膜分离技术讲解培训课件

50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反 渗透膜的研究。
真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年， 米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性 和碱性的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶 剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的 超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。
70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动载 体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。
1.3 膜的分类
1. 按膜的材料分类
表1 膜材料的分类
类别
膜材料
举例
纤维素酯类 纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等
聚砜类
聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等
非纤维素酯 类
聚酰(亚)胺类 聚酯、烯烃类 含氟(硅)类
内容
膜技术概述 膜分离装置 极化、污染现象和控制 典型的膜分离技术及应用领域
1.膜技术概述
1.1 基本概念
膜(Membrane)是什么？有何特性？
膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有
一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部 分，并能使这两部分之间产生传质作用。
膜的特性：
不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别与 两侧的流体相接触。 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种 物质透过，而不允许其它物质透过。
过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表2所示。
表2 几种主要分离膜的分离过程
膜过程 推动力
传递机理
透过物
截留物
膜类型
微滤 压力差 颗粒大小形状 水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒
纤维多孔膜
超滤
压力差
分子特性大小形状
水、溶剂小分子
胶体和超过截留 分子量的分子
非对称性膜
纳滤
压力差
离子大小及电荷
水、一价离子、 多价离子
在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获 得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功 能膜的地位又得到了进一步提高。
具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60 年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体 膜之上的，为支撑液膜。
60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活 性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体 膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一 项专利。
1.2 膜分离技术发展简史
高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了 膜渗透的研究。
1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过滤的概念。他 提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在 溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中 的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。 这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微 孔过滤。
相关官方网站：
中国膜工业协会 www.membranes.com.cn/ 美国膜技术协会(AMTA) www.membranes-amta.org/ 北美膜学会(NAMS) www.che.utexas.edu/nams/NAMSHP.html
欧洲膜学会(EMS) www.ems.cict.fr/ 联合国教科文组织膜科学技术中心 www.membrane.unsw.edu.au/ 美国过滤与分离学会(AFS) www.afssociety.org/ 国际水协会(IWA) www.iwahq.org/ 国际脱盐协会(IDA) www.idadesal.org/
膜(Tubular Membrane)和中空纤维膜(Hollow Fiber membrane)。
4. 按膜的结构分类
按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
1.4 膜过滤的基础理论
聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷
其他
壳聚糖，聚电解质等
2. 按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将
其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗 析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
3. 按膜的形态分类 按膜的形状分为平板膜(Flat Membrane)、管式
通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动 的毛细管理论。
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水通量（Jw）和截留率（R）：
Jw
W At
R c1 c2 c1
W—透水量，A—膜的有效面积，t—时间 c1—料液中溶质浓度， c2—透过液中溶质浓度
膜分离基本原理
1.5 膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质， 如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择性透
易渗溶质或溶 剂
杂质
续上表 截留物 膜类型
大分子物 非对称性膜
非电解质，
大分子物 离子交换膜 质
有机物
反渗透 压力差 溶剂的扩散传递 水、溶剂
溶质、盐
复合膜
非对称性膜 复合膜
膜过程 推动力 传递机理
透过物
渗析
浓度差
溶质的扩散传 低分子量物、
递
离子
电渗析 电位差
电解质离子的 选择传递
电解质离子
气体分 离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
渗透蒸 发
压力差
选择传递
液膜分 离
浓度差
反应促进和 扩散传递
1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙-66为主要组 分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦DDS公 司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业 化。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实 现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称 UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简 称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。
选择性透膜
膜上游 膜 膜下游 膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通 过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力 差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透 过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧 称为膜上游，透过侧称为膜下游。
分离膜种类:
高分子膜
分 离
液体膜
膜
生物膜
带电膜 非带电膜
阳离子膜
阴离子膜 过滤膜 精密过滤膜 超滤膜 纳米滤膜 反渗透膜