膜的分類.doc

膜的分類 環(huán)境與資源學(xué)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(nèi)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(chǎn)生傳質(zhì)作用。近年來，膜分離過程已逐漸成為化學(xué)工業(yè)、食品加工、廢水處理、醫(yī)藥技術(shù)等方面的重要分離過程。已經(jīng)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(yīng)結(jié)合的過程，各種膜反應(yīng)器的研究和應(yīng)用也發(fā)展較快。其他非分離膜過程，如控制釋放技術(shù)，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(gè)界面。這兩個(gè)界面分別與兩側(cè)的流體相接觸 膜傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)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(jié)構(gòu)、形狀、分離機(jī)理、分離過程、孔徑大小進(jìn)行分類。膜材料：有機(jī)膜、無機(jī)膜結(jié)構(gòu)：對稱膜（微孔膜、均質(zhì)膜）、非對稱膜、 復(fù)合膜形狀：平板膜、管式膜、中空纖維膜、卷式分離機(jī)理： 擴(kuò)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)膜孔徑大小：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜31 按材料分類 無機(jī)膜和有機(jī)膜(1) 有機(jī)膜有機(jī)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(dá)到油水分離的目的。具有出水水質(zhì)好、操作方便、占地面積小、不產(chǎn)生新的污泥等優(yōu)點(diǎn)。滲透汽化有機(jī)膜電鏡圖（2）無機(jī)膜無機(jī)膜是固態(tài)膜的一種，它是由無機(jī)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(jī)高分子材料等制成的半透膜。無機(jī)分離膜可以分為致密膜和多孔膜兩類按IUPAC制定的標(biāo)準(zhǔn)，多孔無機(jī)膜按孔 徑范圍可分為三大類, 目前已經(jīng)工業(yè)化的 無機(jī)膜均為粗孔膜和過濾膜金屬膜電阻陶瓷膜凈水器 目前，實(shí)用的有機(jī)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(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)分類：對稱膜（微孔膜、均質(zhì)膜）、非對稱膜、 復(fù)合膜（1） 對稱膜膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)在各個(gè)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(dāng)前使用最多的膜具有精密的非對稱結(jié)構(gòu)。這種膜具有物質(zhì)分離最基本的兩種性質(zhì)，即高傳質(zhì)速率和良好的機(jī)械強(qiáng)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(zhì)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(diǎn)，即被脫除的物質(zhì)大都在其表面，易于清除，（3） 復(fù)合膜復(fù)合膜或稱“薄膜復(fù)合”的膜(thinfilm composite membrane)，是當(dāng)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(fù)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(jié)構(gòu)、孔徑、孔分布和多孔率的影響；多孔膜結(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)用于管式膜組件管式膜組件結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、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(nèi)表面(如微濾膜和超濾膜)。對氣體分離膜來說，致密層位于內(nèi)表面或外表面均可。4.按分離機(jī)理分類4.1擴(kuò)散性膜擴(kuò)散性膜亦稱“分離膜”。一種具有微細(xì)多孔結(jié)構(gòu)的金屬膜片。微孔可限制普通氣流，而容許擴(kuò)散流通過，因此可以利用質(zhì)量差異來進(jìn)行同位素分離。它的研制是氣體擴(kuò)散廠的主要技術(shù)關(guān)鍵。 4.2離子交換膜 離子交換膜主要用于荷電物質(zhì)（通常指電解質(zhì)）的分離。基本原理是利用陰、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(zhì)。 按離子選擇性分： 陽離子交換膜：RSO3H，在水中電離后，呈負(fù)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(zhì)的通過既具有半透膜的物理性質(zhì)，還具有主動的選擇性，如細(xì)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(shù)原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜 而將這些物質(zhì)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(jī)物等。系統(tǒng)具有水質(zhì)好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。滲透過程示意圖聚氨酯在分離膜中的應(yīng)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(shù)， 孔徑為幾納米，因此稱納濾?；诩{濾分離技術(shù)的優(yōu)越特性，其在制藥、生物化工、 食品工業(yè)等諸多領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。 納濾技術(shù)最早也是應(yīng)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(chǎn)，大大節(jié)省能源；在醫(yī)藥行業(yè)可用于氨基酸生產(chǎn)、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?qū)⑷芤哼M(jìn)行凈化、分離、濃縮的膜分離技術(shù)，超濾過程通?？梢岳斫獬膳c膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程。以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，當(dāng)水流過膜表面時(shí)，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過，達(dá)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(yīng)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(jī)物（如蛋白質(zhì)、細(xì)菌）、膠體、懸浮固體等進(jìn)行分離，廣泛應(yīng)用于料液的澄清、大分子有機(jī)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(zhì)。依據(jù)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(jié)構(gòu)為交錯連接的曲折孔道的網(wǎng)絡(luò)，而柱狀孔膜的微孔結(jié)構(gòu)為幾乎平行的貫穿膜壁的圓柱狀毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)6.4反滲透膜反滲透膜的分類，按驅(qū)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(jù)制膜方式可分為相轉(zhuǎn)化膜和復(fù)合膜。另外，還可根據(jù)制膜材料及應(yīng)用對象等進(jìn)行分類。 反滲透型膜構(gòu)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(jié)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(shí)驗(yàn)研究中，液膜已有中試規(guī)模的工業(yè)應(yīng)