第九章膜分离技术

《第九章膜分离技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九章膜分离技术（86页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第九章第九章 膜分离膜分离p了解膜分离的基本原理、各自膜分离的分离机能和传递特了解膜分离的基本原理、各自膜分离的分离机能和传递特性；性；p了解膜种类、材料及膜组件的构成；了解膜种类、材料及膜组件的构成；p掌握膜的结构特性以及膜分离过程中浓差极化与膜污染的掌握膜的结构特性以及膜分离过程中浓差极化与膜污染的消除方法；消除方法；p重点掌握各种膜技术应用的场合与特点及影响膜透过通量重点掌握各种膜技术应用的场合与特点及影响膜透过通量的因素。的因素。本章重点和难点本章重点和难点第九章第九章 膜分离膜分离第一节第一节 膜分离技术概述膜分离技术概述膜分离法膜分离法传质推动力传质推动力分离原理分离原理应用举例应

2、用举例微滤（微滤（MF） 压差压差（0.050.5MPa）筛分筛分除菌，回收菌，分离病毒除菌，回收菌，分离病毒超滤（超滤（UF）压差压差（0.11.0MPa）筛分筛分蛋白质、多肽和多糖的回收和浓蛋白质、多肽和多糖的回收和浓缩缩反渗透（反渗透（RO）压差压差（1.010MPa）筛分、溶解筛分、溶解-扩散扩散盐、氨基酸、糖的浓缩、淡水制盐、氨基酸、糖的浓缩、淡水制造造透析（透析（DS）浓差浓差筛分筛分脱盐、除变性剂脱盐、除变性剂电渗析（电渗析（ED）电位差电位差荷电、筛分荷电、筛分脱盐，氨基酸和有机酸分离脱盐，氨基酸和有机酸分离纳滤（纳滤（NF）压差（压差（0.51.5MPa）溶解溶解-扩散、扩散

3、、Donnan效效应应氨基酸和多价离子的回收和浓缩氨基酸和多价离子的回收和浓缩渗透蒸发渗透蒸发（PV）压差、温差压差、温差溶质与膜的亲和作用溶质与膜的亲和作用有机溶剂与水的分离，乙醇分离有机溶剂与水的分离，乙醇分离气体分离气体分离(GS)浓度差浓度差气体与膜的亲和作用气体与膜的亲和作用气调保鲜气调保鲜一、按膜的孔径、传质动力和传递机理一、按膜的孔径、传质动力和传递机理二、按动力本质分类二、按动力本质分类v以静压力差为推动力的过程以静压力差为推动力的过程微滤微滤（Microfiltration, MF) )超滤超滤（Ultrafiltration, UF）反渗透反渗透（Reverse osmos

4、is, RO) )纳滤纳滤（Nanofiltration, NF) )v以蒸汽分压为推动力的过程以蒸汽分压为推动力的过程膜蒸馏膜蒸馏（Membrane distillation, MD) )渗透蒸发渗透蒸发（Pervaporation, PV）v以浓度差为推动力的过程以浓度差为推动力的过程渗析渗析（Dialysis, D) )v以电位差为推动力的过程以电位差为推动力的过程电渗析电渗析（Electrodialysis, ED) )三、膜的分离范围三、膜的分离范围 四、常见物质的相对分子尺寸四、常见物质的相对分子尺寸截留相对分子质量截留相对分子质量10,000100,000的中空纤维超滤膜的微孔直

5、径为的中空纤维超滤膜的微孔直径为1.65nm常见物质常见物质相对尺寸相对尺寸（nm）常见物质常见物质相对尺寸相对尺寸（nm）常见物质常见物质 相对尺寸（相对尺寸（nm）糖类糖类0.82.5血红细胞血红细胞500010,000花粉花粉10,000100,000炭黑炭黑10100蛋白质蛋白质10300面粉面粉1000100,000病毒病毒10100胶体硅粒子胶体硅粒子820金属离子金属离子0.20.7细菌细菌30010,000漆颜料漆颜料1005000氯离子氯离子0.18酵母细胞酵母细胞100050,000水溶性盐水溶性盐0.31.2五、膜的分类示意图五、膜的分类示意图第二节第二节 膜及其膜组件膜

6、及其膜组件用半透膜作为选择障碍层，利用膜用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力量差作为推动力允许某些组分透过而保留混允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。一、膜的要求一、膜的要求 膜分离技术主要依靠推动力和分离膜，其中分离膜分离技术主要依靠推动力和分离膜，其中分离膜更是膜分离技术的核心。衡量标准如下：膜更是膜分离技术的核心。衡量标准如下： 高的高的分离系数分离系数和和渗透系数渗透系数； 足够的足够的机械强度和柔韧性机械强度和柔韧性，同时又要求，

7、同时又要求过滤阻力小过滤阻力小； 适用的适用的pH和温度范围广和温度范围广；较强的；较强的抗物理、化学和微生物侵蚀抗物理、化学和微生物侵蚀的的性能；性能；耐高温灭菌，耐酸碱清洗剂耐高温灭菌，耐酸碱清洗剂，稳定性高，适用寿命长；，稳定性高，适用寿命长； 通过清洗，通过清洗，恢复通过性能好恢复通过性能好； 制备方便，成本合理，便于工业化生产。制备方便，成本合理，便于工业化生产。二、膜的材料二、膜的材料1. 1. 膜材料的分类膜材料的分类类 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，乙基纤维素等非纤维素酯类聚砜类聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亚)胺类聚砜酰胺，芳香族聚酰

8、胺，含氟聚酰亚胺等聚酯、烯烃类涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)类聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他壳聚糖，聚电解质等2. 2. 常用膜材料常用膜材料天然高分子材料天然高分子材料p种类：种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维（AC）、硝酸纤维和再生醋酸纤维p优点优点：醋酸纤维的阻盐能力最强醋酸纤维的阻盐能力最强，有一定的亲水性，透过速度大。常用于反渗透膜常用于反渗透膜，也可作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜。p缺点缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和最高使用温度和pH范围有限，在范围有限，在4550 C，pH46。p耐耐pH 范围为范围为211的芳香聚酰胺成为反渗透膜的

9、主要材料，几乎全部替代了醋酸纤维材料几乎全部替代了醋酸纤维材料。不过，其最大的缺点就是耐氯离子能力差。合成高分子材料合成高分子材料 聚砜（聚砜（PS）p优点：耐高温(70 80C， 最高可达125C)，pH113，耐氯能力强，可调节的孔径宽(1 20nm)； 常用于超滤膜；多用于水质较好的处理过程（如纯水制备）、血液透析、气体分离等领域 。p缺点：聚砜的耐压差，压力极限在0.5 1.0MPa。 聚乙烯（聚乙烯（PE）p 聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的CH2单元连接而成的。p 聚乙烯无臭，无毒，具有优良的耐低温性能聚乙烯无臭，无毒，具有优良的耐低温性能(最低

10、最低使用温度可达使用温度可达-70-100)，化学稳定性好，能耐，化学稳定性好，能耐大多数酸碱（盐酸、柠檬酸等）的侵蚀。大多数酸碱（盐酸、柠檬酸等）的侵蚀。p 耐氧化性能差，不耐氧化剂和具有氧化性质的酸。常温下可耐受一般溶剂（醇、烃等）；耐热老化性差。聚丙稀（尼龙聚丙稀（尼龙PP）p 聚丙烯的分子结构为典型的主体规整结构，为结晶聚合物，其相对分子质量为10万50万。密度：0.9 0.91g/cm3；成型收缩率:1.0 % 2.5% ；成型温度：160220 p 聚丙烯的特点：强度、刚度、硬度耐热性均优于低压强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在聚乙烯，可在100左右使用左右使用，具有良好

11、的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易低温时变脆、不耐磨、易老化，可耐一般的酸碱和化学溶剂，耐氧化剂性能差老化，可耐一般的酸碱和化学溶剂，耐氧化剂性能差。聚氯乙稀（聚氯乙稀（PVC）p 聚氯乙稀（PVC）是产量最大的三大合成树脂之一，是一种非结晶态的热塑性塑料，没有明显的熔点，玻璃化转变温度在80左右，常温条件下韧性较差。p PVC可耐甲醇、乙醇、乙二醇、醇类、醋酸等，不耐可耐甲醇、乙醇、乙二醇、醇类、醋酸等，不耐丙酮、环己酮、硝基苯等有机溶剂丙酮、环己酮、硝基苯等有机溶剂。p PVC耐氧化性能与聚乙烯（耐氧化性能与聚乙烯（PE）接近）接近，在氧化物存在条件下，易发生部分分