膜分离过程液膜分离
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缺点： ①热稳定性差，使用温度不能过高，在低温下容易招 致细 菌生长。 ②抗氧化性能差，造成膜的使用寿命降低。 ③易水解，易压密。 水解是酯化的逆反应，在碱性镕液中反 应是不可逆的。 由于大多数清洗剂是酸性，造成了清洗困难。 ④抗微生物侵蚀性能较弱，因而难以贮存。
膜的制造方法
1．相转变法：浇铸液支持物上捕开蒸发—部分溶剂凝 胶形成热处理(退火)。
物质的传递是以分子扩散为主。
⑤多孔支撑区间：主要对表皮层起支撑作用，而对 渗透物质的流动有一定的阻力。
⑥ 表面区间(Ⅱ)：此区间相似于③中所描述的区间， 溶质在产品边膜内的浓度与离开膜流入低压边 流体中的浓度几乎相等。
⑦边界层区间(Ⅱ)：此区间与②中区间相似，物质 扩散方向与膜垂直。但无浓差极化现象，浓度 随流动方向而降低。
通量和压力成正比，和粘度成反比。
溶液通量
εd2△p
溶液通量：J[m3／(m2·s)]= ————— 32 µL
式中： ε—— 膜的孔隙率
d —— 圆柱型孔道的直径(m)
L—— 膜的有效厚度，为扩散曲折率
△p——膜两侧压力差(kPa)
µ—— 溶液的粘度(Pa·s)
膜厚( m)
(3)溶解—扩散模型
在均相的，高选择性的膜（如反渗透膜）中，溶 质和溶剂都能溶解于均质的非多孔膜表面，然后在化 学势推动下扩散通过膜，再从膜下游解吸。
透析是利用膜两侧的浓度差从溶液中分离出小分子物质 的过程。如：医疗上用于处理肾功能衰竭病人。
2．反渗透和超滤、微过滤： 外加压力差大于渗透压，就会发 生溶剂倒流，高浓度溶液进一步浓缩，反渗透。使不溶物浓 缩过滤的操作为微过滤；分离溶液中微粒和大分子的膜分离 操作为超滤；从溶液中分离出溶剂的膜分离操作为反渗透。
生物工业下游技术
第七章、膜分离过程
膜（“死”膜—人工合成的无生命的膜）： 两相之间的不连续区间。是指分隔两相界面并以
特定的形式限制和传递各种化学物质。它可以是均 相的或非均相的，对称型的或非对称型的，中性的 或荷电性的，固体的或液体的。 优点：过程一般较简单，费用较低，效率较高，往往 没有相变，可在常温下操作，既节省能耗又特别适 用于热敏性物质的处理．在食品加工、医药、生化 技术领域有其独特的适用性。
物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数，而且还 决定于它在膜中的溶解度。 溶剂质量通量：Jl=Al(△p- △p渗) Al—溶液渗透系数；
(c)主动传递：推动力是由膜内某化学反应提供，主要 存在于生命膜。
2．膜分离过程的机理
(1)膜过程中的物质传递 (用典型的非对称膜为例) ①主流体系区间(1)：溶质的浓度均匀，垂直于膜表 面的方向无浓度梯度。 ②边界层区间(1)：有浓度极化现象，是造成膜或膜 体系效率下降的主要因素，是不希望有的现象。 ③表面区间(1)：溶质扩散的同时有对流现象；溶质 吸附表面而溶入膜中。在膜的致密表层靠近边界 的溶质浓度比在溶液中边界层的溶质浓度低得多。 ④表皮层区间：非对称膜皮层的特征是对溶质的脱除 性。愈薄愈好，可增加膜的渗透率。镕质和渗透
和杀菌处理，成本低。 膜按制造材料可分为： (1)改性天然物： 醋酸纤维素；醋酸纤维素将纤维素
与醋酐、醋酸和硫酸相作用进行乙 酰化而制得。 (2)合成产物： 聚砜（耐热、耐酸碱、耐生物腐蚀）； (3)特殊材料：多孔玻璃，氧化石墨。
醋酸纤维素膜的优、缺点
优点： ①水渗透流率高，裁留率也好，适宜于制备反渗透膜； ②原料来源丰富．价格便宜； ③无毒，制膜工艺简单，便于工业化生产。
第二节、膜的基本理论
一、膜分离过程的机理
1．膜分离过程的基本传质形式 (a)被动传递：为热力学“下坡”过程，其中膜的作用
就像是一物理的平板屏障。所有通过膜的组分均以 化学势梯度为推动力，可以是膜两侧的压力差、浓 度差或电势差。
(b)促进传递：各组分通过膜的推动力仍是膜两侧的化 学势梯度。组分由特定的载体带人膜中，具有高选 择性的被动传递。
2．烧结法： 膜材料粉模具内严格控制温度和压力 由 软变熔 形成多孔体 机械加工。
3．核径迹法：厚为5-15m薄膜粒子(如a粒子或中子)照射 化学键断裂形成径迹酸碱液腐蚀形成孔道。
4．拉伸法： 晶态聚烯烃在低熔融温度下挤压成膜 延伸 得到高的熔融应力 无张力条件下退火拉伸。
5．复合膜的制备：是相转变膜的继续发展，制造非常薄的特 征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。
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第一节 膜和膜分离过程 的分类与特性
一、膜的分类
(1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表
皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待浓缩液； 多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。
(3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层) 表面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选 择性的表面薄层而且受微孔支撑层的影响。
(4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0．05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作
为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
膜分离过程
1．渗透和透析：渗透是一个扩散过程，在膜的两旁，渗透压 差的作用下溶剂产生流动。
⑧主流体区间(Ⅱ)：此区间相似于① ，溶质浓度稳 定，垂直于膜表面的方向无浓度梯度。
(2)孔模型
孔模型用来描绘微孔过滤、超滤等过程所用的高 孔率膜。
以压力为推动力的膜分离技术，按不同膜孔径来 选择分离溶液中的微粒或大分子，比膜孔小的物质和 溶剂(水)一起运过膜而较大的物质则被截留。
溶剂的渗透流率取决于膜的孔隙率、孔径、溶液的 粘度、溶剂在膜中的扩散曲折途径和膜上、下游压力 差。
3 电渗析：在电场中交替装配阴离子和阳离子交换膜，使溶液 中的离子有选择地分离或富集。
4．气体分离： 利用微孔或无孔膜进行气体分离。膜的材料可 以是高分子聚合物膜，也可以是金属膜或玻璃膜，主要用于 合成氨工业中氢的回收。
二、膜的制造
膜应具备的条件： 有较大的透过速度和较高的选择性。 机械强度好，耐热，耐化学和细菌侵蚀，耐净化
膜的制造方法
1．相转变法：浇铸液支持物上捕开蒸发—部分溶剂凝 胶形成热处理(退火)。
物质的传递是以分子扩散为主。
⑤多孔支撑区间：主要对表皮层起支撑作用，而对 渗透物质的流动有一定的阻力。
⑥ 表面区间(Ⅱ)：此区间相似于③中所描述的区间， 溶质在产品边膜内的浓度与离开膜流入低压边 流体中的浓度几乎相等。
⑦边界层区间(Ⅱ)：此区间与②中区间相似，物质 扩散方向与膜垂直。但无浓差极化现象，浓度 随流动方向而降低。
通量和压力成正比，和粘度成反比。
溶液通量
εd2△p
溶液通量：J[m3／(m2·s)]= ————— 32 µL
式中： ε—— 膜的孔隙率
d —— 圆柱型孔道的直径(m)
L—— 膜的有效厚度，为扩散曲折率
△p——膜两侧压力差(kPa)
µ—— 溶液的粘度(Pa·s)
膜厚( m)
(3)溶解—扩散模型
在均相的，高选择性的膜（如反渗透膜）中，溶 质和溶剂都能溶解于均质的非多孔膜表面，然后在化 学势推动下扩散通过膜，再从膜下游解吸。
透析是利用膜两侧的浓度差从溶液中分离出小分子物质 的过程。如：医疗上用于处理肾功能衰竭病人。
2．反渗透和超滤、微过滤： 外加压力差大于渗透压，就会发 生溶剂倒流，高浓度溶液进一步浓缩，反渗透。使不溶物浓 缩过滤的操作为微过滤；分离溶液中微粒和大分子的膜分离 操作为超滤；从溶液中分离出溶剂的膜分离操作为反渗透。
生物工业下游技术
第七章、膜分离过程
膜（“死”膜—人工合成的无生命的膜）： 两相之间的不连续区间。是指分隔两相界面并以
特定的形式限制和传递各种化学物质。它可以是均 相的或非均相的，对称型的或非对称型的，中性的 或荷电性的，固体的或液体的。 优点：过程一般较简单，费用较低，效率较高，往往 没有相变，可在常温下操作，既节省能耗又特别适 用于热敏性物质的处理．在食品加工、医药、生化 技术领域有其独特的适用性。
物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数，而且还 决定于它在膜中的溶解度。 溶剂质量通量：Jl=Al(△p- △p渗) Al—溶液渗透系数；
(c)主动传递：推动力是由膜内某化学反应提供，主要 存在于生命膜。
2．膜分离过程的机理
(1)膜过程中的物质传递 (用典型的非对称膜为例) ①主流体系区间(1)：溶质的浓度均匀，垂直于膜表 面的方向无浓度梯度。 ②边界层区间(1)：有浓度极化现象，是造成膜或膜 体系效率下降的主要因素，是不希望有的现象。 ③表面区间(1)：溶质扩散的同时有对流现象；溶质 吸附表面而溶入膜中。在膜的致密表层靠近边界 的溶质浓度比在溶液中边界层的溶质浓度低得多。 ④表皮层区间：非对称膜皮层的特征是对溶质的脱除 性。愈薄愈好，可增加膜的渗透率。镕质和渗透
和杀菌处理，成本低。 膜按制造材料可分为： (1)改性天然物： 醋酸纤维素；醋酸纤维素将纤维素
与醋酐、醋酸和硫酸相作用进行乙 酰化而制得。 (2)合成产物： 聚砜（耐热、耐酸碱、耐生物腐蚀）； (3)特殊材料：多孔玻璃，氧化石墨。
醋酸纤维素膜的优、缺点
优点： ①水渗透流率高，裁留率也好，适宜于制备反渗透膜； ②原料来源丰富．价格便宜； ③无毒，制膜工艺简单，便于工业化生产。
第二节、膜的基本理论
一、膜分离过程的机理
1．膜分离过程的基本传质形式 (a)被动传递：为热力学“下坡”过程，其中膜的作用
就像是一物理的平板屏障。所有通过膜的组分均以 化学势梯度为推动力，可以是膜两侧的压力差、浓 度差或电势差。
(b)促进传递：各组分通过膜的推动力仍是膜两侧的化 学势梯度。组分由特定的载体带人膜中，具有高选 择性的被动传递。
2．烧结法： 膜材料粉模具内严格控制温度和压力 由 软变熔 形成多孔体 机械加工。
3．核径迹法：厚为5-15m薄膜粒子(如a粒子或中子)照射 化学键断裂形成径迹酸碱液腐蚀形成孔道。
4．拉伸法： 晶态聚烯烃在低熔融温度下挤压成膜 延伸 得到高的熔融应力 无张力条件下退火拉伸。
5．复合膜的制备：是相转变膜的继续发展，制造非常薄的特 征分离层。在多孔支撑层上制作聚合物膜。
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第一节 膜和膜分离过程 的分类与特性
一、膜的分类
(1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表
皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待浓缩液； 多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。
(3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层) 表面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选 择性的表面薄层而且受微孔支撑层的影响。
(4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0．05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作
为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
膜分离过程
1．渗透和透析：渗透是一个扩散过程，在膜的两旁，渗透压 差的作用下溶剂产生流动。
⑧主流体区间(Ⅱ)：此区间相似于① ，溶质浓度稳 定，垂直于膜表面的方向无浓度梯度。
(2)孔模型
孔模型用来描绘微孔过滤、超滤等过程所用的高 孔率膜。
以压力为推动力的膜分离技术，按不同膜孔径来 选择分离溶液中的微粒或大分子，比膜孔小的物质和 溶剂(水)一起运过膜而较大的物质则被截留。
溶剂的渗透流率取决于膜的孔隙率、孔径、溶液的 粘度、溶剂在膜中的扩散曲折途径和膜上、下游压力 差。
3 电渗析：在电场中交替装配阴离子和阳离子交换膜，使溶液 中的离子有选择地分离或富集。
4．气体分离： 利用微孔或无孔膜进行气体分离。膜的材料可 以是高分子聚合物膜，也可以是金属膜或玻璃膜，主要用于 合成氨工业中氢的回收。
二、膜的制造
膜应具备的条件： 有较大的透过速度和较高的选择性。 机械强度好，耐热，耐化学和细菌侵蚀，耐净化