現(xiàn)代分離方法與技術(shù)第8章膜分離

1、第第8章章 膜分離法膜分離法 8.1 概述概述 8.2 微濾、超濾、納濾微濾、超濾、納濾 8.3 反滲透反滲透 8.4 透析透析 8.5 膜蒸餾膜蒸餾 8.6 膜萃取膜萃取 8.7 液膜分離液膜分離 8.8 親和膜分離親和膜分離 8.9 氣體膜氣體膜 8.10 膜分離法的應(yīng)用膜分離法的應(yīng)用 8.1 概述概述 1 膜分離法的發(fā)展膜分離法的發(fā)展 2 膜分離法的定義膜分離法的定義 3 膜分離法分類膜分離法分類 4 膜分離法特點(diǎn)膜分離法特點(diǎn) 5 膜性能表示法膜性能表示法 6 膜材料和膜的制備膜材料和膜的制備 樣品前處理是目前分析化學(xué)的瓶頸，它決樣品前處理是目前分析化學(xué)的瓶頸，它決 定樣品分析速度，且是

2、誤差的重要來源。定樣品分析速度，且是誤差的重要來源。 在近一二十年里，高通量的自動化的樣品在近一二十年里，高通量的自動化的樣品 前處理技術(shù)，尤其是在線前處理技術(shù)正越前處理技術(shù)，尤其是在線前處理技術(shù)正越 來越受到重視來越受到重視，在線前處理技術(shù)的一個重在線前處理技術(shù)的一個重 要發(fā)展趨勢是膜分離技術(shù)的應(yīng)用。要發(fā)展趨勢是膜分離技術(shù)的應(yīng)用。 1 膜分離法的發(fā)展膜分離法的發(fā)展 1748年，年，abbe nollet發(fā)現(xiàn)水會自發(fā)的擴(kuò)散穿發(fā)現(xiàn)水會自發(fā)的擴(kuò)散穿 過豬膀胱進(jìn)入酒精中；過豬膀胱進(jìn)入酒精中； 1854年，年，graha發(fā)現(xiàn)透析現(xiàn)象；發(fā)現(xiàn)透析現(xiàn)象； 1856年，年，matteucci和和cima觀察到

3、天然膜的各相異觀察到天然膜的各相異 性，人們才開始重視膜的研究。同期，性，人們才開始重視膜的研究。同期，dubrunfaut 應(yīng)用天然膜制成第一個膜滲透器并成功地進(jìn)行了糖應(yīng)用天然膜制成第一個膜滲透器并成功地進(jìn)行了糖 蜜與鹽類的分離；蜜與鹽類的分離； 1864年，年，traube成功地研制了歷史上第一張人造成功地研制了歷史上第一張人造 膜膜-亞鐵氰化銅膜；亞鐵氰化銅膜； 1930s，不同孔徑的硝酸纖維超濾膜；，不同孔徑的硝酸纖維超濾膜； 1960年，制得不對稱反滲透膜；年，制得不對稱反滲透膜； 1956年，美國出售商品化離子交換膜；年，美國出售商品化離子交換膜； 1970s，研制出納米膜。，研制

4、出納米膜。 總之，膜分離科學(xué)大致分為三個階段：總之，膜分離科學(xué)大致分為三個階段： （1）1950s：主要進(jìn)行膜分離科學(xué)的基礎(chǔ)理：主要進(jìn)行膜分離科學(xué)的基礎(chǔ)理 論研究以及膜分離技術(shù)在分離富集微生物、微論研究以及膜分離技術(shù)在分離富集微生物、微 粒和元素方面的初步研究；粒和元素方面的初步研究； （2）1960s 1970s ：主要進(jìn)行微濾、反：主要進(jìn)行微濾、反 滲透、超濾、滲透和氣體分離等技術(shù)的研究，滲透、超濾、滲透和氣體分離等技術(shù)的研究， 使多種膜分離技術(shù)廣泛得到應(yīng)用；使多種膜分離技術(shù)廣泛得到應(yīng)用； （3）1980s 今，主要進(jìn)行新的薄膜材今，主要進(jìn)行新的薄膜材 料和分離方法的開發(fā)。料和分離方法的開

5、發(fā)。 目前研制和開發(fā)的分離膜有：離子交換膜、微目前研制和開發(fā)的分離膜有：離子交換膜、微 濾、反滲透、超濾、滲透和納米過濾膜，氣體分濾、反滲透、超濾、滲透和納米過濾膜，氣體分 離膜，液膜，滲透蒸發(fā)膜，膜萃取膜，膜蒸餾膜，離膜，液膜，滲透蒸發(fā)膜，膜萃取膜，膜蒸餾膜， 膜吸收膜，無機(jī)分離膜。膜吸收膜，無機(jī)分離膜。 研制和開發(fā)的應(yīng)用技術(shù)有：膜直接應(yīng)用、膜分研制和開發(fā)的應(yīng)用技術(shù)有：膜直接應(yīng)用、膜分 離技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用、膜技術(shù)和其它技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用、離技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用、膜技術(shù)和其它技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用、 膜分離高技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合應(yīng)用。膜分離高技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合應(yīng)用。 2 膜分離法的定義膜分離法的定義 （1）膜的定義）膜的定

6、義 （2）膜的類型）膜的類型 （3）膜分離法的定義）膜分離法的定義 （4）幾個基本概念）幾個基本概念 （1）膜的定義）膜的定義 在一定液體相中，有一薄層凝聚相物質(zhì)，把液在一定液體相中，有一薄層凝聚相物質(zhì)，把液 體相隔成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜。體相隔成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜。 膜可以是均勻的一相，也可以是由兩相以上的膜可以是均勻的一相，也可以是由兩相以上的 凝聚態(tài)物質(zhì)構(gòu)成復(fù)合體。被膜分隔開的流體物質(zhì)凝聚態(tài)物質(zhì)構(gòu)成復(fù)合體。被膜分隔開的流體物質(zhì) 是液體或氣體。是液體或氣體。 膜的厚度膜的厚度0.5 mm 膜至少有兩個界面，膜有完全可透性的、半透性膜至少有兩個界面，膜有完全可透性的、半透性

7、 的，但不應(yīng)該是完全不透性的。的，但不應(yīng)該是完全不透性的。 膜具有高度的滲透選擇性，傳遞某物質(zhì)的速度必膜具有高度的滲透選擇性，傳遞某物質(zhì)的速度必 須比傳遞其他物質(zhì)快。須比傳遞其他物質(zhì)快。 （2）膜的類型）膜的類型 隨著人們對膜及其性質(zhì)研究的不斷深入，發(fā)隨著人們對膜及其性質(zhì)研究的不斷深入，發(fā) 現(xiàn)膜有各種各樣的類型?，F(xiàn)膜有各種各樣的類型。 可以根據(jù)它們的形態(tài)（有孔或無孔、孔的大可以根據(jù)它們的形態(tài)（有孔或無孔、孔的大 小、膜厚對稱性）、化學(xué)特性（膜材料）、小、膜厚對稱性）、化學(xué)特性（膜材料）、 組件的外形和種類來分類。組件的外形和種類來分類。 （3） 膜分離法的定義膜分離法的定義 用天然或人工合成的

8、高分子膜，以外界用天然或人工合成的高分子膜，以外界 能量或化學(xué)位差為推動力，對雙組分或能量或化學(xué)位差為推動力，對雙組分或 多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、 提純和富集的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。提純和富集的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。 （4）幾個基本概念）幾個基本概念 均質(zhì)膜或致密膜均質(zhì)膜或致密膜 微孔膜微孔膜 非對稱膜非對稱膜 復(fù)合膜復(fù)合膜 離子交換膜離子交換膜 微孔過濾微孔過濾 超濾超濾 反滲透反滲透 滲析滲析 電滲析電滲析 氣體膜分離氣體膜分離 滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā) 膜蒸餾膜蒸餾 膜分相膜分相 支撐液膜分離支撐液膜分離 膜組件膜組件 均質(zhì)膜或致密膜均質(zhì)膜或致密膜 均

9、勻致密的薄膜，物質(zhì)通過這類膜是依靠分均勻致密的薄膜，物質(zhì)通過這類膜是依靠分 子擴(kuò)散。子擴(kuò)散。 因物質(zhì)在固體中的擴(kuò)散系數(shù)很小，為達(dá)到有因物質(zhì)在固體中的擴(kuò)散系數(shù)很小，為達(dá)到有 實(shí)用意義的傳質(zhì)速率，這類膜必須很薄。實(shí)用意義的傳質(zhì)速率，這類膜必須很薄。 微孔膜微孔膜 平均孔徑平均孔徑0.0210 m mm，有多孔膜和核孔膜兩，有多孔膜和核孔膜兩 種類型。種類型。 多孔膜呈海綿狀，膜孔大小有一個較寬的分布多孔膜呈海綿狀，膜孔大小有一個較寬的分布 范圍，孔道曲折，膜厚范圍，孔道曲折，膜厚50250 m mm； 核孔膜用膜厚核孔膜用膜厚1015 m mm的致密塑料薄膜制造，的致密塑料薄膜制造， 先用反應(yīng)堆產(chǎn)

10、生的裂變碎片轟擊，穿透薄膜而先用反應(yīng)堆產(chǎn)生的裂變碎片轟擊，穿透薄膜而 產(chǎn)生損傷的痕跡，然后在一定溫度下用化學(xué)試產(chǎn)生損傷的痕跡，然后在一定溫度下用化學(xué)試 劑侵蝕而成一定尺寸的孔。該孔為圓柱形直孔，劑侵蝕而成一定尺寸的孔。該孔為圓柱形直孔， 膜上開孔率小，但孔短，制造中孔徑可以較精膜上開孔率小，但孔短，制造中孔徑可以較精 確的控制，孔徑比較均勻。確的控制，孔徑比較均勻。 非對稱膜非對稱膜 非對稱膜的斷面不對稱。由表面活性層和支非對稱膜的斷面不對稱。由表面活性層和支 撐層兩層組成，表面活性層很薄，厚度撐層兩層組成，表面活性層很薄，厚度0.1 1.5 m mm，膜的分離作用主要取決于這一層；，膜的分離

11、作用主要取決于這一層； 支撐層厚度支撐層厚度50250 m mm，起支撐作用。，起支撐作用。 復(fù)合膜復(fù)合膜 由非對稱膜超濾膜表面加一層由非對稱膜超濾膜表面加一層0.2515 m mm的的 致密活性層構(gòu)成，膜的分離作用取決于致密致密活性層構(gòu)成，膜的分離作用取決于致密 活性層?；钚詫印?離子交換膜離子交換膜 由離子交換樹脂構(gòu)成，主要用于電滲析。由離子交換樹脂構(gòu)成，主要用于電滲析。 微孔過濾微孔過濾 利用孔徑大于利用孔徑大于0.02 10 m mm的多孔膜來過濾含有微的多孔膜來過濾含有微 粒的溶液，將微粒從溶液中除去。其原理與超濾相粒的溶液，將微粒從溶液中除去。其原理與超濾相 同。同。 超濾超濾 利

12、用孔徑利用孔徑1 nm 0.05 m mm 的多孔膜來過濾含有大的多孔膜來過濾含有大 分子或微細(xì)粒子的溶液，將大分子或微細(xì)粒子從溶液分子或微細(xì)粒子的溶液，將大分子或微細(xì)粒子從溶液 中分離的過程。中分離的過程。 與反滲透不同的是，在超濾過程中，小分子溶質(zhì)與溶與反滲透不同的是，在超濾過程中，小分子溶質(zhì)與溶 劑一起通過超濾膜。劑一起通過超濾膜。 反滲透反滲透 利用反滲透膜選擇性的只能通過溶劑（通常是水）利用反滲透膜選擇性的只能通過溶劑（通常是水） 的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶液的滲透壓，使的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶液的滲透壓，使 溶劑通過反滲透膜而從溶液中分離出來的過程。溶劑通過反滲透膜而從溶

13、液中分離出來的過程。 如海水和苦咸水的淡化。如海水和苦咸水的淡化。 滲析滲析 利用多孔膜兩側(cè)溶液的濃度差使溶質(zhì)從濃度高的一利用多孔膜兩側(cè)溶液的濃度差使溶質(zhì)從濃度高的一 側(cè)擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)，從而得到分離的過程。側(cè)擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)，從而得到分離的過程。 用于人工腎，用來除去血液中蛋白代謝產(chǎn)物、尿素用于人工腎，用來除去血液中蛋白代謝產(chǎn)物、尿素 和其它有毒物質(zhì)。和其它有毒物質(zhì)。 電滲析電滲析 基于離子交換膜能選擇性地使陰離子或陽離基于離子交換膜能選擇性地使陰離子或陽離 子通過的性質(zhì)，在直流電場的作用下使陰陽子通過的性質(zhì)，在直流電場的作用下使陰陽 離子分別透過相應(yīng)的膜，已達(dá)到溶液中分離離子分別透過相

14、應(yīng)的膜，已達(dá)到溶液中分離 電解質(zhì)的目的。電解質(zhì)的目的。 電滲析用的是荷電膜，在電場力的推動下，電滲析用的是荷電膜，在電場力的推動下， 用于從水溶液中脫除離子，主要用于水溶液用于從水溶液中脫除離子，主要用于水溶液 中除去電解質(zhì)（如鹽水淡化等）、電解質(zhì)與中除去電解質(zhì)（如鹽水淡化等）、電解質(zhì)與 非電解質(zhì)的分離、膜電解等。非電解質(zhì)的分離、膜電解等。 氣體膜分離氣體膜分離 利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能的不同，即利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能的不同，即 滲透速率不同來實(shí)現(xiàn)分離的技術(shù)。滲透速率不同來實(shí)現(xiàn)分離的技術(shù)。 用于氫的分離、空氣中氧與氮的分離等。用于氫的分離、空氣中氧與氮的分離等。 滲透蒸發(fā)（滲

15、透蒸發(fā)（pv） 滲透蒸發(fā)也稱滲透汽化，組分在膜兩側(cè)蒸汽壓差滲透蒸發(fā)也稱滲透汽化，組分在膜兩側(cè)蒸汽壓差 的推動下，是利用膜對液體混合物中組分的溶解的推動下，是利用膜對液體混合物中組分的溶解 和擴(kuò)散性能的不同來實(shí)現(xiàn)其分離的分離過程。和擴(kuò)散性能的不同來實(shí)現(xiàn)其分離的分離過程。 分離工業(yè)酒精、制取無水酒精的過程已工業(yè)化。分離工業(yè)酒精、制取無水酒精的過程已工業(yè)化。 膜蒸餾（膜蒸餾（membrane distillation） 膜蒸餾是利用膜的蒸發(fā)過程，用疏水的微孔膜膜蒸餾是利用膜的蒸發(fā)過程，用疏水的微孔膜 將熱的水溶液與冷卻水隔開，由于表面張力的將熱的水溶液與冷卻水隔開，由于表面張力的 作用，膜兩側(cè)水溶液

16、均不能透過膜孔進(jìn)入另一作用，膜兩側(cè)水溶液均不能透過膜孔進(jìn)入另一 側(cè)，而在蒸汽壓的作用下，蒸汽分子會通過膜側(cè)，而在蒸汽壓的作用下，蒸汽分子會通過膜 孔，從高蒸汽壓側(cè)傳向低蒸汽壓側(cè)，這一過程孔，從高蒸汽壓側(cè)傳向低蒸汽壓側(cè)，這一過程 稱為膜蒸餾。稱為膜蒸餾。 如熱水溶液中的水汽化，擴(kuò)散通過膜孔而在如熱水溶液中的水汽化，擴(kuò)散通過膜孔而在 冷卻水一側(cè)冷凝，從而從非揮發(fā)性物質(zhì)的溶液冷卻水一側(cè)冷凝，從而從非揮發(fā)性物質(zhì)的溶液 中分離出水。中分離出水。 膜分相膜分相 根據(jù)多孔固體膜對乳濁液中兩液相親和性不同根據(jù)多孔固體膜對乳濁液中兩液相親和性不同 的性質(zhì)，與膜親和力強(qiáng)的液體通過膜，與膜不的性質(zhì)，與膜親和力強(qiáng)的液

17、體通過膜，與膜不 親和的液體不能通過膜，從而使乳濁液分離。親和的液體不能通過膜，從而使乳濁液分離。 已在油水分離工藝中應(yīng)用。已在油水分離工藝中應(yīng)用。 支撐液膜分離支撐液膜分離 是吸收和萃取過程與膜技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，用是吸收和萃取過程與膜技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，用 于某些氣體與液體混合物的分離。于某些氣體與液體混合物的分離。 膜組件膜組件 對于一個膜分離過程，不僅需要具有優(yōu)良特對于一個膜分離過程，不僅需要具有優(yōu)良特 性的膜，還必須把膜制成結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)性的膜，還必須把膜制成結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn) 定的膜組件及裝置才能應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)定的膜組件及裝置才能應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè) 過程。過程。 將膜、固定膜的支撐材料

18、、間隔物或管式外將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外 殼通過一定的粘合或組裝構(gòu)成一個單元，稱殼通過一定的粘合或組裝構(gòu)成一個單元，稱 為膜組件。為膜組件。 膜組件主要有中空纖維式、管式、卷式、折膜組件主要有中空纖維式、管式、卷式、折 疊式、板框式、平板膜等。疊式、板框式、平板膜等。 3 膜分離法分類膜分離法分類 一般按照膜一般按照膜分離機(jī)理分離機(jī)理、膜分離推動力膜分離推動力或或膜膜 的結(jié)構(gòu)形態(tài)的結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行分類。進(jìn)行分類。 比較直觀的方法是以是按膜分離推動力進(jìn)比較直觀的方法是以是按膜分離推動力進(jìn) 行分類，有以壓力差、濃度差、溫度差、電行分類，有以壓力差、濃度差、溫度差、電 位差和化學(xué)反應(yīng)為推動

19、力的各種膜分離方法，位差和化學(xué)反應(yīng)為推動力的各種膜分離方法， 在此基礎(chǔ)上再按膜分離的機(jī)理、膜的結(jié)構(gòu)形在此基礎(chǔ)上再按膜分離的機(jī)理、膜的結(jié)構(gòu)形 態(tài)分類。態(tài)分類。 膜分離過程膜分離過程 膜分離過程可認(rèn)為近似與篩分過程，物質(zhì)透過膜分離過程可認(rèn)為近似與篩分過程，物質(zhì)透過 膜或被膜截流，根據(jù)膜內(nèi)平均孔徑、推動力和膜或被膜截流，根據(jù)膜內(nèi)平均孔徑、推動力和 傳質(zhì)機(jī)制分類；傳質(zhì)機(jī)制分類； 膜分離過程以選擇性透過膜為膜分離過程以選擇性透過膜為分離介質(zhì)分離介質(zhì)。當(dāng)膜。當(dāng)膜 兩側(cè)存在某種推動力（壓力差、濃度差、溫度兩側(cè)存在某種推動力（壓力差、濃度差、溫度 差、電位差）時，原料組分選擇性地透過膜，差、電位差）時，原料組

20、分選擇性地透過膜， 以達(dá)到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜以達(dá)到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜 上游，透過側(cè)稱為膜下游。上游，透過側(cè)稱為膜下游。 按膜分離方法的推動力來進(jìn)行分類按膜分離方法的推動力來進(jìn)行分類 推動力推動力膜過程膜過程功能膜功能膜膜形態(tài)膜形態(tài) 壓力差壓力差反滲透反滲透 超濾超濾 微濾微濾 氣體分離氣體分離 反滲透膜反滲透膜 超濾膜超濾膜 微濾膜微濾膜 氣體分離膜氣體分離膜 非對稱復(fù)合非對稱復(fù)合 非對稱復(fù)合非對稱復(fù)合 均質(zhì)非對稱均質(zhì)非對稱 均質(zhì)非對稱復(fù)合均質(zhì)非對稱復(fù)合 濃度差濃度差 +分壓差分壓差 +化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) +化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 滲析滲析 控制釋放控制釋放 滲透蒸發(fā)滲

21、透蒸發(fā) 液膜液膜 傳感器膜傳感器膜 非對稱或離子交換膜非對稱或離子交換膜 微多孔膜微多孔膜 滲透蒸發(fā)膜滲透蒸發(fā)膜 乳化或支撐液膜乳化或支撐液膜 乳化或酶等固定化膜乳化或酶等固定化膜 非對稱非對稱 均質(zhì)均質(zhì) 均質(zhì)非對稱復(fù)合均質(zhì)非對稱復(fù)合 均質(zhì)均質(zhì) 均質(zhì)均質(zhì) 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)膜反應(yīng)膜催化劑等固定化膜催化劑等固定化膜均質(zhì)均質(zhì) 電壓差電壓差電滲析電滲析離子交換膜離子交換膜均質(zhì)均質(zhì) 溫度差溫度差膜蒸餾膜蒸餾微多孔膜微多孔膜均質(zhì)均質(zhì) 根據(jù)膜內(nèi)平均孔徑、推動力和傳質(zhì)機(jī)制分類根據(jù)膜內(nèi)平均孔徑、推動力和傳質(zhì)機(jī)制分類 孔徑孔徑過程過程推動力推動力機(jī)制機(jī)制 0.0210 m10 mm 0.001 0.02 m

22、mm 相對分子量相對分子量 1000 無孔無孔 13 nm 相對分子量相對分子量200 無孔無孔 過濾過濾 超濾超濾 反滲透反滲透 氣體分離氣體分離 滲析滲析 電滲析電滲析 滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā) 0 105pa 0 106pa 0 107pa 0 107pa 濃度差濃度差 電壓差電壓差 分壓差分壓差 篩分篩分 篩分篩分 溶液擴(kuò)散溶液擴(kuò)散 溶液擴(kuò)散溶液擴(kuò)散 篩分同相擴(kuò)散篩分同相擴(kuò)散 離子遷移離子遷移 溶液擴(kuò)散溶液擴(kuò)散 4 膜分離法特點(diǎn)膜分離法特點(diǎn) （1）膜分離無相變，不需液體沸騰或汽化，是一）膜分離無相變，不需液體沸騰或汽化，是一 種低能耗低成本的分離技術(shù)；種低能耗低成本的分離技術(shù)； （2）在常溫下

23、進(jìn)行，對那些需要避免高溫分離、）在常溫下進(jìn)行，對那些需要避免高溫分離、 分級、濃縮與富集的物質(zhì)顯示出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)；分級、濃縮與富集的物質(zhì)顯示出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)； （3）應(yīng)用廣泛，對無機(jī)、有機(jī)及生物制品均可適）應(yīng)用廣泛，對無機(jī)、有機(jī)及生物制品均可適 用。用。 （4）膜分離裝置簡單、操作容易、制造方便、結(jié)）膜分離裝置簡單、操作容易、制造方便、結(jié) 構(gòu)緊湊、維修費(fèi)用低、易于自動化。構(gòu)緊湊、維修費(fèi)用低、易于自動化。 但耐藥性、耐熱性、耐溶解能力有限；操但耐藥性、耐熱性、耐溶解能力有限；操 作中易污染，使膜性能降低；效果有限。作中易污染，使膜性能降低；效果有限。 5 膜性能表示法膜性能表示法 膜性能包括膜的分

24、離透過特征和物化穩(wěn)膜性能包括膜的分離透過特征和物化穩(wěn) 定性兩個方面。膜的物化穩(wěn)定性指膜的定性兩個方面。膜的物化穩(wěn)定性指膜的 強(qiáng)度、允許使用壓力、溫度、強(qiáng)度、允許使用壓力、溫度、ph值、對值、對 有機(jī)溶劑和各種化學(xué)藥物的抵抗性等。有機(jī)溶劑和各種化學(xué)藥物的抵抗性等。 是決定膜的使用壽命的主要因素。是決定膜的使用壽命的主要因素。 膜的分離透過特征包括分離效率、滲透膜的分離透過特征包括分離效率、滲透 通量、通量衰減系數(shù)。通量、通量衰減系數(shù)。 分離效率分離效率(r) 分離系數(shù)分離系數(shù)（a a）或）或分離系數(shù)分離系數(shù)（b b）：）： %100 1 21 c cc r a a a a x x y y 1 1

25、 a a a x y b 通量衰減系數(shù)通量衰減系數(shù) j0：初始時的滲透通量，：初始時的滲透通量，kg/(m2h)； q q ：使用時間，：使用時間，h； jq q ：時間：時間q q時的時的滲透通量，滲透通量，kg/(m2h) m：衰減系數(shù)。：衰減系數(shù)。 m jjq q0 滲透通量滲透通量 通常用單位時間內(nèi)通過單位膜面積的透過物通常用單位時間內(nèi)通過單位膜面積的透過物 理量表示。理量表示。 6 膜材料和膜的制備膜材料和膜的制備 （1）膜材料）膜材料 （2）膜及膜材料的改性）膜及膜材料的改性 （3）膜的制備）膜的制備 （1）膜材料）膜材料 高分子膜材料高分子膜材料 復(fù)合膜材料復(fù)合膜材料 無機(jī)膜材料

26、無機(jī)膜材料 高分子膜材料高分子膜材料 主要用于反滲透、超濾、微濾、氣體分離和滲主要用于反滲透、超濾、微濾、氣體分離和滲 透蒸發(fā)。透蒸發(fā)。 聚酰亞胺聚酰亞胺反滲透、超濾、氣體分離；反滲透、超濾、氣體分離； 芳香聚酰胺和雜環(huán)類芳香聚酰胺和雜環(huán)類反滲透；反滲透； 聚砜聚砜超濾、微濾、復(fù)合膜；超濾、微濾、復(fù)合膜； 聚丙烯腈聚丙烯腈超濾、微濾、氣體分離和滲透超濾、微濾、氣體分離和滲透 蒸發(fā)；蒸發(fā)； 硅橡膠、聚烯烴、聚乙烯醇、尼龍、聚碳酸硅橡膠、聚烯烴、聚乙烯醇、尼龍、聚碳酸 酯、聚丙烯酸、含氟聚合物酯、聚丙烯酸、含氟聚合物氣體分氣體分 離和滲透蒸發(fā)。離和滲透蒸發(fā)。 復(fù)合膜材料復(fù)合膜材料 微濾各向同性膜、

27、超濾膜由多種聚合物復(fù)合微濾各向同性膜、超濾膜由多種聚合物復(fù)合 而成。微濾各向同性膜由而成。微濾各向同性膜由pvdf（聚偏氟乙（聚偏氟乙 烯）、聚丙烯、硝酸纖維素、醋酸纖維素、烯）、聚丙烯、硝酸纖維素、醋酸纖維素、 丙烯腈共聚物和疏水性多聚砜；超濾膜由聚丙烯腈共聚物和疏水性多聚砜；超濾膜由聚 砜、硝酸纖維素、醋酸纖維素、再生纖維素砜、硝酸纖維素、醋酸纖維素、再生纖維素 和丙烯酸構(gòu)成；和丙烯酸構(gòu)成； 反滲透膜用纖維、聚醚、聚酰胺等；反滲透膜用纖維、聚醚、聚酰胺等； 聚氨基葡糖聚氨基葡糖+液晶可制成無機(jī)多孔膜、復(fù)合液晶可制成無機(jī)多孔膜、復(fù)合 膜、功能高分子膜等。膜、功能高分子膜等。 無機(jī)膜材料無機(jī)膜

28、材料 不對稱膜不對稱膜礦物質(zhì)和硅酸鹽。由多孔礦物質(zhì)和硅酸鹽。由多孔 煅燒碳載體與幾個懸浮層的金屬氧化物煅燒碳載體與幾個懸浮層的金屬氧化物 （氧化鉻）形成。（氧化鉻）形成。 （2）膜及膜材料的改性）膜及膜材料的改性 接枝、共聚、交聯(lián)、等離子或放射性刻蝕、接枝、共聚、交聯(lián)、等離子或放射性刻蝕、 溶劑與處理等。溶劑與處理等。 接枝：把具有某些性能的基團(tuán)或聚合物支接枝：把具有某些性能的基團(tuán)或聚合物支 鏈接到膜材料的高分子鏈上，使膜具有某些鏈接到膜材料的高分子鏈上，使膜具有某些 需要的性能。需要的性能。 （3）膜的制備）膜的制備 致密對稱膜致密對稱膜 微孔濾膜微孔濾膜 復(fù)合膜復(fù)合膜 荷電膜荷電膜 無機(jī)膜

29、無機(jī)膜 聚合物膜聚合物膜 致密對稱膜致密對稱膜 溶劑澆鑄法溶劑澆鑄法 熔壓法熔壓法 微孔濾膜微孔濾膜 自然蒸發(fā)凝凍法（相轉(zhuǎn)化法）自然蒸發(fā)凝凍法（相轉(zhuǎn)化法） 燒結(jié)法燒結(jié)法 熱壓延流法熱壓延流法 溶出法溶出法 核徑跡法核徑跡法 復(fù)合膜復(fù)合膜 界面聚合法界面聚合法 就地聚合法就地聚合法 溶液澆鑄復(fù)合法溶液澆鑄復(fù)合法 等離子體聚合法等離子體聚合法 荷電膜荷電膜 熱壓成型熱壓成型 從荷電材料直接制備從荷電材料直接制備 含浸含浸 與膜材料化學(xué)反應(yīng)與膜材料化學(xué)反應(yīng) 表面化學(xué)改性表面化學(xué)改性 浸涂浸涂 離子交聯(lián)離子交聯(lián) 無機(jī)膜無機(jī)膜 化學(xué)提取法（刻蝕法）化學(xué)提取法（刻蝕法） 溶膠凝膠法溶膠凝膠法 高溫分解法高

30、溫分解法 固態(tài)粒子燒結(jié)法固態(tài)粒子燒結(jié)法 陶瓷復(fù)合膜陶瓷復(fù)合膜 聚合物膜聚合物膜 中空纖維膜制備中空纖維膜制備 管膜制備管膜制備 膜片制備膜片制備 微濾微濾 0.110 m mm： 細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、 蛋白等蛋白等 納濾納濾 0.00050.005 m mm： 低聚糖、染料、多價(jià)離子低聚糖、染料、多價(jià)離子 反滲透反滲透0.00010.001 m mm： 電解質(zhì)、大于電解質(zhì)、大于100 da的有機(jī)溶質(zhì)的有機(jī)溶質(zhì) 水、小于水、小于100 da的有機(jī)溶質(zhì)的有機(jī)溶質(zhì) 膜的適用范圍 8.2 微濾、超濾和納濾微濾、超濾和納濾 超濾超濾 0.005 0.1 m mm： 蛋

31、白、顏料、多糖、大分蛋白、顏料、多糖、大分 超濾和微濾分離技術(shù)超濾和微濾分離技術(shù) 基本原理基本原理 濃差極化與膜污染濃差極化與膜污染 超濾膜和微濾膜的結(jié)構(gòu)和性能超濾膜和微濾膜的結(jié)構(gòu)和性能 超濾操作模型超濾操作模型 應(yīng)用應(yīng)用 基本原理基本原理 超濾和微濾都是在靜壓力差的作用下進(jìn)行的液超濾和微濾都是在靜壓力差的作用下進(jìn)行的液 相分離過程，從原理上無本質(zhì)差別，同為篩孔相分離過程，從原理上無本質(zhì)差別，同為篩孔 分離過程。能截流分子量分離過程。能截流分子量500以上、以上、106以下以下 的為超濾膜；只能截留更大分子（通常稱為分的為超濾膜；只能截留更大分子（通常稱為分 散顆粒）的膜分離過程為微濾。液體通

32、過膜流散顆粒）的膜分離過程為微濾。液體通過膜流 動的最好模型是動的最好模型是hagen-poiseui定律，其應(yīng)用定律，其應(yīng)用 形式之一是：形式之一是： j-膜滲透過率；膜滲透過率；p-壓力；壓力；r-孔徑孔徑 pprj8/ 2 濃差極化與膜污染濃差極化與膜污染 濃差極化濃差極化膜滲透率與壓力無關(guān)，主要決定膜滲透率與壓力無關(guān)，主要決定 于邊界層內(nèi)的傳質(zhì)情況，傳質(zhì)控制區(qū)，即產(chǎn)生于邊界層內(nèi)的傳質(zhì)情況，傳質(zhì)控制區(qū)，即產(chǎn)生 了濃差極化。被截留組分在膜料液側(cè)表面積累，了濃差極化。被截留組分在膜料液側(cè)表面積累， 其濃度往往比料液主體濃度高得多，組分在邊其濃度往往比料液主體濃度高得多，組分在邊 界層和膜內(nèi)形

33、成濃度分布。組分在料液主體中界層和膜內(nèi)形成濃度分布。組分在料液主體中 的濃度的濃度c1 (cb)、膜表面濃度、膜表面濃度c2、和滲透側(cè)濃度、和滲透側(cè)濃度 c3 (cp)之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 在超濾和微濾中，膜表面濃度在超濾和微濾中，膜表面濃度c2常達(dá)到截留組常達(dá)到截留組 分的飽和濃度（分的飽和濃度（cg），）， c3趨于零，上式表示為：趨于零，上式表示為： )(/ 3132 cccclindj )/(/ bg cclindj 濃差極化與膜污染濃差極化與膜污染 膜污染膜污染料液中的某些組分在膜表面和膜料液中的某些組分在膜表面和膜 孔中沉積導(dǎo)致膜滲透率下降的現(xiàn)象。孔中沉積導(dǎo)致膜滲透率下降的現(xiàn)象

34、。 組分在膜表面沉積形成的污染層將產(chǎn)生額外組分在膜表面沉積形成的污染層將產(chǎn)生額外 的阻力，該組力可能遠(yuǎn)大于膜本身的阻力而的阻力，該組力可能遠(yuǎn)大于膜本身的阻力而 使膜滲透率與膜本身的滲透性無關(guān)；組分在使膜滲透率與膜本身的滲透性無關(guān)；組分在 膜孔中沉積，造成膜孔減小甚至堵塞，實(shí)際膜孔中沉積，造成膜孔減小甚至堵塞，實(shí)際 上減小了膜的有效面積。上減小了膜的有效面積。 濃差極化與膜污染濃差極化與膜污染 濃差極化與膜污染都導(dǎo)致膜滲透率下降，導(dǎo)濃差極化與膜污染都導(dǎo)致膜滲透率下降，導(dǎo) 致超濾和微濾過程無法進(jìn)行較長時間的穩(wěn)定操致超濾和微濾過程無法進(jìn)行較長時間的穩(wěn)定操 作。作。 控制措施：控制措施： a預(yù)先濾除料

35、液中的大顆粒；預(yù)先濾除料液中的大顆粒；b增加流速，減增加流速，減 薄邊界厚度，提高傳質(zhì)系數(shù)；薄邊界厚度，提高傳質(zhì)系數(shù)；c選擇適當(dāng)?shù)牟龠x擇適當(dāng)?shù)牟?作壓力，避免增加沉淀層的厚度和密度；作壓力，避免增加沉淀層的厚度和密度；d制制 膜過程中對膜進(jìn)行修飾，使其具有抗污染能性；膜過程中對膜進(jìn)行修飾，使其具有抗污染能性； e定期對膜進(jìn)行反沖和清洗。定期對膜進(jìn)行反沖和清洗。 超濾膜和微濾膜的結(jié)構(gòu)和性能超濾膜和微濾膜的結(jié)構(gòu)和性能 超濾膜為非對稱膜：有一層極薄超濾膜為非對稱膜：有一層極薄 （0.10.11 m1 mm）具有一定孔徑的表面層和）具有一定孔徑的表面層和 一層較厚（一層較厚（ 125 m125 mm

36、）具海綿狀或指狀）具海綿狀或指狀 結(jié)構(gòu)的多孔層組成。結(jié)構(gòu)的多孔層組成。 微濾膜為對稱膜：多為曲孔型（海綿微濾膜為對稱膜：多為曲孔型（海綿 狀），也有毛細(xì)管型。狀），也有毛細(xì)管型。 超濾膜和微濾膜的結(jié)構(gòu)和性能超濾膜和微濾膜的結(jié)構(gòu)和性能 性能：孔隙率、孔結(jié)構(gòu)、表面特性、機(jī)械強(qiáng)性能：孔隙率、孔結(jié)構(gòu)、表面特性、機(jī)械強(qiáng) 度、化學(xué)穩(wěn)定性等，膜的耐壓性、耐高溫性、度、化學(xué)穩(wěn)定性等，膜的耐壓性、耐高溫性、 耐清洗劑性、耐生物降解性也很重要。耐清洗劑性、耐生物降解性也很重要。 表征超濾膜性能的參數(shù)主要是截留率、截留表征超濾膜性能的參數(shù)主要是截留率、截留 分子量范圍、膜的純水透過速率。截留率是分子量范圍、膜的純水

37、透過速率。截留率是 指對一定分子量的物質(zhì)來說，膜所能截留的指對一定分子量的物質(zhì)來說，膜所能截留的 程度，其公式為：程度，其公式為： r = (cf-cp)/cf 超濾操作模型超濾操作模型 無流動操作無流動操作 錯流操作錯流操作 應(yīng)用應(yīng)用 金屬電泳涂漆過程廢液的處理金屬電泳涂漆過程廢液的處理 含油廢水的回收含油廢水的回收 重金屬廢水回收重金屬廢水回收 乳品工業(yè)乳品工業(yè) 果汁的澄清果汁的澄清 高純水的制備高純水的制備 1. 微孔過濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域微孔過濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 微孔過濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用：微孔過濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用： （1）微粒和細(xì)菌的過濾。）微粒和細(xì)菌的過濾?？捎糜谒?/p>

38、的高度凈化、可用于水的高度凈化、 食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣 凈化和除菌等。凈化和除菌等。 （2）微粒和細(xì)菌的檢測。）微粒和細(xì)菌的檢測。微孔膜可作為微粒和細(xì)微孔膜可作為微粒和細(xì) 菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測定。菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測定。 （3）氣體、溶液和水的凈化。）氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、大氣中懸浮的塵埃、 纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微 小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。 （4）食糖與

39、酒類的精制。）食糖與酒類的精制。微孔膜對食糖溶液和啤、微孔膜對食糖溶液和啤、 黃酒等酒類進(jìn)行過濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類黃酒等酒類進(jìn)行過濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類 中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和 酒類產(chǎn)品的清澈度，延長存放期。由于是常溫操酒類產(chǎn)品的清澈度，延長存放期。由于是常溫操 作，不會使酒類產(chǎn)品變味。作，不會使酒類產(chǎn)品變味。 （5）藥物的除菌和除微粒。）藥物的除菌和除微粒。以前藥物的滅菌主要采以前藥物的滅菌主要采 用熱壓法。但是熱壓法滅菌時，細(xì)菌的尸體仍留在藥用熱壓法。但是熱壓法滅菌時，細(xì)菌的尸體仍留在藥 品中。而且對于熱敏性藥

40、物，如胰島素、血清蛋白等品中。而且對于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋白等 不能采用熱壓法滅菌。對于這類情況，微孔膜有突出不能采用熱壓法滅菌。對于這類情況，微孔膜有突出 的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過微孔膜過濾后，細(xì)菌被截留，無細(xì)菌尸的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過微孔膜過濾后，細(xì)菌被截留，無細(xì)菌尸 體殘留在藥物中。常溫操作也不會引起藥物的受熱破體殘留在藥物中。常溫操作也不會引起藥物的受熱破 壞和變性。壞和變性。 許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的 過濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。過濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。 2 超濾技術(shù)超濾技術(shù) 超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾和超濾膜的特

41、點(diǎn) 超濾技術(shù)始于超濾技術(shù)始于 1861 年，其年，其過濾粒徑介于微濾和過濾粒徑介于微濾和 反滲透之間，約反滲透之間，約510 nm，在，在 0.10.5 mpa 的靜壓的靜壓 差推動下截留各種可溶性大分子差推動下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)，如多糖、蛋白質(zhì) 、酶等相對分子質(zhì)量大于、酶等相對分子質(zhì)量大于500的大分子及膠體，形成的大分子及膠體，形成 濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。 超濾技術(shù)的核心部件是超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜超濾膜，分離截留的原理，分離截留的原理 為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一

42、起透過膜上的微 孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸 和形狀決定膜的分離效率。和形狀決定膜的分離效率。 超濾膜均為不對稱膜，形式有平板式、卷式、超濾膜均為不對稱膜，形式有平板式、卷式、 管式和中空纖維狀等。管式和中空纖維狀等。 超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)組成三層結(jié)構(gòu)組成。 即最上層的即最上層的表面活性層表面活性層，致密而光滑，厚度為，致密而光滑，厚度為 0.11.5m，其中細(xì)孔孔徑一般小于，其中細(xì)孔孔徑一般小于10 nm； 中間的中間的過渡層過渡層，具有大于，具有大于10 nm的細(xì)孔，厚度一的細(xì)孔，厚度一 般為般為110m；

43、 最下面的最下面的支撐層支撐層，厚度為，厚度為50250m，具有，具有50 nm以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜 的機(jī)械強(qiáng)度。的機(jī)械強(qiáng)度。 膜的分離性能主要取決于表面活性層和過度層。膜的分離性能主要取決于表面活性層和過度層。 中空纖維狀超濾膜的外徑為中空纖維狀超濾膜的外徑為0.52m。特點(diǎn)是直徑。特點(diǎn)是直徑 小，強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受較大小，強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受較大 的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi)的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi) 表面積很大，能有效提高滲透通量。表面積很大，能有效提高滲透

44、通量。 制備超濾膜的材料主要有制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈 和醋酸纖維素和醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜的材等。超濾膜的工作條件取決于膜的材 質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于ph = 38，三醋酸，三醋酸 纖維素超濾膜適用于纖維素超濾膜適用于ph = 29，芳香聚酰胺超濾膜，芳香聚酰胺超濾膜 適用于適用于ph = 59，溫度，溫度040，而聚醚砜超濾膜，而聚醚砜超濾膜 的使用溫度則可超過的使用溫度則可超過100。 超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為反滲透預(yù)處理、

45、反滲透預(yù)處理、 飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和陰極飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和陰極 電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水 的處理的處理等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。 超濾技術(shù)主要用于含分子量超濾技術(shù)主要用于含分子量500500,000的微粒溶液的微粒溶液 的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一，它的的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一，它的 應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可 歸納為以下方面。歸納為以下方面。 （1）純水的制備。）純水的制備

46、。超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、病毒超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、病毒 和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè)和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè) 超凈水和醫(yī)用無菌水等。超凈水和醫(yī)用無菌水等。 （2）食品工業(yè)中的廢水處理。）食品工業(yè)中的廢水處理。在牛奶加工廠中用超濾技在牛奶加工廠中用超濾技 術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。 （3）汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。）汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。汽車、汽車、 家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有12的涂的涂 料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出

47、清水重復(fù)用料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出清水重復(fù)用 于清洗，同時又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。于清洗，同時又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。 （4）果汁、酒等飲料的消毒與澄清。）果汁、酒等飲料的消毒與澄清。應(yīng)用超濾技術(shù)應(yīng)用超濾技術(shù) 可除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁可除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁 和酒在凈化處理的同時保持原有的色、香、味，操和酒在凈化處理的同時保持原有的色、香、味，操 作方便，成本較低。作方便，成本較低。 （5）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，分分 離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。離濃縮生物

48、活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。 （6）造紙廠的廢水處理。）造紙廠的廢水處理。 單單 內(nèi)內(nèi) 皮皮 層層雙雙 皮皮 層層 超濾膜裝置超濾膜裝置 3 納濾技術(shù)納濾技術(shù)（nanofiltration, nf） 納濾膜的特點(diǎn)納濾膜的特點(diǎn) 納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā)出納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā)出 來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早 期被稱作期被稱作低壓反滲透膜低壓反滲透膜或或松散反滲透膜松散反滲透膜。目前，納。目前，納 濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨(dú)立的分離濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨(dú)立的分離 技術(shù)。技術(shù)。 納

49、濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜納濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜(ro)(ro)和超濾膜和超濾膜 (uf)(uf)之間，因此稱為之間，因此稱為“納濾納濾”。 納濾膜的表層較納濾膜的表層較roro膜的表層要疏松得多，但較膜的表層要疏松得多，但較ufuf膜的膜的 要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松 程度，以形成大量具納米級的表層孔。程度，以形成大量具納米級的表層孔。 納濾膜主要用于納濾膜主要用于截留粒徑在截留粒徑在0.11 nm，分子量為，分子量為1000 左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透過，具有左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)

50、透過，具有 較小的操作壓（較小的操作壓（0.51 mpa）。其被分離物質(zhì)的尺寸。其被分離物質(zhì)的尺寸 介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交 叉。叉。 納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白, ,它能截留透它能截留透 過超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物過超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物, ,透析被反滲透膜透析被反滲透膜 所截留的無機(jī)鹽。而且，納濾膜對不同價(jià)態(tài)離子的截留所截留的無機(jī)鹽。而且，納濾膜對不同價(jià)態(tài)離子的截留 效果不同效果不同, ,對單價(jià)離子的截留率低對單價(jià)離子的截留率低(10%-80%),(10%-80%

51、),對二價(jià)及對二價(jià)及 多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子(90%)(90%)以上。以上。 目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有關(guān)目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有關(guān)納濾納濾 膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還不夠系統(tǒng)、膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還不夠系統(tǒng)、 全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性，全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性， 將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。 納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于海水及

52、苦咸水的淡化海水及苦咸水的淡化 方面。由于該技術(shù)對低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離特方面。由于該技術(shù)對低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離特 性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高、濁度低的性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高、濁度低的 原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè)原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè) 中，納濾膜可用于中，納濾膜可用于果汁生產(chǎn)果汁生產(chǎn)，大大節(jié)省能源；在醫(yī)，大大節(jié)省能源；在醫(yī) 藥行業(yè)可用于藥行業(yè)可用于氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收等方面；在等方面；在 石化生產(chǎn)的石化生產(chǎn)的催化劑分離回收催化劑分離回收等方面更有著不可比擬等方面更有著不可比擬 的作用。的作用。 mf 蛋白質(zhì)

53、細(xì)菌 mw 1 mm rouff nfnf正好介于正好介于ufuf和和roro之間，截留分子量大概在之間，截留分子量大概在300 - 1000300 - 1000。 8.3 反滲透分離技術(shù)反滲透分離技術(shù) （1）反滲透分離基本理論）反滲透分離基本理論 （2）反滲透膜基本性能指標(biāo)）反滲透膜基本性能指標(biāo) （3）反滲透裝置）反滲透裝置 （4）反滲透分離技術(shù)的應(yīng)用）反滲透分離技術(shù)的應(yīng)用 （1）反滲透分離基本理論）反滲透分離基本理論 用半透膜將純水和鹽水隔離時，水自然用半透膜將純水和鹽水隔離時，水自然 的穿過半透膜向鹽水?dāng)U散的穿過半透膜向鹽水?dāng)U散滲透滲透，當(dāng)純水，當(dāng)純水 的擴(kuò)散滲透透達(dá)到動態(tài)平衡時，在鹽水

54、的擴(kuò)散滲透透達(dá)到動態(tài)平衡時，在鹽水 一側(cè)產(chǎn)生一個高度為一側(cè)產(chǎn)生一個高度為a的液面差。該液的液面差。該液 柱的壓力等于水向鹽水?dāng)U散的滲透壓。柱的壓力等于水向鹽水?dāng)U散的滲透壓。 若在鹽水一側(cè)施加一個比滲透壓大的外若在鹽水一側(cè)施加一個比滲透壓大的外 界壓力界壓力p時，鹽水中的水將通過半透膜反時，鹽水中的水將通過半透膜反 向擴(kuò)散滲透到純水中去，這一現(xiàn)象稱為向擴(kuò)散滲透到純水中去，這一現(xiàn)象稱為 反滲透反滲透。滲透壓越大，反滲透壓越高。滲透壓越大，反滲透壓越高。 滲透壓滲透壓 tckrtck sisi 08206.0 ki：范托夫系數(shù)；：范托夫系數(shù)； cs：溶液中溶質(zhì)的摩爾濃度（：溶液中溶質(zhì)的摩爾濃度（mo

55、l/l）；）； t：絕對溫度：絕對溫度 （2）反滲透膜基本性能指標(biāo)）反滲透膜基本性能指標(biāo) 反滲透膜分為荷電膜和非荷電膜。荷電膜分反滲透膜分為荷電膜和非荷電膜。荷電膜分 離機(jī)理是膜帶電產(chǎn)生道南（離機(jī)理是膜帶電產(chǎn)生道南（donnan）效應(yīng)）效應(yīng) （泵效應(yīng)），由于庫侖力使鹽分完全排除，（泵效應(yīng)），由于庫侖力使鹽分完全排除， 從而達(dá)到分離的目的。非荷電膜有毛細(xì)管流從而達(dá)到分離的目的。非荷電膜有毛細(xì)管流 學(xué)說、溶解學(xué)說、溶解-擴(kuò)散模型、孔隙開閉學(xué)說等。擴(kuò)散模型、孔隙開閉學(xué)說等。 性能指標(biāo)有透水率、透鹽率、抗壓實(shí)性（壓性能指標(biāo)有透水率、透鹽率、抗壓實(shí)性（壓 密系數(shù)）。密系數(shù)）。 透水率透水率(fw) 單位

56、時間內(nèi)通過單位膜面積的水體積流量：單位時間內(nèi)通過單位膜面積的水體積流量： a：膜的水滲透系數(shù)：膜的水滲透系數(shù)cm3/(cm2smpa)； p：膜兩側(cè)的壓力差（：膜兩側(cè)的壓力差（mpa） ；：膜兩側(cè)膜兩側(cè) 的滲透壓（的滲透壓（mpa）。）。 )(pafw 透鹽率（透鹽率（fs） 鹽通過膜的速率：鹽通過膜的速率： fs = b (c2 c3) b ：膜的透鹽系數(shù)；：膜的透鹽系數(shù)；c2 ：膜高壓側(cè)界面上水溶：膜高壓側(cè)界面上水溶 液的溶質(zhì)濃度（液的溶質(zhì)濃度（g/l）；）； c3 ：膜低壓側(cè)界面上：膜低壓側(cè)界面上 水溶液的溶質(zhì)濃度（水溶液的溶質(zhì)濃度（g/l）。）。 fs越小，膜的脫越小，膜的脫 鹽率越高

57、。鹽率越高。 膜的分離性能可用脫鹽率（膜的分離性能可用脫鹽率（r0）表示：）表示： r0 = （1-c3/c1）100% c1 ：膜高壓側(cè)界面上水溶液本體的溶質(zhì)濃度：膜高壓側(cè)界面上水溶液本體的溶質(zhì)濃度 （g/l）。）。 抗壓實(shí)性（壓密系數(shù)（抗壓實(shí)性（壓密系數(shù)（m） tm f f w wt lglg 1 fwt：第：第t h時的透水率；時的透水率； fw1：第：第1 h時的透水率；時的透水率； t：操作時間。：操作時間。 （3）反滲透裝置）反滲透裝置 膜組件和泵。膜組件和泵。 主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空主要有板框式、管式、螺旋卷式和中空 纖維時四種。纖維時四種。 反滲透與電滲析的比較 鹽

58、和水 鹽和水 鹽 水陽離子陰離子 水 水 反滲透 電滲析 p e e p （4）反滲透分離技術(shù)的應(yīng)用）反滲透分離技術(shù)的應(yīng)用 苦鹽水及海水脫鹽苦鹽水及海水脫鹽 處理工業(yè)廢水、生活廢水處理工業(yè)廢水、生活廢水 在食品中的應(yīng)用在食品中的應(yīng)用 8.3 反滲透分離技術(shù)反滲透分離技術(shù) 1. 反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn) 滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前就滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前就 已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。 目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn) 代

59、分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水 制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方法不制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方法不 可比擬的優(yōu)勢?？杀葦M的優(yōu)勢。 圖圖 滲透與反滲透原理示意圖滲透與反滲透原理示意圖 滲透和反滲透的原理如下圖所示。滲透和反滲透的原理如下圖所示。 如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透 膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會自然地透過膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會自然地透過 半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷 移，這一現(xiàn)象稱滲

60、透移，這一現(xiàn)象稱滲透（圖（圖a）。這一過程的推動力是。這一過程的推動力是 低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué) 位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。 隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高， 壓力增大。當(dāng)液面升高至壓力增大。當(dāng)液面升高至h時，滲透達(dá)到平衡，兩時，滲透達(dá)到平衡，兩 側(cè)的壓力差就稱為滲透壓側(cè)的壓力差就稱為滲透壓（圖（圖b）。滲透過程達(dá)到。滲透過程達(dá)到 平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。 如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液如果在