第六章膜分离
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第六章膜分离
微滤、超滤和纳滤
• 微滤、超滤和纳滤都是以压力差为推动力的膜分离过程。 1) 微滤、超滤都是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过
程，而这在原理上并没有本质的区别。即均为在一定的 压力作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合溶 液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜， 成为渗透液被收集。大于膜孔的高分子溶质（如有机胶 体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。 2）纳滤有所不同，除了截留筛分之外，由于纳滤膜的表面 分离层由聚电介质构成，对离子有静电相互作用，因此 对无机盐有一定的截留率。
个孔，孔隙率占总体积70％～80％，孔径均匀，孔径范 围在0.02～20μm之间的分离膜。当膜的孔径大于5nm时 称为微孔膜(microporous membrane)；孔径在1～5nm 时称细孔膜(fine-pored membrane)，包括超滤膜和反 渗透膜。
致密膜：非多孔膜(nonporous membrane)。孔径在0.5～1nm， 孔隙率小于10％，厚度为0.1～1.25μm具有透过性的无 机物或聚合物膜。膜的孔结构已难于用电子显微镜分辨， 只能用气体渗透法和液体渗透法或气体吸附法测定其模型。
第六章 膜分离 (Membrane Separation)
膜分离是指借助膜的选择渗透作用,在外界能量或化学位差 的推动下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富 集的过程。 （膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在 一定量的能量差作为动力，允许某些组分透过而保留混合物 中其他组分，从而达到分离目的的技术）
第六章膜分离
第六章膜分离
膜分离过程的效率 常用来表示分离效率的指标有两种：
一、是组分在两相中的浓度之比，常用选择性系数表示； 二、是某组分在经过分离后的两股物流中的分配比例，
常用截留率表示（指溶液经超滤处理后，被膜截留的溶质 量占溶液中该溶质总量的百分率 ）
选择性系数或截留率表示了分离的质的方面。对于 分离的量的方面，一般用通量，即单位时间内单位 分离面积上的流量来表示。在大多数膜分离操作中， 截留率和通量是表征过程的两个最重要指标。
第六章膜分离
膜分离过程
选择性透膜
膜上游 透膜 膜下游
膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜 两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等） 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。
第六章膜分离
5.2 膜分离的推动力
浓度差 压力差 分压差 电位差
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。
第六章膜分离
材质： 天然膜：生物膜（生命膜）与天然物质改性或者再生而制成的膜 合成膜：无机膜或者高分子聚合物膜
结构： 多孔膜（porous membrane）：指每平方厘米含有一千万至一亿
第六章膜分离
渗透气化：溶液与某种特殊的膜接触后，各组分在通 过膜的同时发生气化，且各组分的透过速 率不同。
气体渗透：利用混合气体中各组分通过膜的速率不同 而使组分分离。
渗析：渗析： 以电位差为推动力，利用离子交换膜的选 择透过性，从溶液中脱除或富集电解质。
膜是一种具有选择性分离功能的材料。可以认为膜分离法是 一般过滤法的发展和延续。一般过滤法不是分子级水平的， 它是利用相的不同将固体从液体或气体中分离出来；而膜分 离是分子级水平的分离方法，该法关键在于过程中使用的过 滤介质：膜。
第六章膜分离
1.膜是什么？有何特性？
所谓的膜，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，这一凝聚相物质就是膜。
第六章膜分离
微滤（MF)
• 微滤（MF） 又称微孔过滤，是一种与粗滤十分相似的魔分离过 程，基本属于固液分离。其基本原理是筛孔分离过程，即是利用 微孔膜孔的筛分作用，在静压差的推动下，将滤液中大于膜孔径 的微粒等截留下来，达到除去滤液中微粒与澄清溶液的目的。
• 微孔滤膜一般具有比较整齐、均匀的多孔结构，材质分为有机和 无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚 砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。
第六章膜分离
功能： 离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透
3、膜的结构
根据膜的断面结构及制备过程可分为对称膜、不对成膜和复合膜。 对称膜：亦称各向同性膜(isotropic membrane) ，其化学结构、
物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率 都相似。膜的各部分具有相同的特性，其孔结构 、不随深 度而变化的膜。 不对称膜：指膜的化学结构或物理结构随膜的部位而异，即 各 向异性的膜。 复合膜：属于表层与支撑层不为同一材质的不对称膜，也是目前发 展最快、研究最多的膜。是以微孔膜或超滤膜作支称层， 在其表面覆盖以厚度仅为0.1～0.25μm的致密的均质膜作 壁障层构成的分离膜。复合膜的材料包括任何可能的材料 结合，如在金属氧化物上覆以陶瓷膜或是在聚砜微孔膜上 覆以芳 香聚酰胺薄膜，其平板膜或卷式膜都要用非织造物 增强以支撑微孔膜的耐压。 极薄的的表面活性层（选择渗透）+下部的多孔支撑层（传质）
• 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范 围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行 分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
第六章膜分离
超滤(UF)
• 超滤原理：超滤是指外源加 压的膜分离，其原理与过滤 一样。
利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离
膜分离过程
的形式
料液中的某些溶质或 离子在浓度差、电位差 的推动下，透过膜进入 接受液中，从而被分离--渗析和电渗析；
由于组分分子的大小和 性质有别，它们透过膜的 速率有差别，透过部分和 留下部分的组成不同，实 现组分分离---超滤、微滤 第六章膜分离 、反渗透和气体渗透；
微滤、超滤和纳滤
• 微滤、超滤和纳滤都是以压力差为推动力的膜分离过程。 1) 微滤、超滤都是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过
程，而这在原理上并没有本质的区别。即均为在一定的 压力作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合溶 液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜， 成为渗透液被收集。大于膜孔的高分子溶质（如有机胶 体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。 2）纳滤有所不同，除了截留筛分之外，由于纳滤膜的表面 分离层由聚电介质构成，对离子有静电相互作用，因此 对无机盐有一定的截留率。
个孔，孔隙率占总体积70％～80％，孔径均匀，孔径范 围在0.02～20μm之间的分离膜。当膜的孔径大于5nm时 称为微孔膜(microporous membrane)；孔径在1～5nm 时称细孔膜(fine-pored membrane)，包括超滤膜和反 渗透膜。
致密膜：非多孔膜(nonporous membrane)。孔径在0.5～1nm， 孔隙率小于10％，厚度为0.1～1.25μm具有透过性的无 机物或聚合物膜。膜的孔结构已难于用电子显微镜分辨， 只能用气体渗透法和液体渗透法或气体吸附法测定其模型。
第六章 膜分离 (Membrane Separation)
膜分离是指借助膜的选择渗透作用,在外界能量或化学位差 的推动下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富 集的过程。 （膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在 一定量的能量差作为动力，允许某些组分透过而保留混合物 中其他组分，从而达到分离目的的技术）
第六章膜分离
第六章膜分离
膜分离过程的效率 常用来表示分离效率的指标有两种：
一、是组分在两相中的浓度之比，常用选择性系数表示； 二、是某组分在经过分离后的两股物流中的分配比例，
常用截留率表示（指溶液经超滤处理后，被膜截留的溶质 量占溶液中该溶质总量的百分率 ）
选择性系数或截留率表示了分离的质的方面。对于 分离的量的方面，一般用通量，即单位时间内单位 分离面积上的流量来表示。在大多数膜分离操作中， 截留率和通量是表征过程的两个最重要指标。
第六章膜分离
膜分离过程
选择性透膜
膜上游 透膜 膜下游
膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜 两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等） 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。
第六章膜分离
5.2 膜分离的推动力
浓度差 压力差 分压差 电位差
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。
第六章膜分离
材质： 天然膜：生物膜（生命膜）与天然物质改性或者再生而制成的膜 合成膜：无机膜或者高分子聚合物膜
结构： 多孔膜（porous membrane）：指每平方厘米含有一千万至一亿
第六章膜分离
渗透气化：溶液与某种特殊的膜接触后，各组分在通 过膜的同时发生气化，且各组分的透过速 率不同。
气体渗透：利用混合气体中各组分通过膜的速率不同 而使组分分离。
渗析：渗析： 以电位差为推动力，利用离子交换膜的选 择透过性，从溶液中脱除或富集电解质。
膜是一种具有选择性分离功能的材料。可以认为膜分离法是 一般过滤法的发展和延续。一般过滤法不是分子级水平的， 它是利用相的不同将固体从液体或气体中分离出来；而膜分 离是分子级水平的分离方法，该法关键在于过程中使用的过 滤介质：膜。
第六章膜分离
1.膜是什么？有何特性？
所谓的膜，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，这一凝聚相物质就是膜。
第六章膜分离
微滤（MF)
• 微滤（MF） 又称微孔过滤，是一种与粗滤十分相似的魔分离过 程，基本属于固液分离。其基本原理是筛孔分离过程，即是利用 微孔膜孔的筛分作用，在静压差的推动下，将滤液中大于膜孔径 的微粒等截留下来，达到除去滤液中微粒与澄清溶液的目的。
• 微孔滤膜一般具有比较整齐、均匀的多孔结构，材质分为有机和 无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚 砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。
第六章膜分离
功能： 离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透
3、膜的结构
根据膜的断面结构及制备过程可分为对称膜、不对成膜和复合膜。 对称膜：亦称各向同性膜(isotropic membrane) ，其化学结构、
物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率 都相似。膜的各部分具有相同的特性，其孔结构 、不随深 度而变化的膜。 不对称膜：指膜的化学结构或物理结构随膜的部位而异，即 各 向异性的膜。 复合膜：属于表层与支撑层不为同一材质的不对称膜，也是目前发 展最快、研究最多的膜。是以微孔膜或超滤膜作支称层， 在其表面覆盖以厚度仅为0.1～0.25μm的致密的均质膜作 壁障层构成的分离膜。复合膜的材料包括任何可能的材料 结合，如在金属氧化物上覆以陶瓷膜或是在聚砜微孔膜上 覆以芳 香聚酰胺薄膜，其平板膜或卷式膜都要用非织造物 增强以支撑微孔膜的耐压。 极薄的的表面活性层（选择渗透）+下部的多孔支撑层（传质）
• 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范 围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行 分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
第六章膜分离
超滤(UF)
• 超滤原理：超滤是指外源加 压的膜分离，其原理与过滤 一样。
利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离
膜分离过程
的形式
料液中的某些溶质或 离子在浓度差、电位差 的推动下，透过膜进入 接受液中，从而被分离--渗析和电渗析；
由于组分分子的大小和 性质有别，它们透过膜的 速率有差别，透过部分和 留下部分的组成不同，实 现组分分离---超滤、微滤 第六章膜分离 、反渗透和气体渗透；