生物分離工程第6章膜分離ppt課件

1、第六章第六章 膜分別膜分別生物分別過程的普通流程生物分別過程的普通流程原料液原料液細胞分別細胞分別( (離心，過濾離心，過濾) )細胞胞內(nèi)產(chǎn)物細胞胞內(nèi)產(chǎn)物道路一道路一道路二道路二細胞破碎細胞破碎碎片分別碎片分別道路一道路一A A道路一道路一B B清液胞外產(chǎn)物清液胞外產(chǎn)物粗分別粗分別( (鹽析、萃取、超越濾等鹽析、萃取、超越濾等) )純化純化( (層析、電泳層析、電泳) )脫鹽脫鹽( (凝膠過濾、超越濾凝膠過濾、超越濾) )濃縮濃縮( (超越濾超越濾) )精制精制( (結(jié)晶、枯燥結(jié)晶、枯燥) )包含體包含體溶解溶解( (加鹽酸胍、脲加鹽酸胍、脲) )復性復性 第一節(jié)第一節(jié) 膜分別技術(shù)概述膜分別技

2、術(shù)概述 第二節(jié)第二節(jié) 膜分別安裝膜分別安裝 第三節(jié)第三節(jié) 極化、污染景象和控制極化、污染景象和控制 第四節(jié)第四節(jié) 典型的膜分別技術(shù)及運用領(lǐng)域典型的膜分別技術(shù)及運用領(lǐng)域第一節(jié)第一節(jié) 膜分別技術(shù)概述膜分別技術(shù)概述一、一、 根本概念根本概念 所謂的膜，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體所謂的膜，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。通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。 膜的特性：膜的特性： 不論膜多薄不論膜多薄, , 它必需有兩個界面。這兩個界面分別它必需有兩個界面

3、。這兩個界面分別與兩側(cè)的流體相接觸與兩側(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。物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。膜膜(Membrane)是什么？有何特性？是什么？有何特性？膜分別過程原理：以選擇性透膜為分別介質(zhì)，膜分別過程原理：以選擇性透膜為分別介質(zhì)，經(jīng)過在膜兩邊施加一個推進力如濃度差、壓經(jīng)過在膜兩邊施加一個推進力如濃度差、壓力差或電位差等時，使原料側(cè)組分選擇性地力差或電位差等時，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以到達分別提純的目的。通常膜原料透過膜，以到達分別提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜上游，透過側(cè)稱

4、為膜下游。側(cè)稱為膜上游，透過側(cè)稱為膜下游。膜上游膜上游 透膜透膜 膜下游膜下游選擇性透膜選擇性透膜 膜的種類膜的種類陽離子膜陽離子膜陰離子膜陰離子膜分別膜分別膜高分子膜高分子膜液體膜液體膜生物膜生物膜帶電膜帶電膜非帶電膜非帶電膜微濾膜微濾膜超濾膜超濾膜反浸透膜反浸透膜納米濾膜納米濾膜1748年，耐克特年，耐克特A. Nelkt發(fā)現(xiàn)水能自動地分散發(fā)現(xiàn)水能自動地分散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜浸透的研討。到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜浸透的研討。1861年，施密特年，施密特A. Schmidt首先提出了超越首先提出了超越濾的概念。按現(xiàn)代觀念，這種膜屬于微濾膜。濾的概念。按現(xiàn)代觀念，這種膜屬于微濾

5、膜。二、二、 膜分別技術(shù)開展簡史膜分別技術(shù)開展簡史1950年年W.Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的適用化根底。奠定了電滲析的適用化根底。1961年，米切利斯年，米切利斯A. S. Michealis等人用各種等人用各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水丙酮丙酮溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超濾膜。美國的膜，這種膜是真正的超濾膜。美國Amicon公司公司首先將這種膜商品化。首先將這種膜商品化。 60年代洛布年代洛布(Loeb)與索里拉簡

6、與索里拉簡(Sourirajan)發(fā)明了發(fā)明了第一代高性能的非對稱性醋酸纖維素膜第一代高性能的非對稱性醋酸纖維素膜, 把反浸透把反浸透(RO)初次用于海水及苦咸水淡化。初次用于海水及苦咸水淡化。1967年，年，DuPont公司研制勝利了以尼龍公司研制勝利了以尼龍66為主為主要組分的中空纖維反浸透膜組件。同一時期，丹要組分的中空纖維反浸透膜組件。同一時期，丹麥麥DDS公司研制勝利平板式反浸透膜組件。反浸公司研制勝利平板式反浸透膜組件。反浸透膜開場工業(yè)化。透膜開場工業(yè)化。 1979年年Monsanto公司用于公司用于H2/N2分別的分別的Prism系系統(tǒng)的建立統(tǒng)的建立, 將氣體分別推向工業(yè)化運用。

7、將氣體分別推向工業(yè)化運用。1985年年Dow化學公司向市場提供以富化學公司向市場提供以富N2為目的空氣分別為目的空氣分別器器“Generon氣體分別用于石油、化工、天然氣體分別用于石油、化工、天然氣消費等領(lǐng)域氣消費等領(lǐng)域, 大大提高了過程的經(jīng)濟效益。大大提高了過程的經(jīng)濟效益。 80年代后期進入工業(yè)運用的膜分別技術(shù)是用浸透年代后期進入工業(yè)運用的膜分別技術(shù)是用浸透汽化進展醇類等恒沸物脫水，由于該過程的能耗汽化進展醇類等恒沸物脫水，由于該過程的能耗僅為恒沸精餾的僅為恒沸精餾的1/31/2，且不運用苯等挾帶劑，且不運用苯等挾帶劑，在取代恒沸精餾及其它脫水技術(shù)上具有很大的經(jīng)在取代恒沸精餾及其它脫水技術(shù)上

8、具有很大的經(jīng)濟優(yōu)勢。德國濟優(yōu)勢。德國GFT公司是率先開發(fā)勝利獨一商品公司是率先開發(fā)勝利獨一商品GFT膜的公司。膜的公司。 90年代初向巴西、德、法、美、英等國出賣了年代初向巴西、德、法、美、英等國出賣了100多套消費安裝，其中最大的為年產(chǎn)多套消費安裝，其中最大的為年產(chǎn)4萬噸無水萬噸無水乙醇的工業(yè)安裝，建于法國。除此之外，用乙醇的工業(yè)安裝，建于法國。除此之外，用PV法法進展水中少量有機物脫除及某些有機有機混合進展水中少量有機物脫除及某些有機有機混合物分別物分別, 例如水中微量含氯有機物分別，例如水中微量含氯有機物分別，MTBE/甲醇分別甲醇分別, 近年也有中試規(guī)模的研報導。近年也有中試規(guī)模的研報

9、導。 60年代初年代初,馬丁馬丁Martin在研討反浸透時發(fā)現(xiàn)人造液膜，在研討反浸透時發(fā)現(xiàn)人造液膜，為支撐液膜。為支撐液膜。60年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)現(xiàn)含有外表活性劑的年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)現(xiàn)含有外表活性劑的水和油能構(gòu)成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體膜支撐的新型水和油能構(gòu)成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體膜支撐的新型液膜，并于液膜，并于1968年獲得純粹液膜的第一項專利。年獲得純粹液膜的第一項專利。70年代初，卡斯勒年代初，卡斯勒Cussler又研制勝利含流動載體的液又研制勝利含流動載體的液膜，使液膜分別技術(shù)具有更高的選擇性。膜，使液膜分別技術(shù)具有更高的選擇性。液膜的開展液膜的開展

10、從從1958年離子交換膜研討開場的。年離子交換膜研討開場的。60年代進入開創(chuàng)階段。年代進入開創(chuàng)階段。65年開場對反浸透膜進展年開場對反浸透膜進展探求，探求，66年上?；S聚乙烯異相離子交換膜正年上海化工廠聚乙烯異相離子交換膜正式投產(chǎn)，為電滲析工業(yè)運用奠定了根底。式投產(chǎn)，為電滲析工業(yè)運用奠定了根底。67年海年海水淡化會戰(zhàn)對我國膜科學技術(shù)的提高起了積極的水淡化會戰(zhàn)對我國膜科學技術(shù)的提高起了積極的推進作用。推進作用。70年代進入開發(fā)階段。相繼對電滲析、反浸透、年代進入開發(fā)階段。相繼對電滲析、反浸透、超濾和微濾膜及組件進展研討開發(fā)。超濾和微濾膜及組件進展研討開發(fā)。國內(nèi)開展國內(nèi)開展 80年代進入推行運

11、用階段。年代進入推行運用階段。80年代中期我國氣體分別膜年代中期我國氣體分別膜的研討獲得長足提高，的研討獲得長足提高，1985年中國科學院大連化物所初次年中國科學院大連化物所初次研制勝利中空纖維研制勝利中空纖維N2/H2分別器分別器, 主要性能目的接近國外主要性能目的接近國外同類產(chǎn)品目的同類產(chǎn)品目的, 現(xiàn)已投入批量消費現(xiàn)已投入批量消費, 每套本錢僅為進口安裝每套本錢僅為進口安裝的的1/3。我國浸透汽化。我國浸透汽化(PV)過程研討開場于過程研討開場于1984年。年。 90年代以來年代以來, 復合膜的制備獲得了較大進展復合膜的制備獲得了較大進展, 1992年年, 我系我系研制的改性研制的改性PV

12、A/PAN復合膜經(jīng)過技術(shù)鑒定復合膜經(jīng)過技術(shù)鑒定, 98年在燕化建年在燕化建立我國第一個千噸級苯脫水示范工程立我國第一個千噸級苯脫水示范工程, 為我國為我國PV技術(shù)的工技術(shù)的工業(yè)化運用奠定了根底。業(yè)化運用奠定了根底。 三、膜分別的特點三、膜分別的特點高效：在很多情況下選擇性較高，能有選高效：在很多情況下選擇性較高，能有選擇性地透過某些物質(zhì)，而阻撓另一些物質(zhì)擇性地透過某些物質(zhì)，而阻撓另一些物質(zhì)的透過的透過 ；濃縮和純化可在一個步驟內(nèi)完成。；濃縮和純化可在一個步驟內(nèi)完成。節(jié)能：操作在常溫下進展；不發(fā)生相變化節(jié)能：操作在常溫下進展；不發(fā)生相變化因此能耗較低。因此能耗較低。設備易放大，可以分批或延續(xù)操作

13、。設備易放大，可以分批或延續(xù)操作。無污染：是物理過程，不需參與化學試劑。無污染：是物理過程，不需參與化學試劑。因此在生物產(chǎn)品的處置中占有重要位置因此在生物產(chǎn)品的處置中占有重要位置四、四、 膜的分類膜的分類1. 按膜的資料分類按膜的資料分類 表表1 膜資料的分類膜資料的分類類類 別別膜資料膜資料舉舉 例例纖維素酯類纖維素酯類纖維素衍生物纖維素衍生物類類醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯非纖維素酯類類聚砜類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰聚酰(亞亞)胺類胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺聚砜酰胺，芳

14、香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等等聚酯、烯烴類聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟含氟(硅硅)類類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等烷等其他其他殼聚糖，聚電解質(zhì)等殼聚糖，聚電解質(zhì)等2. 按膜的分別原理及適用范圍分類按膜的分別原理及適用范圍分類 根據(jù)分別膜的分別原理和推進力的不同，可將根據(jù)分別膜的分別原理和推進力的不同，可將其分為微孔膜、超濾膜、反浸透膜、納濾膜、滲其分為微孔膜、超濾膜、反浸透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、浸透蒸發(fā)膜等。析膜、電滲析膜、浸透蒸發(fā)膜等。3. 按膜的形狀分類按膜的形狀分類 按膜的外形分

15、為平板膜按膜的外形分為平板膜(Flat Membrane)、管式、管式膜膜(Tubular Membrane)和中空纖維膜和中空纖維膜(Hollow Fiber)。4. 按膜的構(gòu)造分類按膜的構(gòu)造分類 1對稱膜對稱膜(Symmetric Membrane) 2非對稱膜非對稱膜(Asymmetric Membrane) 3復合膜復合膜(Composite Membrane)五、五、 膜分別過程的類型膜分別過程的類型 分別膜的根本功能是從物質(zhì)群中有選擇地分別膜的根本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或保送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、透過或保送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等。離子等。 物質(zhì)的分別是經(jīng)過膜的選

16、擇性透過實現(xiàn)的。物質(zhì)的分別是經(jīng)過膜的選擇性透過實現(xiàn)的。表表2 2 幾種主要分別膜的分別過程幾種主要分別膜的分別過程膜過程膜過程推進推進力力傳送機理傳送機理透過物透過物截留物截留物膜類型膜類型微濾微濾壓力壓力差差顆粒大小外形顆粒大小外形水、溶劑溶解水、溶劑溶解物物懸浮物顆粒懸浮物顆粒纖維多孔膜纖維多孔膜超濾超濾壓力壓力差差分子特性大小外分子特性大小外形形水、溶劑小分水、溶劑小分子子膠體和超越膠體和超越截留分子量截留分子量的分子的分子非對稱性膜非對稱性膜納濾納濾壓力壓力差差離子大小及電荷離子大小及電荷水、一價離子、水、一價離子、多價離子多價離子有機物有機物復合膜復合膜反浸透反浸透壓力壓力差差溶劑的

17、分散傳送溶劑的分散傳送水、溶劑水、溶劑溶質(zhì)、鹽溶質(zhì)、鹽非對稱性膜非對稱性膜復合膜復合膜膜過程膜過程推進力推進力傳送機理傳送機理透過物透過物截留物截留物膜類型膜類型滲析滲析濃度差濃度差溶質(zhì)的分散傳溶質(zhì)的分散傳送送低分子量物、離低分子量物、離子子溶劑溶劑非對稱性膜非對稱性膜電滲析電滲析電位差電位差電解質(zhì)離子的電解質(zhì)離子的選擇傳送選擇傳送電解質(zhì)離子電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)大分子物質(zhì)離子交換膜離子交換膜氣體分別氣體分別壓力差壓力差氣體和蒸汽的氣體和蒸汽的分散浸透分散浸透氣體或蒸汽氣體或蒸汽難浸透性氣難浸透性氣體或蒸汽體或蒸汽均相膜、復均相膜、復合膜，非對合膜，非對稱膜稱膜浸透蒸發(fā)浸透蒸

18、發(fā)壓力差壓力差選擇傳送選擇傳送易滲溶質(zhì)或溶劑易滲溶質(zhì)或溶劑難浸透性溶難浸透性溶質(zhì)或溶劑質(zhì)或溶劑均相膜、復均相膜、復合膜，非對合膜，非對稱膜稱膜液膜分別液膜分別濃度差濃度差反響促進和反響促進和分散傳送分散傳送雜質(zhì)雜質(zhì)溶劑溶劑乳狀液膜、乳狀液膜、支撐液膜支撐液膜續(xù)上表續(xù)上表五、五、 膜資料膜資料有機高分子資料有機高分子資料 無機資料無機資料天然高分子資料天然高分子資料合成高分子資料合成高分子資料膜資料膜資料 目前，適用的有機高分子膜資料有：纖維素目前，適用的有機高分子膜資料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他資料。酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他資料。 以日本為例，纖維素酯類膜占以日本為例，纖維素酯

19、類膜占53，聚砜膜，聚砜膜占占33.3，聚酰胺膜占，聚酰胺膜占11.7，其他資料的膜，其他資料的膜占占2。1. 天然資料天然資料-纖維素酯類膜資料纖維素酯類膜資料 纖維素是由幾千個椅式構(gòu)型的葡萄糖基經(jīng)過纖維素是由幾千個椅式構(gòu)型的葡萄糖基經(jīng)過1, 4甙鏈銜接起來的天然線性高分子化合物，甙鏈銜接起來的天然線性高分子化合物，其構(gòu)造式為：其構(gòu)造式為：OHOHOHHOH HOHHCH2OHHHOH HOHHOCH2OHOOHOHOHHOH HOHHCH2OHHHHOH HOHHOCH2OHHn_22 從構(gòu)造上看，每個葡萄糖單元上有三個羥基。從構(gòu)造上看，每個葡萄糖單元上有三個羥基。在催化劑如硫酸、高氯酸或

20、氧化鋅存在下，能在催化劑如硫酸、高氯酸或氧化鋅存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進展酯化反響，得到二醋酸纖維與冰醋酸、醋酸酐進展酯化反響，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。素或三醋酸纖維素。 C6H7O2 + (CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH 醋酸纖維素是當今最重要的膜資料之一。醋酸纖維素是當今最重要的膜資料之一。優(yōu)點：優(yōu)點： 透過速度大透過速度大 截留鹽的才干強截留鹽的才干強 易于制備易于制備 來源豐富來源豐富缺陷：缺陷： 易受微生物侵蝕；易受微生物侵蝕； pHpH值順應范圍較

21、窄；值順應范圍較窄； 不耐高溫；不耐高溫； 與某些有機溶劑或無機溶劑作用。與某些有機溶劑或無機溶劑作用。醋酸纖維素膜的構(gòu)造表示圖99表皮層，孔徑表皮層，孔徑8101010m過渡層，孔徑過渡層，孔徑2001010m多孔層，孔徑多孔層，孔徑100040001010m1%顯顯微微鏡鏡下下膜膜的的照照片片2.合成高分子資料合成高分子資料 聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物等。離子聚合物等。特點：耐熱、耐酸堿、耐生物腐蝕的，強度特點：耐熱、耐酸堿、耐生物腐蝕的，強度高，高，pH值順應范圍為值順應范圍為113，最高運用溫度，最高運用溫度達達120，抗氧化性和抗氯性都非常

22、優(yōu)良。，抗氧化性和抗氯性都非常優(yōu)良。 聚砜類膜資料脂肪族聚酰胺：如尼龍脂肪族聚酰胺：如尼龍4、尼龍、尼龍66等制成的中等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對鹽水的分別率在空纖維膜。這類產(chǎn)品對鹽水的分別率在8090之間，但透水率很低，僅之間，但透水率很低，僅0.076 ml/cm2h。芳香族聚酰胺：芳香族聚酰胺：pH適用范圍廣適用范圍廣311；分別率高，；分別率高，可達可達99.5對鹽水；透水速率大對鹽水；透水速率大0.6 ml/cm2h；長期運用穩(wěn)定性好。但酰胺基團易與；長期運用穩(wěn)定性好。但酰胺基團易與氯反響。氯反響。聚酰胺類膜資料聚酰胺類膜資料 離子性聚合物可用于制備離子交換膜。與離子離子性聚合物可

23、用于制備離子交換膜。與離子交換樹脂一樣，離子交換膜也可分為強酸型陽離子交換樹脂一樣，離子交換膜也可分為強酸型陽離子膜、弱酸型陽離子膜、強堿型陰離子膜和弱堿型陰膜、弱酸型陽離子膜、強堿型陰離子膜和弱堿型陰離子膜等。在淡化海水的運用中，主要運用的是強離子膜等。在淡化海水的運用中，主要運用的是強酸型陽離子交換膜。酸型陽離子交換膜。 磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的兩種離磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的兩種離子聚合物膜。子聚合物膜。常見資料的最高允許運用溫度常見資料的最高允許運用溫度稱號稱號溫度溫度二醋酸纖維素二醋酸纖維素CA 聚酰胺聚酰胺 聚苯并咪唑聚苯并咪唑 聚苯并咪唑酮聚苯并咪唑酮 磺化聚苯

24、醚磺化聚苯醚 磺化聚砜磺化聚砜 聚醚砜酮聚醚砜酮35 35 9070 70 120 160 無機膜多以金屬及其氧化物、多孔玻璃、無機膜多以金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷為資料。從構(gòu)造上可分為致密膜、多陶瓷為資料。從構(gòu)造上可分為致密膜、多孔膜和復合非對稱修正膜三種?？啄ず蛷秃戏菍ΨQ修正膜三種。3.無機膜資料無機膜資料六、六、 膜的制備膜的制備分別膜制備工藝類型分別膜制備工藝類型 常用的兩種方法：常用的兩種方法：相轉(zhuǎn)化法相轉(zhuǎn)化法復合膜化法。復合膜化法。1 相轉(zhuǎn)化制膜工藝相轉(zhuǎn)化制膜工藝 將均質(zhì)的制膜液經(jīng)過溶劑的揮發(fā)或向溶液參與非溶劑將均質(zhì)的制膜液經(jīng)過溶劑的揮發(fā)或向溶液參與非溶劑或加熱制膜液，使液相轉(zhuǎn)

25、變?yōu)楣滔嗟倪^程。相轉(zhuǎn)化制或加熱制膜液，使液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法是膜工藝中最重要的方法是LS型制膜法。型制膜法。加拿大人勞勃加拿大人勞勃S. Leob和索里拉金和索里拉金S. Sourirajan發(fā)明的，并首先用于制造醋酸纖維素膜。發(fā)明的，并首先用于制造醋酸纖維素膜。 聚合物溶劑添加劑均質(zhì)制膜液流涎法制成平板型、圓管型；紡絲法制成中空纖維蒸出部分溶劑凝固液浸漬水洗后處置非對稱膜圖圖 LS法制備法制備分別膜工藝流程框圖分別膜工藝流程框圖2 復合制膜工藝復合制膜工藝 由由LS法制的膜，起分別作用的僅是接觸空氣法制的膜，起分別作用的僅是接觸空氣的極薄一層，稱為外表致密層。它

26、的厚度約的極薄一層，稱為外表致密層。它的厚度約0.251m，相當于總厚度的，相當于總厚度的1/100左右。實際研討闡明可左右。實際研討闡明可知，膜的透過速率與膜的厚度成反比。而用知，膜的透過速率與膜的厚度成反比。而用LS法法制備外表層小于制備外表層小于0.1m的膜極為困難。為此，開展的膜極為困難。為此，開展了復合制膜工藝。了復合制膜工藝。多孔支持膜涂覆交聯(lián)加熱構(gòu)成超薄膜親水性高分子溶液的涂覆復合膜構(gòu)成超薄膜的溶液交聯(lián)劑圖圖 復合制膜工藝流程框圖復合制膜工藝流程框圖膜過濾方式膜過濾方式傳統(tǒng)過濾方式為死端過濾：料液一進一出，傳統(tǒng)過濾方式為死端過濾：料液一進一出，因濾材外表被堵塞，而導致過濾速度迅因

27、濾材外表被堵塞，而導致過濾速度迅速減少。速減少。膜系統(tǒng)大多采用錯流過濾：流體一進二出，膜系統(tǒng)大多采用錯流過濾：流體一進二出，流動方向與膜外表平行，削薄膜面的濃流動方向與膜外表平行，削薄膜面的濃差極化層、減少過濾阻力，膜面不易堵差極化層、減少過濾阻力，膜面不易堵塞，過濾速度較快。如以下圖所示。塞，過濾速度較快。如以下圖所示。第二節(jié)第二節(jié) 膜的根本實際膜的根本實際一、膜分別過程的機理一、膜分別過程的機理描畫膜浸透機理的主要模型有：描畫膜浸透機理的主要模型有： 孔模型孔模型 溶解分散模型溶解分散模型 優(yōu)先吸附毛細管流動模型優(yōu)先吸附毛細管流動模型1 1、孔模型：、孔模型：以壓力為推進力的膜分別技術(shù)，按

28、不同孔以壓力為推進力的膜分別技術(shù)，按不同孔徑來選擇分別溶液中所含的微?；虼蠓謴絹磉x擇分別溶液中所含的微?；虼蠓肿?，比膜孔徑小的物質(zhì)和溶劑水一子，比膜孔徑小的物質(zhì)和溶劑水一同透過膜而較大的物質(zhì)那么被截留。同透過膜而較大的物質(zhì)那么被截留。描畫微孔過濾、超濾等過程所用的高孔濾描畫微孔過濾、超濾等過程所用的高孔濾膜。膜。2 2、溶解分散模型無孔學說、溶解分散模型無孔學說在推進力作用下，浸透物質(zhì)先溶解進入膜的在推進力作用下，浸透物質(zhì)先溶解進入膜的上游側(cè)，然后分散至膜的下游側(cè)，分散是上游側(cè)，然后分散至膜的下游側(cè)，分散是控制步驟。例如氣體的浸透分別過程中，控制步驟。例如氣體的浸透分別過程中，推進力是膜兩側(cè)浸

29、透物質(zhì)的分壓差。推進力是膜兩側(cè)浸透物質(zhì)的分壓差。 當溶解服從亨利定律見相平衡關(guān)聯(lián)當溶解服從亨利定律見相平衡關(guān)聯(lián)時，組分的浸透率是組分在膜中的分散系時，組分的浸透率是組分在膜中的分散系數(shù)和溶解度系數(shù)的乘積?；旌蠚怏w的分別數(shù)和溶解度系數(shù)的乘積?；旌蠚怏w的分別依賴于各組分在膜中浸透率的差別。依賴于各組分在膜中浸透率的差別。溶解分散模型適用于浸透蒸發(fā)、氣體分別膜、無機溶解分散模型適用于浸透蒸發(fā)、氣體分別膜、無機鹽的反浸透過程。鹽的反浸透過程。 溶劑通量：溶劑通量：J1AV(p) 溶質(zhì)通量：溶質(zhì)通量： 式中：式中：p壓差；壓差；浸透壓；浸透壓；C2膜兩膜兩側(cè)溶質(zhì)的濃度差；側(cè)溶質(zhì)的濃度差； A、B與膜資料

30、和性質(zhì)有關(guān)與膜資料和性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。的常數(shù)。 溶劑通量隨壓力差增大而線性增大，但溶質(zhì)通量溶劑通量隨壓力差增大而線性增大，但溶質(zhì)通量與壓差無關(guān)，因此在透過液中濃度降低與壓差無關(guān)，因此在透過液中濃度降低p J1，而，而J2不提高。不提高。xRT M1111cDA）（ 22222CCBxcDJ3 3、優(yōu)先吸附毛細管流動模型有孔學說、優(yōu)先吸附毛細管流動模型有孔學說由于膜外表對浸透物的優(yōu)先吸附作用，在膜由于膜外表對浸透物的優(yōu)先吸附作用，在膜的上游側(cè)外表構(gòu)成一層該物質(zhì)富集的吸附的上游側(cè)外表構(gòu)成一層該物質(zhì)富集的吸附液體層。然后，在壓力作用下經(jīng)過膜的毛液體層。然后，在壓力作用下經(jīng)過膜的毛細管，延續(xù)進入產(chǎn)品溶液

31、中。此模型能描細管，延續(xù)進入產(chǎn)品溶液中。此模型能描畫多孔膜的反浸透過程。畫多孔膜的反浸透過程。 由由SourirajanSourirajan于于19631963年建立。他以為用于水溶液中年建立。他以為用于水溶液中脫鹽的反浸透膜是多孔的并有一定親水性，而對鹽脫鹽的反浸透膜是多孔的并有一定親水性，而對鹽類有一定排斥性質(zhì)。類有一定排斥性質(zhì)。 在膜面上一直存在著一層純水層，其厚度可為幾個在膜面上一直存在著一層純水層，其厚度可為幾個水分子的大小。在壓力下，就可延續(xù)地使純水層流水分子的大小。在壓力下，就可延續(xù)地使純水層流經(jīng)毛細孔。經(jīng)毛細孔。優(yōu)先吸附毛細孔流動模型(a)膜外表對水的優(yōu)先吸附膜外表對水的優(yōu)先吸

32、附壓力壓力主體溶主體溶液液界面界面(b)在膜外表處的流動在膜外表處的流動假設毛細孔直徑恰等于假設毛細孔直徑恰等于2倍純水層的厚度，那么可使純水倍純水層的厚度，那么可使純水的透過速度最大，而又不致令鹽從毛細孔中漏出，即同時的透過速度最大，而又不致令鹽從毛細孔中漏出，即同時到達最大程度的脫鹽。到達最大程度的脫鹽。二、膜的性能參數(shù)二、膜的性能參數(shù)1、孔道特征、孔道特征包括孔徑、孔徑分布和孔隙度包括孔徑、孔徑分布和孔隙度是膜的重要性質(zhì)是膜的重要性質(zhì)2、水通量、水通量每單位時間內(nèi)經(jīng)過單位膜面積每單位時間內(nèi)經(jīng)過單位膜面積的水體積流量，也叫透水率，的水體積流量，也叫透水率，即水透過膜的速率。即水透過膜的速率

33、。AWJwW透水量，透水量，A膜的有效面積，膜的有效面積，時間時間3、截留率和截斷分子量、截留率和截斷分子量截留率是指一定相對分子質(zhì)量的物質(zhì)，膜截留率是指一定相對分子質(zhì)量的物質(zhì)，膜能截留的程度。能截留的程度。截斷分子量定義為相當于一定截留率通截斷分子量定義為相當于一定截留率通常為常為90%或或95%的相對分子質(zhì)量。的相對分子質(zhì)量。截留率越高，截斷分子量的范圍越窄的膜截留率越高，截斷分子量的范圍越窄的膜越好。越好。如如R R1 1，那么，那么C2C20 0，表示溶質(zhì)全部被截留；，表示溶質(zhì)全部被截留；如如R R 0 0，那么，那么C1C1C2C2，表示溶質(zhì)能自在透過膜。，表示溶質(zhì)能自在透過膜。用知

34、分子量的各種物質(zhì)進展實驗，測定其截留率。用知分子量的各種物質(zhì)進展實驗，測定其截留率。得到的截留率與分子量之間的關(guān)系稱為截斷曲線。得到的截留率與分子量之間的關(guān)系稱為截斷曲線。質(zhì)量好的膜，應有陡直的截斷曲線，可使不同分子量的溶質(zhì)質(zhì)量好的膜，應有陡直的截斷曲線，可使不同分子量的溶質(zhì)分別完全；反之，斜坦的截斷曲線會導致分別不完全。分別完全；反之，斜坦的截斷曲線會導致分別不完全。121cccRc1料液中溶質(zhì)濃度，料液中溶質(zhì)濃度， c2透過液中溶質(zhì)濃度透過液中溶質(zhì)濃度影響截留率的要素影響截留率的要素 分子外形：線狀分子易透過，分子外形：線狀分子易透過，線線 球；球； 吸附作用：溶質(zhì)吸附于膜孔壁上，降低膜孔

35、有效直吸附作用：溶質(zhì)吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直徑徑 濃差極化作用：高分子溶質(zhì)在膜面堆積，使膜阻力濃差極化作用：高分子溶質(zhì)在膜面堆積，使膜阻力，較小分子溶質(zhì)的截留率，較小分子溶質(zhì)的截留率，分別性能，分別性能。 溫度溫度/ /濃度，濃度，T T C C，使，使，由于膜吸附作用，由于膜吸附作用； 錯流速度錯流速度，由于濃差極化作用，由于濃差極化作用； pHpH、離子強度影響蛋白質(zhì)分子構(gòu)型，影響、離子強度影響蛋白質(zhì)分子構(gòu)型，影響。MWCOMWCO球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)近似孔徑近似孔徑nm)nm)100010002 210000100005 510000010000012121000000100000

36、02929由截斷分子量按可估計孔道大小由截斷分子量按可估計孔道大小 三、三、 膜的保管膜的保管 膜的保管對其性能極為重要。主要應防止膜的保管對其性能極為重要。主要應防止微生物、水解、冷凍對膜的破壞和膜的收縮變形。微生物、水解、冷凍對膜的破壞和膜的收縮變形。微生物的破壞主要發(fā)生在醋酸纖維素膜；微生物的破壞主要發(fā)生在醋酸纖維素膜；水解和冷凍破壞那么對任何膜都能夠發(fā)生。溫度、水解和冷凍破壞那么對任何膜都能夠發(fā)生。溫度、pH值不適當和水中游離氧的存在均會呵斥膜的水解。值不適當和水中游離氧的存在均會呵斥膜的水解。冷凍會使膜膨脹而破壞膜的構(gòu)造。冷凍會使膜膨脹而破壞膜的構(gòu)造。膜的收縮主要發(fā)生在濕態(tài)保管時的失

37、水膜的收縮主要發(fā)生在濕態(tài)保管時的失水膜的運用壽命膜的運用壽命1、膜的壓密作用、膜的壓密作用內(nèi)部構(gòu)造的變化使膜體收縮。內(nèi)部構(gòu)造的變化使膜體收縮。2、膜的水解作用、膜的水解作用乙?；姿?、脫掉，導致膜的截留率降低。乙?；姿?、脫掉，導致膜的截留率降低。3、膜的濃差極化、膜的濃差極化在膜分別操作中，一切溶質(zhì)均被透過液傳送在膜分別操作中，一切溶質(zhì)均被透過液傳送到膜外表上，不能完全透過膜的溶質(zhì)遭到到膜外表上，不能完全透過膜的溶質(zhì)遭到膜的截留作用，在膜外表附近濃度升高。膜的截留作用，在膜外表附近濃度升高。這種在膜外表附近濃度高于主體濃度的景這種在膜外表附近濃度高于主體濃度的景象稱為濃度極化或濃差極化象

38、稱為濃度極化或濃差極化(concentration polarization)。 在反浸透中，膜面上溶質(zhì)濃度大，浸透壓在反浸透中，膜面上溶質(zhì)濃度大，浸透壓高，致使有效壓力差降低，而使通量減小。高，致使有效壓力差降低，而使通量減小。 在超濾和微濾中，處置的是高分子或膠體在超濾和微濾中，處置的是高分子或膠體溶液，濃度高時會在膜面上構(gòu)成凝膠層，溶液，濃度高時會在膜面上構(gòu)成凝膠層，增大了阻力而使通量降低。增大了阻力而使通量降低。進料4 4、膜污染、膜污染在膜過濾過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)在膜過濾過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學相互作用或機械大分子由于與膜存在物理化學

39、相互作用或機械作用而引起的在膜外表或膜孔內(nèi)吸附、堆積呵作用而引起的在膜外表或膜孔內(nèi)吸附、堆積呵斥膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分斥膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分別特性的不可逆變化景象別特性的不可逆變化景象 。膜污染類型：膜污染類型：1 1沉淀污染沉淀污染沉淀污染對沉淀污染對RORO和和NFNF的影響尤為顯著。當過濾液中鹽的濃度的影響尤為顯著。當過濾液中鹽的濃度超越了其溶解度，就會在膜上構(gòu)成沉淀或結(jié)垢。超越了其溶解度，就會在膜上構(gòu)成沉淀或結(jié)垢。2 2吸附污染吸附污染 有機物在膜外表的吸附通常是影響膜性能的主要要素。隨有機物在膜外表的吸附通常是影響膜性能的主要要素。隨時間的延伸，污染

40、物在膜孔內(nèi)的吸附或累積會導致孔徑時間的延伸，污染物在膜孔內(nèi)的吸附或累積會導致孔徑減少和膜阻增大，這是難以恢復的。減少和膜阻增大，這是難以恢復的。3 3生物污染生物污染是指微生物在膜內(nèi)積累，從而影響系統(tǒng)性能的景象。是指微生物在膜內(nèi)積累，從而影響系統(tǒng)性能的景象。微生物粘附和生長構(gòu)成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋微生物粘附和生長構(gòu)成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白質(zhì)、核酸、多糖酯等，劇烈吸附在膜面上引起膜外表白質(zhì)、核酸、多糖酯等，劇烈吸附在膜面上引起膜外表改性。改性。減輕膜污染的方法減輕膜污染的方法料液的有效處置料液的有效處置改善膜的性質(zhì)改善膜的性質(zhì)( (聚砜膜用乙醇溶液浸泡聚砜膜用乙醇溶液浸泡改動

41、操作條件改動操作條件膜污染的處置膜污染的處置物理方法：等壓沖洗；反沖洗；脈沖流動；超聲波物理方法：等壓沖洗；反沖洗；脈沖流動；超聲波化學方法：化學清洗劑稀堿、稀酸、酶、外表活性化學方法：化學清洗劑稀堿、稀酸、酶、外表活性劑、絡合物和氧化劑等劑、絡合物和氧化劑等 假設用清水清洗就恢復膜的透過性能，假設用清水清洗就恢復膜的透過性能，那么不需運用其他清洗劑。對于蛋白那么不需運用其他清洗劑。對于蛋白質(zhì)的嚴重吸附所引起的膜污染，用蛋質(zhì)的嚴重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶白酶( (如胃蛋白酶、胰蛋白酶等如胃蛋白酶、胰蛋白酶等) )溶液溶液清洗，效果較好。清洗，效果較好。超濾液超濾液保管液保管液透過液透過液超

42、濾超濾循環(huán)清洗循環(huán)清洗清洗液出口清洗液出口清洗液入口清洗液入口清洗液出口清洗液出口逆洗逆洗清洗液入口清洗液入口清洗液出口清洗液出口膜污染的清洗方式利用膜的不對稱性和膜組件的構(gòu)造特點進展清洗利用膜的不對稱性和膜組件的構(gòu)造特點進展清洗第三節(jié)第三節(jié) 膜分別安裝膜分別安裝將膜、固定膜的支撐資料、間隔物或管式外殼等組將膜、固定膜的支撐資料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個單元稱為膜組件。裝成的一個單元稱為膜組件。工業(yè)上運用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺工業(yè)上運用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式管式和中空纖

43、維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。兩種。 一、膜組件一、膜組件(Membrane Module)(Membrane Module)(1)板框式板框式(Plate-and-Frame)膜組件膜組件 板框式是最早運用的一種膜組件。其設計板框式是最早運用的一種膜組件。其設計類似于常規(guī)的板框過濾安裝。類似于常規(guī)的板框過濾安裝。海水從上部進入組件后，沿膜外表逐層流動，其中純水透過海水從上部進入組件后，沿膜外表逐層流動，其中純水透過膜到達膜的另一側(cè)，經(jīng)支撐板上的小孔聚集在邊緣的導流管膜到達膜的另一側(cè)，經(jīng)支撐板上的小孔聚集在邊緣的導流管后排出，而未透過的濃縮咸水從下部排出。后排出，而未透過的濃縮咸水從下

44、部排出。在多孔支撐板兩側(cè)在多孔支撐板兩側(cè)覆以平板膜，采用覆以平板膜，采用密封環(huán)和兩個端板密封環(huán)和兩個端板密封，壓緊。密封，壓緊。截留液截留液透透過過液液料液料液平板式膜組件平板式膜組件平板式構(gòu)造平板式構(gòu)造把膜和支撐體均制成管狀，把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管組裝在外側(cè)，將數(shù)根膜管組裝在一同。一同。(2) (2) 管式管式(Tubular)(Tubular)膜組件膜組件內(nèi)壓管式：內(nèi)壓管式：多孔管多孔管膜膜料液料液外壓管式：外壓管式：料液料液內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走；內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由

45、管內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。管式膜組件管式膜組件(3)螺旋卷式螺旋卷式(Spiral Wound)膜組件膜組件 卷式納濾膜濃縮設備 (消費型) 由中間為多孔支撐板，兩側(cè)是膜的由中間為多孔支撐板，兩側(cè)是膜的“膜袋裝配而成，膜膜袋裝配而成，膜袋的三個邊粘封，另一邊與一根多孔中心管銜接。組裝時袋的三個邊粘封，另一邊與一根多孔中心管銜接。組裝時在膜袋上鋪一層網(wǎng)狀資料隔網(wǎng)，繞中心管卷成柱狀再在膜袋上鋪一層網(wǎng)狀資料隔網(wǎng)，繞中心管卷成柱狀再放入壓力容器內(nèi)。原料進入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平放入壓力容器內(nèi)。原料進入組件后，在隔網(wǎng)中的流道沿平行于中心管方向

46、流動，而透過物進入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋行于中心管方向流動，而透過物進入膜袋后旋轉(zhuǎn)著沿螺旋方向流動，最后聚集在中心搜集管中再排出。方向流動，最后聚集在中心搜集管中再排出。(4)中空纖維中空纖維(Hollow Fiber)膜組件膜組件將大量的中空纖維安裝在一個管狀容器內(nèi)將大量的中空纖維安裝在一個管狀容器內(nèi),中空纖維的一端以環(huán)中空纖維的一端以環(huán)氧樹脂與管外殼壁固封制成膜組件。氧樹脂與管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一端流人料液從中空纖維組件的一端流人, 沿纖維外側(cè)平行于纖維束流沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動動,透過液那么浸透經(jīng)過中空纖維壁進入內(nèi)腔透過液那么浸透經(jīng)過中空纖維壁進入內(nèi)腔,然后從纖維

47、在環(huán)然后從纖維在環(huán)氧樹脂的固封頭的開端引出氧樹脂的固封頭的開端引出,原液那么從膜組件的另一端流出。原液那么從膜組件的另一端流出。中空纖維膜組件的最大特點是單位裝填膜面積比一切其他組件中空纖維膜組件的最大特點是單位裝填膜面積比一切其他組件大大, 最高可到達最高可到達30000m2/m3。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。 各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見下表。各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見下表。幾種常用的膜組件幾種常用的膜組件類型類型優(yōu)點優(yōu)點缺陷缺陷運用情況運用情況框板式框板式構(gòu)造緊湊、簡單、結(jié)實、構(gòu)造緊湊、簡單、結(jié)實、能接受高壓，運用

48、強度較能接受高壓，運用強度較高，工藝簡便高，工藝簡便安裝本錢高，流動形狀不好，安裝本錢高，流動形狀不好，濃差極化嚴重；易堵塞，不濃差極化嚴重；易堵塞，不易清洗。易清洗。適于小容量規(guī)模；適于小容量規(guī)模；已商業(yè)化已商業(yè)化管式管式容易清洗和改換；原水流容易清洗和改換；原水流動形狀好，壓力損失小，動形狀好，壓力損失小，耐較高壓力；能處置含有耐較高壓力；能處置含有懸浮物的、黏度高的或者懸浮物的、黏度高的或者能析出固體等易堵塞流水能析出固體等易堵塞流水通道的溶液體系通道的溶液體系安裝本錢高，管口密封較難；安裝本錢高，管口密封較難；膜的堆積密度小膜的堆積密度小適于小容量規(guī)模；適于小容量規(guī)模；已商業(yè)化已商業(yè)化

49、螺旋式螺旋式膜的堆積密度大，構(gòu)造緊膜的堆積密度大，構(gòu)造緊湊；可運用強度好的平板湊；可運用強度好的平板膜；價錢低廉。膜；價錢低廉。制造工藝和技術(shù)較復雜，密制造工藝和技術(shù)較復雜，密封較困難；易堵塞，不易清封較困難；易堵塞，不易清洗，不宜在高壓下操作洗，不宜在高壓下操作適于大容量規(guī)模；適于大容量規(guī)模；已商業(yè)化已商業(yè)化中空纖中空纖維膜維膜膜的堆積密度大，不需外膜的堆積密度大，不需外加支撐資料；濃差極化可加支撐資料；濃差極化可忽略；價錢低廉。忽略；價錢低廉。制造工藝和技術(shù)較復雜，易制造工藝和技術(shù)較復雜，易堵塞，不易清洗堵塞，不易清洗適于大容量規(guī)模；適于大容量規(guī)模；已商業(yè)化已商業(yè)化第四節(jié)第四節(jié) 典型的膜分

50、別技術(shù)及運用領(lǐng)域典型的膜分別技術(shù)及運用領(lǐng)域典型的膜分別技術(shù)有微孔過濾典型的膜分別技術(shù)有微孔過濾(MF)、超濾、超濾(UF)、反浸透、反浸透(RO)、納濾、納濾(NF)、滲析、滲析(D)、電滲析電滲析(ED)、液膜、液膜(LM)及浸透蒸發(fā)及浸透蒸發(fā)( PV)等，等，下面分別引見之。下面分別引見之。NF 納濾膜形態(tài)推 動 力膜 過 程應 用 實 例對稱非對稱復合壓力差反滲透超 濾微 濾納 濾氣體分離海水淡化超純水/白蛋白濃縮前處理/終端過濾醫(yī)藥/啤酒氣體/蒸汽分離*電位差電滲析海水淡化/廢水*濃度差濃度差濃度差（分壓差）濃度差化學反應滲析控制釋放滲透蒸發(fā)液膜人工腎醫(yī)用/農(nóng)藥無水乙醇金屬分離/廢水*

51、 以多孔薄膜為過濾介質(zhì)，壓力差為推進力，利以多孔薄膜為過濾介質(zhì)，壓力差為推進力，利用篩分原理使不溶性粒子用篩分原理使不溶性粒子0.1-10um0.1-10um得以分別得以分別的操作。操作壓力的操作。操作壓力0.05-0.5MPa0.05-0.5MPa。一、一、 微孔過濾微孔過濾1.1.微濾膜特點微濾膜特點微孔膜的主要優(yōu)點為：微孔膜的主要優(yōu)點為： 孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中一切大于制孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中一切大于制定孔徑的微粒全部截留；定孔徑的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。普通微孔膜的孔密度為孔隙大，流速快。普通微孔膜的孔密度為107孔孔/cm2，微孔體積占膜總體積的，微孔體積

52、占膜總體積的7080。由于膜。由于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍；倍； 無吸附或少吸附。微孔膜厚度普通在無吸附或少吸附。微孔膜厚度普通在90150m之間，因此吸附量很少，可忽略不計。之間，因此吸附量很少，可忽略不計。 無介質(zhì)零落。微孔膜為均一的高分子資料，過濾無介質(zhì)零落。微孔膜為均一的高分子資料，過濾時沒有纖維或碎屑零落，因此能得到高純度的濾液。時沒有纖維或碎屑零落，因此能得到高純度的濾液。微孔膜的缺陷：微孔膜的缺陷： 顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞； 運用時必需有前道過濾的配合，運用時必需有前道過濾的配合，否那么無

53、法正常任務。否那么無法正常任務。2. 微孔過濾技術(shù)運用領(lǐng)域微孔過濾技術(shù)運用領(lǐng)域1微粒微粒0.45um和細菌和細菌(0.22um)的過濾。水的的過濾。水的高度凈化、食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)高度凈化、食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。2微粒和細菌的檢測。微孔膜可作為微粒和細微粒和細菌的檢測。微孔膜可作為微粒和細菌的富集器，從而進展微粒和細菌含量的測定。菌的富集器，從而進展微粒和細菌含量的測定。 以壓力為推進力，利用超濾膜不同孔徑對液體中以壓力為推進力，利用超濾膜不同孔徑對液體中溶質(zhì)進展分別的物理篩分過程。其截斷分子量普通為溶質(zhì)進展分別的物理

54、篩分過程。其截斷分子量普通為60006000到到5050萬，孔徑為幾十萬，孔徑為幾十nmnm，操作壓，操作壓0.1-1MPa0.1-1MPa。 二、二、 超濾技術(shù)超濾技術(shù)1. 1. 超濾和超濾膜的特點超濾和超濾膜的特點 超濾技術(shù)的中心部件是超濾膜，分別截留的原理超濾技術(shù)的中心部件是超濾膜，分別截留的原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一同透過膜上的微為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一同透過膜上的微孔，而大于孔徑的微粒那么被截留。膜上微孔的尺孔，而大于孔徑的微粒那么被截留。膜上微孔的尺寸寸和外形決議膜的分別效率。和外形決議膜的分別效率。 超濾膜均為不對稱膜，方式有平板式、卷式、超濾膜均為不對稱膜，方式有

55、平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。管式和中空纖維狀等。 超濾膜的構(gòu)造普通由三層構(gòu)造組成。超濾膜的構(gòu)造普通由三層構(gòu)造組成。 即最上層的外表活性層，致密而光滑，厚度為即最上層的外表活性層，致密而光滑，厚度為0.11.5m，其中細孔孔徑普通小于其中細孔孔徑普通小于10nm； 中間的過渡層，具有大于中間的過渡層，具有大于10nm的細孔，厚度普通為的細孔，厚度普通為110m； 最下面的支撐層，厚度為最下面的支撐層，厚度為50250m，具有，具有50nm以上的以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機械強度?？住Ｖ螌拥淖饔脼槠鹬巫饔?，提高膜的機械強度。 膜的分別性能主要取決于外表活性層和過度層。膜

56、的分別性能主要取決于外表活性層和過度層。制備超濾膜的資料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維制備超濾膜的資料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維素等。素等。2. 超濾膜技術(shù)運用領(lǐng)域超濾膜技術(shù)運用領(lǐng)域 超濾膜的運用非常廣泛，在作為反浸透預處超濾膜的運用非常廣泛，在作為反浸透預處理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和陰極電泳漆的消費、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)陰極電泳漆的消費、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水的處置等眾多領(lǐng)域都發(fā)揚著重要作用。廢水的處置等眾多領(lǐng)域都發(fā)揚著重要作用。 1純水的制備。超濾技術(shù)廣泛用于水中的細菌、純水的制備。超濾技術(shù)廣泛

57、用于水中的細菌、病毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電病毒和其他異物的除去，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。子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無菌水等。2食品工業(yè)中的廢水處置。在牛奶加工廠中用超食品工業(yè)中的廢水處置。在牛奶加工廠中用超濾技術(shù)可從乳清中分別蛋白和低分子量的乳糖。濾技術(shù)可從乳清中分別蛋白和低分子量的乳糖。2汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處置。汽車、家具等制品的電泳涂裝淋洗水置。汽車、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有中常含有12的涂料高分子物質(zhì)，的涂料高分子物質(zhì)，用超濾安裝可分別出清水反復用于清洗，用超濾安裝可分別出清水反復用于清洗，同時

58、又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。同時又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。4果汁、酒等飲料的消毒與廓清。運用超濾技術(shù)果汁、酒等飲料的消毒與廓清。運用超濾技術(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置的同時堅持原有的色、香、味，操和酒在凈化處置的同時堅持原有的色、香、味，操作方便，本錢較低。作方便，本錢較低。5在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處置熱敏性物質(zhì)，分在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處置熱敏性物質(zhì)，分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。6造紙廠的廢水處置。造紙廠的廢水處置。超濾膜截留分子量確實定中空纖維超濾

59、膜構(gòu)造單單 內(nèi)內(nèi) 皮皮 層層雙雙 皮皮 層層超濾膜安裝超濾膜安裝圖圖4 浸透與反浸透原理表示圖浸透與反浸透原理表示圖三、三、 反浸透技術(shù)反浸透技術(shù)1. 反浸透原理及反浸透膜的特點反浸透原理及反浸透膜的特點假設用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種假設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，水會自然地透過半透膜浸透從低濃不同濃度的水溶液隔開，水會自然地透過半透膜浸透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一景象稱浸透圖度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一景象稱浸透圖a。隨著水的浸透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增隨著水的浸透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增

60、大。當液面升高至大。當液面升高至H時，浸透到達平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為時，浸透到達平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為浸透壓圖浸透壓圖b。浸透過程到達平衡后，水不再有浸透，浸透。浸透過程到達平衡后，水不再有浸透，浸透通量為零。通量為零。 假設在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液假設在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于浸透壓，那么高濃側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于浸透壓，那么高濃度度水溶液中的水將經(jīng)過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，水溶液中的水將經(jīng)過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為反浸透圖這一過程就稱為反浸透圖c。 所分別的物質(zhì)的分子量普通小于所分別的物質(zhì)的分子量普通小于50