膜技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

1、膜與膜分離膜與膜分離江蘇久吾高科技股份有限公司江蘇久吾高科技股份有限公司2022-3-312022-3-31興發(fā)集團(tuán)磷化工研究院專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)興發(fā)集團(tuán)磷化工研究院專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)目錄 關(guān)于久吾高科 膜分離基礎(chǔ) 膜傳遞過程與膜污染 膜組件與膜設(shè)備 膜過程與應(yīng)用01010202030304040505第一篇關(guān)于久吾高科公司介紹是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模最大、品種規(guī)格最多、研發(fā)是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模最大、品種規(guī)格最多、研發(fā)能力最強(qiáng)的能力最強(qiáng)的無機(jī)陶瓷膜無機(jī)陶瓷膜元件及成套設(shè)備的專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，是元件及成套設(shè)備的專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，是膜集成系統(tǒng)解決方膜集成系統(tǒng)解決方案案的專業(yè)化提供商，中國(guó)膜工業(yè)協(xié)會(huì)的專業(yè)化提供商，中國(guó)膜工

2、業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)理事常務(wù)理事單位，單位，管式陶瓷微孔濾膜行業(yè)標(biāo)管式陶瓷微孔濾膜行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)的等標(biāo)準(zhǔn)的起草單位起草單位。技術(shù)水平始創(chuàng)于始創(chuàng)于1997年，以南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)年，以南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所為研究所為技術(shù)支持平臺(tái)技術(shù)支持平臺(tái)，擁有，擁有完全自主完全自主的無機(jī)陶瓷膜生產(chǎn)和應(yīng)用的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。公的無機(jī)陶瓷膜生產(chǎn)和應(yīng)用的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。公司研制開發(fā)的多通道管式無機(jī)陶瓷微濾、超濾、納濾膜系列產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白司研制開發(fā)的多通道管式無機(jī)陶瓷微濾、超濾、納濾膜系列產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白并達(dá)到并達(dá)到世界先進(jìn)水平世界先進(jìn)水平。研究團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)與資質(zhì)久吾高科主持起草了國(guó)內(nèi)陶瓷膜全部五項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)久吾高科主持起草了國(guó)

3、內(nèi)陶瓷膜全部五項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)擁有現(xiàn)擁有36項(xiàng)已授權(quán)技術(shù)專利，項(xiàng)已授權(quán)技術(shù)專利，18項(xiàng)待授權(quán)專利。項(xiàng)待授權(quán)專利。標(biāo)準(zhǔn)與專利產(chǎn)品01010202030304040505第二篇膜分離基礎(chǔ)膜的定義膜膜是兩相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間，這個(gè)區(qū)間的三維量度是兩相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間，這個(gè)區(qū)間的三維量度中的一度與其余兩度相比要小得多。中的一度與其余兩度相比要小得多。厚度 長(zhǎng)度或?qū)挾饶な蔷哂心な蔷哂羞x擇性分離功能選擇性分離功能的材料！的材料！膜過程的特點(diǎn)效率高：可實(shí)現(xiàn)納米尺度或幾千分子量級(jí)別的分離；能耗低：分離過程無相變，不消耗相變潛熱，可在常溫進(jìn)行操作；易操作：動(dòng)部件少，可靠性高，設(shè)備緊湊體積小，操作環(huán)境溫和；易放

4、大：放大效應(yīng)小，過程效率變化小，處理能力和規(guī)模易控制；1748年，Nollet發(fā)現(xiàn)水能自發(fā)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，首次揭示了半透膜和滲透現(xiàn)象；十九世紀(jì)中葉Graham發(fā)現(xiàn)了透析現(xiàn)象，人們開始重視對(duì)膜的研究；1864年Traube成功研制了人類歷史上第一張人造膜，亞鐵氰化銅膜；1950年W.Juda成功研制了第一張具有實(shí)用價(jià)值的離子交換膜；1960年Loeb和Sourirajan研制出高脫鹽率和高透水量的非對(duì)稱醋酸纖維素反滲透膜，使膜分離技術(shù)進(jìn)入了工業(yè)化階段；1967年以后在美國(guó)、丹麥、日本等國(guó)出現(xiàn)了多家膜及其組件的生產(chǎn)廠家，逐漸開始了膜分離技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用。1膜技術(shù)發(fā)展史我國(guó)的膜技術(shù)是從19

5、58年研究離子交換膜開始的，六十年代是我國(guó)膜技術(shù)的開創(chuàng)期；七十年代進(jìn)入開發(fā)階段，電滲析、反滲透、超濾、微濾等膜材料與組器件相繼開發(fā)出來；八十年代是膜技術(shù)的推廣應(yīng)用期，并陸續(xù)開展了滲透汽化、膜萃取、膜蒸餾和膜反應(yīng)等新膜過程的研究。國(guó)內(nèi)主要的膜研究和推廣單位：國(guó)內(nèi)主要的膜研究和推廣單位：氣體分離：大連化學(xué)物理研究所（天邦膜公司）液體分離：杭州水處理技術(shù)中心（西斗門公司），天津工業(yè)大學(xué)（膜天公司）無機(jī)膜：南京工業(yè)大學(xué)（久吾高科），中國(guó)科技大學(xué)膜技術(shù)發(fā)展史2、自80年代，無機(jī)膜進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，相繼開發(fā)出工業(yè)用無機(jī)微濾膜和無機(jī)超濾膜及其組件，代替高分子膜在其無法使用的苛刻條件下使用。2004年市場(chǎng)將達(dá)

6、到100億美元。3、進(jìn)入90年代，由于無機(jī)膜優(yōu)異的性能及材料科學(xué)的發(fā)展，新的膜材料、新的制膜技術(shù)日益得到發(fā)展。陶瓷膜發(fā)展史 NF 納濾納濾膜過程分類微濾微濾 （Microfiltration、MF）0.110 m：細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、蛋白等超濾超濾 （Ultrafiltration、UF）0.005 0.1 m：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾納濾 （NanofiltrationNanofiltration、NFNF）0.55nm:低聚糖、染料、多價(jià)離子 反滲透反滲透(reverse osmosisreverse osmosis，RORO) 0.11nm:電解質(zhì)、大于100Da的有機(jī)溶質(zhì)水

7、、小于100Da的有機(jī)溶質(zhì) 膜過程分類 濃縮：目的產(chǎn)物以低濃度形式存在，因此需要除去溶劑；（截留物為產(chǎn)物） 純化：除去雜質(zhì)； 分離：將混合物分成兩種或多種目的產(chǎn)物； 反應(yīng)促進(jìn)：把化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)的產(chǎn)物連續(xù)取出，能提高反應(yīng)速率或提高產(chǎn)品質(zhì)量。膜分離的用途膜剖面圖Cross-section ofMembrane分離機(jī)能層Salt rejecting layer(0.2 m)支持層Supporting layer(60 m)基材Substrate高分子膜的制備膨體聚四氟乙烯膜微結(jié)構(gòu)膨體聚四氟乙烯膜微結(jié)構(gòu)中空纖維膜斷面照片中空纖維膜斷面照片高分子膜的制備高分子膜組件平板膜平板膜卷式膜卷式膜管式膜管式

8、膜中空纖維膜中空纖維膜陶瓷膜的制備陶瓷膜陶瓷膜是由金屬氧化物顆粒經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備的多孔過濾材是由金屬氧化物顆粒經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備的多孔過濾材料料膜材料膜材料：Al2O3, TiO2, ZrO2優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)v 化學(xué)穩(wěn)定性好化學(xué)穩(wěn)定性好v 熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性好v 機(jī)械強(qiáng)度高機(jī)械強(qiáng)度高v 抗微生物性能好抗微生物性能好v 可以應(yīng)用于高溫、高壓、有機(jī)溶劑或腐蝕性體系可以應(yīng)用于高溫、高壓、有機(jī)溶劑或腐蝕性體系非對(duì)稱膜非對(duì)稱膜：支撐層，過渡層，分離層：支撐層，過渡層，分離層陶瓷膜構(gòu)型膜過濾方式錯(cuò)流過濾錯(cuò)流過濾死端過濾死端過濾25多通道組件多通道組件組件外殼組件外殼滲透液滲透液原料液原料液滲透液滲透液滲余液滲余液滲透液

9、滲透液墊圈墊圈膜過濾方式操作方式開放體系開放體系：通常用于工藝的可行性實(shí)驗(yàn)，單泵流程，能耗高操作方式封閉體系封閉體系：雙泵流程，由低流量高揚(yáng)程的供料泵和高流量低揚(yáng)程的循環(huán)泵提供動(dòng)力，降低了能耗，但是回路中料液濃度不斷升高，污染加劇。操作方式半開半閉體系半開半閉體系：常用于工業(yè)應(yīng)用，雙泵流程，回路中有部分濃液不斷移除，既降低了能耗，又減小了體系濃度的快速增長(zhǎng)。膜組件膜組件泵泵管道管道閥門閥門流量計(jì)流量計(jì)壓力表壓力表電氣控制電氣控制膜設(shè)備設(shè)備構(gòu)成設(shè)備構(gòu)成01010202030304040505第三篇膜傳遞過程與膜污染 微孔擴(kuò)散模型：Knudsen擴(kuò)散，氣體分子在孔內(nèi)流動(dòng)速度差異實(shí)現(xiàn)分離； 孔模型：

10、Hagen-Poiseuille定律，多用于描述微濾和超濾過程，通常推動(dòng)力為跨膜壓差； 表面力-孔流動(dòng)模型：優(yōu)先吸附毛細(xì)管流動(dòng)模型，膜表面選擇性吸附后經(jīng)孔流動(dòng)實(shí)現(xiàn)分離； 溶解-擴(kuò)散模型：利用物質(zhì)在膜材料中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)差異實(shí)現(xiàn)分離；傳遞機(jī)理模型膜外傳遞過程濃差極化濃差極化：由于膜對(duì)溶質(zhì)的截留作用，使得膜表面邊界層溶質(zhì)濃度比：由于膜對(duì)溶質(zhì)的截留作用，使得膜表面邊界層溶質(zhì)濃度比主體相濃度高，該邊界層主體相濃度高，該邊界層反向濃度梯度反向濃度梯度降低了優(yōu)先滲透組分的推動(dòng)力。降低了優(yōu)先滲透組分的推動(dòng)力。濃差極化現(xiàn)象是濃差極化現(xiàn)象是可逆可逆的，膜過程停止時(shí)，的，膜過程停止時(shí)，由于推動(dòng)力消失，邊由于推

11、動(dòng)力消失，邊界層因溶質(zhì)向主體相界層因溶質(zhì)向主體相擴(kuò)散而消失擴(kuò)散而消失膜過程中，邊界層厚膜過程中，邊界層厚度降低能夠度降低能夠削弱削弱濃差濃差極化的影響極化的影響膜污染膜污染膜污染是指物料中的微粒、膠體或溶質(zhì)與膜發(fā)生物理化學(xué)作用或因濃差是指物料中的微粒、膠體或溶質(zhì)與膜發(fā)生物理化學(xué)作用或因濃差極化使某些溶質(zhì)在膜表面濃度超過其溶解度及機(jī)械作用而引起的膜表面或極化使某些溶質(zhì)在膜表面濃度超過其溶解度及機(jī)械作用而引起的膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生通量與分離特性的，使膜產(chǎn)生通量與分離特性的不不可逆可逆變化現(xiàn)象。變化現(xiàn)象。u微濾微濾孔堵塞或由粒子堆

12、積形成濾餅孔堵塞或由粒子堆積形成濾餅u超濾超濾濾餅或凝膠層濾餅或凝膠層u納濾或反滲透納濾或反滲透凝膠層或無機(jī)鹽結(jié)垢凝膠層或無機(jī)鹽結(jié)垢當(dāng)物料與膜材料發(fā)生接觸時(shí)就會(huì)因吸附作用產(chǎn)生膜污染，而濃差極當(dāng)物料與膜材料發(fā)生接觸時(shí)就會(huì)因吸附作用產(chǎn)生膜污染，而濃差極化則僅在膜過程進(jìn)行時(shí)才存在?；瘎t僅在膜過程進(jìn)行時(shí)才存在。膜污染的控制 預(yù)處理：如采用熱處理滅菌、調(diào)pH值、加入穩(wěn)定劑或阻垢劑； 膜材料匹配：親水膜普遍比疏水膜耐污染，膜表面抗污染改性； 膜孔徑匹配：膜孔徑要小于要截留的溶質(zhì)尺寸； 膜構(gòu)型選擇：固含量高的物料應(yīng)采用大流道膜元件； 操作條件優(yōu)化：高膜面流速有利于削弱膜污染，高壓易形成濃差極化和凝膠層；01

13、010202030304040505第四篇膜組件與膜設(shè)備膜組件膜組件膜組件：將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定驅(qū)動(dòng)力作用下，：將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在一定驅(qū)動(dòng)力作用下，可完成混合物中各組分分離的裝置?？赏瓿苫旌衔镏懈鹘M分分離的裝置。膜組件分類膜組件分類：平板式（板框式）、管式、卷式、中空纖維式。：平板式（板框式）、管式、卷式、中空纖維式。膜組件的構(gòu)成膜組件的構(gòu)成1. 1.膜膜：膜組件的核心，主要有有機(jī)膜和無機(jī)膜；：膜組件的核心，主要有有機(jī)膜和無機(jī)膜；2.2. 支撐物或連接物支撐物或連接物：膜形態(tài)固定并提供強(qiáng)度，如陶瓷燒結(jié)管、無紡布、塑料隔：膜形態(tài)固定并提供強(qiáng)度，如

14、陶瓷燒結(jié)管、無紡布、塑料隔網(wǎng)等；網(wǎng)等；3.3. 流道流道：提供物料流動(dòng)空間，流道尺寸會(huì)影響膜過程；：提供物料流動(dòng)空間，流道尺寸會(huì)影響膜過程；4.4. 密封密封：包括膜與膜的密封、膜與支撐體的密封、膜與外殼的密封等，是膜組：包括膜與膜的密封、膜與支撐體的密封、膜與外殼的密封等，是膜組件的關(guān)鍵技術(shù)問題；件的關(guān)鍵技術(shù)問題；5.5. 外殼外殼：不同的外殼材質(zhì)可用于不同的工藝要求，如衛(wèi)生級(jí)、工業(yè)級(jí)；：不同的外殼材質(zhì)可用于不同的工藝要求，如衛(wèi)生級(jí)、工業(yè)級(jí)；6.6. 外接口與連接外接口與連接：膜組件與工藝管線之間的連接，可采用螺紋式或法蘭式。：膜組件與工藝管線之間的連接，可采用螺紋式或法蘭式。平板式膜組件平

15、板式膜組件平板式膜組件：類似于化工設(shè)備中的板框壓濾機(jī)，它是以隔板、膜、支：類似于化工設(shè)備中的板框壓濾機(jī)，它是以隔板、膜、支撐板、膜的順序，多層交替重疊并壓緊組裝形成的。撐板、膜的順序，多層交替重疊并壓緊組裝形成的。p 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：組裝簡(jiǎn)單、更換方便、不易污染。：組裝簡(jiǎn)單、更換方便、不易污染。p 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：密封點(diǎn)多，流體折返引起的壓力損失大，裝填密度小。：密封點(diǎn)多，流體折返引起的壓力損失大，裝填密度小。平板式膜組件平板式膜設(shè)備管式膜組件管式膜組件管式膜組件：在圓管式支撐體內(nèi)側(cè)或外側(cè)涂覆膜層，并以類似于化工設(shè)備：在圓管式支撐體內(nèi)側(cè)或外側(cè)涂覆膜層，并以類似于化工設(shè)備中的列管換熱器的形式安裝在外殼中。中

16、的列管換熱器的形式安裝在外殼中。p 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：湍流流動(dòng)，納污量大，易于清洗，組件中流動(dòng)壓力損失小。：湍流流動(dòng)，納污量大，易于清洗，組件中流動(dòng)壓力損失小。p 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：裝填密度小，循環(huán)流量大，膜密封難度大。：裝填密度小，循環(huán)流量大，膜密封難度大。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：料液料液管式膜組件管式膜設(shè)備卷式膜組件卷式膜組件卷式膜組件：將制作好的平板膜密封成信封狀膜袋，在兩個(gè)膜袋之間襯以：將制作好的平板膜密封成信封狀膜袋，在兩個(gè)膜袋之間襯以網(wǎng)狀間隔材料，然后緊密地卷繞在一根多孔的中心管上而形成膜卷，再裝入圓柱網(wǎng)狀間隔材料，然后緊密地卷繞在一根多孔的中心管上而形成膜

17、卷，再裝入圓柱型壓力容器內(nèi)，構(gòu)成膜組件。型壓力容器內(nèi)，構(gòu)成膜組件。p 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，裝填密度較高。：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，裝填密度較高。p 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：納污量較小，對(duì)預(yù)處理要求較高，難以清洗。：納污量較小，對(duì)預(yù)處理要求較高，難以清洗。卷式膜組件卷式膜組件卷式膜設(shè)備中空纖維式膜組件中空纖維式膜組件中空纖維式膜組件：將多達(dá)幾十萬根直徑小于：將多達(dá)幾十萬根直徑小于1mm1mm的中空纖維膜一端的中空纖維膜一端或兩端用環(huán)氧樹脂鑄成管板或封頭，裝入圓筒型容器或鋪展為簾式而形成，大多或兩端用環(huán)氧樹脂鑄成管板或封頭，裝入圓筒型容器或鋪展為簾式而形成，大多數(shù)膜組件采用外壓式。數(shù)膜組件采用外壓式。p

18、優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：裝填密度很高，制造費(fèi)用較低。：裝填密度很高，制造費(fèi)用較低。p 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：易污堵，強(qiáng)度不足時(shí)易斷絲。：易污堵，強(qiáng)度不足時(shí)易斷絲。中空纖維式膜組件中空纖維式膜組件中空纖維式膜設(shè)備01010202030304040505第五篇膜過程與應(yīng)用l 通量通量：在一定操作條件下，單位時(shí)間通過單位面積膜的體積流量。單位L/m2.hl 選擇性選擇性：將混合物總的組分分離開來的能力。1）液體分離的選擇性常用截留率表示：R1Cp/Cb2）氣體分離或有機(jī)溶劑混合物的分離常用分離因子表示選擇性： A/B(yA/yB)/(xA/xB)，其中y表示滲透?jìng)?cè)各組分的濃度，x表示原料側(cè)各組分的濃度。當(dāng)A/B等于1，表示無

19、法實(shí)現(xiàn)分離目的，大于1表示A組分通過膜的速度大于B組分。膜過程術(shù)語l 推動(dòng)力：推動(dòng)力： 1）對(duì)多孔膜而言，在對(duì)流流動(dòng)的情況下，傳質(zhì)推動(dòng)力是膜兩側(cè)的壓力差。 膜壓降：P1-P2，是由于流體流動(dòng)引起的。 2）對(duì)致密膜而言，推動(dòng)力為膜兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)之差。P1 進(jìn)料截留液、濃縮液P2滲透液、清液P3P（P1P2）/2P3膜過程術(shù)語l 傳遞阻力（包括哪幾個(gè)部分）傳遞阻力（包括哪幾個(gè)部分）：1）膜阻Rm：與膜本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，包含膜層到支撐層的傳遞阻力；2）濃差極化阻力Rc：由于被截留組分在膜面濃度的增大而引起的；3）推動(dòng)力的損失：進(jìn)料側(cè)和滲透?jìng)?cè)的壓力損失；4）膜污染阻力：由于物料中的成分對(duì)膜產(chǎn)生吸附、堵塞、

20、以及沉積等現(xiàn)象而引起的。膜過程術(shù)語微濾微濾 （Microfiltration、MF）0.110 m：細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、蛋白等細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、蛋白等超濾超濾 （Ultrafiltration、UF）5 100nm：蛋白、顏料、多糖、大分子蛋白、顏料、多糖、大分子納濾 （Nanofiltration、NF）0.55nm:低聚糖、染料、多價(jià)離子 反滲透(reverse osmosis，RO) 0.11nm:電解質(zhì)、大于100Da的有機(jī)溶質(zhì)水、小于100Da的有機(jī)溶質(zhì) 典型膜過程-超濾和微濾分離機(jī)理超濾與微濾的區(qū)別微濾微濾超濾超濾分離精度較低，精度達(dá)微米尺度分離精度更高，精度達(dá)分

21、子量級(jí)別一般用于非均相分離可用于均相分離分離對(duì)象大多可通過光學(xué)顯微鏡觀察分離對(duì)象無法通過光學(xué)顯微鏡觀察濾餅過濾，濃差極化現(xiàn)象不明顯濃差極化和凝膠層影響較明顯膜污染污染物分類污染物分類膠體污染膠體污染：多為細(xì)微粒子，易形成凝膠層，可使用絮凝劑預(yù)處理。：多為細(xì)微粒子，易形成凝膠層，可使用絮凝劑預(yù)處理。有機(jī)物污染有機(jī)物污染：腐殖酸、高分子聚合物等，可使用堿或氧化劑處理。：腐殖酸、高分子聚合物等，可使用堿或氧化劑處理。微生物污染微生物污染：微生物會(huì)分泌粘液導(dǎo)致膜污染，可使用殺菌劑或氧化劑處理。：微生物會(huì)分泌粘液導(dǎo)致膜污染，可使用殺菌劑或氧化劑處理。污染因素污染因素機(jī)械截留污染機(jī)械截留污染：膜表面邊界層

22、內(nèi)顆粒無法被錯(cuò)流沖刷移除，易形成濾餅：膜表面邊界層內(nèi)顆粒無法被錯(cuò)流沖刷移除，易形成濾餅或堵塞膜孔，造成膜孔隙率降低或孔徑收縮，降低膜性能?；蚨氯た?，造成膜孔隙率降低或孔徑收縮，降低膜性能。吸附性污染吸附性污染：膜表面或膜孔內(nèi)帶有極性基團(tuán)，與溶液中帶有異性基團(tuán)的溶：膜表面或膜孔內(nèi)帶有極性基團(tuán)，與溶液中帶有異性基團(tuán)的溶質(zhì)發(fā)生吸附導(dǎo)致膜污染。質(zhì)發(fā)生吸附導(dǎo)致膜污染。微濾小結(jié)超濾小結(jié)微濾 （Microfiltration、MF）0.110m：細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、蛋白等超濾 （Ultrafiltration、UF）5100nm：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾納濾 （NanofiltrationNa

23、nofiltration、NFNF）0.55nm: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(reverse osmosisreverse osmosis，RORO) 0.11nm:電解質(zhì)、大于電解質(zhì)、大于100Da的有機(jī)溶質(zhì)的有機(jī)溶質(zhì)水、小于100Da的有機(jī)溶質(zhì) 典型膜過程-反滲透和納濾滲透現(xiàn)象和反滲透半透膜半透膜：能夠讓溶液中某幾種組分通過而其他組分不能通過的選擇性膜。：能夠讓溶液中某幾種組分通過而其他組分不能通過的選擇性膜。滲透現(xiàn)象滲透現(xiàn)象：用半透膜隔開純?nèi)軇┖腿芤?，純?nèi)軇┩ㄟ^膜向溶液相自發(fā)流動(dòng)。：用半透膜隔開純?nèi)軇┖腿芤?，純?nèi)軇┩ㄟ^膜向溶液相自發(fā)流動(dòng)。滲透壓滲透壓：為克

24、服滲透現(xiàn)象而在溶液側(cè)施加的壓力。：為克服滲透現(xiàn)象而在溶液側(cè)施加的壓力。反滲透反滲透：在溶液側(cè)施加高于滲透壓的壓力使溶劑反向滲透流動(dòng)。：在溶液側(cè)施加高于滲透壓的壓力使溶劑反向滲透流動(dòng)。滲滲透透壓壓溶質(zhì)濃度越高，滲透壓越大溶質(zhì)濃度越高，滲透壓越大分離機(jī)理供給水 Feed water透過水 Permeate濃縮水 Concentrate回收率Total systemrecovery ratio回收率 50% recovery ratio回收率 7580% recovery ratio回收率 8590% recovery ratio1 set Bank2 set Bank3 set Bank濃水分段與

25、產(chǎn)水分級(jí)濃水分段濃水分段：上一段的濃水作為下一段的進(jìn)水，可提高水回收率。：上一段的濃水作為下一段的進(jìn)水，可提高水回收率。產(chǎn)水分級(jí)產(chǎn)水分級(jí)：上一級(jí)的產(chǎn)水作為下一級(jí)的進(jìn)水，可提高脫鹽率。：上一級(jí)的產(chǎn)水作為下一級(jí)的進(jìn)水，可提高脫鹽率。預(yù)處理系統(tǒng)降低濁度降低濁度：懸浮固體與膠體極易形成膜污染，常采用絮凝沉降或預(yù)過濾等：懸浮固體與膠體極易形成膜污染，常采用絮凝沉降或預(yù)過濾等手段加以控制，微濾和超濾也可作為反滲透和納濾系統(tǒng)的預(yù)處理。手段加以控制，微濾和超濾也可作為反滲透和納濾系統(tǒng)的預(yù)處理?？刂扑赋练e控制水垢沉積：微溶鹽因濃縮導(dǎo)致超過其溶度積易生成水垢導(dǎo)致膜污染，：微溶鹽因濃縮導(dǎo)致超過其溶度積易生成水垢導(dǎo)

26、致膜污染，一般為碳酸鈣、硫酸鈣等，常采用加酸或阻垢劑進(jìn)行控制。一般為碳酸鈣、硫酸鈣等，常采用加酸或阻垢劑進(jìn)行控制。控制金屬氧化物控制金屬氧化物：在高：在高pHpH值下易生成氫氧化鐵、氫氧化鋁等金屬氧化值下易生成氫氧化鐵、氫氧化鋁等金屬氧化物沉淀，應(yīng)控制膜分離系統(tǒng)中的物沉淀，應(yīng)控制膜分離系統(tǒng)中的pHpH在合理范圍內(nèi)。在合理范圍內(nèi)。防止硅沉積污染防止硅沉積污染：二氧化硅過飽和時(shí)易產(chǎn)生膠體硅或硅膠導(dǎo)致膜污染，：二氧化硅過飽和時(shí)易產(chǎn)生膠體硅或硅膠導(dǎo)致膜污染，一般通過降低回收率、提高溫度和一般通過降低回收率、提高溫度和pHpH值來防止二氧化硅過飽和。值來防止二氧化硅過飽和。控制有機(jī)物控制有機(jī)物：有機(jī)物污

27、染機(jī)理復(fù)雜，并易與其他污染物形成復(fù)合污染，常：有機(jī)物污染機(jī)理復(fù)雜，并易與其他污染物形成復(fù)合污染，常采用吸附樹脂、氣體吹脫、絮凝、超濾預(yù)處理等加以控制。采用吸附樹脂、氣體吹脫、絮凝、超濾預(yù)處理等加以控制。預(yù)處理系統(tǒng)1、海水和苦咸水淡化2、廢水和有害廢水的處理工業(yè)廢水市政廢水3、化學(xué)加工工業(yè)的應(yīng)用電鍍和金屬拋光工業(yè)造紙工業(yè)紡織工業(yè)石油工業(yè)電力工業(yè)4、食品加工工業(yè)的應(yīng)用水處理產(chǎn)品回收濃縮和脫水分餾5、地下水和地表水的處理6、納濾的應(yīng)用廢水處理產(chǎn)品脫鹽濃縮典型應(yīng)用過程陶瓷膜在液相分離領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀在食品工業(yè)中的應(yīng)用：始于1980年，主要集中在奶制品、酒類、果汁飲料、調(diào)味品等料液的澄清、濃縮除菌。 在環(huán)

28、保行業(yè)中的應(yīng)用：以廢水、廢液的處理為主，主要用于含油廢水的處理以及化工、石油化工中生產(chǎn)廢液處理，其目標(biāo)是回收水中有用成分，使處理后的水循環(huán)利用或達(dá)標(biāo)排放。在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用：這是一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，主要涉及下游細(xì)胞回收、發(fā)酵液澄清、產(chǎn)品凈化等諸多方面，另外酶膜反應(yīng)器、膜傳感器等也是研究熱點(diǎn)。在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用v牛奶的微濾除菌、乳清濃縮、酸奶處理等 果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用 v主要在蘋果汁、獼猴桃汁等生產(chǎn)中已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。釀酒工業(yè)中的應(yīng)用釀酒工業(yè)中的應(yīng)用 v無菌低溫啤酒生產(chǎn)、啤酒罐底液處理等工業(yè)已規(guī)模應(yīng)用以及在葡萄酒生產(chǎn)中的應(yīng)用。食品工業(yè)牛奶MFUFRO脂肪和細(xì)菌脫脂

29、牛奶UF截留物UF滲透物RO濃縮物水高脂奶油飲料生產(chǎn)奶酪特殊奶制品全蛋白乳糖生產(chǎn)發(fā)酵食品和非食品生產(chǎn)蒸發(fā)干燥全奶粉奶罐運(yùn)輸特殊奶品在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用原奶MF脫脂奶UF混合巴氏殺菌 均相化PROCAL奶飲料奶油滲透液超濾法生產(chǎn)飲料奶在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁微濾1擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒微濾2準(zhǔn)備上市的酒葡萄果漿榨汁未發(fā)酵葡萄汁擠壓作用（亞硫酸鹽處理，冷凍，離心）擠壓葡萄汁發(fā)酵生酒澄清（整理，過濾）化學(xué)穩(wěn)定作用：冷凍生物穩(wěn)定作用：巴氏殺菌裝瓶 準(zhǔn)備上市的酒A：傳統(tǒng)工藝 B：膜工藝傳統(tǒng)葡萄酒工藝與膜技術(shù)過濾工藝比較傳統(tǒng)葡萄酒工藝與膜技術(shù)過濾工藝比較在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用在釀

30、酒工業(yè)中的應(yīng)用在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用未濾啤酒離心沉降預(yù)澄清發(fā)酵硅藻土過濾板框過濾終端過濾器滅菌過濾器發(fā)酵未濾啤酒離心沉降預(yù)澄清錯(cuò)流微濾制成無菌濾液啤酒過濾啤酒過濾在含油廢水處理中的應(yīng)用在含油廢水處理中的應(yīng)用v油田回注水、金屬表面切削液、冷軋乳化液、冷軋乳化液、清洗液廢水等 在化工及石化廢水處理中的應(yīng)用在化工及石化廢水處理中的應(yīng)用 v主要用于回收化工廢水中的貴重金屬及其氧化物等。在其它工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用在其它工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用 v造紙工業(yè)的黑水和白水處理、紡織廢水中PVA回收等。環(huán)保工業(yè)在發(fā)酵液除菌中的應(yīng)用在發(fā)酵液除菌中的應(yīng)用v乳酸、核酸、青霉素G等提取 在中成藥生產(chǎn)中的應(yīng)用在中成藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

31、 v主要用于替代醇沉工藝，除去煎煮液中的雜質(zhì)，研究處于起步階段等。在血漿分離中的應(yīng)用在血漿分離中的應(yīng)用 v已被證實(shí)是可行的方法，但國(guó)內(nèi)尚未開展研究。生化與制藥工業(yè)生物方面的主要應(yīng)用液相澄清：抗生素發(fā)酵液的澄清、溶菌液的澄清、蛋白質(zhì)液澄清、酵母溶菌液澄清固相回收：連續(xù)培養(yǎng)發(fā)酵的細(xì)胞回收、菌細(xì)胞的收獲和沖洗、網(wǎng)狀菌絲體的濃縮、酵母濃縮抗生素的澄清陶瓷膜過濾：膜面流速2.5 4 m/s,操作壓力35bar,回收率大于95%。過濾純化最終產(chǎn)品分離典型分離過程MF離心硅藻土過濾離子交換吸附溶劑萃取等電沉淀液液萃取分級(jí)沉淀色譜分離結(jié)晶噴霧干燥冷凍干燥發(fā)酵產(chǎn)物的下游處理分離膜技術(shù)用于中藥提取與純化 中藥化學(xué)

32、成分復(fù)雜中藥化學(xué)成分復(fù)雜，常含有無機(jī)鹽、生物堿、氨基酸、有機(jī)酸、酚，常含有無機(jī)鹽、生物堿、氨基酸、有機(jī)酸、酚類、皂苷、甾族和萜類化合物及蛋白質(zhì)、多糖等，分子量分布類、皂苷、甾族和萜類化合物及蛋白質(zhì)、多糖等，分子量分布寬泛寬泛。 中藥有效成分中藥有效成分分子量一般在分子量一般在1000Da以下，因此中藥加工的核心任以下，因此中藥加工的核心任務(wù)是提取液中的大分子雜質(zhì)的務(wù)是提取液中的大分子雜質(zhì)的去除去除和有效成分的和有效成分的濃縮濃縮。 傳統(tǒng)的純化方法是傳統(tǒng)的純化方法是水提醇沉水提醇沉工藝，通過加入高濃度乙醇除去大分子工藝，通過加入高濃度乙醇除去大分子雜質(zhì)，該工藝能耗高、溶劑消耗量大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)

33、品質(zhì)量不穩(wěn)定，雜質(zhì)，該工藝能耗高、溶劑消耗量大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，難以滿足難以滿足中藥現(xiàn)代化和國(guó)際化的需求。中藥現(xiàn)代化和國(guó)際化的需求。 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)能夠利用膜孔徑與中藥化學(xué)成分分子量的匹配，對(duì)中藥能夠利用膜孔徑與中藥化學(xué)成分分子量的匹配，對(duì)中藥藥效物質(zhì)進(jìn)行藥效物質(zhì)進(jìn)行集群篩選集群篩選，實(shí)現(xiàn)中藥產(chǎn)品的高效提取與分離。，實(shí)現(xiàn)中藥產(chǎn)品的高效提取與分離。膜技術(shù)在生物與制藥工業(yè)中的應(yīng)用 微生物發(fā)酵在生化行業(yè)中具有舉足輕重的地位,終產(chǎn)物都是在發(fā)酵中形成。但發(fā)酵過程中存在許多制約因素，就分離而言，原料的預(yù)處理中除去蛋白，發(fā)酵中及時(shí)分離微生物代謝產(chǎn)物，發(fā)酵終了后所要求組分從發(fā)酵液中的分離、其它組分的回收利用，以及發(fā)酵廢液的處理，都是發(fā)酵過程要解決的問題。涉及下游細(xì)胞回收、發(fā)酵液澄清、產(chǎn)品凈化等諸多方面，另外酶膜反應(yīng)器、膜傳感器等