最新大学课件：膜分离技术与应用(ppt教学讲义ppt课件
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世界膜工业在2003年经历了公司的重组、裁员，甚至 清算关闭和收购合并等许多挑战性的重大事件，然而 大多数膜公司依然取得了不俗的业绩，增长率达到了 两位数。 对于通用工业分离业务的投资力度不大，这一点在美 国尤其明显。但是，在包括饮用水处理、生物技术和 生物科学、半导体制造、血液透析等关键市场以及新 兴市场如废水再生、mbr相关污水处理和基于膜技术的 燃料电池系统等，投资和市场条件已经明显改善了(其 中的一些领域从来没有降低过)。
（2）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
二、膜的定义和分类
1、膜（分离膜）的定义
分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。
它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固 膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上， 膜厚度要远小于其比表面积。
2、膜的分类
➢ 按膜结构分：有对称膜和不对称膜
➢ 按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟
非对称 膜
液膜
化学反应 和浓度差
反应促进和 扩散
电解质离子
溶剂（非 电解质
液膜
4、膜分离的应用领域
（1）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
一些主要的膜分离过程的推动力
推 动力 压力差 电位差 浓度差
浓度差（分压差） 浓度差加化学反应
膜过程 反渗透，超滤，微滤，气体分 离
电渗析 扩散渗析、控制释放
渗透ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化
液膜，膜传感器
2、膜分离技术的特点
（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。 例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最 低；
3．膜分离法的分类
膜分离法的种类很多，现已应用的膜过 程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、 电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、 液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用 的有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤等四 种膜分离技术。
废水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示。
膜过程 推动力
传质机理
➢ 6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的 脱盐浓缩
➢ 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
（4）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
（b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏 性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；
（c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离 效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、 适用范围广、处理效率高等特点；
（d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高， 有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离 法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水 的回用处理。
透过物及其 尺寸
截留物
膜类型
电渗析
电位差
离子选择性 溶解性无机 非电解质
透过
物
大分子
离子交 换膜
反渗透
压力差210MPa
溶剂的扩散
水或溶剂
溶质、盐、 非对称
SS
膜
超过滤
压力差0.110.MPa
筛滤及表面 作用
水、盐及低 分子有机物
胶体大分 子、不容 有机物
非对称 膜
渗析 浓度差 溶质的扩散低分离子子物质、 溶剂
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
（5）水处理 饮用纯水（太空水）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 制造业中终端洗涤水的制备 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） BOD/COD的最小化 垃圾填埋场渗出水的浓缩处理 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
➢
乙烯膜、聚乙烯膜等
无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等
➢ 按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜 ➢ 按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜
氧电极法测溶解氧（DO）
2021/1/19
水污染控制工程
9
氨气敏电极测氨（NH3）
三、膜分离概述
1．膜分离的概念 2、膜分离技术的特点 3．膜分离法的分类 4．膜分离法的应用
大学课件：膜分离技术与应用 （PPT）
一、膜技术回顾 二、膜的定义和分类 三、膜分离概述 四、扩散渗析（diffusion dialysis） 无、电渗析(electrodialysis) 六、反渗透（ reverse osmosis) 七、超过滤(ultrafiltration)
一、膜技术回顾
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
（3）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
1．膜分离的概念
用一张特殊制造的、具有选择透过性 能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组 分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓
缩的方法，统称为膜分离法。膜分离可用于 液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液 体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有 其他微粒的水溶液体系等。
膜分离过程的推动力有两类： ①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动； ②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。
（2）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
二、膜的定义和分类
1、膜（分离膜）的定义
分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。
它可以是固态、液态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固 膜。膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上， 膜厚度要远小于其比表面积。
2、膜的分类
➢ 按膜结构分：有对称膜和不对称膜
➢ 按膜材料分：有机膜：纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚四氟
非对称 膜
液膜
化学反应 和浓度差
反应促进和 扩散
电解质离子
溶剂（非 电解质
液膜
4、膜分离的应用领域
（1）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
一些主要的膜分离过程的推动力
推 动力 压力差 电位差 浓度差
浓度差（分压差） 浓度差加化学反应
膜过程 反渗透，超滤，微滤，气体分 离
电渗析 扩散渗析、控制释放
渗透ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化
液膜，膜传感器
2、膜分离技术的特点
（a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。 例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最 低；
3．膜分离法的分类
膜分离法的种类很多，现已应用的膜过 程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、 电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、 液膜、膜蒸馏等。目前，在废水处理中常用 的有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤等四 种膜分离技术。
废水处理中几种常用膜分离法的特点如下表所示。
膜过程 推动力
传质机理
➢ 6-APA、7-ACA、7-ADCA及其他半合成抗生素的 脱盐浓缩
➢ 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
（4）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
（b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏 性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；
（c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离 效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、 适用范围广、处理效率高等特点；
（d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高， 有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离 法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水 的回用处理。
透过物及其 尺寸
截留物
膜类型
电渗析
电位差
离子选择性 溶解性无机 非电解质
透过
物
大分子
离子交 换膜
反渗透
压力差210MPa
溶剂的扩散
水或溶剂
溶质、盐、 非对称
SS
膜
超过滤
压力差0.110.MPa
筛滤及表面 作用
水、盐及低 分子有机物
胶体大分 子、不容 有机物
非对称 膜
渗析 浓度差 溶质的扩散低分离子子物质、 溶剂
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
（5）水处理 饮用纯水（太空水）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 制造业中终端洗涤水的制备 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） BOD/COD的最小化 垃圾填埋场渗出水的浓缩处理 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
➢
乙烯膜、聚乙烯膜等
无机膜：玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等
➢ 按分离机理分：多孔膜、无孔膜和载体膜 ➢ 按几何形状分：平板式、管式、毛细管式和中空纤维式膜
氧电极法测溶解氧（DO）
2021/1/19
水污染控制工程
9
氨气敏电极测氨（NH3）
三、膜分离概述
1．膜分离的概念 2、膜分离技术的特点 3．膜分离法的分类 4．膜分离法的应用
大学课件：膜分离技术与应用 （PPT）
一、膜技术回顾 二、膜的定义和分类 三、膜分离概述 四、扩散渗析（diffusion dialysis） 无、电渗析(electrodialysis) 六、反渗透（ reverse osmosis) 七、超过滤(ultrafiltration)
一、膜技术回顾
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
（3）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
1．膜分离的概念
用一张特殊制造的、具有选择透过性 能的薄膜（分离膜），在外力推动下对双组 分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓
缩的方法，统称为膜分离法。膜分离可用于 液相和气相，对液相分离，可以用于水溶液 体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有 其他微粒的水溶液体系等。
膜分离过程的推动力有两类： ①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动； ②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。