膜分離技術(shù)及其應(yīng)用

1、LOGO膜分離技術(shù)及其應(yīng)用膜分離技術(shù)及其應(yīng)用LOGOContents 膜分離技術(shù)的研究背景膜分離技術(shù)的研究背景1膜分離技術(shù)原理膜分離技術(shù)原理2 膜分離技術(shù)的應(yīng)用膜分離技術(shù)的應(yīng)用3 膜材料、分類及裝置膜材料、分類及裝置常用膜分離分類及特性常用膜分離分類及特性3 新的膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展新的膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展4LOGO一、膜分離技術(shù)研究背景一、膜分離技術(shù)研究背景 膜分離技術(shù)的概念：膜分離技術(shù)的概念：膜分離過程是用天然的或合成的、具有選擇透過性的薄膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差）時(shí)，原料側(cè)液體或氣體混合物中的某一或某些組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離、分級(jí)、提

2、純或富集的目的。 LOGO膜分離技術(shù)的研究背景膜分離技術(shù)的研究背景20世紀(jì)50年代20世紀(jì)90年代滲透滲透汽化汽化20世紀(jì)40年代 20 世紀(jì) 30 年代Your T 膜分離技術(shù)的發(fā)展膜分離技術(shù)的發(fā)展 ：膜分離現(xiàn)象早在 250 多年以前就被發(fā)現(xiàn), 是膜分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在 20 世紀(jì) 60 年代以后。其大致的發(fā)展史為: 20世紀(jì)60年代20世紀(jì)70年代20世紀(jì)80年代微孔微孔 過濾過濾滲析滲析電滲析電滲析反滲透反滲透超濾超濾氣體氣體分離分離LOGO膜分離技術(shù)研究背景膜分離技術(shù)研究背景 數(shù)十年來, 膜分離技術(shù)發(fā)展迅速, 特別是 90 年代以后,隨著膜 (TFC 膜) 的研制成功, 膜分離技術(shù)的

3、應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面。膜分離技術(shù)作為一種新興的高效分離技術(shù), 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、電子、輕工、紡織、石油、食品、醫(yī)藥、生物工程、能源工程等。國(guó)外有關(guān)專家甚至把膜分離技術(shù)的發(fā)展稱為 “第三次工業(yè)革命”。膜分離技術(shù)被認(rèn)為是 20 世紀(jì)末至 21 世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。LOGO二、常用膜分離分類及特性二、常用膜分離分類及特性 (1)多數(shù)膜分離過程無相變發(fā)生，能耗通常較低。（2）膜分離過程一般無需從外界加入其它物質(zhì)，從而可以節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。 （3）膜分離技術(shù)可以是分離和濃縮、分離和反應(yīng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)，從而大大提高了分離效應(yīng)。 （4）膜分離技術(shù)通常在溫和的條件下

4、進(jìn)行，因而特別適用于熱敏物質(zhì)的分離、分級(jí)、濃縮和富集。膜分離可以確保不發(fā)生局部過熱現(xiàn)象，大大提高了藥品使用的安全性。 （5）膜分離過程不僅適用于病毒、細(xì)菌到微粒廣泛范圍的有機(jī)物和無機(jī)物的分離，而且還適用于許多由理化性質(zhì)相近化合物構(gòu)成的混合物共沸物或近沸物的分離以及一些特殊溶液體系的分離。 （6）膜分離過程的規(guī)模和處理能力可在很大的范圍內(nèi)變化，而其效率、設(shè)備單價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等都變化不大。 （7）膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，可在頻繁的啟用下工作，易自控和維修，而且膜分離可以直接插入已有的生產(chǎn)工藝流程。以上特點(diǎn)決定了膜分離技術(shù)在藥物分離中具有廣泛的用途。LOGO常用膜分離分類及特性常用膜分離分類及特性L

5、OGO常用膜分離分類及特性常用膜分離分類及特性LOGO三、膜材料、分類及裝置三、膜材料、分類及裝置 膜材料分類：膜材料分類：有機(jī)和無機(jī)兩大類。 有機(jī)材料：有機(jī)材料：包括纖維素類、聚酰胺類、芳香雜環(huán)類、聚砜類、聚烯烴類、硅橡膠類、含氟高分子類等; 無機(jī)材料：無機(jī)材料：主要以金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃等為主。LOGO膜材料、分類及裝置膜材料、分類及裝置 根據(jù)膜的形狀, 膜分離裝置基本上可分為如下5 類: 板式結(jié)構(gòu)、管式結(jié)構(gòu)、卷式結(jié)構(gòu)、中空纖維結(jié)構(gòu)、旋葉式動(dòng)態(tài)膜裝置。 板式結(jié)構(gòu) 管式結(jié)構(gòu) 卷式結(jié)構(gòu)LOGO 膜材料、分類及裝置膜材料、分類及裝置 中空纖維膜結(jié)構(gòu) 旋葉式動(dòng)態(tài)膜慮機(jī)LOGO四、膜分離

6、技術(shù)的原理四、膜分離技術(shù)的原理一、微濾分離機(jī)理： 一般認(rèn)為微濾的分離機(jī)理為篩分機(jī)理，膜的物理結(jié)構(gòu)起決定性作用。此外，吸附和電性能等因素對(duì)截留也有一定的影響。微濾膜的截留作用機(jī)理因其結(jié)構(gòu)上的差異大體可分為兩大類 （1）膜的表面截留；（2）膜內(nèi)部截留； 二、超濾分離原理 超濾主要是以篩孔作用為主的薄膜過濾.在一定壓力下溶劑或小分子量的物質(zhì)可透過膜,而大分子物質(zhì)及微細(xì)顆粒卻被阻留,從而達(dá)到凈化分離的目的，超濾膜通常為不對(duì)稱結(jié)構(gòu),膜孔徑的大小和膜表面的性質(zhì)起著不同的截留作用.LOGO膜分離技術(shù)的原理膜分離技術(shù)的原理 三、反滲透分離原理 反滲透是與自然滲透過程相反的膜分離過程.滲透和反滲透是通過半透膜來

7、完成的.在濃溶液一側(cè)施加比自然滲透壓更高的壓力,迫使?jié)馊芤褐腥軇┓聪蛲高^膜,流向稀溶液一側(cè),從而達(dá)到分離提純目的。滲透壓的大小與溶液性質(zhì)有關(guān)而與膜無關(guān).物質(zhì)遷移過程常用氫鍵理論、優(yōu)先吸附一毛細(xì)管流動(dòng)理論、溶解擴(kuò)散理論來解釋。四、電滲析的分離原理 電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下,以電位差為推動(dòng)力,利用離子交換膜的選擇透過性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來,從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、精制或純化目的。常用雙電層理論和杜南膜平衡理論解釋.LOGO膜分離技術(shù)的原理膜分離技術(shù)的原理 五、液膜分離原理 液膜分離技術(shù)是膜分離技術(shù)的重要分支,具有高選擇高傳質(zhì)速率。它通過兩液相間形成的界面一液相膜,將兩種組成不同但又互相混溶的溶

8、液隔開,經(jīng)選擇性滲透,使物質(zhì)分離提純。液膜主要由膜溶劑(水或有機(jī)溶劑)、表面活性劑(乳化劑)和添加劑組成,按其構(gòu)型和操作方式不同,可分為乳狀液膜和支撐液膜,常用溶解一擴(kuò)散機(jī)理來解釋。膜表面的載體提高了特定配體在膜表面的濃度,從而達(dá)到分離目的.LOGO新型膜分離技術(shù)的原理新型膜分離技術(shù)的原理 六、膜蒸餾分離原理 膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程,所用的膜為不被待處理的溶液潤(rùn)濕的疏水微孔膜.膜的一側(cè)與熱的待處理溶液直接接觸(稱為熱側(cè)),另一側(cè)直接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè)),熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化,通過膜進(jìn)人冷側(cè)并被冷凝成液相,其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè),從而實(shí)現(xiàn)混

9、合物分離或提純的目的。在膜蒸餾過程中,不存在液體混合和霧沫夾帶現(xiàn)象,對(duì)離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無法擴(kuò)散透過膜的組分的截留達(dá)到100%.LOGO新型膜分離技術(shù)的原理新型膜分離技術(shù)的原理 一、鈉膜分離原理 納濾又稱超低壓反滲透,是膜分離技術(shù)的一個(gè)新興領(lǐng)域,其分離性能介于反滲透與超濾之間,允許一些無機(jī)鹽和某些溶劑透過膜,從而達(dá)到分離目的。納濾膜特有的功能是反滲透膜和超濾膜無法取代的,它兼有反滲透和超濾的工作原理。 二、泡沫分離原理 泡沫分離過程是利用待分離物質(zhì)本身具有表面活性（如表面活性劑）或能與表面活性劑通過化學(xué)的、物理的力結(jié)合在一起（如金屬離子、有機(jī)化合物、蛋白質(zhì)和酶等），在鼓泡塔中被吸

10、附在起跑表面，得以富集，籍氣泡上升帶出溶劑主體，達(dá)到凈化主體液、濃縮待分離物質(zhì)的目的。LOGO五、膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用五、膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用 1 、在化工及石油工業(yè)中的應(yīng)用 目前國(guó)內(nèi)一些磷肥生產(chǎn)企業(yè)采用微濾膜分離去除磷石膏廢水中含氟的化合物。 氣體分離在化工和石油化工方面的應(yīng)用也頗具意義, 例如: 在合成氨工藝中回收 H2; 在 3 次石油回采中從甲烷中分離 CO2; 由膜分離氧和氮。LOGO膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用 2、 在食品工業(yè)中的應(yīng)用 膜分離技術(shù)用于食品工業(yè)開始于 20 世紀(jì) 60 年代末, 首先是從乳品加工和啤酒的無菌過濾開始的, 隨

11、后逐漸用于果汁、飲料加工、酒精類精制等方面。至今, 膜分離技術(shù)在食品加工中已得到廣泛應(yīng)用。LOGO膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用 3 、在醫(yī)藥工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備方面的應(yīng)用 膜分離技術(shù)在這方面的應(yīng)用已經(jīng)有 30 多年的歷史, 現(xiàn)在微濾、超濾、反滲透和滲透等膜技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。在制藥工業(yè)中膜技術(shù)主要用于: (1) 利用微濾技術(shù)進(jìn)行藥物澄清; (2) 利用超濾和反滲透技術(shù)進(jìn)行藥液精制和濃縮; (3) 利用分滲透技術(shù)制備滅菌水, 除熱原水和注射水等; (4) 滲析技術(shù)在醫(yī)藥科學(xué)中的典型應(yīng)用是人工模擬腎臟進(jìn)行血液的透析分離; (5) 利用親合膜技術(shù), 通過

12、在膜上固載特定的功能配位鍵。在醫(yī)療設(shè)備方面除了用于藥物控制釋放的膜技術(shù)外, 膜式人工肺、人工腎也都應(yīng)用了膜分離技術(shù)。隨著新的膜材料的出現(xiàn)以及膜成本的降低, 膜技術(shù)將會(huì)在醫(yī)藥和醫(yī)院中起到更重要的作用。LOGO膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用4 、在生物技術(shù)中的應(yīng)用 在生物技術(shù)方面, 應(yīng)用最廣泛的是微濾和超濾技術(shù)。例如: 從植物或動(dòng)物組織萃取液中進(jìn)行酶的精制; 從發(fā)酵液或反應(yīng)液中進(jìn)行產(chǎn)物的分離、濃縮等。膜技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)加水分解或糖液生產(chǎn), 有助于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量, 提高產(chǎn)品的收率和降低成本。由于應(yīng)用分離膜可以在室溫下進(jìn)行物理化學(xué)分離, 所以它特別適合于熱敏性生物物質(zhì)的分離?？?/p>

13、以想象膜分離技術(shù)在生物技術(shù)方面將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。LOGO膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用 5 、在環(huán)境工程中的應(yīng)用 隨著工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展, 水源和大氣被污染更加嚴(yán)重, 這就要求人們提高對(duì)它們進(jìn)行處理凈化的能力, 因此膜分離技術(shù)在環(huán)境工程中的地位越來越突出。應(yīng)用膜分離技術(shù)來處理工業(yè)廢水、廢氣已經(jīng)被證明是卓有成效的, 在不少?gòu)U水處理中膜分離技術(shù)能實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán), 在消除污染的同時(shí)變廢為寶,取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。除了微濾、超濾、反滲透、電滲析的過程外, 滲透汽化的其他膜技術(shù)也將在 21 世紀(jì)的環(huán)境工程中發(fā)揮極其重要的作用。LOGO六六 、近幾年新的膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展、近幾年新的膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展1、 CO2膜分離技術(shù)，和其他傳統(tǒng)分離技術(shù)相比有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，很多研究團(tuán)隊(duì)都在針對(duì)膜在 CO2的分離方面進(jìn)行深入研究，并且也取得了一些較好的成果。但與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用還存在一定的差距。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，目前膜材料的開發(fā)仍然難以擺脫價(jià)格的限制，仍然很少出現(xiàn)能夠商業(yè)化的膜材料及其組件；其次，目前CO2膜分離技術(shù)大多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，缺乏膜在長(zhǎng)期的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的條件下的一些性能參數(shù)與信息，另外，一些常見的其他