膜分離基礎(chǔ)1609

1、復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系平鄭驊平鄭驊 教授教授 n分離膜的定義分離膜的定義是一種超薄介質(zhì)，通過不同物質(zhì)在介質(zhì)兩側(cè)存在不同的化學(xué)位差，來達(dá)到分離的目的。n分離膜的特點(diǎn)：分離膜的特點(diǎn)：n介質(zhì)：可以是固體（如聚合物分離膜或無機(jī)膜），介質(zhì)：可以是固體（如聚合物分離膜或無機(jī)膜），也可以是液體（如液膜或支撐液膜）。也可以是液體（如液膜或支撐液膜）。n特點(diǎn)：具有選擇透過性，具有分離，純化特點(diǎn)：具有選擇透過性，具有分離，純化 、富集、富集等功能。等功能。n 推動(dòng)力推動(dòng)力：膜兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)差：溫度、壓力、膜兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)差：溫度、壓力、 濃度或電位差濃度或電位差n傳傳質(zhì)方式

2、質(zhì)方式 被動(dòng)傳質(zhì)、促進(jìn)傳被動(dòng)傳質(zhì)、促進(jìn)傳質(zhì)和活性傳質(zhì)質(zhì)和活性傳質(zhì)B(EDA)A+B被動(dòng)傳質(zhì)被動(dòng)傳質(zhì)m1m2促進(jìn)傳質(zhì)促進(jìn)傳質(zhì)m1m2n有孔膜：中性孔模型有孔膜：中性孔模型（大多數(shù)微孔膜）（大多數(shù)微孔膜）：篩篩分原理，取決于膜的孔徑和分離物的粒徑分原理，取決于膜的孔徑和分離物的粒徑n無孔膜：溶解擴(kuò)散模型無孔膜：溶解擴(kuò)散模型（反滲透膜、氣體（反滲透膜、氣體分離膜和滲透汽化膜）：取決于分離物在膜分離膜和滲透汽化膜）：取決于分離物在膜中的溶解、擴(kuò)散性質(zhì)中的溶解、擴(kuò)散性質(zhì)n離子膜：離子交換模型離子膜：離子交換模型（離子交換膜）：?。x子交換膜）：取決于膜同分離物間的電荷相互作用。決于膜同分離物間的電荷相互

3、作用。 驅(qū)動(dòng)力膜進(jìn)料側(cè)滲透?jìng)?cè)驅(qū)動(dòng)力膜進(jìn)料側(cè)滲透?jìng)?cè)膜進(jìn)料側(cè)滲透?jìng)?cè)+n特點(diǎn)：高效率高效率低能耗（無相變）低能耗（無相變）常溫或低溫操作常溫或低溫操作兩相不直接接觸兩相不直接接觸10體積小，成本低體積小，成本低設(shè)備可集成化易操作設(shè)備可集成化易操作無二次污染無二次污染可回收部分資源可回收部分資源n 應(yīng)用領(lǐng)域： 可部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)化工分離法,具節(jié)能減排的功效。n液固分離，沉降：速度慢。沉降：速度慢。過濾：液固分離，宜形成濾餅。過濾：液固分離，宜形成濾餅。n液液分離蒸餾：處理量大，有相變，能耗大；蒸餾：處理量大，有相變，能耗大；萃?。悍蛛x選擇性高，溶劑消耗量大。萃?。悍蛛x選擇性高，溶劑消耗量大。n氣體分離：低

4、溫加壓蒸餾：能耗高低溫加壓蒸餾：能耗高n17481748年，耐克特（年，耐克特（A. NelktA. Nelkt）發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)）發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透的研究。散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透的研究。1314n18611861年，施密特（年，施密特（A. SchmidtA. Schmidt）首先提出了超）首先提出了超過濾的概念。他提出，用比濾紙孔徑更小的棉過濾的概念。他提出，用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，若在溶液側(cè)施加壓力，膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，若在溶液側(cè)施加壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中的細(xì)使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中的細(xì)菌

5、、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙菌、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)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)稱為微孔過濾?？?，這種過濾應(yīng)稱為微孔過濾。n19611961年，米切利斯（年，米切利斯（A. S. MichealisA. S. Michealis）等人用）等人用各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水水丙酮丙酮溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超過濾膜。美國(guó)子量的膜，這種膜是真正的超過濾膜。美國(guó)AmiconAmicon公司

6、首先將這種膜商品化。公司首先將這種膜商品化。15n5050年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了反滲透膜的研究。了反滲透膜的研究。n19671967年，年，DuPontDuPont公司研制成功了以尼龍公司研制成功了以尼龍6666為主為主要組分的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹要組分的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥麥DDSDDS公司研制成功平板式反滲透膜組件。反滲公司研制成功平板式反滲透膜組件。反滲透膜開始工業(yè)化。透膜開始工業(yè)化。n 60 60年代初年代初, , 馬?。R丁（MartinMartin）將液體涂覆在多孔膜）將液體涂覆在多孔膜之上的

7、，制成具有分離效果的支撐液膜。之上的，制成具有分離效果的支撐液膜。n6060年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)現(xiàn)表面活性年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)現(xiàn)表面活性劑能在水和油相間形成界面膜，發(fā)明了不帶有固體劑能在水和油相間形成界面膜，發(fā)明了不帶有固體膜支撐的新型液膜，并于膜支撐的新型液膜，并于19681968年獲得專利。年獲得專利。n7070年代初，卡斯勒（年代初，卡斯勒（CusslerCussler）又研制成功含流動(dòng)）又研制成功含流動(dòng)載體的液膜。載體的液膜。17n上世紀(jì)上世紀(jì)6060年代中期，膜分離技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了年代中期，膜分離技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是超過濾膜（簡(jiǎn)工業(yè)化。首先出現(xiàn)的

8、分離膜是超過濾膜（簡(jiǎn)稱稱UFUF膜）、微孔過濾膜（簡(jiǎn)稱膜）、微孔過濾膜（簡(jiǎn)稱MFMF膜）和反滲膜）和反滲透膜（簡(jiǎn)稱透膜（簡(jiǎn)稱RORO膜）等。膜）等。n8080年代氣體分離膜研制成功。年代氣體分離膜研制成功。18n均質(zhì)膜均質(zhì)膜：固體均質(zhì)膜固體均質(zhì)膜( (包括離子交換膜包括離子交換膜) )和液體和液體均質(zhì)膜（液膜）均質(zhì)膜（液膜）溶劑揮發(fā)法溶劑揮發(fā)法n多孔膜多孔膜：1.1.對(duì)稱膜：斷面具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微孔膜：對(duì)稱膜：斷面具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微孔膜：燒結(jié)膜、燒結(jié)膜、拉伸膜和毛細(xì)管膜；拉伸膜和毛細(xì)管膜；2.2.不對(duì)稱膜：斷面具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微孔膜：不對(duì)稱膜：斷面具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微孔膜：相相轉(zhuǎn)變膜和復(fù)合膜（涂布法

9、或界面縮聚法成膜）。轉(zhuǎn)變膜和復(fù)合膜（涂布法或界面縮聚法成膜）。材料類別主要聚合物纖維素類二醋酸纖維素 (CA), 三醋酸纖維素 (CTA), 醋酸丙酸纖維素 (CAP)，再生纖維素 (REC), 硝酸纖維素 (CN)聚酰胺類芳香聚酰胺類 (PI), 尼龍-66 (NY-66), 芳香聚酰胺酰肼 (PPP), 聚苯砜對(duì)苯二甲酰 (PSA)芳香雜環(huán)類聚苯并咪唑 (PBI), 聚苯并咪唑酮 (PBIP), 聚哌嗪酰胺 (PIP), 聚酰亞胺 (PMDA)聚砜烴類聚砜 (PS), 聚醚砜 (PES), 磺化聚砜 (PSF), 聚砜酰胺 (PSA)聚烯烴類聚乙烯醇 (PVA), 聚乙烯 (PE), 聚丙

10、烯 (PP), 聚丙烯腈 (PAN), 聚碳酸酯 (PV), 聚丙烯酸 (PAA), 聚四甲基戊烯（P4MP）硅橡膠類聚二甲基硅氧烷 (PDMS), 聚三甲基硅氧丙炔 (PTMSP), 聚乙烯基三甲基硅烷 (PVTMS)含氟高分子 聚全氟磺酸，聚偏氟乙烯 (PVDF), 聚四氟乙烯 (PTFE）其他殼聚糖 (TA), 聚電解質(zhì)絡(luò)合物1)1) 溶液涂層揮發(fā)法溶液涂層揮發(fā)法平板玻璃玻棒n溶液配制：濃度：3%10%左右， 澆鑄液要先過濾并靜置脫泡2) 2) 水面擴(kuò)展揮發(fā)法水面擴(kuò)展揮發(fā)法鑄膜液四氟棒四氟棒水n制備方法：制備方法： 是由無機(jī)或聚合物粉末在低于熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)而成。是由無機(jī)或聚合物粉末在低

11、于熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)而成。膜孔徑?jīng)Q定于粉末的粒徑。膜孔徑?jīng)Q定于粉末的粒徑。n原料：原料：無機(jī)粉末：硅酸鹽、石墨、金屬粉末和金屬氧化物如無機(jī)粉末：硅酸鹽、石墨、金屬粉末和金屬氧化物如ZrOZrO2 2等，等，聚合物粉末：聚四氟乙烯，聚乙烯和聚丙烯等。聚合物粉末：聚四氟乙烯，聚乙烯和聚丙烯等。n孔徑尺寸：孔徑尺寸：在1-20m之間（微濾膜） 燒結(jié)膜的孔徑主要取決于粉末粒子的粒徑。燒結(jié)膜的孔結(jié)構(gòu)較不規(guī)整。n厚度：厚度：幾微米到幾十微米?？芍瞥砂迨交蚬苁?。n 制備成本低，金屬燒結(jié)膜的熱穩(wěn)定性好。n用于微濾，如自來水脫銹，廢機(jī)油回收等。 陶瓷燒結(jié)膜堇青石膜PE燒結(jié)濾芯金屬燒結(jié)濾芯n原料：原料：結(jié)晶高聚物如

12、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等n制備方法：制備方法：在熔融擠出過程中高速牽伸，使聚合物分子在垂直于牽伸方向上結(jié)晶，形成片晶結(jié)構(gòu)。將上述材料在冷卻后進(jìn)一步牽伸。在張力下退火，就能使片晶拉開形成微孔結(jié)構(gòu)。熔融紡絲制備中空纖維膜示意圖齒輪泵空氣冷凝噴絲頭氮?dú)饩酆衔锶哿细咚倬砝@聚合物熔料氮?dú)饩鬯姆蚁┪⒖啄ぞ郾┪⒖啄孔徑尺寸在孔徑尺寸在0.1 2 2 m mm m 之間，之間，n空孔率在空孔率在40% 90%之間變化。之間變化。n拉伸膜的厚度較小，一般為拉伸膜的厚度較小，一般為20 50 m mm m 。n具有極高的拉伸強(qiáng)度。具有極高的拉伸強(qiáng)度。n制備成本低制備成本低n但憎水性高，使用時(shí)表面需親水處

13、理。但憎水性高，使用時(shí)表面需親水處理。n可制成薄膜或中空纖維。n生產(chǎn)廠：美國(guó)Selanese公司。產(chǎn)品的注冊(cè)商標(biāo)為Selegar。n主要用途：水過濾器。可用作支撐液膜的支撐體和膜蒸餾。醫(yī)用：人工肺商用：鋰電池隔膜，美國(guó)Gore公司將其做成防雨布制備帳蓬、睡袋及運(yùn)動(dòng)衣等，具有透氣性好的特點(diǎn)。n原料：聚碳酸酯膜n制備方法：徑跡-刻蝕法。 將厚度為20-30mm的膜用重離子轟擊，使受輻照的部分的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂。然后用化學(xué)蝕刻劑進(jìn)行蝕刻。n膜的空孔率或孔密度決定于輻照時(shí)間。n毛細(xì)管孔膜的孔徑取決于刻蝕的時(shí)間。刻蝕時(shí)間越長(zhǎng)，孔徑越大。溶劑刻蝕重離子轟擊PC膜n用途：毛細(xì)管孔膜的孔徑分布窄，可以用于分析化

14、學(xué)和生物工程中的精密過濾和超純水制備。n缺點(diǎn)：毛細(xì)管孔膜的價(jià)格比較昂貴，透量也較低，使它的應(yīng)用受到限制。n相轉(zhuǎn)變法是Loeb與Sourirajan在1960年發(fā)明的。目前已發(fā)展成為高分子微孔膜制備的主要方法。n制膜過程： 聚合物鑄膜液 脫泡 無紡布上流涎成膜在室溫下放置少許時(shí)間使表面溶劑揮發(fā)將膜浸入沉淀?。ㄋ┲行纬晌⒖啄?70oC左右熱處理使孔均勻。 n成膜后，浸入沉淀浴中，制得的微孔膜通常是有皮層的不對(duì)稱微孔膜。n干燥后，在四周用美工刀割開，浸在水中使剝離平板刮膜機(jī)示意圖A.無紡布輥 B. 張力輥 C. 刮水器 D. 澆注液E. 刮刀 F. 沉淀浴 G. 收卷輥 n沉淀劑注入方式不同，可得

15、到外皮層，內(nèi)皮層和雙皮層的中空纖維膜。n分別得到外壓式、內(nèi)壓式的膜。外壓式膜的耐壓較高。n表皮層（活性層）：表皮層（活性層）：致密，具分離功能。厚度約0.25 m。孔徑為8 20A; n過渡層：過渡層：在活性層和支撐層之間；n支撐層：支撐層：厚度100m 左右，結(jié)構(gòu)比較疏松，孔隙大。孔徑為 0.10.4m。皮層皮層過渡層過渡層支撐層支撐層無紡布無紡布45 海綿狀孔海綿狀孔 指狀孔指狀孔如溶液快速沉淀時(shí)，會(huì)形成指狀孔。 指狀孔膜脫鹽率低，透量大，但膜的耐壓性差。n 沉淀速度很慢時(shí)，則會(huì)形成海綿狀孔。 海綿狀孔的分離性好，但通量稍差。常用作RO膜n 內(nèi)外兩面均通沉淀劑，使形成雙皮層。n 具有高透量

16、，無大孔缺陷等優(yōu)點(diǎn)。n 雙皮層指狀孔為自支撐結(jié)構(gòu)，更耐壓，同時(shí)更有利于反洗；避免了單皮層反洗時(shí)，可能造成的無法恢復(fù)的孔污染的缺點(diǎn)。n制膜液的組成制膜液的組成：a. a. 聚合物：聚合物：含量約10 25%, 如醋酸纖維素，聚砜，磺化聚砜，聚醚酮等b.b. 溶劑：溶劑：能溶于水、添加劑、聚合物；在冷浸時(shí)先于添加劑浸出。如丙酮、DMF、DMSO等。 濃度高，孔徑小，選擇性高，但通量低。濃度高，孔徑小，選擇性高，但通量低。c c. . 添加劑添加劑 ( (致孔劑致孔劑) )n能與聚合物/溶劑共混，溶于水；在溶劑后被浸出。n無機(jī)添加劑無機(jī)添加劑: Mg+2, Na+, Li+, Al+3, H+, N

17、H4+, Zn+2, Fe+3, Ba+2等的過氯酸鹽。如Mg(ClO4)2。n有機(jī)添加劑有機(jī)添加劑: 甲酰胺、二甲基乙酰胺、尿素、二甲亞砜，乙二醛、N-甲基-2-吡咯烷酮、醋酸、磷酸三乙酯等。n聚合物添加劑聚合物添加劑：如聚乙烯吡咯烷酮，PEO等添加劑的用量和種類影響孔徑和孔隙率添加劑的用量和種類影響孔徑和孔隙率n蒸發(fā)時(shí)間：蒸發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，孔徑小。n沉淀浴組成：沉淀速度慢孔徑小。n冷浸溫度：冷浸溫度低孔徑小。n熱處理溫度：使孔徑均勻化。n原理：聚合物與高沸點(diǎn)、低分子量溶劑能在高溫下互溶，降溫時(shí)產(chǎn)生相分離，經(jīng)萃取脫除溶劑成微孔膜。n常用聚合物與溶劑體系舉例：PVDF+DBP(鄰苯二甲酸二丁酯）或其

18、他混合溶劑PEVA+PEGPP+二苯醚或茨烯n溶液制備（高溫溶解）與高沸點(diǎn)低分子量的液態(tài)或固態(tài)稀釋劑混合在高溫時(shí)形成均相溶液n澆鑄成膜：將液制成所需要的形狀(平板、中空纖維或管狀）n冷卻溶液使其發(fā)生相分離n除去稀釋劑，常用溶劑萃取n除去萃取劑得到微孔結(jié)構(gòu)。n孔徑取決于添加劑的比例和冷卻速率等。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：強(qiáng)度高、保持一定的結(jié)晶度?？讖骄鶆?，孔隙率高，透氣透水性好工藝簡(jiǎn)單，制造成本低。n主要用途：MBR膜及電池隔膜。n膜的滲透通量與膜的厚度成反比關(guān)系，為了提高膜的滲透通量與膜的厚度成反比關(guān)系，為了提高膜的強(qiáng)度，常制成復(fù)合膜，讓活性分離層固載在膜的強(qiáng)度，常制成復(fù)合膜，讓活性分離層固載在支撐膜上。

19、支撐膜上。n表面涂覆（氣體分離膜和滲透汽化膜）表面涂覆（氣體分離膜和滲透汽化膜）如聚硅氧烷涂覆在聚砜微孔膜上制成的用于氣體分離如聚硅氧烷涂覆在聚砜微孔膜上制成的用于氣體分離的復(fù)合膜的復(fù)合膜PVAPVA涂覆在涂覆在PANPAN微孔膜上制成的用于醇微孔膜上制成的用于醇- -水分離的滲透水分離的滲透汽化膜汽化膜n界面聚合（納濾膜和反滲透膜）界面聚合（納濾膜和反滲透膜）如芳香聚酰氨反滲透膜的制備如芳香聚酰氨反滲透膜的制備 二元酰氯 二胺 聚酰胺溶于氯仿相 溶于水n共混法共混法( (非均相膜）：將離子交換樹脂混入非均相膜）：將離子交換樹脂混入PEPE、PVCPVC等成膜材料中壓制成膜。以無紡布作支撐。等

20、成膜材料中壓制成膜。以無紡布作支撐。n用高分子材料如丁苯橡膠、纖維素衍生物、用高分子材料如丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚丙烯膜等制成多孔膜，然后聚四氟乙烯、聚丙烯膜等制成多孔膜，然后引入引入StSt或或MMAMMA等，在膜內(nèi)聚合，再通過化學(xué)反等，在膜內(nèi)聚合，再通過化學(xué)反應(yīng)引入離子基團(tuán)。應(yīng)引入離子基團(tuán)。nPEPE光引發(fā)磺化，制成陽(yáng)離子交換樹脂。光引發(fā)磺化，制成陽(yáng)離子交換樹脂。n中空纖維式（表面積最大，無支撐，價(jià)格低）中空纖維式（表面積最大，無支撐，價(jià)格低）n管式（表面積小，價(jià)格較高，耐污性好）管式（表面積小，價(jià)格較高，耐污性好）n板框式（表面積小，價(jià)格高，耐污性好）板框式（表面積小，價(jià)格

21、高，耐污性好）n卷式（表面積大，價(jià)格適中，耐污性較好）卷式（表面積大，價(jià)格適中，耐污性較好）5960封頭殼體原料殘留液透過液原料滲透物滲透物濃縮物62原料原料滲透物滲透物家用凈水器過濾頭家用凈水器過濾頭原料滲透物截留物 膜 膜原料滲透物滲透物膜間隔物截留物65中 心滲透管滲透物原料膜原料側(cè)間 隔 網(wǎng)膜截留物滲透物v微濾v超濾v納濾v反滲透 v膜蒸餾v膜萃取v透析 v滲透蒸發(fā)v電滲析v氣體分離膜的種類膜的功能驅(qū)動(dòng)力透過物質(zhì)截留物質(zhì)微濾多孔膜、溶液的微濾、脫除微粒壓力差水、溶劑、溶解物懸浮物、細(xì)菌、微粒子超濾脫除溶液中的膠體及大分子物質(zhì)壓力差溶劑、離子、小分子蛋白質(zhì),酶,細(xì)菌,病毒,乳膠反滲透脫除

22、溶液中的鹽類及小分子物壓力差水、溶劑鹽、糖類、氨基酸等納濾脫除溶液中二價(jià)鹽類和低分子物壓力差水、低價(jià)離子高價(jià)離子、小分子物滲析脫除溶液中的鹽類及小分子物濃度差離子、低分子物、酸堿無機(jī)鹽、尿素、糖類等電滲析脫除溶液中的離子電位差離子無機(jī)、有機(jī)離子氣體分離氣體、氣體 與蒸汽的的分離壓力差易透過氣體不易透過氣體滲透汽化溶液混合物的分離壓力差蒸汽液體、鹽、有機(jī)分子等n反滲透、納濾、超濾和微濾，孔徑由小至大，運(yùn)行壓力由大至小。n常用相轉(zhuǎn)變法制備 微濾 超濾 反滲透 0.1 1.0 10 0.01 100 0.1 1000 1 10000 nm 100mm 氫離子、 水 氫氧離子 無機(jī)離子、 低分子有機(jī)物

23、 高分子有機(jī)物 膠體、病毒 微細(xì)油珠 細(xì)菌、懸浮物 納濾 n純水通量V: 透過液體積 （L）A：膜面積 （m2）t：時(shí)間 （h）n截留率Cp: 滲透液濃度C0：原料液濃度(%)100CCpR)./( 2mhLAtVJ單位：n膜的制備：燒結(jié)膜、拉伸膜和相變膜n材質(zhì)：PE，PP，PTF，PAN，醋酸纖維素（PA），PVC，聚醚砜等。n工作壓力：0.2MPa以下。n用于固液分離，去除溶液中的微米級(jí)懸浮物。如果汁、飲料、醬油、口服液的澄清處理等。也常用于反滲透的前處理。針頭過濾器離心過濾器n微濾可去除水中的懸浮粒子、微生物和細(xì)菌。n膜材料：膜材料：纖維素酯類：二醋酸、三醋酸酯。聚砜類：聚砜、聚醚砜及相

24、應(yīng)的磺化物，高分子含氟材料：PVDF:聚偏氟乙烯n工作壓力：工作壓力：0.20.7MPan可用于分離不同分子量的可溶性物質(zhì)，如分子量分級(jí)。也可用于注射液澄清處理。 n制膜材料：聚電解質(zhì)如磺化聚醚砜等制膜材料：聚電解質(zhì)如磺化聚醚砜等n制膜方法：界面聚合或表面接枝聚合制膜方法：界面聚合或表面接枝聚合n分離機(jī)理：篩分原理靜電相斥原理分離機(jī)理：篩分原理靜電相斥原理n工作壓力：工作壓力：0.70.71.5MPa1.5MPan用途：用途： 純凈水制備純凈水制備 分離小分子量有機(jī)物（分離小分子量有機(jī)物（150150600600） 去除價(jià)鹽去除價(jià)鹽原理：在鹽水側(cè)施加一個(gè)大于其滲透壓的力，鹽水中的淡水就會(huì)透過滲

25、透膜，得到可飲用的純凈水。 所用的滲透膜只能讓分子尺寸很小的水分子透過，不讓其他分子透過。因此，能用于脫鹽。n用界面聚合制備的聚酰胺類復(fù)合膜用界面聚合制備的聚酰胺類復(fù)合膜n工作壓力：工作壓力：0.70.77MPa7MPan用途：純凈水制備或水溶液產(chǎn)品濃縮用途：純凈水制備或水溶液產(chǎn)品濃縮n存在問題：濃水處理。存在問題：濃水處理。n溶液溶液預(yù)處理預(yù)處理加壓泵加壓泵RORO膜膜出水出水砂濾砂濾：除懸浮物活性炭活性炭：除有機(jī)物交換樹脂交換樹脂：去離子精密過濾精密過濾：去三級(jí)過濾中帶出的固體臭氧臭氧：殺菌n利用溫差（飽和蒸汽壓差）進(jìn)行分離。利用溫差（飽和蒸汽壓差）進(jìn)行分離。n純水制備，污水處理純水制備，

26、污水處理n使用憎水型微孔膜。水汽能透過，水不能透使用憎水型微孔膜。水汽能透過，水不能透過過 膜PP或PTFE微孔膜熱污水冷純水濃縮污水純水n利用真空使溶劑揮發(fā)。由于膜面積大，蒸發(fā)效率高。常用于海水淡化和含鹽廢水的處理。目前在遠(yuǎn)洋海輪中得到應(yīng)用，可利用柴油機(jī)廢熱。膜PP或PTFE微孔膜污水或海水濃縮污水或鹽水純水（或凈水）真空1 1）海水淡化和苦咸水淡化：）海水淡化和苦咸水淡化： 水資源的匱缺，需要我們向大海要淡水。水資源的匱缺，需要我們向大海要淡水。n含鹽含鹽量量 3.5%，p p 2.4MPa。n常用技術(shù)：反滲透、納濾、膜蒸餾和電滲析常用技術(shù)：反滲透、納濾、膜蒸餾和電滲析n反滲透膜：脫鹽率9

27、9%，水的回收率：海水淡化為30-45%，其他為70%。 制水成本約 35元/Tn采用二級(jí)淡化，先將含鹽量降低到采用二級(jí)淡化，先將含鹽量降低到500mg/L500mg/L以下。以下。一級(jí)淡化泵的操作壓力為一級(jí)淡化泵的操作壓力為5.65.610MPa10MPa，脫鹽率在，脫鹽率在99%99%以上，水的回收率一般不大于以上，水的回收率一般不大于30%30%。n二級(jí)淡化泵的操作壓力只需二級(jí)淡化泵的操作壓力只需4.04.05.6MPa5.6MPa，水的回，水的回收率較高。收率較高。n榮成市三面環(huán)海，是資源性缺水城市，榮成市三面環(huán)海，是資源性缺水城市，9999年和年和20002000年連續(xù)兩年嚴(yán)重干旱，

28、降水量?jī)H年連續(xù)兩年嚴(yán)重干旱，降水量?jī)H200200毫米。毫米。 許多企許多企業(yè)處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)。業(yè)處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)。n20022002年建成反滲透海水淡化工程，年建成反滲透海水淡化工程， 產(chǎn)水量產(chǎn)水量 1 1 萬噸萬噸/ /天。天。電耗電耗 5.5kw/5.5kw/噸水。噸水。水回收率水回收率3535 4040 n沙特阿拉伯沙特阿拉伯7070以上的飲用水都來自于海水以上的飲用水都來自于海水淡化工廠，總數(shù)目將達(dá)淡化工廠，總數(shù)目將達(dá)3030個(gè)左右。個(gè)左右。n該國(guó)的總?cè)丝谠谠搰?guó)的總?cè)丝谠?0102010年達(dá)年達(dá)29002900萬，按人均萬，按人均300L/d300L/d計(jì)，水的年需求量為計(jì)，水

29、的年需求量為3030億立方米。億立方米。 n要求：去除硬離子鈣和鎂要求：去除硬離子鈣和鎂n可用的膜技術(shù)：可用的膜技術(shù)：RORO、NFNF電滲析、電滲析、EDIEDIn水資源的污染和自來水中存在雜質(zhì)如細(xì)菌、水資源的污染和自來水中存在雜質(zhì)如細(xì)菌、病毒、鐵銹、可溶性有機(jī)物、鈣鎂等離子及病毒、鐵銹、可溶性有機(jī)物、鈣鎂等離子及重金屬離子、氯氣等，用作飲用水需進(jìn)行處重金屬離子、氯氣等，用作飲用水需進(jìn)行處理。理。n常用處理方法：常用處理方法：沉淀法：加明礬沉淀只能去除懸浮雜質(zhì)沉淀法：加明礬沉淀只能去除懸浮雜質(zhì)過濾法：如砂濾等只能去除懸浮雜質(zhì)過濾法：如砂濾等只能去除懸浮雜質(zhì)吸附法：用活性碳等吸附劑易飽和吸附法

30、：用活性碳等吸附劑易飽和深度處理：膜法深度處理：膜法水質(zhì)好。水質(zhì)好。n膜分離器：膜分離器：微濾膜組件：可在自來水壓下操作，除去細(xì)菌超濾膜組件：可在自來水壓下操作，除去細(xì)菌、病毒反滲透組件：在加壓下操作，除去細(xì)菌、病毒和所有金屬鹽。價(jià)格稍高（售價(jià)約1500元）。出水純度高，但水的利用率低。大流量管道式三級(jí)過濾凈水器大流量管道式三級(jí)過濾凈水器PPPP棉棉-活性碳芯活性碳芯-超濾膜超濾膜 反滲透凈水器陶瓷膜凈水器微濾n水質(zhì)：水質(zhì)：RORO最好，最好，UFUF次之次之n出水量：出水量：MFUFROMFUFROn水利用率：水利用率：MFMF、UFROUFROn水壓：水壓：ROUFMFROUFMFn價(jià)格：

31、價(jià)格： ROUF ROUFMFMFn定期更換濾芯：定期更換濾芯：PPPP棉濾芯（除鐵銹等固體雜質(zhì)）：三個(gè)月棉濾芯（除鐵銹等固體雜質(zhì)）：三個(gè)月活性碳（除有機(jī)物和重金屬離子等）：半年活性碳（除有機(jī)物和重金屬離子等）：半年燒結(jié)活性碳（作用同上，并阻擋碎活性碳）半年燒結(jié)活性碳（作用同上，并阻擋碎活性碳）半年后置活性碳或麥飯石濾芯（改善口感）一年后置活性碳或麥飯石濾芯（改善口感）一年離子交換樹脂濾芯（去鈣鎂）視水質(zhì)定離子交換樹脂濾芯（去鈣鎂）視水質(zhì)定n膜組件更換：一般膜組件更換：一般2 2年，平時(shí)需常反沖。年，平時(shí)需常反沖。n人工肺人工肺n人工腎人工腎n緩釋藥物緩釋藥物n原理：氧氣以微氣泡形式透過薄膜進(jìn)

32、入血液n常用膜nPP拉伸膜n硅橡膠膜（透量?。﹏ 血液中的毒素通過膜滲析至凈洗液中n常用膜（孔徑0.2m）n銅氮纖維素膜nPAN微濾膜 中毒濃度 有效濃度 t (時(shí)間) 血 中 濃度 緩釋服藥 常規(guī)服藥 治療青光眼緩釋藥膜n藥物純化：藥物純化：注射液去內(nèi)毒素（注射液去內(nèi)毒素（MnMn1000010000）超濾）超濾中藥飲劑去多糖等高分子量無效物質(zhì)超濾中藥飲劑去多糖等高分子量無效物質(zhì)超濾掛鹽水去微米以上微粒（掛鹽水去微米以上微粒（4040個(gè)個(gè)/L)-/L)-微濾微濾n藥物制備藥物制備多糖提取多糖提取n膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器n電鍍污水處理電鍍污水處理n城市污水處理城市污水處理自然界中存在的微生物

33、能分解污水中的有機(jī)污染物，自然界中存在的微生物能分解污水中的有機(jī)污染物，使污水得以凈化。使污水得以凈化。工藝流程：污水在曝氣池被好氧菌（活性污泥）分解，工藝流程：污水在曝氣池被好氧菌（活性污泥）分解，生成的凈水在二沉池中與微生物分離。沉淀的污泥部生成的凈水在二沉池中與微生物分離。沉淀的污泥部分回流至曝氣池，以保持污泥濃度。分回流至曝氣池，以保持污泥濃度。曝氣池二沉池n膜分離器直接浸沒在生物曝氣池中。膜的作膜分離器直接浸沒在生物曝氣池中。膜的作用是將污泥和水分離，使微米級(jí)以下的微粒用是將污泥和水分離，使微米級(jí)以下的微粒和微生物無法透過膜。常用和微生物無法透過膜。常用PVDFPVDF制膜。制膜。n

34、無需建造二沉池，節(jié)省了基建投資無需建造二沉池，節(jié)省了基建投資n污泥濃度比活性污泥法提高污泥濃度比活性污泥法提高2 23 3倍，容積負(fù)倍，容積負(fù)荷大（單位體積荷大（單位體積CODCOD去除量去除量kgCOD/MkgCOD/M3 3.d.d）。）。n去氨氮效果好。去氨氮效果好。n污泥量較少。污泥量較少。n出水水質(zhì)好。水可以循環(huán)再利用。出水水質(zhì)好。水可以循環(huán)再利用。n膜組件在低壓下工作膜組件在低壓下工作(0.02MPa),(0.02MPa),通量低通量低（25L/m25L/m2 2.h).h)n投資費(fèi)用較高。投資費(fèi)用較高。n膜容易污染，管理難度較大。膜容易污染，管理難度較大。把菌先培養(yǎng)好，定時(shí)反沖，

35、定期清洗。把菌先培養(yǎng)好，定時(shí)反沖，定期清洗。選用平板膜選用平板膜n進(jìn)水：生活污水，進(jìn)水：生活污水，CODCOD約約500mg/L500mg/L，其出水中的，其出水中的污染物含量為：污染物含量為：nCODcrCODcr 20 mg/L20 mg/L； nBOD5 BOD5 5 mg/L 5 mg/L； nSS (SS (懸浮物懸浮物) ) 5 mg/L 5 mg/L； nNHNH3 3-N -N 0.5 mg/L 0.5 mg/L； nTP TP （總磷）（總磷） 0.5 mg/L0.5 mg/L； n pHpH： 6 69 9n電鍍廢水常用處理方法電鍍廢水常用處理方法-化學(xué)沉淀法?；瘜W(xué)沉淀法。

36、加入絮凝劑，加入絮凝劑，加入堿，使生成金屬的氫氧化物沉淀加入堿，使生成金屬的氫氧化物沉淀n沉淀法：沉淀法：通過向廢水中加入化學(xué)藥劑，通過向廢水中加入化學(xué)藥劑，使與使與廢水中的離子或極性物質(zhì)形成沉淀物從廢水廢水中的離子或極性物質(zhì)形成沉淀物從廢水中去除。中去除。加入絮凝劑，加入絮凝劑，加入堿，使生成金屬的氫氧化物沉淀加入堿，使生成金屬的氫氧化物沉淀nDFDF膜（美膜（美DuraflowDuraflow生產(chǎn)的管式微濾膜）生產(chǎn)的管式微濾膜）-一一種不用加絮凝沉淀劑的分離技術(shù)種不用加絮凝沉淀劑的分離技術(shù)nNiNi+2+2 + 2 OH + 2 OH- - Ni(OH) Ni(OH)2 2 （pH10）原

37、工藝：加絮凝劑沉淀，原工藝：加絮凝劑沉淀，NiNi鹽無法回收鹽無法回收新工藝：沉淀用新工藝：沉淀用DFDF膜過濾分離，膜過濾分離，NiNi鹽可回收。鹽可回收。nDFDF膜特點(diǎn)：高速剪切運(yùn)行，耐污染性好。膜特點(diǎn)：高速剪切運(yùn)行，耐污染性好。n管徑：管徑：4.8 cm,4.8 cm,管長(zhǎng)管長(zhǎng)1.8m,1.8m,表面積：表面積：0.14m0.14m2 2n孔徑：孔徑：0.10.1m mm mn材質(zhì)：材質(zhì)：PVCPVC或或PVDFPVDFn最大運(yùn)行壓力：最大運(yùn)行壓力：60psi60psi，溫度：，溫度：4343o oC Cn流速：流速：8m8m3 3/h/h，產(chǎn)水率：，產(chǎn)水率：0.1m0.1m3 3/h

38、.4/h.4根根n線速度：線速度：1 m/min1 m/min以上以上n常用常用RORO膜技術(shù)膜技術(shù)n進(jìn)水水質(zhì)要求：進(jìn)水水質(zhì)要求：參數(shù)參數(shù)單位單位最高限制最高限制條件和備注條件和備注濁度濁度NTU2 2建議：1NTUSDISDI151515 5建議：3油脂油脂mg/l0.10.1TOCTOCmg/l3 3CODCODmg/l1010BODBODmg/l5 5余氯余氯mg/l0.10.1建議：0.05六價(jià)六價(jià)鉻鉻mg/l0.10.1建議：0.05二價(jià)鐵二價(jià)鐵mg/l4 4三價(jià)鐵三價(jià)鐵mg/l0.050.05鋁鋁mg/l0.050.0510mg/l錳錳mg/l0.050.05 16M-cm 16M

39、-cmn回收率回收率909095%95%n電耗電耗0.120.121.06 KWh/M1.06 KWh/M3 3n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可可完全根除酸堿對(duì)環(huán)境的污染。是一種完全根除酸堿對(duì)環(huán)境的污染。是一種值得推廣的水處理技術(shù)。這種技術(shù)的設(shè)備投資費(fèi)用值得推廣的水處理技術(shù)。這種技術(shù)的設(shè)備投資費(fèi)用較高，但由于樹脂的使用壽命長(zhǎng)，節(jié)省了污水處理較高，但由于樹脂的使用壽命長(zhǎng)，節(jié)省了污水處理和排放的費(fèi)用。和排放的費(fèi)用。n電解法制燒堿nNafion 全氟磺酸膜n90年全世界膜法制堿達(dá)860萬噸/年， 占18%。nNaOHNaOH濃度高：達(dá)濃度高：達(dá)3030 35%35%，最高達(dá)，最高達(dá)4040 50%50% 隔膜法僅為隔

40、膜法僅為1010 12%12%，水銀法為，水銀法為50%50%。n能耗低：比水銀法節(jié)電能耗低：比水銀法節(jié)電 900900 1000 kWh/T1000 kWh/T， 比隔膜法低比隔膜法低 150150 250 kWh/T250 kWh/T。nNaOHNaOH質(zhì)量好：鹽含量為質(zhì)量好：鹽含量為 2020 35mg/L35mg/L， 水銀法水銀法50mg/L0.01mm孔的測(cè)定，且兩端為開放的直通孔。n由毛細(xì)孔徑與表面張力間的關(guān)系，根據(jù)在給定壓力由毛細(xì)孔徑與表面張力間的關(guān)系，根據(jù)在給定壓力下，進(jìn)入膜中的汞的體積計(jì)算微孔膜的孔徑及分布。下，進(jìn)入膜中的汞的體積計(jì)算微孔膜的孔徑及分布。測(cè)定孔徑范圍：測(cè)定孔徑范圍：5 nm 5 nm 10 10 m mm m。n其中其中 為為480480dyn/cm (0.48N/m)， =140n適于小孔徑的測(cè)定適于小孔徑的測(cè)定：r r 幾十幾十nmnm。n測(cè)定液氮在膜中的吸附量，由測(cè)定液氮在膜中的吸附量，由KelvinKelvin方程，方程， P P為測(cè)量壓力，為測(cè)量壓力，P P0 0為飽和蒸氣壓，為飽和蒸氣壓， 為液氮的表面張力，為液氮的表面張力，V V為液氮的為液氮的molmol體積