制藥設(shè)備第三部分_氣固分離及膜分離

1、第五章第五章 制藥工程氣固分離設(shè)備制藥工程氣固分離設(shè)備需要?dú)夤谭蛛x的場合： （一）、發(fā)塵量大的設(shè)備：如粉碎、過篩、混合、制粒、干燥、壓片、包衣等設(shè)備。 （二）、需要將固體粉末收集后再排空的氣體排放過程。 （三）、氣體的凈化處理和過濾除菌。本章內(nèi)容： （一） 旋風(fēng)分離器 （二） 袋濾器結(jié)構(gòu)及原理：適用場合： 以切向?qū)胧?旋風(fēng)分離器為例 （一）捕集直徑510m以上粉塵，粉塵顆粒較粗，含塵濃度較大。 （二）作為硫化床反應(yīng)器的內(nèi)分離裝置，或作為預(yù)分離器使用。特點(diǎn)： （一）結(jié)構(gòu)簡單、操作彈性大、效率較高、管理維護(hù)方便，價(jià)格低廉。 （二）實(shí)際操作中應(yīng)注意控制風(fēng)速，風(fēng)速大易產(chǎn)生渦流及返混現(xiàn)象，風(fēng)速小分離效

2、率低。其它形式： 螺旋型、渦旋型、旁路型、擴(kuò)散型、旋流型、多管式等。第六章第六章 制藥工程膜分離設(shè)備制藥工程膜分離設(shè)備膜分離技術(shù)發(fā)展簡史膜分離技術(shù)發(fā)展簡史 高分子膜的分離功能很早就已發(fā)現(xiàn)。高分子膜的分離功能很早就已發(fā)現(xiàn)。1748年，耐克特（年，耐克特（A. Nelkt）發(fā)現(xiàn)水能自動地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了）發(fā)現(xiàn)水能自動地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透膜滲透的研究。的研究。 1861年，施密特（年，施密特（A. Schmidt）首先提出了）首先提出了超過濾超過濾的概念。的概念。他提出，用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，若他提出，用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，

3、若在溶液側(cè)施加壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液在溶液側(cè)施加壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中的細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙高得多。中的細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙高得多。這種過濾可稱為超過濾。按現(xiàn)代觀點(diǎn)看，這種過濾應(yīng)稱為這種過濾可稱為超過濾。按現(xiàn)代觀點(diǎn)看，這種過濾應(yīng)稱為微微孔過濾孔過濾。 然而，真正意義上的分離膜出現(xiàn)在然而，真正意義上的分離膜出現(xiàn)在20世紀(jì)世紀(jì)60年代。年代。1961年，年，米切利斯（米切利斯（A. S. Michealis）等人用各種比例的酸性和堿性的）等人用各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水高分子電介質(zhì)混合物以水丙酮丙酮

4、溴化鈉為溶劑，制成了可溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超過濾膜超過濾膜。 50年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了反反滲透膜滲透膜的研究。的研究。 1967年，年，DuPont公司研制成功了以尼龍為主要組分公司研制成功了以尼龍為主要組分的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥DDS公司研公司研制成功制成功平板式反滲透膜組件平板式反滲透膜組件。反滲透膜開始工業(yè)化。反滲透膜開始工業(yè)化。自上世紀(jì)自上世紀(jì)60年代中期以來，膜分離技術(shù)真正實(shí)年代中期以來，膜分離技術(shù)

5、真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是超過濾膜超過濾膜（簡稱（簡稱UF膜）、膜）、微孔過濾膜微孔過濾膜（簡稱（簡稱MF膜）和膜）和反滲透膜反滲透膜（簡稱（簡稱RO膜）膜）。以后又開發(fā)了許多其它類型的分離。以后又開發(fā)了許多其它類型的分離膜。在此期間，除上述三大膜外，其他類型的膜也膜。在此期間，除上述三大膜外，其他類型的膜也獲得很大的發(fā)展。獲得很大的發(fā)展。80年代年代氣體分離膜氣體分離膜的研制成功，的研制成功，使功能膜的地位又得到了進(jìn)使功能膜的地位又得到了進(jìn)步提高。步提高。 具有分離選擇性的人造具有分離選擇性的人造液膜液膜是馬?。ㄊ邱R丁（Martin）在）在60年年代初

6、研究反滲透時(shí)發(fā)現(xiàn)的，這種液膜是覆蓋在固體膜之代初研究反滲透時(shí)發(fā)現(xiàn)的，這種液膜是覆蓋在固體膜之上的，為支撐液膜。上的，為支撐液膜。 60年代中期，美籍華人年代中期，美籍華人黎念之博士黎念之博士發(fā)現(xiàn)含有表面活性發(fā)現(xiàn)含有表面活性劑的水和油能形成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體膜支劑的水和油能形成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體膜支撐的新型液膜，并于撐的新型液膜，并于1968年獲得純粹液膜的第一項(xiàng)專利。年獲得純粹液膜的第一項(xiàng)專利。 70年代初，卡斯勒（年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功）又研制成功含流動載含流動載體的液膜體的液膜，使液膜分離技術(shù)具有更高的選擇性，使液膜分離技術(shù)具有更高的選擇性膜形態(tài)推

7、動 力膜 過 程應(yīng) 用 實(shí) 例對稱非對稱復(fù)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(xué)反應(yīng)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*一、膜及其分理機(jī)理：1、定義：膜是分離兩相和作為選擇性傳遞物質(zhì)的屏障。膜是分離兩相的中間相。有分離作用的膜稱之為分離膜，通常亦簡稱為膜。2、型態(tài)：可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。本章主要內(nèi)容為固體膜。3、結(jié)構(gòu)：可能是均質(zhì)的，也可能是非均質(zhì)的；可以是中性的，也可以是帶電的。4、傳遞過程：可以是主動傳遞過程，也可以是被動

8、傳遞過程。5、推動力：壓力差、濃度差、電位差等膜中間相相相原料透過物傳質(zhì)推動力 膜的分類膜的分類根據(jù)膜的材質(zhì)液體膜根據(jù)材料來源天然膜合成膜無機(jī)材料膜有機(jī)高分子膜根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)多孔膜無孔膜離子交換膜滲析膜微孔過濾膜超過濾膜反滲透膜滲透汽化膜氣體滲透膜根據(jù)膜的功能固體膜 固體膜固體膜根據(jù)膜斷面的物理形態(tài)對稱膜不對稱膜復(fù)合膜根據(jù)固體膜的形態(tài)平板膜管式膜中空纖維膜l膜分離的概念：利用膜的選擇性（孔徑大?。?，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實(shí)現(xiàn)分離的一種技術(shù)。 用作分離膜的材料包括廣泛的天然材料和人工合用作分離膜的材料包括廣泛的天然材料和人工合成的成的有機(jī)高分子材料有

9、機(jī)高分子材料和和無機(jī)材料無機(jī)材料。 原則上講，凡能成膜的高分子有機(jī)材料和無機(jī)材料原則上講，凡能成膜的高分子有機(jī)材料和無機(jī)材料均可用于制備分離膜。均可用于制備分離膜。 但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。這但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要求，如分離效率、分離速度主要決定于膜的一些特定要求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。膜材料膜材料種類膜材料種類高分子高分子有機(jī)膜有機(jī)膜纖維素衍生物類纖維素衍生物類聚砜類聚砜類聚酰胺類聚酰胺類聚酰亞胺類聚酰亞胺類聚酯類聚酯類聚烯烴類聚烯烴類乙烯類聚合物乙烯類聚合物含硅聚合

10、物含硅聚合物含氟聚合物含氟聚合物甲殼素類甲殼素類無機(jī)膜無機(jī)膜致密膜致密膜多孔膜多孔膜致密的金屬膜致密的金屬膜致密的固體電解質(zhì)膜致密的固體電解質(zhì)膜致密的致密的”液體充實(shí)固體化液體充實(shí)固體化“動態(tài)原位形成的致密膜動態(tài)原位形成的致密膜Pd膜及膜及Pd合金膜合金膜Ag膜及膜及Ag合金膜合金膜氧化鋯膜氧化鋯膜 復(fù)合固體氧化膜復(fù)合固體氧化膜多孔負(fù)載膜多孔負(fù)載膜多孔金屬膜，多孔不銹鋼膜多孔金屬膜，多孔不銹鋼膜多孔多孔Ni膜，多孔膜，多孔Ag膜，多孔膜，多孔Pd膜，多孔膜，多孔Ti膜膜多孔陶瓷膜，包括多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，膜，SiO2膜，膜，ZrO2膜，膜，TiO2膜膜（多孔玻璃膜，分子篩膜，包括碳分

11、子篩）（多孔玻璃膜，分子篩膜，包括碳分子篩）具體分類具體分類種類種類具體分類具體分類纖維素衍生物纖維素衍生物類類再生纖維素，硝酸纖維素，二醋酸纖維素，三醋再生纖維素，硝酸纖維素，二醋酸纖維素，三醋酸纖維素，乙基纖維素，其他纖維素衍生物酸纖維素，乙基纖維素，其他纖維素衍生物聚砜類聚砜類雙酚雙酚A型聚砜，聚芳醚酚，酚酞型聚醚酚，聚醚酮型聚砜，聚芳醚酚，酚酞型聚醚酚，聚醚酮聚酰胺類聚酰胺類脂肪族聚酰胺，聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，交聯(lián)脂肪族聚酰胺，聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，交聯(lián)芳香聚酰胺芳香聚酰胺聚酰亞胺類聚酰亞胺類脂肪族二酸聚酰亞胺，全芳香聚酰亞胺，含氟聚脂肪族二酸聚酰亞胺，全芳香聚酰亞胺，含氟聚酰亞胺

12、酰亞胺聚酯類聚酯類滌綸，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯滌綸，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯聚烯烴類聚烯烴類聚乙烯，聚丙烯，聚聚乙烯，聚丙烯，聚4-甲基甲基-1-戊烯戊烯乙烯類聚合物乙烯類聚合物聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯含硅聚合物含硅聚合物聚二甲基硅氧烷，聚三甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷，聚三甲基硅氧烷含氟聚合物含氟聚合物聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯甲殼素類甲殼素類無無高分子有機(jī)膜材料的具體分類高分子有機(jī)膜材料的具體分類 目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維素酯纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料

13、類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來說，。從品種來說，已有成百種以上的膜被制備出來，其中約已有成百種以上的膜被制備出來，其中約40多種已多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。以日本為例，纖維素酯類被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。以日本為例，纖維素酯類膜占膜占53，聚砜膜占，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占，聚酰胺膜占11.7，其，其他材料的膜占他材料的膜占2，可見纖維素酯類材料在膜材料中，可見纖維素酯類材料在膜材料中占主要地位。占主要地位。 醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。 醋酸纖維醋酸纖維素性能穩(wěn)定，但在高溫和酸、堿存在下易發(fā)生水解。素性能穩(wěn)定，但在高溫和酸、堿存在下易發(fā)

14、生水解。 醋酸纖維素類材料醋酸纖維素類材料易受微生物侵蝕，易受微生物侵蝕，pH值適應(yīng)范值適應(yīng)范圍較窄，不耐高溫和某些有機(jī)溶劑或無機(jī)溶劑圍較窄，不耐高溫和某些有機(jī)溶劑或無機(jī)溶劑。因此發(fā)。因此發(fā)展了非纖維素酯類（合成高分子類）膜。展了非纖維素酯類（合成高分子類）膜。顯顯微微鏡鏡下下膜膜的的照照片片醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖99表皮層，孔徑表皮層，孔徑（810）1010m過渡層，孔徑過渡層，孔徑2001010m多孔層，孔徑多孔層，孔徑（10004000）1010m1%非纖維素酯類膜材料非纖維素酯類膜材料 常見的有常見的有聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物物等

15、。等?；咎匦裕夯咎匦裕?分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)；分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)； 主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，使之有主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，使之有高的抗壓密性和耐熱性；高的抗壓密性和耐熱性； 化學(xué)穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性好； 具有可溶性；具有可溶性； 早期使用的早期使用的聚酰胺聚酰胺是是脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺，如尼龍，如尼龍4、尼龍尼龍66等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對鹽水等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對鹽水的分離率在的分離率在8090之間，但透水率很低，僅之間，但透水率很低，僅0.076 ml/cm2h。 以后發(fā)展了以后發(fā)展了芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺，用它們制成的分離膜，用它

16、們制成的分離膜，pH適用范圍為適用范圍為311，分離率可達(dá)，分離率可達(dá)99.5（對鹽水），（對鹽水），透水速率為透水速率為0.6 ml/cm2h。長期使用穩(wěn)定性好。由于。長期使用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對水中的游離氯有酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對水中的游離氯有較高要求較高要求。 離子性聚合物離子性聚合物可用于制備離子交換膜。與離子可用于制備離子交換膜。與離子交換樹脂相同，離子交換膜也可分為交換樹脂相同，離子交換膜也可分為強(qiáng)酸型陽離子強(qiáng)酸型陽離子膜、弱酸型陽離子膜、強(qiáng)堿型陰離子膜和弱堿型陰膜、弱酸型陽離子膜、強(qiáng)堿型陰離子膜和弱堿型陰離子膜離子膜等。在淡化海水的應(yīng)用中，主要使用

17、的是強(qiáng)等。在淡化海水的應(yīng)用中，主要使用的是強(qiáng)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磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的兩種離是最常用的兩種離子聚合物膜。子聚合物膜。 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域典型的膜分離技術(shù)主要有微孔過濾典型的膜分離技術(shù)主要有微孔過濾(MF)、超、超濾濾(UF)、反滲透、反滲透(RO)、納濾、納濾(NF)、滲析、滲析(D)、電滲析電滲析(ED)、液膜、液膜(LM)及滲透蒸發(fā)及滲透蒸發(fā)( PV)等，等，下面分別介紹之。下面分別介紹之?；ぜ徔椇Ｋ扑幒蜕锕こ汰h(huán)境保護(hù)電子工業(yè)純水生產(chǎn)應(yīng)用應(yīng)用膜形態(tài)推 動 力膜 過 程應(yīng) 用 實(shí)

18、 例對稱非對稱復(fù)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(xué)反應(yīng)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*微孔過濾技術(shù)微孔過濾技術(shù)微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，二戰(zhàn)時(shí)被用于檢測城市微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，二戰(zhàn)時(shí)被用于檢測城市給水系統(tǒng)的微生物污染。我國給水系統(tǒng)的微生物污染。我國20世紀(jì)世紀(jì)70年代開始研究。到目前年代開始研究。到目前為止，國內(nèi)外商品化的微孔膜約有為止，國內(nèi)外商品化的微孔膜約有13類，總計(jì)類，總計(jì)400多種。多種。1）推動力：

19、）推動力：壓力差壓力差（靜壓差），為靜壓差），為0.010.2MPa2）膜類型特點(diǎn)：）膜類型特點(diǎn)：均勻的多孔薄膜，厚度在均勻的多孔薄膜，厚度在90150m左右，左右，過濾粒徑在過濾粒徑在0.025 10m之間之間 （也有稱（也有稱10nm 10m）,孔隙孔隙率率70%80%，107108個(gè)小孔個(gè)小孔/cm2濾膜。濾膜。微濾膜本身性脆、易碎，機(jī)械強(qiáng)度差，實(shí)際使用時(shí)必須襯微濾膜本身性脆、易碎，機(jī)械強(qiáng)度差，實(shí)際使用時(shí)必須襯貼在多孔支撐體上，如燒結(jié)的不銹鋼、燒結(jié)鎳等；尼龍布、絲貼在多孔支撐體上，如燒結(jié)的不銹鋼、燒結(jié)鎳等；尼龍布、絲綢（需以密孔篩板支撐）。綢（需以密孔篩板支撐）。1. 微孔過濾和微孔膜的

20、特點(diǎn)微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn)微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為：微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為： 孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所有大孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留；于制定孔徑的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為107孔孔/cm2，微孔體積占膜總體積的，微孔體積占膜總體積的7080。由于膜很。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；薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍； 無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90150m之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。

21、無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，過濾時(shí)沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的過濾時(shí)沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。濾液。 微孔膜的缺點(diǎn)：微孔膜的缺點(diǎn)： 顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞； 使用時(shí)必須有前道過濾的配合，否則無法正使用時(shí)必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。常工作。2.1 微孔過濾技術(shù)微孔過濾技術(shù)3）透過組分：）透過組分：小于膜孔的物質(zhì)，如水、溶劑、溶解物小于膜孔的物質(zhì)，如水、溶劑、溶解物 截留組分：截留組分：大于膜孔的物質(zhì)，如懸浮物、細(xì)菌等大于膜孔的物質(zhì)，如懸浮物、細(xì)菌等 1. 微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn)微孔過濾

22、和微孔膜的特點(diǎn)4）分離機(jī)理）分離機(jī)理根據(jù)顆粒大小、形狀進(jìn)行分離根據(jù)顆粒大小、形狀進(jìn)行分離溶解物：溶解物： 1nm膠體物質(zhì)：膠體物質(zhì)： 1nm 200nm懸浮物：懸浮物： 200nm機(jī)械截留（篩分作用）機(jī)械截留（篩分作用）主要機(jī)理主要機(jī)理 物理作用：包括吸附作用、電性能影響物理作用：包括吸附作用、電性能影響架橋作用架橋作用 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截流網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截流2. 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。 可用于水的高度凈化、食品和飲料的除菌、藥液可用于水的高度凈化、食品和飲料的除菌

23、、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。 大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等，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小固體顆粒和微生物，都可借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。助微孔膜去除。（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)菌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。的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測定。（3）食糖與酒類的精制。）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

24、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。由于是常溫操作，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。不會使酒類產(chǎn)品變味。（4）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(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥用熱壓法。但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥品中。而且對于熱敏性藥物，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，

25、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)。超濾技術(shù)超濾技術(shù) 超濾技術(shù)始于超濾技術(shù)始于 1861 年，最早使用的超濾膜是動物臟器年，最早使用的超濾膜是動物臟器膜。膜。1864年年Traube合成了第一張人工膜。我國于合成了第一張人工膜。我國于20世紀(jì)世紀(jì)70年年

26、代末開始研究，代末開始研究，80年代發(fā)展迅速。年代發(fā)展迅速。1）推動力：）推動力：壓力差，為壓力差，為0.10.5MPa2）透過組分：）透過組分：溶劑、離子、小分子（分子量溶劑、離子、小分子（分子量1000） 截留組分：截留組分：生物制品、膠體、大分子（分子量生物制品、膠體、大分子（分子量1000300000）如酶、蛋白質(zhì)等）如酶、蛋白質(zhì)等3）分離機(jī)理：）分離機(jī)理：根據(jù)分子特性、大小、形狀進(jìn)行分離根據(jù)分子特性、大小、形狀進(jìn)行分離 與微濾相似，主要也是為篩分作用。與微濾相似，主要也是為篩分作用。1. 超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾和超濾膜的特點(diǎn) 4）膜類型特點(diǎn)：）膜類型特點(diǎn)：超濾膜均為不對稱膜，其過濾粒

27、徑介于超濾膜均為不對稱膜，其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，微濾和反滲透之間，約約510 nm。 超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)組成：超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(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，其中細(xì)孔孔徑一般小于中細(xì)孔孔徑一般小于10nm； 中間的中間的過渡層過渡層，具有大于，具有大于10nm的細(xì)孔，厚度一般為的細(xì)孔，厚度一般為110m； 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(jī)械強(qiáng)度?？住Ｖ螌拥淖饔脼槠鹬巫饔?，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。 膜的

28、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。1. 超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾和超濾膜的特點(diǎn) 超濾是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一，它的超濾是目前應(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：2. 超濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域超濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域（1）純水的制備。）純水的制備。超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、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）

29、在牛奶加工廠中用超濾技術(shù)可從在牛奶加工廠中用超濾技術(shù)可從乳清中分離蛋乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖白和低分子量的乳糖。（3）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)，使果術(shù)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(shí)保持原有的色、香、味，汁和酒在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操作方便，成本較低。操作方便，成本較低。（4）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，處理熱敏性物質(zhì)，分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。（5）食品工業(yè)中

30、及造紙廠的廢水處理。）食品工業(yè)中及造紙廠的廢水處理。2. 超濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域超濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中空纖維超濾膜結(jié)構(gòu)超濾膜裝置超濾膜裝置反滲透技術(shù)反滲透技術(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。反滲透技術(shù)滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。反滲透技術(shù)20世紀(jì)世紀(jì)60年代美國為解決宇航員太空飲水問題而年代美國為解決宇航員太空飲水問題而研制的，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分研制的，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。離技術(shù)。圖圖4 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滲透和反滲透的原理如下圖圖所示。所示。1）推動力：）推動

31、力：壓力差，為壓力差，為110MPa2）透過組分：）透過組分：水、溶劑（分子量水、溶劑（分子量200） 截留組分：截留組分：全部顆粒物、溶質(zhì)和鹽（粒徑全部顆粒物、溶質(zhì)和鹽（粒徑0.1 1nm）3）反滲透膜：）反滲透膜：大部分為不對稱膜、復(fù)合膜。常用的主要為醋大部分為不對稱膜、復(fù)合膜。常用的主要為醋酸纖維素膜（酸纖維素膜（CA膜），其致密層孔隙約膜），其致密層孔隙約0.2 1.0nm 。4）反滲透膜的分離機(jī)理）反滲透膜的分離機(jī)理根據(jù)溶劑的擴(kuò)散傳遞進(jìn)行分離根據(jù)溶劑的擴(kuò)散傳遞進(jìn)行分離 無機(jī)鹽離子的直徑僅為無機(jī)鹽離子的直徑僅為0.10.3nm，水合離子的直徑為，水合離子的直徑為0.30.6nm，明顯小

32、于孔徑，無法用分子篩分原理來解釋分離，明顯小于孔徑，無法用分子篩分原理來解釋分離現(xiàn)象。反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭論，主要有現(xiàn)象。反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭論，主要有溶解擴(kuò)溶解擴(kuò)散理論、氫鍵理論、選擇吸附散理論、氫鍵理論、選擇吸附毛細(xì)管流動理論毛細(xì)管流動理論等。等。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)溶解擴(kuò)散理論：溶解擴(kuò)散理論：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) 認(rèn)為反滲透膜的認(rèn)為反滲透膜的致密層可以是無致密層可以是無孔的，孔的，具體過程包括：具體過程包括：溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解。附和溶解。溶

33、質(zhì)和溶劑之間沒有相互作用，它溶質(zhì)和溶劑之間沒有相互作用，它們在各自化學(xué)位差的推動下僅以們在各自化學(xué)位差的推動下僅以分分子擴(kuò)散方式子擴(kuò)散方式（不存在溶質(zhì)和溶劑的（不存在溶質(zhì)和溶劑的對流傳遞）通過反滲透膜的活性層。對流傳遞）通過反滲透膜的活性層。溶質(zhì)和溶劑在膜的透過液側(cè)表面解溶質(zhì)和溶劑在膜的透過液側(cè)表面解吸。吸。氫鍵理論氫鍵理論:主要針對醋酸纖維素膜提出主要針對醋酸纖維素膜提出 醋酸纖維素膜具有高度矩陣結(jié)構(gòu)，鹽水中的水分子能與膜醋酸纖維素膜具有高度矩陣結(jié)構(gòu)，鹽水中的水分子能與膜上的極性基團(tuán)（如羰基）形成氫鍵。在反滲透壓力作用下，以上的極性基團(tuán)（如羰基）形成氫鍵。在反滲透壓力作用下，以氫鍵結(jié)合進(jìn)入膜

34、內(nèi)的水分子由第一氫鍵位置斷裂而轉(zhuǎn)移到另一氫鍵結(jié)合進(jìn)入膜內(nèi)的水分子由第一氫鍵位置斷裂而轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置形成氫鍵；水分子通過一連串的氫鍵個(gè)位置形成氫鍵；水分子通過一連串的氫鍵“斷開斷開形成形成斷斷開開”過程依次從一個(gè)極性基團(tuán)移到另一個(gè)極性基團(tuán)，直至離開過程依次從一個(gè)極性基團(tuán)移到另一個(gè)極性基團(tuán)，直至離開表層，進(jìn)入膜的多孔層。表層，進(jìn)入膜的多孔層。 選擇吸附選擇吸附毛細(xì)管流動理論毛細(xì)管流動理論 膜是由含有適當(dāng)親水基團(tuán)的多孔材料組成。在鹽溶液中，膜是由含有適當(dāng)親水基團(tuán)的多孔材料組成。在鹽溶液中，膜表面有選擇性吸附能力，即吸附水分子而排斥鹽分子。因此，膜表面有選擇性吸附能力，即吸附水分子而排斥鹽分子。因此

35、，在膜和溶液界面形成一個(gè)純水層，在反滲透壓力推動下，此水在膜和溶液界面形成一個(gè)純水層，在反滲透壓力推動下，此水層的純水通過毛細(xì)作用而不斷流出。層的純水通過毛細(xì)作用而不斷流出。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)優(yōu)先吸附優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動模型毛細(xì)孔流動模型2. 反滲透與超濾、微濾的比較反滲透與超濾、微濾的比較 都是以都是以壓力差壓力差為推動力的膜分離過程，它們組成了分離為推動力的膜分離過程，它們組成了分離溶液中的離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程。一般來溶液中的離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程。一般來說，分離溶液中說，分離溶液中分子量低于分子量低于500的低分子物質(zhì)

36、，的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用應(yīng)該采用反反滲透膜；滲透膜；分離溶液中分離溶液中分子量大于分子量大于1000的大分子或極細(xì)的膠體的大分子或極細(xì)的膠體粒子粒子可以選擇可以選擇超濾膜，超濾膜，而分離溶液中的而分離溶液中的直徑直徑0.0110m的粒的粒子子應(yīng)該選應(yīng)該選微孔膜微孔膜。 以上關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是以上關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是十分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重疊。十分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重疊。表表 反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原理反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較和操作特點(diǎn)比較分離技術(shù)類型反滲透超濾微孔過濾膜的形

37、式表面致密的非對稱膜、復(fù)合膜等非對稱膜，表面有微孔均勻微孔膜膜材料纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、PVC等操作壓力 /MPa1100.10.50.010.2分離的物質(zhì)分子量小于500的小分子物質(zhì)分子量大于1000的大分子和細(xì)小膠體微粒0.0110m的粒子分離機(jī)理非簡單篩分，膜的物化性能對分離起主要作用篩分，膜的物化性能對分離起一定作用篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對分離起決定作用水的滲透通量 /(m3.m-2.d-1)0.12.50.55202003. 反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 反滲透膜最早應(yīng)用于苦咸水淡化。隨著膜技術(shù)的反滲透膜最早應(yīng)用于苦咸水淡化。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，反滲透技術(shù)已擴(kuò)

38、展到化工、電子及醫(yī)藥等領(lǐng)發(fā)展，反滲透技術(shù)已擴(kuò)展到化工、電子及醫(yī)藥等領(lǐng)域。反滲透過程主要是從水溶液中分離出水，分離域。反滲透過程主要是從水溶液中分離出水，分離過程無相變化，不消耗化學(xué)藥品，這些基本特征決過程無相變化，不消耗化學(xué)藥品，這些基本特征決定了它以下的應(yīng)用范圍。定了它以下的應(yīng)用范圍。（1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水的制備爐用水，高純水的制備。近年來，反滲透技術(shù)在家用飲水機(jī)。近年來，反滲透技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用更體現(xiàn)了其優(yōu)越性。及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用更體現(xiàn)了其優(yōu)越性。（2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中

39、用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等等。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝比較，反滲透。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產(chǎn)品的療效、風(fēng)味和營養(yǎng)等均不法脫水濃縮成本較低，而且產(chǎn)品的療效、風(fēng)味和營養(yǎng)等均不受影響。受影響。（3）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用，回收利用廢業(yè)中有用的物質(zhì)等。廢業(yè)中有用的物質(zhì)等。3. 3. 反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域工工業(yè)業(yè)應(yīng)應(yīng)用用的的反反滲滲透透裝裝置置工業(yè)工業(yè)應(yīng)用應(yīng)用的反的反滲透滲透裝置裝置的膜的膜組件組件之間之間的連

40、的連接接納濾技術(shù)納濾技術(shù)（nanofiltration, NF） 納濾膜是納濾膜是20世紀(jì)世紀(jì)80年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，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，早期被稱作是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱作低壓反滲低壓反滲透膜透膜或或松散反滲透膜松散反滲透膜。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨(dú)立的分離技術(shù)。來，成為獨(dú)立的分離技術(shù)。1 1）納濾膜的特點(diǎn)：）納濾膜的特點(diǎn)：一般為復(fù)合膜，孔徑及一般為復(fù)合膜，孔徑及其被分離物的尺寸其被分離物的尺寸，介于反滲透膜介于反滲透膜(RO)(RO)和超濾膜和超濾

41、膜(UF)(UF)之間，為納米級，因此稱為之間，為納米級，因此稱為“納濾納濾”。 1. 納濾及納濾膜的特點(diǎn)納濾及納濾膜的特點(diǎn)納濾技術(shù)納濾技術(shù)（nanofiltration, NF）2 2）推動力：）推動力：壓力差，壓力差， 0.51MPa （0.52.5MPa）3）透過組分：）透過組分：水、溶劑、一價(jià)鹽和分子量水、溶劑、一價(jià)鹽和分子量200的小分子物質(zhì)的小分子物質(zhì) 截留組分：截留組分：多價(jià)鹽，粒徑在多價(jià)鹽，粒徑在1nm左右，分子量為左右，分子量為3001000左左右的小分子有機(jī)物，如糖、染料等。右的小分子有機(jī)物，如糖、染料等。1. 納濾及納濾膜的特點(diǎn)納濾及納濾膜的特點(diǎn) 納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲

42、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, ,它能截留透過超它能截留透過超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物, ,透過被反滲透膜所截留的無機(jī)透過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)離子的截留效果不同鹽。而且，納濾膜對不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同, ,對單價(jià)離子對單價(jià)離子的截留率低的截留率低(10%-80%),(10%-80%),對二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單對二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子價(jià)離子(90%)(90%)以上。以上。4)分離機(jī)理分離機(jī)理根據(jù)分子（離子）大小及電荷進(jìn)行分離根據(jù)分子（離子）大小及電荷進(jìn)行分離對小分子的分離：篩分作用對小分

43、子的分離：篩分作用對帶電離子分離：對帶電離子分離：唐南平衡唐南平衡（ DonnanDonnan，或稱唐南效應(yīng)或稱唐南效應(yīng)）內(nèi)相內(nèi)相 外相外相H20Na+Cl-允許小分子、離子自允許小分子、離子自由通過，但不允許大由通過，但不允許大分子離子通過分子離子通過Na+Cl-Na+Cl-不管初始時(shí)兩邊的鹽濃不管初始時(shí)兩邊的鹽濃度是否相等，平衡時(shí)度是否相等，平衡時(shí) NaNa+ + = Na= Na+ + Cl Cl- - = Cl= Cl- - 問題：問題：如果往內(nèi)相加入如果往內(nèi)相加入大量的高分子電解質(zhì)，大量的高分子電解質(zhì)，( (如如NaNa2 2Pr),Pr),平衡時(shí)膜兩邊的平衡時(shí)膜兩邊的NaNa+ +

44、和和ClCl- -濃度還相等嗎？濃度還相等嗎？電解質(zhì)溶液平衡時(shí)，優(yōu)先滿足電解質(zhì)溶液平衡時(shí)，優(yōu)先滿足電中性條件電中性條件 Na+= Cl- +Pr2- Na+= Cl-內(nèi)相 外相H20Na+Cl-Pr2-平衡時(shí)，膜兩邊的平衡時(shí)，膜兩邊的Cl-的濃度不相等的濃度不相等唐南平衡：唐南平衡：在半透膜兩邊，一邊放大分子電解質(zhì)，一邊放純水，在半透膜兩邊，一邊放大分子電解質(zhì)，一邊放純水，大分子離子（如大分子離子（如PrPr2- 2- ）不能透過半透膜，而離解出的小離子）不能透過半透膜，而離解出的小離子（如（如NaNa+ +）及雜質(zhì)電解質(zhì)離子（）及雜質(zhì)電解質(zhì)離子（ 如如ClCl- - ）可以通過。因膜兩邊）可

45、以通過。因膜兩邊要保持電中性，在達(dá)到滲透平衡時(shí)，使小離子在膜兩邊的濃度要保持電中性，在達(dá)到滲透平衡時(shí)，使小離子在膜兩邊的濃度不等，這種平衡稱不等，這種平衡稱唐南平衡唐南平衡。 由于離子分布的不平衡會造成額外的滲透壓，又稱之為由于離子分布的不平衡會造成額外的滲透壓，又稱之為唐南唐南效應(yīng)效應(yīng)。該效應(yīng)會影響滲透壓法測定大分子摩爾質(zhì)量的準(zhǔn)確性。該效應(yīng)會影響滲透壓法測定大分子摩爾質(zhì)量的準(zhǔn)確性。2. 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

46、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。靜壓差膜分離小結(jié)靜壓差膜分離小結(jié)MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW 1umROUFF新型的新型的NFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之間，截流分子

47、量大概在之間，截流分子量大概在300 - 1000300 - 1000。 RO membrane NF membrane UF membrane MF membrane原理原理動漫動漫 NF 納濾電滲析電滲析 電滲析是在外加直流電場作用下，通過具有選擇透過性電滲析是在外加直流電場作用下，通過具有選擇透過性及導(dǎo)電性良好的離子交換膜把電解質(zhì)從溶液中分離的技術(shù)。及導(dǎo)電性良好的離子交換膜把電解質(zhì)從溶液中分離的技術(shù)。1 1）推動力：）推動力：電位差電位差2）透過組分：）透過組分：離子離子 截留組分：截留組分：所有非解離和大分子顆粒所有非解離和大分子顆粒3）膜類型：）膜類型：離子交換膜離子交換膜陰離子交換

48、膜陰離子交換膜:只允許陰離子通過而阻止陽離子通過。主要為只允許陰離子通過而阻止陽離子通過。主要為季胺型，即季胺型，即R-N(CH3)3OH，在水中解離為，在水中解離為R-N+(CH3)3，帶正電，帶正電，吸引水中負(fù)離子可與吸引水中負(fù)離子可與OH-交換通過。交換通過。陽離子交換膜：陽離子交換膜：只允許陽離子通過而阻止陰離子通過。主要只允許陽離子通過而阻止陰離子通過。主要為磺酸基型，即為磺酸基型，即R-SO3H，在水中解離為，在水中解離為R-SO3- ，帶負(fù)電，吸引，帶負(fù)電，吸引水中陽離子可與水中陽離子可與H+交換通過。交換通過。1. 電滲析原理及膜類型電滲析原理及膜類型4 4）分離原理）分離原理

49、根據(jù)電解質(zhì)離子選擇傳遞進(jìn)行分離根據(jù)電解質(zhì)離子選擇傳遞進(jìn)行分離 在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽兩在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽兩個(gè)電極，并施加電場，則溶液中的陽離子將移向陰極，個(gè)電極，并施加電場，則溶液中的陽離子將移向陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為陰離子則移向陽極，這一過程稱為電泳電泳。如果在陰、。如果在陰、陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離子交換膜或陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會選擇性地通過陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會選擇性地通過膜，這一過程就稱為膜，這一過程就稱為電滲析電滲析。電滲析電滲析1. 電滲析原理及膜

50、類型電滲析原理及膜類型正極正極 陰離子交換膜陰離子交換膜 負(fù)極負(fù)極+固定離子固定離子Cl-Na+-+陽極陽極陰極陰極Cl-Na陽膜陽極室陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室淡化室濃縮室陰極室陰極室陰膜陽膜陰膜v電滲析過程原理圖電滲析過程原理圖圖圖65 電滲析器示意圖電滲析器示意圖A：陰離子膜，：陰離子膜，K：陽離子膜；：陽離子膜；D：稀室，：稀室，C：濃室：濃室Na+ClNa+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+ClClClClClClClClAKKKKKAAAADCDDDDCCC陽極水陰極水咸水Cl2NaOH脫鹽水濃縮液v電滲析過程原理圖電滲析

51、過程原理圖 陽極陽極H2OH+OH-4OH- - 4e 2 H2O+2O 2 H2O+ O2 2Cl- - 2e 2Cl Cl2 H+ + Cl- HCl 在陽極，由于在陽極，由于OH-減少，極水呈酸性，并產(chǎn)生性質(zhì)非?；顫姷某鯗p少，極水呈酸性，并產(chǎn)生性質(zhì)非?；顫姷某跎鷳B(tài)氧和氯，會對電極造成強(qiáng)烈腐蝕。因此陽極附近一般不用陰膜生態(tài)氧和氯，會對電極造成強(qiáng)烈腐蝕。因此陽極附近一般不用陰膜而用陽膜，防止陰離子進(jìn)入陽極室；或用一張抗氧化膜。而用陽膜，防止陰離子進(jìn)入陽極室；或用一張抗氧化膜。 在陰極，由于在陰極，由于H+減少，極水呈堿性，當(dāng)水中含有減少，極水呈堿性，當(dāng)水中含有Ca2+、Mg 2+ 、HCO3

52、 -時(shí)，就會生成時(shí)，就會生成CaCO3 、Mg(OH) 2等水垢。等水垢。 因此極室也應(yīng)通入原水，排放極水，且最好混合排放。因此極室也應(yīng)通入原水，排放極水，且最好混合排放。 電滲析極室反應(yīng)（以電滲析極室反應(yīng)（以NaCl水溶液為例）水溶液為例） 陰極陰極H2OH+OH-2H+ + 2e H2 Na+ + OH- NaOH2. 電滲析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域電滲析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 自電滲析技術(shù)問世后，其在自電滲析技術(shù)問世后，其在苦咸水淡化，飲用苦咸水淡化，飲用水及工業(yè)用水制備水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢。方面展示了巨大的優(yōu)勢。 隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在電隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在

53、電滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的1/3。我國的電滲析。我國的電滲析裝置主要由國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心生裝置主要由國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心生產(chǎn)，現(xiàn)可提供產(chǎn)，現(xiàn)可提供200m3/d規(guī)模的海水淡化裝置。規(guī)模的海水淡化裝置。 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：通過電滲析一通過電滲析一般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子和生物般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合物和高分子化堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合物和高分

54、子化合物三部分合物三部分。 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。特別是與反滲透、納理方面也發(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。純水制備中扮演重要角色。 實(shí)際應(yīng)用的電滲析器實(shí)際應(yīng)用的電滲析器滲透蒸發(fā)技術(shù)滲透蒸發(fā)技術(shù) 滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā)(也叫滲透汽化也叫滲透汽化) ，是膜分離技術(shù)的一個(gè)分支，是膜分離技術(shù)的一個(gè)分支，也是熱驅(qū)動的蒸餾法和膜法相結(jié)合的一種分離方法。其不也是熱驅(qū)動的蒸餾法和膜法相結(jié)合的一種分離方法。其不同于常規(guī)

55、膜分離方法之處在于，滲透過程將同于常規(guī)膜分離方法之處在于，滲透過程將產(chǎn)生由液相到產(chǎn)生由液相到氣相的轉(zhuǎn)變氣相的轉(zhuǎn)變。即：。即： 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(dá)到分離目的的一的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目的的一種膜分離方法種膜分離方法。 其實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合其實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物，其原理如下圖。物，其原理如下圖。1. 滲透蒸發(fā)原理滲透蒸發(fā)原理滲透蒸發(fā)分離示意圖滲透蒸發(fā)分離示意圖液相室氣相室膜真空泵冷凝液冷凝器液相室氣相室膜冷凝液冷凝器惰

56、性氣體惰性氣體凈化利用b 惰性氣體吹掃惰性氣體吹掃a 真空氣化真空氣化滲透蒸發(fā)技術(shù)滲透蒸發(fā)技術(shù) 其分離機(jī)制可分為以下三步：其分離機(jī)制可分為以下三步： 被分離的物質(zhì)在膜表面有選被分離的物質(zhì)在膜表面有選擇性的被吸附并被溶解；擇性的被吸附并被溶解； 以擴(kuò)散的形式在膜內(nèi)滲透；以擴(kuò)散的形式在膜內(nèi)滲透； 在膜的另一側(cè)變成氣相脫吸在膜的另一側(cè)變成氣相脫吸附而與膜分離開。附而與膜分離開。1. 滲透蒸發(fā)原理滲透蒸發(fā)原理2. 滲透蒸發(fā)膜材料的選擇滲透蒸發(fā)膜材料的選擇 對于滲透蒸發(fā)膜來說，是否具有良好的選擇性對于滲透蒸發(fā)膜來說，是否具有良好的選擇性是首先要考慮的?；谌芙鈹U(kuò)散理論，只有對所需是首先要考慮的?；谌芙?/p>

57、擴(kuò)散理論，只有對所需要分離的某組分有較好親和性的高分子物質(zhì)才可能要分離的某組分有較好親和性的高分子物質(zhì)才可能作為膜材料。作為膜材料。 如以透水為目的的滲透蒸發(fā)膜，應(yīng)該有良好的如以透水為目的的滲透蒸發(fā)膜，應(yīng)該有良好的親水性，因此聚乙烯醇（親水性，因此聚乙烯醇（PVA）和醋酸纖維素（）和醋酸纖維素（CA）都是較好的膜材料；都是較好的膜材料； 而當(dāng)以透過醇類物質(zhì)為目的時(shí)，憎水性的聚二而當(dāng)以透過醇類物質(zhì)為目的時(shí)，憎水性的聚二甲基硅氧烷（甲基硅氧烷（PDMS）則是較理想的膜材料。）則是較理想的膜材料。3. 滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 滲透蒸發(fā)技術(shù)具有滲透蒸發(fā)技術(shù)具有一次分離度高、操作簡單、

58、無污染、一次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗低能耗等特點(diǎn)，已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。等特點(diǎn)，已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。 1）可用于傳統(tǒng)分離手段較難處理的）可用于傳統(tǒng)分離手段較難處理的恒沸物及近沸點(diǎn)恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離物系的分離。目前已在。目前已在無水乙醇的生產(chǎn)無水乙醇的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運(yùn)行與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽費(fèi)用，且不受汽液平衡的限制。液平衡的限制。 2）在其他領(lǐng)域的應(yīng)用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段）在其他領(lǐng)域的應(yīng)用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段。預(yù)計(jì)有。預(yù)計(jì)有較好應(yīng)用前景的領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)較好應(yīng)用

59、前景的領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；膜去除少量有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。在氣體分離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。膜蒸餾技術(shù)膜蒸餾技術(shù) 膜蒸餾技術(shù)主要用于利用微孔高分子膜提取揮發(fā)性物質(zhì)。膜蒸餾技術(shù)主要用于利用微孔高分子膜提取揮發(fā)性物質(zhì)。 與滲透蒸發(fā)相比：與滲透蒸發(fā)相比：相同之處：相同之處：推動力均為蒸氣壓差；均有液相到氣相的轉(zhuǎn)變推動力均為蒸氣壓差；均有液相到氣相的轉(zhuǎn)變不同之處：不同之處：前者是先滲透后汽化，膜蒸餾是先汽化后滲透過膜前者是先滲透后汽化，膜蒸餾是先汽化后滲透過膜1. 膜蒸餾

60、技術(shù)原理膜蒸餾技術(shù)原理 其原理如圖示：疏水性多孔膜的一側(cè)與高溫原料水溶液相其原理如圖示：疏水性多孔膜的一側(cè)與高溫原料水溶液相接觸接觸(即暖側(cè)），膜的另一側(cè)與低溫冷壁相鄰（即冷側(cè)）；借助即暖側(cè)），膜的另一側(cè)與低溫冷壁相鄰（即冷側(cè)）；借助暖側(cè)與冷側(cè)之間的這種相當(dāng)于溫度差的蒸氣壓差為推動力，促暖側(cè)與冷側(cè)之間的這種相當(dāng)于溫度差的蒸氣壓差為推動力，促使暖側(cè)產(chǎn)生的水蒸氣通過膜的細(xì)孔，再擴(kuò)散到冷側(cè)的冷壁表面使暖側(cè)產(chǎn)生的水蒸氣通過膜的細(xì)孔，再擴(kuò)散到冷側(cè)的冷壁表面被冷凝下來；而液相水溶液由于多孔膜的疏水作用無法透過膜被冷凝下來；而液相水溶液由于多孔膜的疏水作用無法透過膜被留在暖側(cè)，從而達(dá)到與氣相水分離的目的。被