膜科学与技术1
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研究生强化课程
膜科学与技术
Membrane Science and Technology
授课教师：王 志 工作单位：天津大学化工学院化学工程研究所
仅供学习参考，请勿侵权
1
第一章 膜科学与技术的概念和特征
回答三个问题
• 膜是什么？
• 膜的功用是什么？如何实现膜的功用？
• 膜科学与技术的概念和特征是什么？
18
3. 依与膜的亲和性或溶解性等的差别。如液
膜过程，GS，PV等。
4. 蒸气压不同。如MD。
仅供学习参考，请勿侵权
5. 依与膜的化学反应能力不同。如载体介质 传递。
19
膜技术的优点
• 能耗通常较低
• 易与其它(分离) 过程结合（集成过程）
仅供学习参考，请勿侵权 • 可在温和条件下实现分离
• 易于放大
仅供学习参考，请勿侵权
17
膜分离过程依据的物性差别
1. 依分子大小的差别。可认为是过滤的延续，如
MF，UF，及部分RO，NF，GS等。
膜分离与一般过滤的数量级比较：
仅供学习参考，请勿侵权
一般过滤： 1 mm；膜分离：< 1 mm
2. 依电荷的差别（所用膜为荷电膜）。如ED，膜
燃料电池，膜电解，双极膜过程，NF等。
– 有机化学，无机化学，高分子物理，高分子化 学 – 物理化学 仅供学习参考，请勿侵权 – 流体力学，热力学，三传一反 – 生物，医药，食品，环境（水，气），石化， 能源，电子
16
膜分离过程所依据的物性差别有多种
其它分离过程所依据的物性差别
– – – – – – – 精馏，蒸发，干燥——挥发性（或蒸气压）不同 吸附，吸收——亲和性不同 萃取，结晶，吸收——溶解性不同 电泳——电荷不同 过滤——颗粒大小不同 沉降——重力不同 离心分离——密度不同
edition. 。 198? R. Rautenbach. Membrane Processes
26
仅供学习参考，请勿侵权
1995 Marcel Mulder. Basic Principles of Membrane Technology, second
课程参考资料
期刊
膜科学与技术 水处理技术
仅供学习参考，请勿侵权
• 石化 Petroleum and chemical
• 环保 Environmental protection
23
• 制药 Pharmaceutical industry • 生物技术 Biotechnology
仅供学习参考，请勿侵权 • 能源 Energy sources
A selective barrier between two phases, the term ‘selective’ being inherent to a membrane
or membrane process.
3
仅供学习参考，请勿侵权
4
1.2 膜的功用
膜的应用十分广泛，可概括为四个主要方面：
仅供学习参考，请勿侵权 2. 浓度驱动膜过程：
渗透汽化, 液膜过程, 渗析 , 气体分离
3. 热驱动膜过程：
膜蒸馏
12
4. 膜接触 器：
气-液, 液-液 特点：（1）使用微孔或大孔膜。（2）膜主要起着固定 两种互不相溶流体相界面的作用。（3）这两种流体在膜 孔内或在膜/流体相边界处相互直接接触。
仅供学习参考，请勿侵权
5. 电驱动膜过程：
电渗析, 膜电解, 电去离子, 双极膜, 膜燃料电池
13
6. 膜反应器：
膜反应器，膜生物反应器
7. 控制释放 仅供学习参考，请勿侵权 8. 膜电极
14
1.6 膜科学与技术的概念和特征
膜科学与技术是关于膜的合成、功
能和应用的科学与技术。 仅供学习参考，请勿侵权
15
膜科学是多学科交叉的科学
29
7
不同类型膜横断面示意图
仅供学习参考，请勿侵权
8
4. 按膜的形状:
平板膜
管式膜
中空纤维(<0.5 mm)
仅供学习参考，请勿侵权
细管膜(0.5mm5mm)
管状膜(>5mm)
9
5. 按膜的状态:
固膜
液膜 (liquid membrane)
气膜
6. 按处理的物质: 7. 按是否带电:
荷电膜, 中性膜
仅供学习参考，请勿侵权
2
1.1 膜的定义
• 膜——film, membrane • film: thin coating or covering （一薄层覆 盖物）
– 实例：镀膜、氧化膜、液膜
• Membrane（本课程的“膜” ）: 仅供学习参考，请勿侵权 膜是两相之间一个具有(选择)透过性的屏障。
仅供学习参考，请勿侵权
Journal of Membrane Science Desalination
Separation and Purification Technology
Journal of Applied Polymer Science
27
本课程重要问题
1. 什么是膜？
2. 膜的功用有什么？
• 电子工业（超纯水） Ultrapure water
24
1.8 膜技术的自然基础
• 膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的。
• 非生物界：多孔介质 • 生物界
• 植物
仅供学习参考，请勿侵权
• 动物：细胞，脏器，身体
• 膜科学技术的发展史就是人类对自然界中膜的认 识、利用、自至人工合成的历史。
液体分离膜 , 气体分离膜
仅供学习参考，请勿侵权
10
1.4 膜过程定义与一般特征
• 膜过程是组分在某种推动 力的作用下，在由膜隔开 的两相之间的传递。
推动力
仅供学习参考，请勿侵权 流 流
体
体
1
2
• 通过膜过程，膜的功能得以 实现。
膜
11
1.5 膜过程分类
1. 压力驱动膜过程：
微滤, 超滤, 纳滤, 反渗透
• 物质的分离与纯化；
• 物质的检测；
仅供学习参考，请勿侵权
• 物质的控制释放；
• 反应的控制与强化。
5
1.3 膜的分类
1. 按膜材料:
高分子膜 无机膜
2. 按制膜工艺:
核孔膜
仅供学习参考，请勿侵权
相转化膜
动力形成膜
6
3. 按膜的截面形式:
非对称膜 对称膜 仅供学习参考，请勿侵权 致密膜 多孔膜 复合膜
• 膜的性能可以调节
20
膜技术的缺点
• 浓差极化和膜污染
• 膜寿命有限
• 不少情况下选择性较低
仅供学习参考，请勿侵权
• 放大因子基本是线性的
21
膜技术是21世纪最有发展前途的高技术
仅供学习参考，请勿侵权
之一
22
1.7
膜技术应用简介
• 水处理（工业和生活用水） Water
treatment
• 食品与饮料 Food and drink
仅供学习参考，请勿侵权 3. 什么是膜过程？
4. 膜科学与技术的研究内容是什么? 5. 膜技术的优缺点是什么？ 6. 有哪些重要的膜过程，其原理和特征是什么？
28
7. 描述膜内传递的数学模型有哪些？ 8. 有哪些制膜工艺？简述相转化制膜工艺的主要 步骤。
仅供学习参考，请勿侵权
9. 一般认为膜孔是如何形成的？ 10.膜组件的基本联结方式有哪些？ 11.一个简单的膜过程工艺流程包括哪些内容（图 示）。
25
ຫໍສະໝຸດ Baidu
课程参考资料
教科书或专著
2004 膜科学技术 朱长乐主编 2005 膜科学技术实用教程 安树林主编 2005 现代膜技术及其应用指南 王学松编著 1999 膜技术基本原理 (荷兰) Marcel Mulder 著 李琳译 2001 膜技术手册 时钧，袁权，高从皆 主编 1998 膜分离技术 刘茉娥等编著 1989 膜分离技术基础 高以烜, 叶凌碧编著 2003 膜分离技术及其应用 任建新主编 2001 膜分离技术应用手册 刘茉娥等编
膜科学与技术
Membrane Science and Technology
授课教师：王 志 工作单位：天津大学化工学院化学工程研究所
仅供学习参考，请勿侵权
1
第一章 膜科学与技术的概念和特征
回答三个问题
• 膜是什么？
• 膜的功用是什么？如何实现膜的功用？
• 膜科学与技术的概念和特征是什么？
18
3. 依与膜的亲和性或溶解性等的差别。如液
膜过程，GS，PV等。
4. 蒸气压不同。如MD。
仅供学习参考，请勿侵权
5. 依与膜的化学反应能力不同。如载体介质 传递。
19
膜技术的优点
• 能耗通常较低
• 易与其它(分离) 过程结合（集成过程）
仅供学习参考，请勿侵权 • 可在温和条件下实现分离
• 易于放大
仅供学习参考，请勿侵权
17
膜分离过程依据的物性差别
1. 依分子大小的差别。可认为是过滤的延续，如
MF，UF，及部分RO，NF，GS等。
膜分离与一般过滤的数量级比较：
仅供学习参考，请勿侵权
一般过滤： 1 mm；膜分离：< 1 mm
2. 依电荷的差别（所用膜为荷电膜）。如ED，膜
燃料电池，膜电解，双极膜过程，NF等。
– 有机化学，无机化学，高分子物理，高分子化 学 – 物理化学 仅供学习参考，请勿侵权 – 流体力学，热力学，三传一反 – 生物，医药，食品，环境（水，气），石化， 能源，电子
16
膜分离过程所依据的物性差别有多种
其它分离过程所依据的物性差别
– – – – – – – 精馏，蒸发，干燥——挥发性（或蒸气压）不同 吸附，吸收——亲和性不同 萃取，结晶，吸收——溶解性不同 电泳——电荷不同 过滤——颗粒大小不同 沉降——重力不同 离心分离——密度不同
edition. 。 198? R. Rautenbach. Membrane Processes
26
仅供学习参考，请勿侵权
1995 Marcel Mulder. Basic Principles of Membrane Technology, second
课程参考资料
期刊
膜科学与技术 水处理技术
仅供学习参考，请勿侵权
• 石化 Petroleum and chemical
• 环保 Environmental protection
23
• 制药 Pharmaceutical industry • 生物技术 Biotechnology
仅供学习参考，请勿侵权 • 能源 Energy sources
A selective barrier between two phases, the term ‘selective’ being inherent to a membrane
or membrane process.
3
仅供学习参考，请勿侵权
4
1.2 膜的功用
膜的应用十分广泛，可概括为四个主要方面：
仅供学习参考，请勿侵权 2. 浓度驱动膜过程：
渗透汽化, 液膜过程, 渗析 , 气体分离
3. 热驱动膜过程：
膜蒸馏
12
4. 膜接触 器：
气-液, 液-液 特点：（1）使用微孔或大孔膜。（2）膜主要起着固定 两种互不相溶流体相界面的作用。（3）这两种流体在膜 孔内或在膜/流体相边界处相互直接接触。
仅供学习参考，请勿侵权
5. 电驱动膜过程：
电渗析, 膜电解, 电去离子, 双极膜, 膜燃料电池
13
6. 膜反应器：
膜反应器，膜生物反应器
7. 控制释放 仅供学习参考，请勿侵权 8. 膜电极
14
1.6 膜科学与技术的概念和特征
膜科学与技术是关于膜的合成、功
能和应用的科学与技术。 仅供学习参考，请勿侵权
15
膜科学是多学科交叉的科学
29
7
不同类型膜横断面示意图
仅供学习参考，请勿侵权
8
4. 按膜的形状:
平板膜
管式膜
中空纤维(<0.5 mm)
仅供学习参考，请勿侵权
细管膜(0.5mm5mm)
管状膜(>5mm)
9
5. 按膜的状态:
固膜
液膜 (liquid membrane)
气膜
6. 按处理的物质: 7. 按是否带电:
荷电膜, 中性膜
仅供学习参考，请勿侵权
2
1.1 膜的定义
• 膜——film, membrane • film: thin coating or covering （一薄层覆 盖物）
– 实例：镀膜、氧化膜、液膜
• Membrane（本课程的“膜” ）: 仅供学习参考，请勿侵权 膜是两相之间一个具有(选择)透过性的屏障。
仅供学习参考，请勿侵权
Journal of Membrane Science Desalination
Separation and Purification Technology
Journal of Applied Polymer Science
27
本课程重要问题
1. 什么是膜？
2. 膜的功用有什么？
• 电子工业（超纯水） Ultrapure water
24
1.8 膜技术的自然基础
• 膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的。
• 非生物界：多孔介质 • 生物界
• 植物
仅供学习参考，请勿侵权
• 动物：细胞，脏器，身体
• 膜科学技术的发展史就是人类对自然界中膜的认 识、利用、自至人工合成的历史。
液体分离膜 , 气体分离膜
仅供学习参考，请勿侵权
10
1.4 膜过程定义与一般特征
• 膜过程是组分在某种推动 力的作用下，在由膜隔开 的两相之间的传递。
推动力
仅供学习参考，请勿侵权 流 流
体
体
1
2
• 通过膜过程，膜的功能得以 实现。
膜
11
1.5 膜过程分类
1. 压力驱动膜过程：
微滤, 超滤, 纳滤, 反渗透
• 物质的分离与纯化；
• 物质的检测；
仅供学习参考，请勿侵权
• 物质的控制释放；
• 反应的控制与强化。
5
1.3 膜的分类
1. 按膜材料:
高分子膜 无机膜
2. 按制膜工艺:
核孔膜
仅供学习参考，请勿侵权
相转化膜
动力形成膜
6
3. 按膜的截面形式:
非对称膜 对称膜 仅供学习参考，请勿侵权 致密膜 多孔膜 复合膜
• 膜的性能可以调节
20
膜技术的缺点
• 浓差极化和膜污染
• 膜寿命有限
• 不少情况下选择性较低
仅供学习参考，请勿侵权
• 放大因子基本是线性的
21
膜技术是21世纪最有发展前途的高技术
仅供学习参考，请勿侵权
之一
22
1.7
膜技术应用简介
• 水处理（工业和生活用水） Water
treatment
• 食品与饮料 Food and drink
仅供学习参考，请勿侵权 3. 什么是膜过程？
4. 膜科学与技术的研究内容是什么? 5. 膜技术的优缺点是什么？ 6. 有哪些重要的膜过程，其原理和特征是什么？
28
7. 描述膜内传递的数学模型有哪些？ 8. 有哪些制膜工艺？简述相转化制膜工艺的主要 步骤。
仅供学习参考，请勿侵权
9. 一般认为膜孔是如何形成的？ 10.膜组件的基本联结方式有哪些？ 11.一个简单的膜过程工艺流程包括哪些内容（图 示）。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
课程参考资料
教科书或专著
2004 膜科学技术 朱长乐主编 2005 膜科学技术实用教程 安树林主编 2005 现代膜技术及其应用指南 王学松编著 1999 膜技术基本原理 (荷兰) Marcel Mulder 著 李琳译 2001 膜技术手册 时钧，袁权，高从皆 主编 1998 膜分离技术 刘茉娥等编著 1989 膜分离技术基础 高以烜, 叶凌碧编著 2003 膜分离技术及其应用 任建新主编 2001 膜分离技术应用手册 刘茉娥等编