膜分離技術(shù)總結(jié)PPT

1、膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)唐漢卿唐漢卿21114230362111423036現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿報告框架報告框架 1.膜分離技術(shù)基本介紹 2.各類膜分離技術(shù)特點 3.新型膜分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿1.1基本原理基本原理膜分離過程原理膜分離過程原理：以選擇性膜為分離介質(zhì)，通過在以選擇性膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩邊施加一個膜兩邊施加一個推動力推動力（如濃度差、壓力差或電位（如濃度差、壓力差或電位差等）時，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達到差等）時，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜上

2、游膜上游，透過，透過側(cè)稱為側(cè)稱為膜下游膜下游。膜上游膜上游 膜膜 膜下游膜下游選擇性透膜選擇性透膜現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿1.21.2分離膜種類分離膜種類 膜類型分類膜類型分類分離膜分離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陽離子膜陽離子膜陰離子膜陰離子膜過濾膜過濾膜精密過濾膜精密過濾膜超濾膜超濾膜納米濾膜納米濾膜反滲透膜反滲透膜現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿1.3常見膜分離方法比較表表1.分離方法比較分離方法比較膜過程膜過程分離目的分離目的推動力推動力傳遞機理傳遞機理透過物透過物截留物截留物膜類型膜類型微濾微濾溶液、氣體脫

3、溶液、氣體脫粒子粒子壓力差壓力差顆粒大小、顆粒大小、形狀形狀水、容積水、容積溶解物溶解物懸浮物顆懸浮物顆粒粒纖維多孔纖維多孔膜膜超濾超濾溶液脫大分子，溶液脫大分子，大分子溶液脫大分子溶液脫小分子，大分小分子，大分子分級子分級壓力差壓力差分子特性、分子特性、大小、形大小、形狀狀水水、溶劑溶劑小分子小分子交替和超交替和超過節(jié)流相過節(jié)流相對分子量對分子量的小分子的小分子非對稱性非對稱性膜膜納濾納濾溶劑脫有機組溶劑脫有機組分、脫高價離分、脫高價離子、軟化、脫子、軟化、脫色、濃縮、分色、濃縮、分離離壓力差壓力差離子大小離子大小及電荷及電荷水、一價水、一價離子、多離子、多價離子價離子有機物有機物復合膜復合

4、膜反滲透反滲透溶劑脫溶質(zhì)、溶劑脫溶質(zhì)、含小分子溶質(zhì)含小分子溶質(zhì)溶液濃縮溶液濃縮壓力差壓力差溶劑的擴溶劑的擴散傳遞散傳遞水、溶劑水、溶劑溶質(zhì)、鹽溶質(zhì)、鹽非對稱復非對稱復合膜合膜現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿1.3常見膜分離比較常見膜分離比較現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿1.3常見膜分離方法比較常見膜分離方法比較現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點 2.1微濾微濾(MF) 微濾又稱微孔過濾，是以多孔膜（微孔濾膜）為過濾介質(zhì)，在0.10.3MPa的壓力推動下，截留溶液中的砂礫、淤泥、黏土等顆粒和賈第蟲、隱抱子蟲、藻類和一些細菌等，而大

5、量溶劑、小分子及少量大分子溶質(zhì)都能透過膜的分離過程。 微濾的特點：屬于精密過濾，具有高效、方便及經(jīng)濟的特點。微濾能截留0.11微米之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機物和無機鹽等通過，但能阻擋住懸浮物、細菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過，微濾膜兩側(cè)的運行壓差（有效推動力）一般為0.7bar?，F(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點 微濾的優(yōu)點：微濾的優(yōu)點： 孔徑均勻，過濾精度高。孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所有大于制定孔徑能將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留；的微粒全部截留； 孔隙大，流速快?？紫洞?，流速快。一般微孔膜的孔密度為一般微孔膜的孔密度為10107

6、7孔孔/ /cm2，微，微孔體積占膜總體積的孔體積占膜總體積的70708080。由于膜很薄，阻力小，其。由于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍；過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍； 無吸附或少吸附。無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在微孔膜厚度一般在9090150150 m之間，之間，因而吸附量很少，可忽略不計。因而吸附量很少，可忽略不計。 無介質(zhì)脫落。無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，過濾時沒有微孔膜為均一的高分子材料，過濾時沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液?，F(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點 微

7、濾的缺點：微濾的缺點： 顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞； 使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。作。現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點 2.2超濾超濾 超濾技術(shù)始于超濾技術(shù)始于 1861 年，其過濾粒徑年，其過濾粒徑介于微濾和反滲透介于微濾和反滲透之間，約之間，約510 nm，在，在 0.10.5 MPa 的靜壓差推動下截留各種可溶性大分子，的靜壓差推動下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對分子質(zhì)量大于如多糖、蛋白質(zhì)、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

8、濃縮液，達到溶液的凈化、分離及濃縮目的濃縮液，達到溶液的凈化、分離及濃縮目的 超濾膜的應用也十分廣泛，在作為反滲透預處理、飲用水制備、制超濾膜的應用也十分廣泛，在作為反滲透預處理、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)廢水的處理等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。制備、工業(yè)廢水的處理等眾多領(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500500000的微粒溶液的分離，是目的微粒溶液的分離，是目前應用最廣的膜分離過程之一，它的應用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥前應用最廣的膜分離

9、過程之一，它的應用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可歸納為以下方面。、生化等。主要可歸納為以下方面。現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點 2.3納濾納濾 納濾膜的孔徑為納米級，介于納濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜反滲透膜(RO)和超濾膜和超濾膜(UF)之間，因之間，因此稱為此稱為“納濾納濾”。納濾膜主要用于截留粒徑在。納濾膜主要用于截留粒徑在0.1nm，分子量為，分子量為1000左右的物質(zhì)，可以使一價鹽和小分子物質(zhì)透過，具有較小的操左右的物質(zhì)，可以使一價鹽和小分子物質(zhì)透過，具有較小的操作壓（作壓（0.51MPa）。其被分離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜

10、之）。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叉。間，但與上述兩種膜有所交叉。納濾膜對不同價態(tài)離子的截留效果不同納濾膜對不同價態(tài)離子的截留效果不同,對單價離子的截留率低對單價離子的截留率低(10%-80%)，對二價及多價離子的截留率明顯高于單價離子，對二價及多價離子的截留率明顯高于單價離子(90%)?，F(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點2.4反滲透反滲透反滲透的工作原理反滲透的工作原理現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點2.4反滲透反滲透反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一

11、般小于小于500，操作壓力為，操作壓力為 2100MPa。用于實施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為用于實施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對稱膜，不對稱膜，孔徑小孔徑小于于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。，可截留溶質(zhì)分子。制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。反滲透膜的分離機理至今反滲透膜的分離機理至今尚有許多爭論尚有許多爭論，主要有氫鍵理論、選擇吸附，主要有氫鍵理論、選擇吸附-毛細管毛細

12、管流動理論、溶解擴散理論等。流動理論、溶解擴散理論等。現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點2.5液膜液膜液膜類型液膜類型支撐液膜單滴型液膜乳液型液膜現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點 2.5液膜液膜液膜特點：液膜特點： 傳質(zhì)推動力大，速率高，且試劑消耗量少，這對于傳統(tǒng)萃取工藝中試傳質(zhì)推動力大，速率高，且試劑消耗量少，這對于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理能力大的場合具有重要的經(jīng)濟意義。劑昂貴或處理能力大的場合具有重要的經(jīng)濟意義。液膜的選擇性好，分離效果顯著，往往只能對某種類型的離子或分子液膜的選擇性好，分離效果顯著，往往只能對某

13、種類型的離子或分子的分離具有選擇性。的分離具有選擇性。最大缺點：最大缺點：強度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程與設(shè)備復雜強度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程與設(shè)備復雜現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點2.6電滲析電滲析+固定離子Cl-Na+-正極正極負極負極電滲析原理電滲析原理現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿2.各類膜特點各類膜特點2.6電滲析電滲析應用：應用：苦咸水淡化苦咸水淡化，飲用水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢。，飲用水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢。中草藥有效成分的分離和精制：中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲析一般

14、可以把中草藥提取液分離分通過電滲析一般可以把中草藥提取液分離分成無機陽離子和生物堿、無機陰離子和有機酸、中性化合物和高分子化合物成無機陽離子和生物堿、無機陰離子和有機酸、中性化合物和高分子化合物三部分。三部分。電滲析技術(shù)在食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水的處理電滲析技術(shù)在食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水的處理方面也發(fā)揮著重要的作用。方面也發(fā)揮著重要的作用。特別是與反滲透、納濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的高純水特別是與反滲透、納濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的高純水制備中扮演重要角色。制備中扮演重要角色?，F(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿3.新型膜分離技術(shù)3.1滲透蒸發(fā)技術(shù)滲透

15、蒸發(fā)技術(shù)滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達到分物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達到分離目的的一種膜分離方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手段較難處理的恒沸物及近沸點離目的的一種膜分離方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手段較難處理的恒沸物及近沸點物系的分離。具有一次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗等特點。物系的分離。具有一次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗等特點。滲透蒸發(fā)的實質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。由高分子滲透蒸

16、發(fā)的實質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。由高分子膜將裝置分為兩個室，上側(cè)為存放待分離混合物的液相室，下側(cè)是與真空系膜將裝置分為兩個室，上側(cè)為存放待分離混合物的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室。混合物通過高分子膜的選擇滲透，其統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室。混合物通過高分子膜的選擇滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中該組分的蒸氣分壓小于其飽中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨后進入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣冷和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨后進入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣冷凝下來即得滲

17、透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動力是膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動力是膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度?，F(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿3.1滲透蒸發(fā)技術(shù)滲透蒸發(fā)技術(shù)真空氣真空氣化化惰性氣體吹掃惰性氣體吹掃現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿3.2氣體分離膜氣體分離膜 氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜。它們的分離機理各不相同。（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴散機理： 該理論認為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進行活性擴散，分子在膜的另一側(cè)逸出。（2）多孔膜的透過擴散機理： 用多孔膜分離混合氣

18、體，是借助于各種氣體流過膜中細孔時產(chǎn)生的速度差來進行的?，F(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿多孔膜擴散機理多孔膜擴散機理1.1.努森擴散努森擴散氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自由程遠遠大于膜孔徑，呈分子擴大于膜孔徑，呈分子擴散。散?？變?nèi)分子流動受分子與孔孔內(nèi)分子流動受分子與孔壁間的碰撞作用支配壁間的碰撞作用支配2.2.黏性流擴散黏性流擴散孔徑遠大于操作條件氣體孔徑遠大于操作條件氣體分子的平均運動自由程，分子的平均運動自由程，孔內(nèi)分子流動受分子之間孔內(nèi)分子流動受分子之間碰撞作用支配碰撞作用支配現(xiàn)代藥物分離技術(shù)現(xiàn)代藥物分離技術(shù) 唐漢卿唐漢卿 3.3.表面擴散表面擴散 氣體分子吸附在膜氣體分子吸附在膜孔壁上孔壁上，在濃度差的在濃度差的作用下作用下，分子沿