有机 酸分离
——气体分离是依据混合气体中各组分在膜 中渗透性的差异而实现的膜分离过程。
——渗透汽化是在膜两侧浓度差的作用下， 原料液中的易渗透组分通过膜并汽化，从而 使原液体混合物得以分离的膜过程。
4、常见膜的区别
——反渗透膜几乎无孔，可以截留大多数溶质（包
括离子）而使溶剂通过，操作压力较高，一般为2～ 10MPa；
较高的料液，比其他形式应用更为广泛。
3、类型与结构
管式膜组件又 分为内压型和 外压型两种。
内压型有单管 式和管束式两 种。
（三）螺旋卷式膜器件 ③ 板框式膜组件组装零件太多； ——电渗析采用带电的离子交换膜，在电场作用下膜能允许阴、阳离子通过，可用于溶液去除离子。 平板膜、支撑盘、间隔盘。 过滤、浓缩→反洗→清洗→正洗 4、中空纤维膜设备操作 膜分离（MembraneSeparation）是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从 而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。 超滤（UF）、微滤（MF）、反渗透（RO）、电渗析（ED） 构成：两层膜三边封口，构成信封状膜袋，膜袋内填充多孔支撑层，一层膜袋衬一层隔网，从膜袋开口端开始绕多孔中心管卷绕而形 成螺旋卷式膜器件。 管式膜组件又分为内压型和外压型两种。 蛋白质、多肽和多糖的回收和浓缩 平板膜、支撑盘、间隔盘。 05～10μm，能截留胶体颗粒、微生物及悬浮粒子，操作压力为0. ③ 中空纤维膜一旦损坏无法维修，只能更换膜组件； ② 结构简单，容易清洗，安装、操作方便； 过滤、浓缩→反洗→清洗→正洗 膜分离（MembraneSeparation）是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从 而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。 平板膜、支撑盘、间隔盘。 料液从一端经分布管在纤维管外流动，透过液则从纤维膜管内流出。 ——渗透汽化是在膜两侧浓度差的作用下，原料液中的易渗透组分通过膜并汽化，从而使原液体混合物得以分离的膜过程。
膜分离技术 概述和基本原理ppt课件
;.
7
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。
;.
22
平板膜组件
特点： 较管式组件比表面积大得 多，易于更换膜，适于微 滤、超滤。
;.
23
螺旋卷式膜组件
特点： 膜面积大，湍流情况好，但制造装配要求
高、清洗检修不方便，不能处理悬浮液浓度 较高的料液。可用于微滤、超滤和反渗透。
;.
24
各种膜组件的传质特性和综合性能比较：
;.
25
1.4 分离膜种类 f. 按膜的结构分类 按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
微滤和超滤
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。
;.
17
1.4 分离膜种类
电渗析
;.
6
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。
膜分离技术PPT
优化膜结构
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
《膜分离技术》PPT课件
蛋白质、无机盐
缓冲液
精选ppt
无机盐
34
2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
35
• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
11
17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
缓冲液
精选ppt
无机盐
34
2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
35
• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
11
17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，
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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。
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
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
1.4 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
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
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离子离应用领域过程分类
类 微滤(micro-filtration, MF)
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，使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
Membrane Nomenclature
Retentate (residue) （截留液）
Feed
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。
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
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
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。
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
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
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
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。
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
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
1.4 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
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
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离子离应用领域过程分类
类 微滤(micro-filtration, MF)
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，使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
Membrane Nomenclature
Retentate (residue) （截留液）
Feed
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。
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
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
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。
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
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
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