《新型分离技术》课件—03分离膜与膜组件

0.01～0.03 差 差 中 低
管式 30-328 简单 膜或组件
中 低 1～5
0.2～0.3 非常好
优 易 高
板框式 30-500 很复杂
膜 低 低 0.25～0.5
0.3～0.6 好 好 难 高
不同膜过程适用的膜组件
膜过程
管式
中空纤 板框 卷式 折叠
维
式
式
管式 毛细管
反渗透
+
-
纳滤
++
-
超滤
比较项目 填充密度（m2m－3） 组件结构 膜更换方式
膜更换成本
料液预处理 料液流速(m3.m－2s－1)
料液侧压降(MPa) 抗污染性 清洗效果 工程放大难易 相对价格
卷式 20wenku.baidu.com-800
复杂 组件 较高 较高 0.25～0.5
0.3～0.6 中等 较好 中 低
中空纤维 500-30000
复杂 组件 较高 高 0.005
均质对称膜的制备方法
1. 相转化制备方法 2. 熔融纺丝拉伸法 3. 溶胶凝胶－成形－烧结法 4. 阳极氧化法（Anodic) 5. 痕迹刻蚀法
痕迹刻蚀制膜工艺
(a)带电粒子辐射薄膜； (b) 辐射后薄膜径 迹刻蚀成孔
溶胶凝胶干燥成型制备方法
相转化成膜方法
1. 双组分或多组分均相溶液的热凝胶（熔融）； 2. 从三组分聚合物溶液中蒸发挥发性溶剂； 3. 均相聚合物中添加非溶剂。
•
膜组件
板框和圆盘式膜组件
进料
渗透液
浓缩液 浓缩液
渗透液
进料
渗透液
多通道管式膜组件
渗透液流道 渗透管
卷式膜组件
进料流道空间
渗透液收集孔
进料
渗透液流方向
进料物流 渗透液流 外壳
抗缩减装置
浓缩液 渗透液 浓缩液
膜 渗透液收集材料 膜 进料分布网
中空纤维式膜组件
折叠式微孔膜组件
四种膜组件的特性比较
膜制备
Membrane materials
Polymers Ceramics
Glass Metals Liquids
有机合成膜的主要高分子材料
• 醋酸纤维素类 • 芳香聚酰胺类 • 聚酯类 • 聚乙烯醇类
硝酸纤维素类 聚砜类 聚烯烃类 聚苯乙烯类
醋酸纤维素反渗透膜的制备过程
三醋酸纤维素（CTA） 二醋酸纤维素（CA）
溶剂
脱气泡
15-20℃自来水 凝胶固化
热处理、后处理
二醋酸纤维素 （CA）
混合搅拌溶解 过滤
浇铸复合成膜 溶剂挥发
室温水凝胶固化
热处理、后处理
干燥处理
干燥处理
成品膜
成品膜
丁醋酸纤维素 （CAB） 致孔剂
聚酯织物或聚酯无纺布
冰水凝胶固化 后处理 干燥处理 成品膜
醋酸纤维素纳滤膜的制备过程
溶剂
过滤
CA
第3章 分离膜与膜组件
主要内容
1. 膜结构与分类 2. 膜制备方法 3. 膜组件
膜结构与分类
对称与非对称膜
对称膜： (a) 均质膜 (b) 柱型孔膜 (c)海绵 孔状膜
非对称膜 ： (d) 多孔膜 (e) 叠合膜 (f) 复合
膜的结构形式
多孔膜的截面结构
(a) 均质海面状膜； (b) 非对成海面状膜 ；
CA+CTA
混合 搅拌 溶解
脱汽泡
聚酯织物 或聚酯无 纺布
致孔剂
浇铸 复合 成膜
溶剂 挥发
常温自来 水
凝胶固化
CANF成品 膜
干燥处 CA-CTANF混合
理
膜
膜的评价标准
①膜要有高的截留率和高的透水速率； ②膜要有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能； ③膜要有柔韧性和足够的机械强度； ④膜耐高温，抗污染； ⑤耐氯性好，抗其他氧化物； ⑥膜使用寿命长，适用pH范围广； ⑦运行操作压力低； ⑧容易贮存、运输； ⑨制备方便，便于工业化生产； ⑩膜可以干湿可逆。
无机膜的构成
非对称膜结构
不同制备方法获得的微孔膜
(a)相转化膜
(b)熔融拉伸 膜
(c)径迹刻蚀 膜
(d)阳极氧化 膜
(e)烧结膜
(f)镍网法膜
聚四氟乙烯单向拉伸膜
聚四氟乙烯双向拉伸膜
空气中颗粒物截留膜
空气中颗粒物截留膜
有机－无机复合膜
空气中微生物截留膜
膜的过滤行为示意图
（a）非对称膜； （b）对称膜
++
+
微滤
++
+
负压膜
+
+
滤
++ + ++ -
++ + ++ -
-
++ +
+
-
+ - ++
+
++ +
-
管径或流道高度与比表面积的关系
装 填 密 度
m2/m2
中空纤维 毛细管式
卷式 板式
陶瓷管式 聚合物管式
管直径或流道高度 mm
六种膜组件的传质特性参数比较
组件型式 中空纤维
管式 平板 卷式 搅拌池 转动式
1. Simple diffusion（被动传递） 2. Facilitated diffusion （被动传递） 3. Active transport（主动传递） 4. Group translocation （分子输送反应） 5. Cytosis （细胞吞吐）
膜内传递的三种典型方式
水力直径
dp(cm)
0.0４ 1.0
0.1 0.1 2.0 0.1
雷诺数
Ｒe
1000 20000 2000
500 10000 4000
传质系数 k(m/s×106)
11 14 9 16 5 20
膜传递模型
Models of the membrane transports
膜的功能
The Basic Forms of Transport
• 优点：
• 可通过两种溶液中的单体种类或浓度,调整 复合膜表面的选择性。
The formation of a composite membrane via interfacial polymerization
Some examples of the preparation of composite membranes by interfacial
polymerization
• The amine is in the aqueous while the acid chloride or isocyanate is in the organic
In-site polymerization （原位聚合）
原位聚合
• 多孔支撑层浸泡于含有酸催化剂的制膜 液中几分钟，取出后，在高温下固化反应 ，再通过胺溶液等后处理制得。
三组分混合物溶剂蒸发成 膜
在均相溶液中加入非溶剂 成膜
理想膜孔密度的成膜条件
复合膜超薄脱盐层的各种制 备方法
复合膜的制备方法
• 界面聚合 • 原位聚合
Interfacial polymerization （界面聚合）
聚合方法
• 通过浸润于基膜的亲水单体与溶液重的疏 水单体相界面间的缩聚或缩合交联制成复 合膜。