2第一章分离膜和膜分离过程
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回收 • 合成氨尾气中氢气的回收利用 • 其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程
✓ 水处理
•饮用纯水的制备 •医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备 •电子工业中超纯水的制备 •火力发电厂锅炉补给水的制备 •饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备 •饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化 •废水循环与再生利用（零排放） •染料、颜料、油漆、含油废水的处理 •纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收 •金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理 •纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用
膜过程
压力差 反渗透、超滤、微滤、纳滤、气体分离
电位差 浓度差 温度差 化学反应
电渗析、膜电解 透析、膜传感器
膜蒸馏 化学反应膜
五、膜分离的应用领域
✓化学/染料工业
• 活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 • 食品染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 • 催化剂与贵金属的回收利用 • 脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反 应中液体的分离、纯化 • 甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的 回收 • 汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收
※ 膜在分离过程中具有如下功能
①物质的识别与透过
使混合物中各组分之间实现分离的内在因素
②界面
膜将透过液和保留液(料液)分为互不混合的两 相
③反应场
膜从表面到孔内表面含有与特定溶质具有相互 作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或 生化反应提高膜分离的选择性和分离速度
※ 四、膜分离过程的分类
推动力
•10种化学方法
•9种物理方法
一、均质对称膜的制备
对称膜是指膜主体具有均一的结构。
各种分离法及适用范围
※ 膜材料能够选择渗透的原因
① 膜中分布微细孔穴，不同孔穴选择性渗 透
② 膜中存在电荷，吸附、排斥产生选择性 渗透
③ 被分离物在膜中的溶解、扩散作用产生 选择渗透性
三、膜分离过程的特点
•多数无相变，对能量要求低； •分离条件较温和，适合于热敏性物质分离； •操作方便、结构紧凑、维修费用低、易于 自动化。
• 中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤
• 动物血浆、血清的浓缩精制
• 其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、 细 胞收集等分离过程
✓ 空气过滤 • 喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收 • 电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集 • 粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、
水泥、碳酸钙的回收 • 包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收 • 干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的
六、国内膜分离技术主要应用
•海水淡化 •污水再生 •净化水
第二节 分离膜的种类
一、高分子膜
高分子膜的性能与高分子材料的特性密切相关
高分子的结构特征由以下因素决定 •相对分子量； •高分子的化学结构与空间排列（构造、主侧链等） •不同的大分子间的相互作用（氢键、偶极距等）
1、纤维素类膜
H
CH2OH
5、其他类聚合物膜
聚偏氟乙烯膜、再生纤维素膜、芳香杂环类、 离子型聚合物、共混和嵌段、接枝共聚物膜
二、无机膜
•陶瓷膜、玻璃膜、金属膜（含碳）和沸石 膜等。
耐温，化学稳定性好，机械强度大，抗 微生物腐蚀，适用寿命长；
无弹性、脆、不适用于热强碱体系
第三节 分离膜的制备
膜的制备工艺有化学的和物理的方法或 者二者结合。西村正人从高分子材料的选 择和膜材料的化学结构方面，总结出具有 分离孔径膜的10种化学方法和9种物理方 法。
第一章 分离膜 和膜分离过程
本章主要内容
➢ 分离膜和膜分离 ➢ 分离膜的种类 ➢ 分离膜的制备 ➢ 膜的分离特性
第一节 分离膜和膜分离
一、定义
➢分离膜广义上指分隔两相界面，并以特 定的形式限制和传递各种化学物质，有选 择性的膜。
➢ 膜分离是指借助膜的选择渗透作用， 对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分 级、提纯和富集的方法。
二、膜分离技术与传统分离技术区别
☻机械分离过程
颗粒大小不同，如筛分和过滤；
☻重力和离心分离
物体密度不同，如重力沉降、旋风分离等；
☻平衡分离过程
体系处于平衡状态时不同相态（气液、气固、液固） 中浓度不同，如蒸馏、萃取、结晶、吸附、吸收等
☻速率控制分离过程
物质分子在外力作用下迁移速率不同， 如膜分离和电泳；
2、聚砜类膜
聚砜类树脂具有良好的化 聚 砜 [ O 学、热学和水解稳定性，
强度也很高； O
pH值适应范围为1～13， 聚 芳 砜 [ S
最高使用温度达120℃；
O
抗氧化性和抗氯性都十分
优良；
聚醚砜 [
孔径范围较宽，超滤、微 滤；
疏水性，易被溶质污染 聚苯醚砜 [
CH3
C
O
CH3
O
O
S
O
O
S
O ]n
O
O
O
S
O
O
S
]n
O
]n
O ]n
3、聚酰胺类膜
[ NH [ NH
O
O
C NHNH C
]n
O C NH
O NH C
O NH C
O C ]n
反渗透复合膜，多孔、力学强度和热稳定性 良好、pH（3-11）；对氯离子抵抗能力差， 易受蛋白质污染
4、聚烯烃类膜
PE、PP、PVC、PS、PAN、PMMA，国内最 早开发的膜材料
O
H
O
OH OH
H H
H OH
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
பைடு நூலகம்OH
H H
H OH
n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
亲水性好，孔径范围较宽，较高通量，成本低， 无毒；
操作温度窄（30℃），pH窄（3-6)，压实现象， 易生物降解
包括天然纤维素、醋酸纤维素（二、三CA、 CTA）、硝化（CN ）、乙基（EC）、混合 （CN-CA）
与浓缩 • 乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩
• 蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩
✓ 制药/生物工程
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的 澄清除菌过滤
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白 剔除
• 酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除
• 抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋 白质的纯化与浓缩
✓ 食品/饮料工业 • 啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤 • 苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬
等果汁的澄清除菌过滤 • 苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、
柠檬等果汁的脱水浓缩 • 葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留 • 豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清
✓ 水处理
•饮用纯水的制备 •医药工业中注射用水/洗瓶水及其他无菌水的制备 •电子工业中超纯水的制备 •火力发电厂锅炉补给水的制备 •饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备 •饮用水纯化/苦碱水脱盐/海水淡化 •废水循环与再生利用（零排放） •染料、颜料、油漆、含油废水的处理 •纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收 •金属、食品、皮革、农药和除草剂废水的处理 •纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用
膜过程
压力差 反渗透、超滤、微滤、纳滤、气体分离
电位差 浓度差 温度差 化学反应
电渗析、膜电解 透析、膜传感器
膜蒸馏 化学反应膜
五、膜分离的应用领域
✓化学/染料工业
• 活性染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 • 食品染料的脱盐、纯化、浓缩与回收 • 催化剂与贵金属的回收利用 • 脱氧、氧化、酯化、皂化、磺化、硝化、脱氢反 应中液体的分离、纯化 • 甘油/己内酰胺/苯/染料活性剂等有机化工原料的 回收 • 汽车/仪表及其它工业涂漆的浓缩回收
※ 膜在分离过程中具有如下功能
①物质的识别与透过
使混合物中各组分之间实现分离的内在因素
②界面
膜将透过液和保留液(料液)分为互不混合的两 相
③反应场
膜从表面到孔内表面含有与特定溶质具有相互 作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或 生化反应提高膜分离的选择性和分离速度
※ 四、膜分离过程的分类
推动力
•10种化学方法
•9种物理方法
一、均质对称膜的制备
对称膜是指膜主体具有均一的结构。
各种分离法及适用范围
※ 膜材料能够选择渗透的原因
① 膜中分布微细孔穴，不同孔穴选择性渗 透
② 膜中存在电荷，吸附、排斥产生选择性 渗透
③ 被分离物在膜中的溶解、扩散作用产生 选择渗透性
三、膜分离过程的特点
•多数无相变，对能量要求低； •分离条件较温和，适合于热敏性物质分离； •操作方便、结构紧凑、维修费用低、易于 自动化。
• 中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤
• 动物血浆、血清的浓缩精制
• 其他相关的脱盐浓缩、澄清除菌、蛋白剔除、 细 胞收集等分离过程
✓ 空气过滤 • 喷雾干燥过程中染料、抗生素、奶粉等的回收 • 电池厂金属镉、氧化铅粉尘的收集 • 粉碎过程中磷酸盐、氧化镁、二氧化钛、碳粉、
水泥、碳酸钙的回收 • 包装过程中砂糖、染料、奶粉、味精等的回收 • 干燥过程中PVC、二氧化硅、活性碳、肥料等的
六、国内膜分离技术主要应用
•海水淡化 •污水再生 •净化水
第二节 分离膜的种类
一、高分子膜
高分子膜的性能与高分子材料的特性密切相关
高分子的结构特征由以下因素决定 •相对分子量； •高分子的化学结构与空间排列（构造、主侧链等） •不同的大分子间的相互作用（氢键、偶极距等）
1、纤维素类膜
H
CH2OH
5、其他类聚合物膜
聚偏氟乙烯膜、再生纤维素膜、芳香杂环类、 离子型聚合物、共混和嵌段、接枝共聚物膜
二、无机膜
•陶瓷膜、玻璃膜、金属膜（含碳）和沸石 膜等。
耐温，化学稳定性好，机械强度大，抗 微生物腐蚀，适用寿命长；
无弹性、脆、不适用于热强碱体系
第三节 分离膜的制备
膜的制备工艺有化学的和物理的方法或 者二者结合。西村正人从高分子材料的选 择和膜材料的化学结构方面，总结出具有 分离孔径膜的10种化学方法和9种物理方 法。
第一章 分离膜 和膜分离过程
本章主要内容
➢ 分离膜和膜分离 ➢ 分离膜的种类 ➢ 分离膜的制备 ➢ 膜的分离特性
第一节 分离膜和膜分离
一、定义
➢分离膜广义上指分隔两相界面，并以特 定的形式限制和传递各种化学物质，有选 择性的膜。
➢ 膜分离是指借助膜的选择渗透作用， 对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分 级、提纯和富集的方法。
二、膜分离技术与传统分离技术区别
☻机械分离过程
颗粒大小不同，如筛分和过滤；
☻重力和离心分离
物体密度不同，如重力沉降、旋风分离等；
☻平衡分离过程
体系处于平衡状态时不同相态（气液、气固、液固） 中浓度不同，如蒸馏、萃取、结晶、吸附、吸收等
☻速率控制分离过程
物质分子在外力作用下迁移速率不同， 如膜分离和电泳；
2、聚砜类膜
聚砜类树脂具有良好的化 聚 砜 [ O 学、热学和水解稳定性，
强度也很高； O
pH值适应范围为1～13， 聚 芳 砜 [ S
最高使用温度达120℃；
O
抗氧化性和抗氯性都十分
优良；
聚醚砜 [
孔径范围较宽，超滤、微 滤；
疏水性，易被溶质污染 聚苯醚砜 [
CH3
C
O
CH3
O
O
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O
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O
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3、聚酰胺类膜
[ NH [ NH
O
O
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]n
O C NH
O NH C
O NH C
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反渗透复合膜，多孔、力学强度和热稳定性 良好、pH（3-11）；对氯离子抵抗能力差， 易受蛋白质污染
4、聚烯烃类膜
PE、PP、PVC、PS、PAN、PMMA，国内最 早开发的膜材料
O
H
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H H
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n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
亲水性好，孔径范围较宽，较高通量，成本低， 无毒；
操作温度窄（30℃），pH窄（3-6)，压实现象， 易生物降解
包括天然纤维素、醋酸纤维素（二、三CA、 CTA）、硝化（CN ）、乙基（EC）、混合 （CN-CA）
与浓缩 • 乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩
• 蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩
✓ 制药/生物工程
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的 澄清除菌过滤
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白 剔除
• 酶、蛋白质、多糖制备过程中细胞碎片的剔除
• 抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶、多糖、蛋 白质的纯化与浓缩
✓ 食品/饮料工业 • 啤酒/果酒/黄酒/葡萄酒的澄清除菌过滤 • 苹果、梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、柠檬
等果汁的澄清除菌过滤 • 苹果、梨、凤梨、草莓、橙、芒果、桃、梅、李、
柠檬等果汁的脱水浓缩 • 葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留 • 豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清