膜分离技术简介ppt幻灯片

其他
壳聚糖，聚电解质等
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b. 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。
c. 按膜的形态分类 按膜的形状分为平板膜(Flat Membrane)、管
式膜(Tubular Membrane)和中空纤维膜(Hollow Fiber)。
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目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯 类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说， 已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已 被用于工业和实验室中。据粗略统计，纤维素酯类 膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其 他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中 占主要地位。
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醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。 醋酸 纤维素性能稳定，但在高温和酸、碱存在下易发生 水解。
纤维素醋类材料易受微生物侵蚀，pH值适应 范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。 因此发展了非纤维素酯类（合成高分子类）膜。
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醋酸纤维素膜的结构示意图
1%
表皮层，孔径
（8－10）×10－10m
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表2 几种主要分离膜的分离过程
膜过程 推动力 微滤 压力差
传递机理 颗粒大小形状
超滤
压力差
分子特性大小形 状
纳滤 压力差 离子大小及电荷
反渗透 压力差 溶剂的扩散传递
透过物
截留物
源自文库膜类型
水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒 纤维多孔膜
胶体和超过 水、溶剂小分子 截留分子量 非对称性膜
的分子
水、一价离子、 多价离子
过渡层，孔径 200×10－10m
99％
多孔层，孔径 （×11000－01－0m4000）
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显 微 镜 下 膜 的 照 片
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b. 非纤维素酯类膜材料 常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚 砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合 物等。
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从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。 在催化剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能 与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维 素或三醋酸纤维素。
C6H7O2 + (CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH
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d. 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)
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1.4 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。
有机物
复合膜
水、溶剂
溶质、盐
非对称性膜 复合膜
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续上表
膜过程 渗析 电渗析
推动力 传递机理
浓度差 电位差
溶质的扩散传 递
电解质离子的 选择传递
透过物 低分子量物、离
子
电解质离子
截留物 膜类型
溶剂
非对称性膜
非电解质， 大分子物质
离子交换膜
气体分离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
难渗透性气 体或蒸汽
膜上游
选择性膜
膜
膜下游
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1.2 膜分离的优点
在常温下进行
有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如医药、果汁、酶、蛋白 的分离与浓缩
无相态变化
保持原有的风味，能耗低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8
无化学变化
典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染
选择性好
可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能
膜分离技术简介
2012年3月
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目录
1 膜技术概述 2 膜分离装置 3 极化、污染现象和控制 4 典型的膜分离技术及应用领域 5 膜工程前沿技术
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1 膜技术概述
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1.1 基本概念
(Membrane)是什么？有何特性？
膜是具有选择性分离功能的材料。 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。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子级范围内进行分离，并且这 过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米 或纳米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、 超滤膜、纳滤膜和反渗透膜 等等。
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a. 纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1,
4—β—甙链连接起来的天然线性高分子化合物， 其结构式为：
H
CH2OH
O
H
O
OH OH
H H
H OH
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
n_ 2 2
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
均相膜、复 合膜，非对 称膜
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
易渗溶质或溶剂 杂质
难渗透性溶 质或溶剂
溶剂
均相膜、复 合膜，非对 称膜
乳状液膜、 支撑液膜
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1.5 膜材料
用作分离膜的材料包括广泛的天然的和人工合 成的有机高分子材料和无机材料。
原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料 均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化 膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要 求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜 的制备技术。
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1.3 膜的分类
a. 按膜的材料分类
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
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 烷等
适应性强
处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易 于自动化
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1.2 膜分离技术发展简史
膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的，但我们人类对它的认识、 利用、模拟直至现在人工合成的历史过程却是漫长而曲折的。我国膜科学技术 的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。60年代进入开创阶段。1965年着手 反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发 展。70年代进入开发阶段，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都 相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他 新膜开发阶段。