膜的分類.doc

膜的分類 環(huán)境與資源學院08級3班 周子雄 史小輝 趙麗芳 呼吉樂（一）膜的定義所謂的膜，是指在一種流體相內或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產生傳質作用。近年來，膜分離過程已逐漸成為化學工業(yè)、食品加工、廢水處理、醫(yī)藥技術等方面的重要分離過程。已經工業(yè)化的有微孔過濾、超濾、反滲透、電滲析和氣體分離等，滲透汽化也在最近幾年中速成了工業(yè)規(guī)模的裝置。膜分離與反應結合的過程，各種膜反應器的研究和應用也發(fā)展較快。其他非分離膜過程，如控制釋放技術，醫(yī)用人造膜和膜傳感器等種類也不少，有的發(fā)展速度將超過膜分離過程。（二）膜的特性 不管膜多薄, 它一定有兩個界面。這兩個界面分別與兩側的流體相接觸 膜傳質有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質透過，而不允許其它物質透過。（三）膜的分類方法膜種類和功能繁多，分類方法有多種，大致可按膜的材料、結構、形狀、分離機理、分離過程、孔徑大小進行分類。膜材料：有機膜、無機膜結構：對稱膜（微孔膜、均質膜）、非對稱膜、 復合膜形狀：平板膜、管式膜、中空纖維膜、卷式分離機理： 擴散性膜 、離子交換膜、選 擇性膜、非選擇性膜分離過程：反滲透膜、滲透膜、氣體分離膜、電滲 析膜、滲析膜、滲透蒸發(fā)膜孔徑大?。何V膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜31 按材料分類 無機膜和有機膜(1) 有機膜有機膜是由高分子材料做成的，如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。通過膜對油滴及懸浮粒子的有效截留，而達到油水分離的目的。具有出水水質好、操作方便、占地面積小、不產生新的污泥等優(yōu)點。滲透汽化有機膜電鏡圖（2）無機膜無機膜是固態(tài)膜的一種，它是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、孔徑 50 nm 粗孔膜孔徑 250nm 過濾膜孔徑 2nm 微孔膜 沸石、無機高分子材料等制成的半透膜。無機分離膜可以分為致密膜和多孔膜兩類按IUPAC制定的標準，多孔無機膜按孔 徑范圍可分為三大類, 目前已經工業(yè)化的 無機膜均為粗孔膜和過濾膜金屬膜電阻陶瓷膜凈水器 目前，實用的有機高分子膜材料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來說，已有成百種以上的膜被制備出來，其中約40多種已被用于工業(yè)和實驗室中。以日本為例，纖維素酯類膜占53，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占11.7，其他材料的膜占2，可見纖維素酯類材料在膜材料中占主要地位。3.2、按結構分類：對稱膜（微孔膜、均質膜）、非對稱膜、 復合膜（1） 對稱膜膜的化學結構、物理結構在各個方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似，亦稱各向同性膜(isotropic membrane)。對稱膜雖是各向同性的，但由于膜結構中對稱元素的存在，也可以是各向異性的，如中空纖維的徑向各向異性膜，其他構型的橫向各向異性膜和雙皮層中空纖維膜都是對稱膜（2）非對膜當前使用最多的膜具有精密的非對稱結構。這種膜具有物質分離最基本的兩種性質，即高傳質速率和良好的機械強度。它有很薄的表層(0.11m)和多孔支撐層(100200m) ，這非常薄的表層為活性膜，其孔徑和表皮的性質決定了分離特性，而厚度主要決定傳遞速度。多孔的支撐層只起支撐作用，對分離特性和傳遞速度影響很小，非對稱膜除了高透過速度外，還有另一優(yōu)點，即被脫除的物質大都在其表面，易于清除，（3） 復合膜復合膜或稱“薄膜復合”的膜(thinfilm composite membrane)，是當前發(fā)展快、研究最多的膜。它最早用于反滲透過程；現(xiàn)已用于氣體分離、滲透汽化等膜分離過程。這種膜的選擇性膜層（或稱活性膜層）沉積于具有微孔的底膜(支撐層)表面上，就像非對稱性膜的連續(xù)性表皮，只是表層與底層是不同的材料，而非對稱膜是同一種材料。復合膜的性能不僅取決于有選擇性的表面薄層，而且受微孔支撐材料、結構、孔徑、孔分布和多孔率的影響；多孔膜結構的孔隙率愈高愈好，可使膜表層與支撐層接觸部分最小，而有利于物質傳遞。3.3按形狀分類（1）平板膜平板膜片 （2）管式膜管式膜主要應用于管式膜組件管式膜組件結構簡單、適應性強、壓力損失小、透過量大，清洗、安裝方便、可耐高壓，適宜處理高粘度及稠厚液體。但比表面積小，適于微濾和超濾。3.3中空纖維式膜（3）中空纖維膜 外形像纖維狀，具有自主支撐作用的膜。它是非對稱膜的一種，其致密層可位于纖維的外表面，如反滲透膜，也可位于纖維的內表面(如微濾膜和超濾膜)。對氣體分離膜來說，致密層位于內表面或外表面均可。4.按分離機理分類4.1擴散性膜擴散性膜亦稱“分離膜”。一種具有微細多孔結構的金屬膜片。微孔可限制普通氣流，而容許擴散流通過，因此可以利用質量差異來進行同位素分離。它的研制是氣體擴散廠的主要技術關鍵。 4.2離子交換膜 離子交換膜主要用于荷電物質（通常指電解質）的分離?；驹硎抢藐?、陽離子交換膜的選擇透過性來分離或濃縮溶液中的電解質。 按離子選擇性分： 陽離子交換膜：RSO3H，在水中電離后，呈負電性 陰離子交換膜：RCH2 N（CH3）3OH，電離后，呈正電性4.3選擇性膜選擇性透過膜是具有活性的生物膜，它對物質的通過既具有半透膜的物理性質，還具有主動的選擇性，如細胞膜。因此，具有選擇透過性的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有選擇性透過，活性的生物膜才具有選擇透過性5.按分離過程分類5.1反滲透膜定義：反滲透過程所用的半透膜，只能透過 水分子，不能透過鹽分子。反滲透技術原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據其他物質不能透過半透膜 而將這些物質和水分離開來。反滲透膜的膜孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等。系統(tǒng)具有水質好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點。滲透過程示意圖聚氨酯在分離膜中的應用6.按孔徑大小分類：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜6.1納濾膜納濾（NF） 是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術， 孔徑為幾納米，因此稱納濾?；诩{濾分離技術的優(yōu)越特性，其在制藥、生物化工、 食品工業(yè)等諸多領域顯示出廣闊的應用前景。 納濾技術最早也是應用于海水及苦咸水的淡化方面。在食品行業(yè)中，納濾膜可用于果汁生產，大大節(jié)省能源；在醫(yī)藥行業(yè)可用于氨基酸生產、抗生素回收等方面6.2超濾膜超濾（UF） 是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，膜孔徑在0.05um至1000um分子量之間。超濾是一種能夠將溶液進行凈化、分離、濃縮的膜分離技術，超濾過程通?？梢岳斫獬膳c膜孔徑大小相關的篩分過程。以膜兩側的壓力差為驅動力，當水流過膜表面時，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質通過，達到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。 超膜系統(tǒng)在污水處理中的應用超濾通常截留分子量范圍在1000300000，故超濾膜能對大分子有機物（如蛋白質、細菌）、膠體、懸浮固體等進行分離，廣泛應用于料液的澄清、大分子有機物的分離純化、除熱源。6.3微濾膜一般來說，微濾膜是指一種孔徑為0.1-10m，高度均勻，具有篩分過濾作用的特征的多孔固體連續(xù)介質。依據微孔形態(tài)不同，微濾膜可分為兩類：彎曲孔膜和柱狀孔膜。彎曲孔膜的孔膜結構為交錯連接的曲折孔道的網絡，而柱狀孔膜的微孔結構為幾乎平行的貫穿膜壁的圓柱狀毛細孔結構6.4反滲透膜反滲透膜的分類，按驅動力可分為高壓、低壓和超低壓膜；按膜的形狀分為平板膜、中空纖維膜和管式膜；根據制膜方式可分為相轉化膜和復合膜。另外，還可根據制膜材料及應用對象等進行分類。 反滲透型膜構造上在表層有一很薄的致密層（0.1-1.0m），即脫鹽層或活化層，在表層下部是多孔支撐層，厚度為100200m，活化層基本上決定了膜的分離性能，支撐層只是起著活化層的載體作用，基本上不影響膜的分離性能。四.總結分離膜由高分子、金屬、陶瓷等材料制造，以高分子材料居多，按其物態(tài)又可分為固膜、液膜與氣膜三類。氣膜分離尚處于實驗研究中，液膜已有中試規(guī)模的工業(yè)應