膜分离技术概述和原理
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• 1748年Abble Nelkt 发现水能自然地扩散到装有酒精 的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象；
• 1827年Dutrochet引入名词渗透（Osmosis）；
• 1861年Schmidt提出超滤概念；
• 1864年Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜 （亚铁氰化铜膜）
• 1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并 将其应用于微生物、微粒等方面的分离和富集；
9
1.5常见的膜分离方法
1.5.1根据分离粒子大小分类：
①渗析（Dialysis，DS） ②电渗析（Electrodialysis，ED ） ③反渗透（Reverse osmosis，RO ） ④微滤（Microfiltration，MF） ⑤超滤（Ultrafiltration，UF ） ⑥纳滤（Nanofiltration，NF ） ⑦渗透气化（Pervaporation，PV）
10
1.5.2根据溶质或溶液透过膜的推动力分类
①以电动势为推动力：电渗析和电渗透 ②以浓度差为推动力：扩散渗析和自然渗透 ③以压力差为推动力：压渗析和反渗透、超
滤
其中常用的是电渗析、反渗透和超滤，其次 是扩散渗析和微孔过滤。
11
第二讲
膜分离技术的原理及应用
12
本讲主要内容
2.1膜与膜材料的简介 2.2常见几种膜分离技术的作用
·选择适当的膜分离技术，可替代过滤、沉淀、萃取、 吸附等多种传统的分离与过滤方法。
·膜分离技术得到各国重视：国际学术界一致认为“ 谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。
·膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，近几十年 膜分离技术，已广泛用于食品、医药、化工及水 处理等各个领域。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 。
·耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较 高的压力，一般模操作的压力范围在 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；
用。
7
1.3膜分离技术的特点
• 操作在常温下进行； • 是物理过程，不需加入化学试剂； • 不发生相变化（因而能耗较低）； • 在很多情况下选择性较高； • 浓缩和纯化可在一个步骤内完成； • 设备易放大，可以分批或连续操作。
因而在生物产品的处理中占有重要地位
8
1.4膜分离技术的重要性
·膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又有使 用简单、易于控制及高效、节能的特点
膜分离技术概述和原理
1
主要内容
第一讲 膜分离技术概述 第二讲 膜分离技术的原理
及应用 第三讲 膜分离技术的管理
2
第一讲
膜分离技术概述
3
本讲主要内容
1.1膜分离技术的概念 1.2膜分离技术的发展
历程 1.3膜分离技术的特点 1.4膜分离技术的重要
性 1.5常见的膜分离方法
4
1.1膜分离技术的概念
15
2.1.3膜材料
• 天然材料：各种纤维素衍生物 • 人造材料：各种合成高聚物 • 特殊材料：复合膜，无机膜,不锈钢膜，陶瓷
膜 • 近年来开发的新型膜材料：复合膜，无机多
孔膜，纳米过滤膜，功能高分子膜，聚氨基 葡糖
16
2.1.4不同的膜分离技术所对应的膜材料
• 渗析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、 • 微滤膜：硝酸/醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯， • 超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维 • 反渗透膜 ：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺 • 纳滤膜：聚电解质+聚酰胺、聚醚砜 • 电渗析：离子交换树脂 • 渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙
22
2.2.2电渗析
·作用机理：电渗析是一种电化学过程， 利用膜和电位差从水溶液和其它带荷 电的混合物中分离离子物质的膜过程 。利用带电离子或分子的传导电流的 能力；膜是导电的，允许带正电荷通 过的阳离子交换膜、允许带负电荷通 过阴离子交换膜。
23
·电渗析分离原理图
24
电渗析技术的特点
• 无化学添加剂、环境污染小； • 对原水含盐量变化适应性强； • 操作简单，易于实现机械化和自动化； • 设备紧凑耐用，预处理简单； • 水利用率高。 • 能耗低
烯醇、聚丙稀酰胺
1分离技术的 作用机理和应用
2.2.1渗析
·作用机理:又称透析。渗析以浓度差为推动力 的膜分离操作，利用膜对溶质的选择透过 性,实现不同性质溶质的分离。即利用半透 膜能透过小分子和离子但不能透过胶体粒 子的性质从溶胶中除掉作为杂质的小分子 或离子。渗析过程中渗析膜内无流体流动 ，溶质以扩散的形式移动。
机理及应用
13
2.1膜与膜材料简介
2.1.1膜的分类
• 按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳 滤膜
• 按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜 • 按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜 • 多孔膜与致密膜：前者微滤膜、超滤膜、纳滤
膜，后者反渗透膜、渗透蒸发
14
2.1.2膜的特性
对于不同种类的膜都有一个基本要求：
• 1950年W.Juda成功研制了第一张具有实用价值的离 子交换膜；
• 1960年Loeb 和Sourirajan研制出第一张不对称的醋酸
纤维素反渗透膜，导致了膜分离技术进入了实用和装 置的研制阶段；
• 1967年以后在美国、丹麦、日本等国出现了多家膜及
其组件的生产厂家，逐渐开始了膜分离技术的规模应
膜分离技术是指以膜两侧的能量差 为推动力，依靠膜的选择性，将液体中 的组分进行分离的方法。膜分离法的核 心是膜本身，膜必须是半透膜，即能透 过一种物质,而阻碍另一种物质。
5
1.2膜分离技术的发展历程
人类认识到膜的功能源于1748年，然而用 于为人类服务是近几十年的事。 1960年Loeb 和Sourirajan制备出第一张具有高透水性和高 脱盐率的不对称膜，是膜分离技术发展的一个 里程碑。
20
·渗析原理图
大分子
渗析膜 小分子
水分子
21
·渗析法的应用
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，
有时也用于置换样品缓冲液。 由于渗析过程以浓差为传质推动力，膜的
透过量很小，不适于大规模生物分离过程、 但在实验室中应用较多。 渗析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液 渗析。
• 1748年Abble Nelkt 发现水能自然地扩散到装有酒精 的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象；
• 1827年Dutrochet引入名词渗透（Osmosis）；
• 1861年Schmidt提出超滤概念；
• 1864年Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜 （亚铁氰化铜膜）
• 1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并 将其应用于微生物、微粒等方面的分离和富集；
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1.5常见的膜分离方法
1.5.1根据分离粒子大小分类：
①渗析（Dialysis，DS） ②电渗析（Electrodialysis，ED ） ③反渗透（Reverse osmosis，RO ） ④微滤（Microfiltration，MF） ⑤超滤（Ultrafiltration，UF ） ⑥纳滤（Nanofiltration，NF ） ⑦渗透气化（Pervaporation，PV）
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1.5.2根据溶质或溶液透过膜的推动力分类
①以电动势为推动力：电渗析和电渗透 ②以浓度差为推动力：扩散渗析和自然渗透 ③以压力差为推动力：压渗析和反渗透、超
滤
其中常用的是电渗析、反渗透和超滤，其次 是扩散渗析和微孔过滤。
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第二讲
膜分离技术的原理及应用
12
本讲主要内容
2.1膜与膜材料的简介 2.2常见几种膜分离技术的作用
·选择适当的膜分离技术，可替代过滤、沉淀、萃取、 吸附等多种传统的分离与过滤方法。
·膜分离技术得到各国重视：国际学术界一致认为“ 谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。
·膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，近几十年 膜分离技术，已广泛用于食品、医药、化工及水 处理等各个领域。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 。
·耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较 高的压力，一般模操作的压力范围在 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；
用。
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1.3膜分离技术的特点
• 操作在常温下进行； • 是物理过程，不需加入化学试剂； • 不发生相变化（因而能耗较低）； • 在很多情况下选择性较高； • 浓缩和纯化可在一个步骤内完成； • 设备易放大，可以分批或连续操作。
因而在生物产品的处理中占有重要地位
8
1.4膜分离技术的重要性
·膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又有使 用简单、易于控制及高效、节能的特点
膜分离技术概述和原理
1
主要内容
第一讲 膜分离技术概述 第二讲 膜分离技术的原理
及应用 第三讲 膜分离技术的管理
2
第一讲
膜分离技术概述
3
本讲主要内容
1.1膜分离技术的概念 1.2膜分离技术的发展
历程 1.3膜分离技术的特点 1.4膜分离技术的重要
性 1.5常见的膜分离方法
4
1.1膜分离技术的概念
15
2.1.3膜材料
• 天然材料：各种纤维素衍生物 • 人造材料：各种合成高聚物 • 特殊材料：复合膜，无机膜,不锈钢膜，陶瓷
膜 • 近年来开发的新型膜材料：复合膜，无机多
孔膜，纳米过滤膜，功能高分子膜，聚氨基 葡糖
16
2.1.4不同的膜分离技术所对应的膜材料
• 渗析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、 • 微滤膜：硝酸/醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯， • 超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维 • 反渗透膜 ：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺 • 纳滤膜：聚电解质+聚酰胺、聚醚砜 • 电渗析：离子交换树脂 • 渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙
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2.2.2电渗析
·作用机理：电渗析是一种电化学过程， 利用膜和电位差从水溶液和其它带荷 电的混合物中分离离子物质的膜过程 。利用带电离子或分子的传导电流的 能力；膜是导电的，允许带正电荷通 过的阳离子交换膜、允许带负电荷通 过阴离子交换膜。
23
·电渗析分离原理图
24
电渗析技术的特点
• 无化学添加剂、环境污染小； • 对原水含盐量变化适应性强； • 操作简单，易于实现机械化和自动化； • 设备紧凑耐用，预处理简单； • 水利用率高。 • 能耗低
烯醇、聚丙稀酰胺
1分离技术的 作用机理和应用
2.2.1渗析
·作用机理:又称透析。渗析以浓度差为推动力 的膜分离操作，利用膜对溶质的选择透过 性,实现不同性质溶质的分离。即利用半透 膜能透过小分子和离子但不能透过胶体粒 子的性质从溶胶中除掉作为杂质的小分子 或离子。渗析过程中渗析膜内无流体流动 ，溶质以扩散的形式移动。
机理及应用
13
2.1膜与膜材料简介
2.1.1膜的分类
• 按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳 滤膜
• 按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜 • 按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜 • 多孔膜与致密膜：前者微滤膜、超滤膜、纳滤
膜，后者反渗透膜、渗透蒸发
14
2.1.2膜的特性
对于不同种类的膜都有一个基本要求：
• 1950年W.Juda成功研制了第一张具有实用价值的离 子交换膜；
• 1960年Loeb 和Sourirajan研制出第一张不对称的醋酸
纤维素反渗透膜，导致了膜分离技术进入了实用和装 置的研制阶段；
• 1967年以后在美国、丹麦、日本等国出现了多家膜及
其组件的生产厂家，逐渐开始了膜分离技术的规模应
膜分离技术是指以膜两侧的能量差 为推动力，依靠膜的选择性，将液体中 的组分进行分离的方法。膜分离法的核 心是膜本身，膜必须是半透膜，即能透 过一种物质,而阻碍另一种物质。
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1.2膜分离技术的发展历程
人类认识到膜的功能源于1748年，然而用 于为人类服务是近几十年的事。 1960年Loeb 和Sourirajan制备出第一张具有高透水性和高 脱盐率的不对称膜，是膜分离技术发展的一个 里程碑。
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·渗析原理图
大分子
渗析膜 小分子
水分子
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·渗析法的应用
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，
有时也用于置换样品缓冲液。 由于渗析过程以浓差为传质推动力，膜的
透过量很小，不适于大规模生物分离过程、 但在实验室中应用较多。 渗析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液 渗析。