第九章 膜分离过程
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超滤：按粒径选择分离溶液中所含的微粒 和大分子的膜分离过程。
微过滤：以多孔微小薄膜为过滤介质，使 不溶物浓缩的过滤操作。 3 电渗透
在电场中交替装配的阴离子和阳离子交换 膜，在电场中形成一个个隔室，使溶液中的 离子有选择性的分离或富集。 4 气体分离
利用微孔膜或无孔膜进行气体分离。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
第二节 膜的基本理论
第二节 膜的基本理论
一 膜分离过程的机理 1 膜分离过程的基本传质形式
①被动传递：以化学势梯度为推动力，如压 力差、浓度差或电势差；②促进传递过程，各 组分由特定的载体带入膜，但推动力仍是膜两 侧的化学势梯度，具有高选择性；③主动传递, 推动力由膜内化学反应提供，主要存在于生命 膜。
第九章 膜分离过程
绪言
工业应用中的膜分离过程用的是人工合成 的无生命的 膜，膜是分离过程的核心。膜可定 义为两相之间不连续的区间。
膜过滤的机理、操作方式各异，但它们具
有相同的优点，过程一般较简单，费用较低，
效率较高，往往没有相变，可在常温下操作， 既节省能耗，又特别适合用于热敏物质的处 理，因此在食品加工、医药、生化技术领域有 其独特的实用性。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
④拉伸法 先将晶态聚烯烃在低温熔融温度下挤压成
膜，然后延伸得到高的熔融应力，再在无张力 条件下退火，最后拉伸即得。主要用于以聚烯 烃等为基材的膜制备。也适用于作微孔膜。 ⑤制备复合膜
在多孔支撑层上制作聚合物膜，一种方法是 把稀薄的聚合物溶液浸渍在支撑材料上，另 一种方法是在多孔支撑表面上进行相界面聚 合作用。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
膜的制作方法有如下几种： ①相转变法
是最重要的制膜方法，不仅能制备对称性反渗透 膜和超滤膜，也能制备微孔膜。首先将粘稠的浇铸液 在一适宜的衬垫上展成薄膜，在室温（醋酸纤维素） 或较高温度的干燥箱中（聚芳香胺膜）蒸发一部分溶 剂，导致表面层聚合物的浓缩和活性层的预先定向。 然后将多层膜片浸泡在沉淀液（冰水）中，由于溶剂 和沉淀液发生交换而形成凝胶。凝胶形成后通常在热 水中退火，从而改善了分离能力，并且提高了机械强 度，但渗透能力却有所下降。
第二节 膜的基本理论
（2）溶解－扩散模型 反渗透膜的表皮层在 电子显微镜下没有发现孔道。于是假设溶质和 溶剂都能溶解于均质的非多孔膜表面，然后在 化学推动下扩散通过膜，在从膜下游解吸。由 于膜的选择性使得混合物得以分离。物质的渗 透能力不仅取决于扩散系数，还决定于在膜中 的溶解度。适用于均相的，高选择性的膜。
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
3 复合膜 选择性膜层沉积于具有微孔的支撑 层上。只是两层材料不同，而非对称膜则是 同一材料。其性能不仅取决于有选择性的表 面薄层，而且受微孔支撑结构、孔径、孔分 布和多孔率的影响。
4 荷电膜 即离子交换膜，是一种对称膜，含 有高浓度的溶胀胶载着固定的正电荷或负电 荷，带有正电荷的膜为阴离子交换膜，从周 围流体中吸引阴离子。带有负电荷的膜称为 阳离子交换膜。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
③核经迹法 第一步将厚度百度文库5－15μm的薄膜于放射性
物质下接受粒子（如α粒子或中子）照射，使 高分子主干的化学键断裂形成径迹。孔的密 度由照射时间控制。
第二步将膜用酸碱性液腐蚀，使照射的材料 刻蚀形成垂直孔道。孔径由刻蚀的时间和温度 控制。 这种膜的特点是表面光滑，孔道直且大 小均匀，适宜聚碳酸酯和聚乙酯作微孔膜。
5 液膜 将在后面详细介绍
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
6 微孔膜 孔径为0.05－20μm的膜 7 动态膜 在多孔介质上沉积一层颗粒物作为
有选择作用的膜。沉积层与溶液处于动态平 衡。
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
二 膜分离过程的介绍
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
1 渗透和透析 渗透是一个扩散过程，在膜的两侧渗透压
三 膜的制造 膜的要求：较大的透过速度，较高的选择
性，机械强度好，耐热，耐化学和细菌侵蚀， 耐净化和杀菌处理，成本低。
常用制膜材料有纤维素和聚砜。醋酸纤维素 膜的优点：①水渗透流率高，截留率好；②来 源广，价格便宜；③无毒，制作简单。缺点： ①热稳定性差；②抗氧化能力差；③易水解， 易压密。 聚砜膜的优点：耐热、耐酸碱、耐生 物腐蚀。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
②烧结法 取颗粒大小一定的膜材料细粉置于一定的
模具内，严格控制温度和压力，使细粒子的表 面由软变熔，进而互相粘结而形成多孔体，最 后经机械加工即得。常加入另一种不相熔合的 添加剂，待烧结完成后，再从膜内萃取出。此 法多用于制备硅酸盐聚乙烯及聚四氟乙烯微孔 膜，也可以制备复合膜的支撑体，由平整不易 变型和耐高温的优点。
第二节 膜的基本理论
2 膜分离过程的机理 不同物理、化学性质和传递属性的分离物
质，对于不同的膜其渗透情况不同，机理各 异，因此物质传递模型有多种，在应用上各有 其局限性。
第二节 膜的基本理论
（1）孔模型 用来描绘微孔过滤、超滤等过 程所用的高孔率膜。是一种以压力为推动力的 膜分离技术，按不同膜孔径来选择分离溶液中 所含的微粒或大分子，比膜孔小的物质和溶剂 一起透过膜而较大的物质则被截留。溶剂的渗 透流率取决于孔隙率、孔径、溶液的粘度、溶 剂在膜中的扩散曲折途径和压力差。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
一 膜的分类
根据各种物理结构和化学性质，可将膜分为 下列几种：
1 对称膜 结构与方向无关的膜，根据制造方法 不同，这些膜或者具有不规则的孔结构，或所 有的孔具有确定的直径。
2 非对称膜 非对称膜有一个很薄的，但比较致 密的分离层和多孔支撑层。分离层为活性膜， 孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性，厚 度决定传递速度，该层必需朝向待浓缩的原溶 液。多孔支持层只起支撑作用。
差的作用下，溶剂产生流动，可对溶液进行 稀释。透析是利用膜两侧的浓度差从溶液中， 分离出小分子物质的过程。一般的 透析原则 上与渗透相重叠。 2 反渗透和超滤、微过滤
反渗透：在渗透装置的膜两侧造一成一个 压力差，并使其大于渗透压，使溶剂发生倒 流，进一步浓缩溶液的过程。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
微过滤：以多孔微小薄膜为过滤介质，使 不溶物浓缩的过滤操作。 3 电渗透
在电场中交替装配的阴离子和阳离子交换 膜，在电场中形成一个个隔室，使溶液中的 离子有选择性的分离或富集。 4 气体分离
利用微孔膜或无孔膜进行气体分离。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
第二节 膜的基本理论
第二节 膜的基本理论
一 膜分离过程的机理 1 膜分离过程的基本传质形式
①被动传递：以化学势梯度为推动力，如压 力差、浓度差或电势差；②促进传递过程，各 组分由特定的载体带入膜，但推动力仍是膜两 侧的化学势梯度，具有高选择性；③主动传递, 推动力由膜内化学反应提供，主要存在于生命 膜。
第九章 膜分离过程
绪言
工业应用中的膜分离过程用的是人工合成 的无生命的 膜，膜是分离过程的核心。膜可定 义为两相之间不连续的区间。
膜过滤的机理、操作方式各异，但它们具
有相同的优点，过程一般较简单，费用较低，
效率较高，往往没有相变，可在常温下操作， 既节省能耗，又特别适合用于热敏物质的处 理，因此在食品加工、医药、生化技术领域有 其独特的实用性。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
④拉伸法 先将晶态聚烯烃在低温熔融温度下挤压成
膜，然后延伸得到高的熔融应力，再在无张力 条件下退火，最后拉伸即得。主要用于以聚烯 烃等为基材的膜制备。也适用于作微孔膜。 ⑤制备复合膜
在多孔支撑层上制作聚合物膜，一种方法是 把稀薄的聚合物溶液浸渍在支撑材料上，另 一种方法是在多孔支撑表面上进行相界面聚 合作用。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
膜的制作方法有如下几种： ①相转变法
是最重要的制膜方法，不仅能制备对称性反渗透 膜和超滤膜，也能制备微孔膜。首先将粘稠的浇铸液 在一适宜的衬垫上展成薄膜，在室温（醋酸纤维素） 或较高温度的干燥箱中（聚芳香胺膜）蒸发一部分溶 剂，导致表面层聚合物的浓缩和活性层的预先定向。 然后将多层膜片浸泡在沉淀液（冰水）中，由于溶剂 和沉淀液发生交换而形成凝胶。凝胶形成后通常在热 水中退火，从而改善了分离能力，并且提高了机械强 度，但渗透能力却有所下降。
第二节 膜的基本理论
（2）溶解－扩散模型 反渗透膜的表皮层在 电子显微镜下没有发现孔道。于是假设溶质和 溶剂都能溶解于均质的非多孔膜表面，然后在 化学推动下扩散通过膜，在从膜下游解吸。由 于膜的选择性使得混合物得以分离。物质的渗 透能力不仅取决于扩散系数，还决定于在膜中 的溶解度。适用于均相的，高选择性的膜。
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
3 复合膜 选择性膜层沉积于具有微孔的支撑 层上。只是两层材料不同，而非对称膜则是 同一材料。其性能不仅取决于有选择性的表 面薄层，而且受微孔支撑结构、孔径、孔分 布和多孔率的影响。
4 荷电膜 即离子交换膜，是一种对称膜，含 有高浓度的溶胀胶载着固定的正电荷或负电 荷，带有正电荷的膜为阴离子交换膜，从周 围流体中吸引阴离子。带有负电荷的膜称为 阳离子交换膜。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
③核经迹法 第一步将厚度百度文库5－15μm的薄膜于放射性
物质下接受粒子（如α粒子或中子）照射，使 高分子主干的化学键断裂形成径迹。孔的密 度由照射时间控制。
第二步将膜用酸碱性液腐蚀，使照射的材料 刻蚀形成垂直孔道。孔径由刻蚀的时间和温度 控制。 这种膜的特点是表面光滑，孔道直且大 小均匀，适宜聚碳酸酯和聚乙酯作微孔膜。
5 液膜 将在后面详细介绍
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
6 微孔膜 孔径为0.05－20μm的膜 7 动态膜 在多孔介质上沉积一层颗粒物作为
有选择作用的膜。沉积层与溶液处于动态平 衡。
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
二 膜分离过程的介绍
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
1 渗透和透析 渗透是一个扩散过程，在膜的两侧渗透压
三 膜的制造 膜的要求：较大的透过速度，较高的选择
性，机械强度好，耐热，耐化学和细菌侵蚀， 耐净化和杀菌处理，成本低。
常用制膜材料有纤维素和聚砜。醋酸纤维素 膜的优点：①水渗透流率高，截留率好；②来 源广，价格便宜；③无毒，制作简单。缺点： ①热稳定性差；②抗氧化能力差；③易水解， 易压密。 聚砜膜的优点：耐热、耐酸碱、耐生 物腐蚀。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
②烧结法 取颗粒大小一定的膜材料细粉置于一定的
模具内，严格控制温度和压力，使细粒子的表 面由软变熔，进而互相粘结而形成多孔体，最 后经机械加工即得。常加入另一种不相熔合的 添加剂，待烧结完成后，再从膜内萃取出。此 法多用于制备硅酸盐聚乙烯及聚四氟乙烯微孔 膜，也可以制备复合膜的支撑体，由平整不易 变型和耐高温的优点。
第二节 膜的基本理论
2 膜分离过程的机理 不同物理、化学性质和传递属性的分离物
质，对于不同的膜其渗透情况不同，机理各 异，因此物质传递模型有多种，在应用上各有 其局限性。
第二节 膜的基本理论
（1）孔模型 用来描绘微孔过滤、超滤等过 程所用的高孔率膜。是一种以压力为推动力的 膜分离技术，按不同膜孔径来选择分离溶液中 所含的微粒或大分子，比膜孔小的物质和溶剂 一起透过膜而较大的物质则被截留。溶剂的渗 透流率取决于孔隙率、孔径、溶液的粘度、溶 剂在膜中的扩散曲折途径和压力差。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性
第 一 节 膜和膜分离过程的分类与特性
一 膜的分类
根据各种物理结构和化学性质，可将膜分为 下列几种：
1 对称膜 结构与方向无关的膜，根据制造方法 不同，这些膜或者具有不规则的孔结构，或所 有的孔具有确定的直径。
2 非对称膜 非对称膜有一个很薄的，但比较致 密的分离层和多孔支撑层。分离层为活性膜， 孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性，厚 度决定传递速度，该层必需朝向待浓缩的原溶 液。多孔支持层只起支撑作用。
差的作用下，溶剂产生流动，可对溶液进行 稀释。透析是利用膜两侧的浓度差从溶液中， 分离出小分子物质的过程。一般的 透析原则 上与渗透相重叠。 2 反渗透和超滤、微过滤
反渗透：在渗透装置的膜两侧造一成一个 压力差，并使其大于渗透压，使溶剂发生倒 流，进一步浓缩溶液的过程。
第一节 膜和膜分离过程的分类与特性