膜分离技术PPT优秀课件
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膜分离技术PPT优秀课件
一、发展简史
人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认 识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多 年的漫长过程。大致历程（20世纪）：
30年代：微孔过滤 40年代：透析 50年代：电渗析 60年代：反渗透 70年代：超滤和液膜 80年代：气体分离 90年代：渗透汽化
国内研究历程
纳滤膜（陶氏）
纳滤膜三大特点
✓MWCO介于反渗透膜和超滤膜之间，一般为
150 ～ 1000 dalton；科学家推测其表面分离 层可能拥有 1nm 左右的微孔结构，故被称之 为 “ 纳滤 ” 。
✓纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表
面分离层是由聚电解质所构成，对离子有静电 相互作用。
✓超低压大通量，即在超低压下（ 0.1Mpa ≈
有机膜（高分子材料做成，如醋酸纤维
素CA、聚醚砜PES、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等）。
按结构分 对称膜 （均相膜） ：结构与方向无关
不对称膜（非均相膜）：结构与方向有关
(3)膜性能参数
活性层：过滤作用（0.1--1um） 支持层：支持作用 (100—200um)
MWCO,通量，抗压能力，PH适用范围，对热和温度的 稳定性等。
三、常用技术分类
压力推动膜过程和各自分离特征
1.微滤（Microfiltration,MF）
微滤的应用范围主要是从气相和液相中 截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到 净化、分离、浓缩的目的。
特别适用于微生物、细胞碎片、微细 沉淀物和其他在“微米级”范围的粒子。
2.超滤(Ultrafiltration,UF)
●氧化剂：NaClO(强氧化能力)
●酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定 作用。
●有机溶剂：20%--50%的乙醇可用于膜装置的灭菌和去 除油脂等。但系统必须符合防爆要求。
2. 原理：膜分离技术是以选择性多孔薄膜为分离介质，
使分离的溶液借助某种推动力（如：压力差、浓度差、电 位差等）通过膜，低分子溶质透过膜，大分子溶质被截留， 以此来分离溶液中不同分子量的物质，从而达到分离、浓 缩、纯化目的。
△p=p进-p出 （回流液的循环动力）
一般10 psi左右 调节方式：泵速，回流阀
膜两侧平均 压力差
△pt=[(p进-p0)+(p出-p0)]*1/2 =(p进+ p出)*1பைடு நூலகம்2-p0
(膜过滤推动力)
压力较低：通量随△pt成正比增加，如a 压力增大：形成浓差极化层，趋势变缓，如b 压力继续增大：浓差极化层达凝胶层浓度，通 量不随△pt改变，如c
（4）膜的污染与清洗
污染：膜在使用过程中，尽管操作条件不变，但通 量仍逐渐降低的现象。不可逆，必须清洗后才能消除。
浓差极化：可逆，改变操作条件可消除；
清洗：
●NaOH:水解蛋白质，皂化脂肪，溶解某些生物大分子
●酸：HNO3，H3PO4， HCl（去除无机物） ●表面活性剂：SDS（乳化，湿润，分散生物大分子等
原理：以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为 过滤介质。在一定的压力下，当水流过膜表面时， 只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到 溶液的净化、分离、浓缩的目的。
分类：一般分为板框式（板式）、中空纤维式、 管式、卷式等多种结构。
应用：浓缩，脱盐，分离，纯化，去热原，缓冲 液置换等。
★两种压力差
轴向、侧向压力差 △pt对通量的影响
14.7psi）仍能工作，并有较大的通量。
4.反渗透(Reverse Osmosis,RO)
原理：依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶
剂与溶质进行分离的过程。
应用:美国最早用于将航天员的尿液回收为纯水。
医学界还以反渗透法的技术用来洗肾（血液透析）。 工业上已应用于海水脱盐，超纯水制备，从发酵液中 分离溶剂等。
示意图
3.膜分离过程类型
推动力
过程
孔径
机制
静压力差 MF，UF， NF，RO
<1000 dalton 筛分
---10um
浓度差
渗析（透析）
1—3nm
筛分+ 扩散
蒸气分压差 膜蒸馏（MD）
微孔
扩散
电位差
渗透蒸发（PV） 电渗析
无孔
<200 dalton
离子迁移
4.膜过滤方式：
➢终端过滤(dead end filtration )
以压力作为推动力，料液流动方向 与滤膜表面垂直，并且透过液方向与料 液一致。
➢错流过滤（cross flow filtration）
透过液方向垂直于进料的方向，而 料液流动方向与滤膜表面平行，进料以 一定流速冲刷膜表面,减小浓差极化效应。
★以微滤为例，主要根据料液中固形物的含量多少
来确定，<0.1%时，选用终端过滤， >0.5%则基本采用错流过滤。
特点：不需添加任何杀菌剂和化学物质，故
不会发生化学相变。
示意图
四、设备简介：
Vivaflow 50 回旋流/切向流超滤器
Vivaspin系列 超滤浓缩离心管
25mm 可换膜针头式滤器
（玻璃杯式）溶剂过滤器
Pellicon超滤系统
QuixStand中空纤维柱系统
• 1958年开始研究离子交换膜； • 1965年开始对反渗透膜进行探索； • 1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投
产，为电渗析工业应用奠定了基础；
• 70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及
组件进行研究开发，进而进入推广应用阶段；
• 80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步； • 90年代国家科技部对无机陶瓷微滤膜的工业化技
3.纳滤(Nanofiltration ,NF)
介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过 程，孔径范围在几个纳米左右。与其他压力驱动 型膜分离过程相比，出现较晚。
与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又 被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”( Loose RO )。
应用：食品工业、植物深加工、饮料工业、 农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、 环保工业……
术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化 进程。
二、基础知识
1. 膜（membrane） （1） 定义：在一定流动相（液体or气体）中，有
一薄层凝聚相物质，把流动相分隔成两部分，这 一薄层即为膜。其厚度在0.5mm以下。 （2）分类： 按孔径不同（or截留分子量）:可分为
微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜 按材料不同：无机膜(微滤膜，如：陶瓷膜和金属膜)
一、发展简史
人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认 识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多 年的漫长过程。大致历程（20世纪）：
30年代：微孔过滤 40年代：透析 50年代：电渗析 60年代：反渗透 70年代：超滤和液膜 80年代：气体分离 90年代：渗透汽化
国内研究历程
纳滤膜（陶氏）
纳滤膜三大特点
✓MWCO介于反渗透膜和超滤膜之间，一般为
150 ～ 1000 dalton；科学家推测其表面分离 层可能拥有 1nm 左右的微孔结构，故被称之 为 “ 纳滤 ” 。
✓纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表
面分离层是由聚电解质所构成，对离子有静电 相互作用。
✓超低压大通量，即在超低压下（ 0.1Mpa ≈
有机膜（高分子材料做成，如醋酸纤维
素CA、聚醚砜PES、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等）。
按结构分 对称膜 （均相膜） ：结构与方向无关
不对称膜（非均相膜）：结构与方向有关
(3)膜性能参数
活性层：过滤作用（0.1--1um） 支持层：支持作用 (100—200um)
MWCO,通量，抗压能力，PH适用范围，对热和温度的 稳定性等。
三、常用技术分类
压力推动膜过程和各自分离特征
1.微滤（Microfiltration,MF）
微滤的应用范围主要是从气相和液相中 截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到 净化、分离、浓缩的目的。
特别适用于微生物、细胞碎片、微细 沉淀物和其他在“微米级”范围的粒子。
2.超滤(Ultrafiltration,UF)
●氧化剂：NaClO(强氧化能力)
●酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定 作用。
●有机溶剂：20%--50%的乙醇可用于膜装置的灭菌和去 除油脂等。但系统必须符合防爆要求。
2. 原理：膜分离技术是以选择性多孔薄膜为分离介质，
使分离的溶液借助某种推动力（如：压力差、浓度差、电 位差等）通过膜，低分子溶质透过膜，大分子溶质被截留， 以此来分离溶液中不同分子量的物质，从而达到分离、浓 缩、纯化目的。
△p=p进-p出 （回流液的循环动力）
一般10 psi左右 调节方式：泵速，回流阀
膜两侧平均 压力差
△pt=[(p进-p0)+(p出-p0)]*1/2 =(p进+ p出)*1பைடு நூலகம்2-p0
(膜过滤推动力)
压力较低：通量随△pt成正比增加，如a 压力增大：形成浓差极化层，趋势变缓，如b 压力继续增大：浓差极化层达凝胶层浓度，通 量不随△pt改变，如c
（4）膜的污染与清洗
污染：膜在使用过程中，尽管操作条件不变，但通 量仍逐渐降低的现象。不可逆，必须清洗后才能消除。
浓差极化：可逆，改变操作条件可消除；
清洗：
●NaOH:水解蛋白质，皂化脂肪，溶解某些生物大分子
●酸：HNO3，H3PO4， HCl（去除无机物） ●表面活性剂：SDS（乳化，湿润，分散生物大分子等
原理：以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为 过滤介质。在一定的压力下，当水流过膜表面时， 只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到 溶液的净化、分离、浓缩的目的。
分类：一般分为板框式（板式）、中空纤维式、 管式、卷式等多种结构。
应用：浓缩，脱盐，分离，纯化，去热原，缓冲 液置换等。
★两种压力差
轴向、侧向压力差 △pt对通量的影响
14.7psi）仍能工作，并有较大的通量。
4.反渗透(Reverse Osmosis,RO)
原理：依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶
剂与溶质进行分离的过程。
应用:美国最早用于将航天员的尿液回收为纯水。
医学界还以反渗透法的技术用来洗肾（血液透析）。 工业上已应用于海水脱盐，超纯水制备，从发酵液中 分离溶剂等。
示意图
3.膜分离过程类型
推动力
过程
孔径
机制
静压力差 MF，UF， NF，RO
<1000 dalton 筛分
---10um
浓度差
渗析（透析）
1—3nm
筛分+ 扩散
蒸气分压差 膜蒸馏（MD）
微孔
扩散
电位差
渗透蒸发（PV） 电渗析
无孔
<200 dalton
离子迁移
4.膜过滤方式：
➢终端过滤(dead end filtration )
以压力作为推动力，料液流动方向 与滤膜表面垂直，并且透过液方向与料 液一致。
➢错流过滤（cross flow filtration）
透过液方向垂直于进料的方向，而 料液流动方向与滤膜表面平行，进料以 一定流速冲刷膜表面,减小浓差极化效应。
★以微滤为例，主要根据料液中固形物的含量多少
来确定，<0.1%时，选用终端过滤， >0.5%则基本采用错流过滤。
特点：不需添加任何杀菌剂和化学物质，故
不会发生化学相变。
示意图
四、设备简介：
Vivaflow 50 回旋流/切向流超滤器
Vivaspin系列 超滤浓缩离心管
25mm 可换膜针头式滤器
（玻璃杯式）溶剂过滤器
Pellicon超滤系统
QuixStand中空纤维柱系统
• 1958年开始研究离子交换膜； • 1965年开始对反渗透膜进行探索； • 1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投
产，为电渗析工业应用奠定了基础；
• 70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及
组件进行研究开发，进而进入推广应用阶段；
• 80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步； • 90年代国家科技部对无机陶瓷微滤膜的工业化技
3.纳滤(Nanofiltration ,NF)
介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过 程，孔径范围在几个纳米左右。与其他压力驱动 型膜分离过程相比，出现较晚。
与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又 被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”( Loose RO )。
应用：食品工业、植物深加工、饮料工业、 农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、 环保工业……
术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化 进程。
二、基础知识
1. 膜（membrane） （1） 定义：在一定流动相（液体or气体）中，有
一薄层凝聚相物质，把流动相分隔成两部分，这 一薄层即为膜。其厚度在0.5mm以下。 （2）分类： 按孔径不同（or截留分子量）:可分为
微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜 按材料不同：无机膜(微滤膜，如：陶瓷膜和金属膜)