膜分離試題及答案

1、.1、什么是膜分離？膜材料為什么會(huì)有選擇滲透性？答：膜分離（membrane separation）是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)一定推動(dòng)力的作用下，使原料中的某組分選擇性地透過膜，從而使混合物得以分離，以達(dá)到提純、濃縮等目的的分離過程。膜材料具有選擇透過性的原因：一是膜中分布有微細(xì)孔穴，不同的孔穴有選擇滲透性；二是膜中存在固定基團(tuán)電荷，電荷的吸附排斥產(chǎn)生選擇滲透性；三是被分離物在膜中的溶解擴(kuò)散作用產(chǎn)生選擇滲透性。2、膜分離設(shè)備的主要類型，其主要結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)？答：管式：管式膜組件由管式膜制成，管內(nèi)與管外分別走料液與透過液，管式膜的排列形式有列管、排管或盤管等。內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管

2、內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。內(nèi)壓管式：多孔管膜料液外壓管式：料液多通道組件組件外殼滲透液滲透液滲余液滲透液墊圈優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，清洗方便，耐高壓，適宜于處理高黏度及固體含量較高的料液。缺點(diǎn): 管式膜組件的缺點(diǎn)是單位體積膜組件的膜面積少,一般僅為33330 ，保留體積大，壓力降大，除特殊場合外，一般不被使用。 中空纖維式：有數(shù)百上萬根中空纖維膜固定在圓形容器內(nèi)構(gòu)成，內(nèi)徑為40-80um膜稱中空纖維膜，0.25-2.5mm膜稱毛細(xì)管膜。前者耐壓，常用于反滲透。后者用于微、超濾。料液流向：采用內(nèi)壓式時(shí)為防止堵塞，需對(duì)料液預(yù)處理去固形微粒，采用外壓式時(shí)，凝膠層控制較困難。精品.

3、優(yōu)點(diǎn):設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大(高達(dá)1600030000 ) 缺點(diǎn):中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，膜污染難除去，因此對(duì)料液處理要求高。 平板式：這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由膜、支承板、隔板交替重疊組成。濾膜復(fù)合在剛性多孔支撐板上，料液從膜面流過時(shí)，透過液從支撐板的下部孔道中匯集排出。為減小濃差極化，濾板的表面為凸凹形，以形成湍動(dòng)。濃縮液從另一孔道流出收集。優(yōu)點(diǎn):組裝方便，膜的清洗更換容易，料液流通截面較 大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要組裝不同數(shù)量的膜。缺點(diǎn):需密封的邊界線長 卷式（螺旋式）：將膜、支撐材料、膜間隔材料依次疊好，圍繞一中心管卷緊即成一個(gè)膜組。料液在膜

4、表面通過間隔材料沿軸向流動(dòng)，透過液沿螺旋形流向中心管。優(yōu)點(diǎn):目前卷式膜組件應(yīng)用比較廣泛、與板框式相比，卷式組件的設(shè)備比較緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大，湍流狀況好，適用于反滲透； 精品.缺點(diǎn):清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展。 型式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)管式易清洗，無死角，適宜于處理含固體較多的料液，單根管子可以調(diào)換保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大中空纖維式保留體積小，單位體積所含過濾面積大，可以逆洗，操作壓力較低，動(dòng)力消耗較低料液需要預(yù)處理，單根纖維損壞時(shí)需調(diào)換整個(gè)模件螺旋卷繞式單位體積中所含過濾面積大，換新膜容易料液需預(yù)處理，壓力降大,易污染,清洗困難平板式保留體積小，能量消耗界于

5、管式和螺旋卷繞式死體積大3、電滲析工作原理？答：電滲析是在直流電場的作用下，利用待分離分子的荷點(diǎn)性質(zhì)和分子大小的差別，以外電場電位差為推動(dòng)力，利用陰、陽離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽離子的選擇透過性（即陽膜只允許陽離子通過，陽膜只允許陰離子通過），從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作； 電滲析系統(tǒng)由一系列陰、陽膜交替排列于兩電極之間組成許多由膜隔開的小水室，如圖9-1所示。當(dāng)原水進(jìn)入這些小室時(shí)，在直流電場的作用下，溶液中的離子作定向遷移。陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移。但由于離子交換膜具有選擇透過性，結(jié)果使一些小室離子濃度降低而成為淡水室，與淡水室相鄰的小室則因富集了大量離子而成為濃水室。從淡水

6、室和濃水室分別得到淡水和濃水。原水中的離子得到了分離和濃縮，水便得到了凈化。精品.4、膜污染的控制方法及膜的清理方法？答：膜污染控制方法：膜材料的選擇，膜孔徑或截留分子量的選擇，膜結(jié)構(gòu)的選擇；溶液中鹽濃度的影響，離子強(qiáng)度，溶液濃度，溶液的ph值；溫度，亞青與料液流速，溶液與膜接觸時(shí)間；組件結(jié)構(gòu)選擇，膜表面粗糙程度。清洗方法： (1) 物理清洗法：海綿球擦洗、等壓清洗、熱水法、反沖洗和循環(huán)清洗 (2) 化學(xué)清洗法：利用naoh、酸、表面活性劑、酶、氧化劑、有機(jī)溶劑等作為清洗劑清洗；（3）其他方法：電場過濾、脈沖電解清洗、電滲透清洗等5、制備無機(jī)膜常用的方法？答：無機(jī)膜的制備方法很多，應(yīng)根據(jù)制膜材

7、料、膜及載體的結(jié)構(gòu)、膜孔徑大小、孔隙率和膜厚度不同而選擇有工業(yè)應(yīng)用前景的制備方法主要有：固態(tài)離子燒結(jié)法、溶膠凝膠法、薄膜沉積法、陽極氧化法、相分離-瀝濾法、熱分解法、水熱法等等。一、固態(tài)粒子燒結(jié)法 固態(tài)粒子燒結(jié)法是將無機(jī)粉料微小顆?；虺?xì)顆粒（粒度0.110m）與適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)混合分散形成穩(wěn)定的懸浮液，成型后制成生坯，再經(jīng)干燥，然后在高溫（10001600oc）下進(jìn)行燒結(jié)處理，這種方法不僅可以制備微孔陶瓷膜或陶瓷膜載體，也可用于制備微孔金屬膜。 二、溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠法是合成無機(jī)膜的一種重要方法，目前國內(nèi)外材料科學(xué)家之所以對(duì)此法產(chǎn)生濃厚興趣，不僅是因?yàn)檫@種工藝可以制得孔徑?。?.05.0nm

8、）、孔徑分布狹窄的陶瓷膜，而且許多單組分和多組分金屬氧化物陶瓷膜都可用這種工藝制得。這種陶瓷膜作為控制層既可用于超濾和氣體分離，經(jīng)修飾后也可以作為催化膜用于膜反應(yīng)器，充分顯示出溶膠-凝膠法的廣泛應(yīng)用前景。 三、薄膜沉積法 薄膜沉積法是指用濺射、離子鍍及氣相沉積等方法，將膜料沉積在載體上制造薄膜的方法。薄膜沉積過程大致分為兩個(gè)步驟：一是膜材料（膜料）的氣話，二是膜料的蒸汽依附于其他材料制成的載體上形成薄膜。例如，濺射鍍膜是在低氣壓下，讓離子在強(qiáng)電場的作用下轟擊膜料，使表面原子相繼逸出，沉積在載體上形成薄膜。 四、陽極氧化法 陽極氧化法是目前制備多孔氧化鋁膜的重要方法之一。該法的特點(diǎn)是，制得的膜的

9、孔徑是同向的，幾乎相互平行并垂直于膜表面，這是其他方法難以達(dá)到的。 陽極氧化過程的基本原理是：以高純度的合金鋁箔為陽極，并使一側(cè)表面與酸性電解質(zhì)溶液接觸，通過電解作用在此表面上形成微孔氧化鋁膜，然后用適當(dāng)?shù)姆椒ǔノ幢谎趸匿X載體和阻擋層，便得到孔徑均勻、孔道與膜平面垂直的微孔氧化鋁膜。 五、相分離-瀝濾法 相分離-瀝濾法可以制備微孔玻璃膜、復(fù)合微孔玻璃膜和微孔金屬膜。 六、熱分解法 熱分解法是在惰性氣體保護(hù)或真空條件下，高溫?zé)岱纸鉄峁绦跃酆衔?，如纖維素、酚醛樹脂、聚偏二氯乙烯等，可制成碳分子篩膜（mscm）。碳分子篩膜由于其孔徑大小與氣體分子尺寸相近，氣體因分子大小不同而被分離，因此有極高的

10、選擇性。 七、水熱法 分子篩膜作為復(fù)合膜的控制層來使用，由于其具有均勻的孔徑，且孔徑大小與分子尺寸相近，氣體因分子大小不同而被分離，這種由分子篩分機(jī)制控制的選擇性是微孔膜中最高的。 分子篩膜的研究目前還處于試驗(yàn)階段，其合成方法基本上分兩類：（1）將事先合成好的分子篩埋在相對(duì)非滲透性的基質(zhì)中成膜。（2）在多孔載體的孔口或次孔口原位水熱合成分子篩膜。它是將載體預(yù)處理后，浸在由水玻璃、氫氧化鈉和水配成的溶液中，經(jīng)水熱處理后在氧化鋁陶瓷板表面析出分子篩。精品.6、膜集成技術(shù)對(duì)海水淡化的示意圖，每一操作單元所起的作用？7、分置式和一體式膜生物反應(yīng)器的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)？膜生物反應(yīng)器原理：膜反應(yīng)器將生物反應(yīng)

11、器和膜分離過程結(jié)合的一種新型工藝，其最大的特點(diǎn)就是采用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理中的二沉池。污水中的污染物首先在生物反應(yīng)器中進(jìn)行生物降解，同時(shí)生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液在膜的兩側(cè)壓力差的作用下，水和小于膜孔徑的小分子溶質(zhì)透過膜，即為處理后出水。微生物及大分子溶質(zhì)被膜截留，從而替代沉淀池完成其與處理出水的分離過程。分置式膜生物反應(yīng)器：優(yōu)點(diǎn)：1）膜組件與生物反應(yīng)器之間的相互影響小 2）單位面積膜的水通量大 3）運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作管理容易 4）易于膜的清洗、更換和增設(shè)缺點(diǎn)：1）為減少污染物在膜表面的 沉積，需要較高的膜面流速，因而配置的超濾循環(huán)泵需要較高的流量，能耗很高，一般為68kw h/m32)循環(huán)泵內(nèi)的

12、高剪切力會(huì)引起生物絮體的破壞，導(dǎo)致生物活性的降低。一體式膜生物反應(yīng)器：優(yōu)點(diǎn)：1）體積小，整體性強(qiáng)。膜組件直接置于生物反應(yīng)器中，大大減少了占地面積。 2）運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用低，膜表面的錯(cuò)流是靠空氣攪動(dòng)產(chǎn)生的，混合液隨氣流向上流動(dòng)，在膜表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力，在這種剪切應(yīng)力的作用下，沉積在膜表面的顆粒容易脫離膜表面，因而不需要功率較大的循環(huán)泵。缺點(diǎn)：1）需要定期將膜組件取出生物反應(yīng)器進(jìn)行化學(xué)清洗，因而管理方面上不及分置式 2）出水不連續(xù) 3）單位膜面積的產(chǎn)水量較低，一般僅為5-10l/m2 h9、計(jì)算題:通量、截留率的計(jì)算答：透過性能能夠使被分離的混合物有選擇的透過是分離膜的最基本條件。表征膜透過性能的數(shù)是透過速率，是指單位時(shí)間、單位膜面積透過組分的通過量，對(duì)于水溶液體系，又稱透水率或水通量，以j表示。 式中： j透過速率，m3/(m2h)或kg/(m2h)；v透過組分的體積或質(zhì)量，m3或kg；a膜有效面積，m2；t操作時(shí)間，h。精品.膜的透過速率與膜材料的化學(xué)特性和分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，且隨操作推動(dòng)力的增