膜分離技術(shù)簡(jiǎn)介ppt課件

1、20192019年年3 3月月膜分別技術(shù)簡(jiǎn)介膜分別技術(shù)簡(jiǎn)介目錄目錄l1 膜技術(shù)概述膜技術(shù)概述l2 膜分別安裝膜分別安裝l3 極化、污染景象和控制極化、污染景象和控制l4 典型的膜分別技術(shù)及運(yùn)用領(lǐng)域典型的膜分別技術(shù)及運(yùn)用領(lǐng)域l5 膜工程前沿技術(shù)膜工程前沿技術(shù)1 膜技術(shù)概述膜技術(shù)概述1.1 1.1 根本概念根本概念(Membrane)(Membrane)是什么？有何特性？是什么？有何特性？膜是具有選擇性分別功能的資料。膜是具有選擇性分別功能的資料。利用膜的選擇性分別實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分別、純化、濃縮的過(guò)利用膜的選擇性分別實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分別、純化、濃縮的過(guò)程稱作膜分別。它與傳統(tǒng)過(guò)濾的不同在于

2、，膜可以在分子級(jí)范圍內(nèi)程稱作膜分別。它與傳統(tǒng)過(guò)濾的不同在于，膜可以在分子級(jí)范圍內(nèi)進(jìn)展分別，并且這過(guò)程是一種物理過(guò)程，不需發(fā)生相的變化和添加進(jìn)展分別，并且這過(guò)程是一種物理過(guò)程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。膜的孔徑普通為微米或納米級(jí)，根據(jù)其孔徑的不同或稱為助劑。膜的孔徑普通為微米或納米級(jí)，根據(jù)其孔徑的不同或稱為截留分子量，可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反浸透膜截留分子量，可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反浸透膜 等等等。等。 膜上游膜上游 膜膜 膜下游膜下游選擇性膜選擇性膜1.2 1.2 膜分別的優(yōu)點(diǎn)膜分別的優(yōu)點(diǎn)在常溫下進(jìn)展在常溫下進(jìn)展 有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如醫(yī)藥、果汁、

3、酶、有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分別與濃縮蛋白的分別與濃縮 無(wú)相態(tài)變化無(wú)相態(tài)變化 堅(jiān)持原有的風(fēng)味，能耗低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的堅(jiān)持原有的風(fēng)味，能耗低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8 無(wú)化學(xué)變化無(wú)化學(xué)變化 典型的物理分別過(guò)程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染典型的物理分別過(guò)程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染 選擇性好選擇性好 可在分子級(jí)內(nèi)進(jìn)展物質(zhì)分別，具有普遍濾材無(wú)法取代的杰出性能可在分子級(jí)內(nèi)進(jìn)展物質(zhì)分別，具有普遍濾材無(wú)法取代的杰出性能 順應(yīng)性強(qiáng)順應(yīng)性強(qiáng)處置規(guī)?？纱罂尚。梢匝永m(xù)也可以間隙進(jìn)展，工藝簡(jiǎn)單，操作方處置規(guī)?？纱罂尚。?/p>

4、以延續(xù)也可以間隙進(jìn)展，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易于自動(dòng)化便，易于自動(dòng)化 1.2 膜分別技術(shù)開(kāi)展簡(jiǎn)史膜分別技術(shù)開(kāi)展簡(jiǎn)史 膜在大自然中，特別是在生物體內(nèi)是廣泛存在的，但我們?nèi)祟悓?duì)它的認(rèn)識(shí)、膜在大自然中，特別是在生物體內(nèi)是廣泛存在的，但我們?nèi)祟悓?duì)它的認(rèn)識(shí)、利用、模擬直至如今人工合成的歷史過(guò)程卻是漫長(zhǎng)而曲折的。我國(guó)膜科學(xué)技術(shù)的利用、模擬直至如今人工合成的歷史過(guò)程卻是漫長(zhǎng)而曲折的。我國(guó)膜科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展是從開(kāi)展是從1958年研討離子交換膜開(kāi)場(chǎng)的。年研討離子交換膜開(kāi)場(chǎng)的。60年代進(jìn)入開(kāi)創(chuàng)階段。年代進(jìn)入開(kāi)創(chuàng)階段。1965年著手反年著手反浸透的探求，浸透的探求，1967年開(kāi)場(chǎng)的全國(guó)海水淡化會(huì)戰(zhàn)，大大促進(jìn)了我國(guó)膜科技

5、的開(kāi)展。年開(kāi)場(chǎng)的全國(guó)海水淡化會(huì)戰(zhàn)，大大促進(jìn)了我國(guó)膜科技的開(kāi)展。70年代進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段，微濾、電滲析、反浸透和超濾等各種膜和組器件都相繼年代進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段，微濾、電滲析、反浸透和超濾等各種膜和組器件都相繼研討開(kāi)發(fā)出來(lái)，研討開(kāi)發(fā)出來(lái)，80年代跨入了推行運(yùn)用階段。年代跨入了推行運(yùn)用階段。80年代又是氣體分別和其他新膜年代又是氣體分別和其他新膜開(kāi)發(fā)階段。開(kāi)發(fā)階段。 1.3 膜的分類膜的分類a. 按膜的資料分類按膜的資料分類 類類 別別膜材料膜材料舉舉 例例纖維素酯類纖維素酯類纖維素衍生物類纖維素衍生物類醋酸纖維素，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非纖維素酯類酯類聚砜類聚

6、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b. 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(jìn)力的不同，可將根據(jù)分別膜的分別原理和推進(jìn)力的不同，可將其分為微孔膜、超越濾膜、反浸透膜

7、、納濾膜、滲其分為微孔膜、超越濾膜、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。c. 按膜的形狀分類按膜的形狀分類 按膜的外形分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)。d. 按膜的構(gòu)造分類按膜的構(gòu)造分類 按膜的構(gòu)造分為：按膜的構(gòu)造分為： 對(duì)稱膜對(duì)稱膜(Symmetric Membrane) 非對(duì)稱膜非對(duì)稱膜(Asymmetric Membrane) 復(fù)合膜復(fù)合膜(Composite Membrane)1.4 膜分別過(guò)程的類型膜分別過(guò)程的

8、類型 分別膜的根本功能是從物質(zhì)群中有選分別膜的根本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過(guò)或保送特定的物質(zhì)，如顆粒、分擇地透過(guò)或保送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等?；蛘哒f(shuō)，物質(zhì)的分別是經(jīng)過(guò)子、離子等?；蛘哒f(shuō)，物質(zhì)的分別是經(jīng)過(guò)膜的選擇性透過(guò)實(shí)現(xiàn)的。幾種主要的膜分膜的選擇性透過(guò)實(shí)現(xiàn)的。幾種主要的膜分別過(guò)程及其傳送機(jī)理如表別過(guò)程及其傳送機(jī)理如表2所示。所示。表表2 2 幾種主要分別膜的分別過(guò)程幾種主要分別膜的分別過(guò)程膜過(guò)程膜過(guò)程推動(dòng)推動(dòng)力力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過(guò)物透過(guò)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形狀顆粒大小形狀水、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

9、壓力壓力差差分子特性大小形分子特性大小形狀狀水、溶劑小分水、溶劑小分子子膠體和超過(guò)膠體和超過(guò)截留分子量截留分子量的分子的分子非對(duì)稱性膜非對(duì)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(jià)離子、水、一價(jià)離子、多價(jià)離子多價(jià)離子有機(jī)物有機(jī)物復(fù)合膜復(fù)合膜反滲透反滲透壓力壓力差差溶劑的擴(kuò)散傳遞溶劑的擴(kuò)散傳遞水、溶劑水、溶劑溶質(zhì)、鹽溶質(zhì)、鹽非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜復(fù)合膜復(fù)合膜膜過(guò)程膜過(guò)程推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過(guò)物透過(guò)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)的擴(kuò)散傳溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞遞低分子量物、離低分子量物、離子子溶劑溶劑非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜電滲析電滲析電位差電位差電解質(zhì)離子的電解

10、質(zhì)離子的選擇傳遞選擇傳遞電解質(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離氣體分離壓力差壓力差氣體和蒸汽的氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透擴(kuò)散滲透氣體或蒸汽氣體或蒸汽難滲透性氣難滲透性氣體或蒸汽體或蒸汽均相膜、復(fù)均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)合膜，非對(duì)稱膜稱膜滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā)壓力差壓力差選擇傳遞選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶難滲透性溶質(zhì)或溶劑質(zhì)或溶劑均相膜、復(fù)均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)合膜，非對(duì)稱膜稱膜液膜分離液膜分離濃度差濃度差反應(yīng)促進(jìn)和反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞擴(kuò)散傳遞雜質(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1.5 膜資料膜資料 用作分別膜的資料包

11、括廣泛的天然的和人工合成的有機(jī)高分子資料和無(wú)機(jī)資料。 原那么上講，凡能成膜的高分子資料和無(wú)機(jī)資料均可用于制備分別膜。但實(shí)踐上，真正成為工業(yè)化膜的膜資料并不多。這主要決議于膜的一些特定要求，如分別效率、分別速度等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。 目前，適用的有機(jī)高分子膜資料有：纖維素酯目前，適用的有機(jī)高分子膜資料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他資料。從種類來(lái)說(shuō)，類、聚砜類、聚酰胺類及其他資料。從種類來(lái)說(shuō)，已有成百種以上的膜被制備出來(lái)，其中約已有成百種以上的膜被制備出來(lái)，其中約40多種已多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，纖維素酯類被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，纖維素酯類膜占膜占53，

12、聚砜膜占，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占，聚酰胺膜占11.7，其，其他資料的膜占他資料的膜占2，可見(jiàn)纖維素酯類資料在膜資料中，可見(jiàn)纖維素酯類資料在膜資料中占主要位置。占主要位置。a. 纖維素酯類膜資料纖維素酯類膜資料 纖維素是由幾千個(gè)椅式構(gòu)型的葡萄糖基經(jīng)過(guò)纖維素是由幾千個(gè)椅式構(gòu)型的葡萄糖基經(jīng)過(guò)1, 4甙鏈銜接起來(lái)的天然線性高分子化合物，甙鏈銜接起來(lái)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(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基。從構(gòu)造上看，

13、每個(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基。在催化劑如硫酸、高氯酸或氧化鋅存在下，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(jìn)展酯化反響，得到二醋酸纖維與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)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(dāng)今最重要的膜資料之一。醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜資料之一。 醋酸醋酸纖維素性能穩(wěn)定，但在高溫暖酸、堿存在下易發(fā)生纖維素性能穩(wěn)定，但在高溫暖酸、堿存在下易發(fā)生水解。水解。 纖維

14、素醋類資料易受微生物侵蝕，纖維素醋類資料易受微生物侵蝕，pH值順應(yīng)值順應(yīng)范圍較窄，不耐高溫暖某些有機(jī)溶劑或無(wú)機(jī)溶劑。范圍較窄，不耐高溫暖某些有機(jī)溶劑或無(wú)機(jī)溶劑。因此開(kāi)展了非纖維素酯類合成高分子類膜。因此開(kāi)展了非纖維素酯類合成高分子類膜。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(guò)渡層，孔徑過(guò)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b. 非纖維素酯類膜資料非纖維素酯類膜資料 常用于制備分別膜的合成高分子資料有聚常用于制備分別膜的合成高分子資料有聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合砜、聚酰胺、芳香雜

15、環(huán)聚合物和離子聚合物等。物等。 聚砜類樹(shù)脂具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定聚砜類樹(shù)脂具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，強(qiáng)度也很高，性，強(qiáng)度也很高，pH值順應(yīng)范圍為值順應(yīng)范圍為113，最高使，最高使用溫度達(dá)用溫度達(dá)120，抗氧化性和抗氯性都非常優(yōu)良。因，抗氧化性和抗氯性都非常優(yōu)良。因此已成為重要的膜資料之一。此已成為重要的膜資料之一。 早期運(yùn)用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龍?jiān)缙谶\(yùn)用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龍4、尼龍、尼龍66等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對(duì)鹽水等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對(duì)鹽水的分別率在的分別率在8090之間，但透水率很低，僅之間，但透水率很低，僅0.076 ml/cm2h。 以

16、后開(kāi)展了芳香族聚酰胺，用它們制成的分別膜，以后開(kāi)展了芳香族聚酰胺，用它們制成的分別膜，pH適用范圍為適用范圍為311，分別率可達(dá)，分別率可達(dá)99.5對(duì)鹽水，對(duì)鹽水，透水速率為透水速率為0.6 ml/cm2h。長(zhǎng)期運(yùn)用穩(wěn)定性好。由。長(zhǎng)期運(yùn)用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團(tuán)易與氯反響，故這種膜對(duì)水中的游離氯于酰胺基團(tuán)易與氯反響，故這種膜對(duì)水中的游離氯有較高要求。有較高要求。常見(jiàn)資料的最高允許運(yùn)用溫度名稱名稱溫度溫度CA 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 磺化聚苯醚磺化聚苯醚 磺化聚砜磺化聚砜 聚醚砜酮聚醚砜酮40 40 35 35 909070 70 70 70 120 1

17、20 160160l無(wú)機(jī)膜多以金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷為無(wú)機(jī)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、多孔膜和復(fù)合非資料。從構(gòu)造上可分為致密膜、多孔膜和復(fù)合非對(duì)稱修正膜三種。對(duì)稱修正膜三種。1.6 膜的保管膜的保管 分別膜的保管對(duì)其性能極為重要。主要應(yīng)防止分別膜的保管對(duì)其性能極為重要。主要應(yīng)防止微生物、水解、冷凍對(duì)膜的破壞和膜的收縮變形。微生物、水解、冷凍對(duì)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； 而水解和冷凍破壞那么對(duì)任何膜都能夠發(fā)生。而水解和冷凍破壞那么對(duì)任何膜都能夠發(fā)生。溫度、溫度、pH值不適當(dāng)和水中

18、游離氧的存在均會(huì)呵斥膜值不適當(dāng)和水中游離氧的存在均會(huì)呵斥膜的水解。冷凍會(huì)使膜膨脹而破壞膜的構(gòu)造。的水解。冷凍會(huì)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(shí)的失水。收縮膜的收縮主要發(fā)生在濕態(tài)保管時(shí)的失水。收縮變形使膜孔徑大幅度下降，孔徑分布不均勻，嚴(yán)重變形使膜孔徑大幅度下降，孔徑分布不均勻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)呵斥膜的破裂。當(dāng)膜與高濃度溶液接觸時(shí)，時(shí)還會(huì)呵斥膜的破裂。當(dāng)膜與高濃度溶液接觸時(shí)，由于膜中水分急劇地向溶液中分散而失水，也會(huì)呵由于膜中水分急劇地向溶液中分散而失水，也會(huì)呵斥膜的變形收縮。斥膜的變形收縮。2 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裝將膜、固定膜的支撐

19、資料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個(gè)單元稱為膜組件。膜組件的構(gòu)造及型式取決成的一個(gè)單元稱為膜組件。膜組件的構(gòu)造及型式取決于膜的外形于膜的外形, ,工業(yè)上運(yùn)用的膜組件主要有中空纖維式、工業(yè)上運(yùn)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。管式和中空纖管式、螺旋卷式、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)壓式和外壓式兩種。維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。 膜組件膜組件(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(yùn)用的一種膜組件。其設(shè)計(jì)類似于板框式是最早運(yùn)用的一

20、種膜組件。其設(shè)計(jì)類似于常規(guī)的板框過(guò)濾安裝常規(guī)的板框過(guò)濾安裝, 膜被放置在可墊有濾紙的多孔膜被放置在可墊有濾紙的多孔的支撐板上的支撐板上,兩塊多孔的支撐板疊壓在一同構(gòu)成的料液兩塊多孔的支撐板疊壓在一同構(gòu)成的料液流道空間流道空間,組成一個(gè)膜單元組成一個(gè)膜單元,單元與單元之間可并聯(lián)或單元與單元之間可并聯(lián)或串聯(lián)銜接。不同的板框式設(shè)計(jì)的主要差別在于料液流串聯(lián)銜接。不同的板框式設(shè)計(jì)的主要差別在于料液流道的構(gòu)造上。道的構(gòu)造上。(2)、管式、管式(Tubular)膜組件膜組件 管式膜組件有外壓式和內(nèi)壓式兩種。對(duì)內(nèi)壓式膜管式膜組件有外壓式和內(nèi)壓式兩種。對(duì)內(nèi)壓式膜組件組件,膜被直接澆鑄在多孔的不銹鋼管內(nèi)或用玻璃纖

21、維膜被直接澆鑄在多孔的不銹鋼管內(nèi)或用玻璃纖維加強(qiáng)的塑料管內(nèi)。加壓的料液流從管內(nèi)流過(guò)加強(qiáng)的塑料管內(nèi)。加壓的料液流從管內(nèi)流過(guò),透過(guò)膜的透過(guò)膜的浸透溶液在管外側(cè)被搜集。對(duì)外壓式膜組件浸透溶液在管外側(cè)被搜集。對(duì)外壓式膜組件,膜那么被膜那么被澆鑄在多孔支撐管外側(cè)面。加壓的料液流從管外側(cè)流澆鑄在多孔支撐管外側(cè)面。加壓的料液流從管外側(cè)流過(guò)過(guò),浸透溶液那么由管外側(cè)浸透經(jīng)過(guò)膜進(jìn)入多孔支撐管浸透溶液那么由管外側(cè)浸透經(jīng)過(guò)膜進(jìn)入多孔支撐管內(nèi)。無(wú)論是內(nèi)壓式還是外壓式內(nèi)。無(wú)論是內(nèi)壓式還是外壓式,都可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)成都可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)成串聯(lián)或并聯(lián)安裝。串聯(lián)或并聯(lián)安裝。(3)、螺旋卷式、螺旋卷式(Spiral Wound)膜

22、組件膜組件 目前目前,螺旋卷式膜組件被廣泛地運(yùn)用于多種膜分螺旋卷式膜組件被廣泛地運(yùn)用于多種膜分別過(guò)程。別過(guò)程。 膜、料液通道網(wǎng)、以及多孔的膜支撐體等經(jīng)過(guò)適膜、料液通道網(wǎng)、以及多孔的膜支撐體等經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一同當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一同,然后將其裝人能接受壓力的外然后將其裝人能接受壓力的外殼中制成膜組件。經(jīng)過(guò)改動(dòng)料液和過(guò)濾液流動(dòng)通道的殼中制成膜組件。經(jīng)過(guò)改動(dòng)料液和過(guò)濾液流動(dòng)通道的方式方式,這類膜組件的內(nèi)部構(gòu)造也可被設(shè)計(jì)成多種不同的這類膜組件的內(nèi)部構(gòu)造也可被設(shè)計(jì)成多種不同的方式。方式。(4)、中空纖維、中空纖維(Hollow Fiber)膜組件膜組件 中空纖維膜組件的最大特點(diǎn)是單位裝填膜面積比中

23、空纖維膜組件的最大特點(diǎn)是單位裝填膜面積比一切其他組件大一切其他組件大, 最高可到達(dá)最高可到達(dá)30000m2/m3。中空纖。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。將大量的中空纖維維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。將大量的中空纖維安裝在一個(gè)管狀容器內(nèi)安裝在一個(gè)管狀容器內(nèi),中空纖維的一端以環(huán)氧樹(shù)脂與中空纖維的一端以環(huán)氧樹(shù)脂與管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一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端流人, 沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動(dòng)沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動(dòng),透過(guò)液那么浸透過(guò)液那么浸透經(jīng)過(guò)中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔透經(jīng)過(guò)中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔,然后從纖維在環(huán)氧樹(shù)脂的然后從纖維在環(huán)氧樹(shù)脂的固封頭

24、的開(kāi)端引出固封頭的開(kāi)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。 各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見(jiàn)下表。各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見(jiàn)下表。3、 濃差極化、污染景象和控制濃差極化、污染景象和控制 在膜分別操作中，一切溶質(zhì)均被透過(guò)液傳送到在膜分別操作中，一切溶質(zhì)均被透過(guò)液傳送到膜外表上，不能完全透過(guò)膜的溶質(zhì)遭到膜的截留作膜外表上，不能完全透過(guò)膜的溶質(zhì)遭到膜的截留作用，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象稱為濃度極化或濃差極化度高于主體濃度的景象稱為濃度極化或濃差極化(concentr

25、ation polarization)(concentration polarization)。濃差極化特性濃差極化特性 它是一個(gè)可逆過(guò)程。只需在膜運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)它是一個(gè)可逆過(guò)程。只需在膜運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn) 生存在，停頓運(yùn)轉(zhuǎn)，濃差極化逐漸消逝。生存在，停頓運(yùn)轉(zhuǎn)，濃差極化逐漸消逝。 它與操作條件相關(guān)，可經(jīng)過(guò)降低膜兩側(cè)壓差，它與操作條件相關(guān)，可經(jīng)過(guò)降低膜兩側(cè)壓差，減小料液中溶質(zhì)濃度，改善膜面流膂力學(xué)條件，減小料液中溶質(zhì)濃度，改善膜面流膂力學(xué)條件，來(lái)減輕濃差極化程度，提高膜的透過(guò)流量。來(lái)減輕濃差極化程度，提高膜的透過(guò)流量。l膜外表附近濃度升高，增大了膜兩側(cè)的浸透膜外表附近濃度升高，增大了膜兩側(cè)的浸透壓差，使

26、有效壓差減小，透過(guò)通量降低。當(dāng)壓差，使有效壓差減小，透過(guò)通量降低。當(dāng)膜外表附近的濃度超越溶質(zhì)的溶解度時(shí)，溶膜外表附近的濃度超越溶質(zhì)的溶解度時(shí)，溶質(zhì)會(huì)析出，構(gòu)成凝膠層。當(dāng)分別含有菌體、質(zhì)會(huì)析出，構(gòu)成凝膠層。當(dāng)分別含有菌體、細(xì)胞或其他固構(gòu)成分的料液時(shí)，也會(huì)在膜外細(xì)胞或其他固構(gòu)成分的料液時(shí)，也會(huì)在膜外表構(gòu)成凝膠層。這種景象稱為凝膠極化表構(gòu)成凝膠層。這種景象稱為凝膠極化(gel (gel polarization)polarization) 膜分別過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題是膜污染膜分別過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題是膜污染(membrane fouling)(membrane fouling)，膜污染的主要緣由來(lái)，

27、膜污染的主要緣由來(lái)自以下幾個(gè)方面。自以下幾個(gè)方面。凝膠極化引起的凝膠層凝膠極化引起的凝膠層; ;溶質(zhì)在膜外表的吸附層溶質(zhì)在膜外表的吸附層; ;膜孔堵塞膜孔堵塞; ; 膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附. .膜污染不僅呵斥透過(guò)通量的大幅度下降，膜污染不僅呵斥透過(guò)通量的大幅度下降，而且影響目的產(chǎn)物的回收率。為保證膜分而且影響目的產(chǎn)物的回收率。為保證膜分別操作高效穩(wěn)定地進(jìn)展，必需對(duì)膜進(jìn)展定別操作高效穩(wěn)定地進(jìn)展，必需對(duì)膜進(jìn)展定期清洗，除去膜外表及膜孔內(nèi)的污染物，期清洗，除去膜外表及膜孔內(nèi)的污染物，恢復(fù)膜的透過(guò)性能?；謴?fù)膜的透過(guò)性能。 膜的清洗普通選用水、鹽溶液、稀酸、稀堿、膜的清洗普通選用水、鹽溶液、稀

28、酸、稀堿、外表活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗外表活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑。詳細(xì)用何種清洗劑應(yīng)根據(jù)膜的性質(zhì)和污染物劑。詳細(xì)用何種清洗劑應(yīng)根據(jù)膜的性質(zhì)和污染物的性質(zhì)而決議，運(yùn)用的清洗劑要具有良好的去污的性質(zhì)而決議，運(yùn)用的清洗劑要具有良好的去污才干，同時(shí)又不能損害膜的過(guò)濾性能。才干，同時(shí)又不能損害膜的過(guò)濾性能。假設(shè)用清水清洗就恢復(fù)膜的透過(guò)性能，那么假設(shè)用清水清洗就恢復(fù)膜的透過(guò)性能，那么不需運(yùn)用其他清洗劑。對(duì)于蛋白質(zhì)的嚴(yán)重吸不需運(yùn)用其他清洗劑。對(duì)于蛋白質(zhì)的嚴(yán)重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、如胃蛋白酶、胰蛋白酶等胰蛋白酶等)溶液清洗，效果較好

29、。溶液清洗，效果較好。l 清洗操作是膜分別過(guò)程不可短少的步驟，但清洗操作是呵斥膜分別過(guò)程本錢增高的重要緣由。因此，在采用有效的清洗操作的同時(shí)，得采取必要的措施防止或減輕膜污染。例如，選用高親水性膜或?qū)δみM(jìn)展適當(dāng)?shù)念A(yù)處置(如聚砜膜用乙醇溶液浸泡)，均可緩解污染程度。l此外，對(duì)料液進(jìn)展適當(dāng)?shù)念A(yù)處置(如進(jìn)展預(yù)過(guò)濾、調(diào)理pH值)，也可相當(dāng)程度地減輕污染的發(fā)生。 如何防止膜污染以及開(kāi)發(fā)高效節(jié)能的污染去除如何防止膜污染以及開(kāi)發(fā)高效節(jié)能的污染去除技術(shù)是進(jìn)一步普及膜分別技術(shù)的關(guān)鍵之一。研討闡技術(shù)是進(jìn)一步普及膜分別技術(shù)的關(guān)鍵之一。研討闡明，膜分別過(guò)程存在臨界操作壓力，在臨界壓力以明，膜分別過(guò)程存在臨界操作壓力，

30、在臨界壓力以下進(jìn)展膜分別操作，可長(zhǎng)時(shí)間維持較高的透過(guò)通量。下進(jìn)展膜分別操作，可長(zhǎng)時(shí)間維持較高的透過(guò)通量。降低對(duì)清洗操作的依賴程度，提高膜分別效率。降低對(duì)清洗操作的依賴程度，提高膜分別效率。膜分別技術(shù)運(yùn)用中需留意的幾個(gè)問(wèn)題膜分別技術(shù)運(yùn)用中需留意的幾個(gè)問(wèn)題 膜資料的選擇膜資料的選擇 膜孔徑或截留分子量的選擇膜孔徑或截留分子量的選擇 膜構(gòu)造選擇膜構(gòu)造選擇 組件構(gòu)造選擇組件構(gòu)造選擇 溶液溶液 pH pH 控制控制 溶液溫度影響溶液溫度影響溶質(zhì)濃度，料液流速與壓力的控制溶質(zhì)濃度，料液流速與壓力的控制膜過(guò)濾運(yùn)用常識(shí)及本卷須知膜過(guò)濾運(yùn)用常識(shí)及本卷須知典型的膜分別技術(shù)運(yùn)用領(lǐng)域：典型的膜分別技術(shù)運(yùn)用領(lǐng)域： 典型

31、的膜分別技術(shù)有微孔過(guò)濾典型的膜分別技術(shù)有微孔過(guò)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。NF 納濾4.1 超濾技術(shù)超濾技術(shù)1. 超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾和超濾膜的特點(diǎn) 超濾技術(shù)始于超濾技術(shù)始于 1861 年，其過(guò)濾粒徑介于微濾和年，其過(guò)濾粒徑介于微濾和反浸透之間，約反浸透之間，約510 nm，在，在 0.10.5 MPa 的靜壓的靜壓差推進(jìn)下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)差推進(jìn)下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于50

32、0的大分子及膠體，構(gòu)成的大分子及膠體，構(gòu)成濃縮液，到達(dá)溶液的凈化、分別及濃縮目的。濃縮液，到達(dá)溶液的凈化、分別及濃縮目的。 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(guò)膜上的微為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一同透過(guò)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(duì)稱膜，方式有平板式、卷式、超濾膜均為不對(duì)稱膜，方式有平板式、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

33、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(xì)孔孔徑普通小于，其中細(xì)孔孔徑普通小于10nm； 中間的過(guò)渡層，具有大于中間的過(guò)渡層，具有大于10nm的細(xì)孔，厚度普的細(xì)孔，厚度普通為通為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以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。膜的機(jī)械強(qiáng)度。 膜的分別性能主要取決于外表活性層和過(guò)度層。膜的分別性能主要取決于外表活性層和過(guò)度層。 中空纖維狀超濾膜的外徑為中空纖維狀超濾膜的外徑為0.

34、52m。特點(diǎn)是。特點(diǎn)是直徑小，強(qiáng)度高，不需求支撐構(gòu)造，管內(nèi)外能接受直徑小，強(qiáng)度高，不需求支撐構(gòu)造，管內(nèi)外能接受較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi)外表積很大，能有效提高浸透通量。的內(nèi)外表積很大，能有效提高浸透通量。 制備超濾膜的資料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯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。超濾膜的任務(wù)條件取決于膜的腈和醋酸纖維素等。超濾膜的任務(wù)條件取決于膜的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于pH = 38，三醋，三醋酸纖維素超濾膜適用于酸纖維素超濾膜適用于pH = 29，芳香聚酰胺超濾

35、，芳香聚酰胺超濾膜適用于膜適用于pH = 59，溫度，溫度040，而聚醚砜超濾，而聚醚砜超濾膜的運(yùn)用溫度那么可超越膜的運(yùn)用溫度那么可超越100。超濾膜截留分子量確實(shí)定中空纖維超濾膜構(gòu)造單單 內(nèi)內(nèi) 皮皮 層層雙雙 皮皮 層層4.2 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(diǎn)反浸透原理及反浸透膜的特點(diǎn) 浸透是自然界一種常見(jiàn)的景象。人類很早以前浸透是自然界一種常見(jiàn)的景象。人類很早以前就曾經(jīng)自覺(jué)或不自覺(jué)地運(yùn)用浸透或反浸透分別物就曾經(jīng)自覺(jué)或不自覺(jué)地運(yùn)用浸透或反浸透分別物質(zhì)。目前，反浸透技術(shù)曾經(jīng)開(kāi)展成為一種普遍運(yùn)用質(zhì)。目前，反浸透技術(shù)曾經(jīng)開(kāi)展成為一種普遍運(yùn)用的現(xiàn)代分別技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡

36、化、超的現(xiàn)代分別技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水制備、廢水處置等方面，反浸透技術(shù)有其他方純水制備、廢水處置等方面，反浸透技術(shù)有其他方法不可比較的優(yōu)勢(shì)。法不可比較的優(yōu)勢(shì)。假設(shè)用一張只能透過(guò)水而不能透過(guò)溶質(zhì)的半透假設(shè)用一張只能透過(guò)水而不能透過(guò)溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開(kāi)，水會(huì)自然地透過(guò)膜將兩種不同濃度的水溶液隔開(kāi)，水會(huì)自然地透過(guò)半透膜浸透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷半透膜浸透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一景象稱浸透圖移，這一景象稱浸透圖a。這一過(guò)程的推進(jìn)力是。這一過(guò)程的推進(jìn)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)

37、位之差，表現(xiàn)為水的浸透壓。位之差，表現(xiàn)為水的浸透壓。 隨著水的浸透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，隨著水的浸透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至壓力增大。當(dāng)液面升高至H時(shí)，浸透到達(dá)平衡，兩時(shí)，浸透到達(dá)平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為浸透壓圖側(cè)的壓力差就稱為浸透壓圖b。浸透過(guò)程到達(dá)。浸透過(guò)程到達(dá)平衡后，水不再有浸透，浸透通量為零。平衡后，水不再有浸透，浸透通量為零。 假設(shè)在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液假設(shè)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(guò)半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，水溶

38、液中的水將經(jīng)過(guò)半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過(guò)程就稱為反浸透圖這一過(guò)程就稱為反浸透圖c。 反浸透技術(shù)所分別的物質(zhì)的分子量普通小于反浸透技術(shù)所分別的物質(zhì)的分子量普通小于500，操作壓力為操作壓力為 2100MPa。 用于實(shí)施反浸透操作的膜為反浸透膜。反浸透用于實(shí)施反浸透操作的膜為反浸透膜。反浸透膜大部分為不對(duì)稱膜，孔徑小于膜大部分為不對(duì)稱膜，孔徑小于0.5nm，可截留溶，可截留溶質(zhì)分子。質(zhì)分子。 制備反浸透膜的資料主要有醋酸纖維素、制備反浸透膜的資料主要有醋酸纖維素、芳香芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。醚酮

39、、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。 反浸透膜的分別機(jī)理至今尚有許多爭(zhēng)論，反浸透膜的分別機(jī)理至今尚有許多爭(zhēng)論，主要有主要有氫鍵實(shí)際、選擇吸附氫鍵實(shí)際、選擇吸附毛細(xì)管流動(dòng)實(shí)際、溶毛細(xì)管流動(dòng)實(shí)際、溶解分散解分散實(shí)際等。實(shí)際等。 普通來(lái)說(shuō)，分別溶液中分子量低于普通來(lái)說(shuō)，分別溶液中分子量低于500的低分子的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反浸透膜；分別溶液中分子量大于物質(zhì)，應(yīng)該采用反浸透膜；分別溶液中分子量大于500的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分別溶液中的直徑分別溶液中的直徑0.110m的粒子應(yīng)該選微孔膜。的粒子應(yīng)該選微孔膜。 表表3 3 反浸透、超濾和微孔過(guò)濾技術(shù)的

40、原反浸透、超濾和微孔過(guò)濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較理和操作特點(diǎn)比較分離技術(shù)類型分離技術(shù)類型反滲透反滲透超濾超濾微孔過(guò)濾微孔過(guò)濾膜的形式膜的形式表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合膜等膜等非對(duì)稱膜，表面有微孔非對(duì)稱膜，表面有微孔微孔膜微孔膜膜材料膜材料纖維素、聚酰胺等纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、纖維素、PVCPVC等等操作壓力操作壓力 /MPa/MPa2 21001000.10.10.50.50.010.010.20.2分離的物質(zhì)分離的物質(zhì)分子量小于分子量小于500500的小分子物質(zhì)的小分子物質(zhì)分子量大于分子量大于500500的大分的大分子和細(xì)小膠體微粒子和

41、細(xì)小膠體微粒0.10.110m10m的粒的粒子子分離機(jī)理分離機(jī)理非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能對(duì)分離起主要作用對(duì)分離起主要作用篩分，膜的物化性能對(duì)篩分，膜的物化性能對(duì)分離起一定作用分離起一定作用篩分，膜的物理篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決定作用定作用水的滲透通量水的滲透通量 /(m/(m3 3.m.m-2-2.d.d-1-1) )0.10.12.52.50.50.55 520202002004.3 納濾技術(shù)納濾技術(shù)nanofiltration, NF1. 納濾膜的特點(diǎn)納濾膜的特點(diǎn) 納濾膜是八十年代在反浸透復(fù)合膜根底上開(kāi)發(fā)納濾膜是八十年代在反浸透復(fù)合膜根底上開(kāi)發(fā)出來(lái)

42、的，是超低壓反浸透技術(shù)的延續(xù)和開(kāi)展分支，出來(lái)的，是超低壓反浸透技術(shù)的延續(xù)和開(kāi)展分支，早期被稱作低壓反浸透膜或松散反浸透膜。目前，早期被稱作低壓反浸透膜或松散反浸透膜。目前，納濾膜已從反浸透技術(shù)中分別出來(lái)，成為獨(dú)立的分納濾膜已從反浸透技術(shù)中分別出來(lái)，成為獨(dú)立的分離技術(shù)。離技術(shù)。l納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反浸透膜納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反浸透膜(RO)(RO)和超和超濾膜濾膜(UF)(UF)之間，因此稱為之間，因此稱為“納濾。納濾。l納濾膜的表層較納濾膜的表層較RORO膜的表層要疏松得多，但較膜的表層要疏松得多，但較UFUF膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)理表膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)

43、鍵是合理調(diào)理表層的疏松程度，以構(gòu)成大量具納米級(jí)的表層孔。層的疏松程度，以構(gòu)成大量具納米級(jí)的表層孔。 納濾膜主要用于截留粒徑在納濾膜主要用于截留粒徑在0.11nm，分子量，分子量為為1000左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透過(guò)，具有較小的操作壓過(guò)，具有較小的操作壓0.51MPa。其被分別。其被分別物質(zhì)的尺寸介于反浸透膜和超濾膜之間，但與上述物質(zhì)的尺寸介于反浸透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。兩種膜有所交叉。 納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反浸透之間的空白納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反浸透之間的空白, ,它能截它能截留透過(guò)超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物留透過(guò)超濾膜的

44、那部分小分子量的有機(jī)物, ,透析被反浸透析被反浸透膜所截留的無(wú)機(jī)鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子透膜所截留的無(wú)機(jī)鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同的截留效果不同, ,對(duì)單價(jià)離子的截留率低對(duì)單價(jià)離子的截留率低(10%-80%),(10%-80%),對(duì)對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子(90%)(90%)以上。以上。MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW 1umROUFFNFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之間，截留分子量大約在之間，截留分子量大約在300 - 1000300 - 1000。4.4 離子交換膜離子交換膜1.離子交換膜的分類離子交換膜的分類1按

45、可交換離子性質(zhì)分類按可交換離子性質(zhì)分類 與離子交換樹(shù)脂類似，離子交換膜按其可交換與離子交換樹(shù)脂類似，離子交換膜按其可交換離子的性能可分為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和離子的性能可分為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和雙極離子交換膜。這三種膜的可交換離子分別對(duì)應(yīng)雙極離子交換膜。這三種膜的可交換離子分別對(duì)應(yīng)為陽(yáng)離子、陰離子和陰陽(yáng)離子。為陽(yáng)離子、陰離子和陰陽(yáng)離子。2按膜的構(gòu)造和功能分類按膜的構(gòu)造和功能分類 按膜的構(gòu)造與功能可將離子交換膜分為普通離按膜的構(gòu)造與功能可將離子交換膜分為普通離子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。 普通離子交換膜普通是均相膜，利用其對(duì)一價(jià)普通離

46、子交換膜普通是均相膜，利用其對(duì)一價(jià)離子的選擇性浸透進(jìn)展海水濃縮脫鹽；雙極離子交離子的選擇性浸透進(jìn)展海水濃縮脫鹽；雙極離子交換膜由陽(yáng)離子交換層和陰離子交換層復(fù)合組成，主換膜由陽(yáng)離子交換層和陰離子交換層復(fù)合組成，主要用于酸或堿的制備；鑲嵌膜由陳列整齊的陰、陽(yáng)要用于酸或堿的制備；鑲嵌膜由陳列整齊的陰、陽(yáng)離子微區(qū)組成，主要用于高壓滲析進(jìn)展鹽的濃縮、離子微區(qū)組成，主要用于高壓滲析進(jìn)展鹽的濃縮、有機(jī)物質(zhì)的分別等。有機(jī)物質(zhì)的分別等。2. 離子交換膜的任務(wù)原理離子交換膜的任務(wù)原理 電滲析電滲析 在鹽的水溶液如氯化鈉溶液中置入陰、陽(yáng)在鹽的水溶液如氯化鈉溶液中置入陰、陽(yáng)兩個(gè)電極，并施加電場(chǎng)，那么溶液中的陽(yáng)離子將移

47、兩個(gè)電極，并施加電場(chǎng)，那么溶液中的陽(yáng)離子將移向向陰極，陰離子那么移向陽(yáng)極，這一過(guò)程稱為電泳。陰極，陰離子那么移向陽(yáng)極，這一過(guò)程稱為電泳。如如果在陰、陽(yáng)兩電極之間插入一張離子交換膜陽(yáng)離果在陰、陽(yáng)兩電極之間插入一張離子交換膜陽(yáng)離子交換膜或陰離子交換膜，那么陽(yáng)離子或陰離子子交換膜或陰離子交換膜，那么陽(yáng)離子或陰離子會(huì)會(huì)選擇性地經(jīng)過(guò)膜，這一過(guò)程就稱為電滲析。選擇性地經(jīng)過(guò)膜，這一過(guò)程就稱為電滲析。 電滲析的中心是離子交換膜。在直流電場(chǎng)的作電滲析的中心是離子交換膜。在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推進(jìn)力，利用離子交換膜的選擇用下，以電位差為推進(jìn)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，把電解質(zhì)從溶液中分別出來(lái)，實(shí)現(xiàn)溶液

48、的透過(guò)性，把電解質(zhì)從溶液中分別出來(lái)，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可經(jīng)過(guò)電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電淡化、濃縮及鈍化；也可經(jīng)過(guò)電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉等。解，制備氯氣和氫氧化鈉等。 +陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極Cl-Na陽(yáng)膜陽(yáng)極室陽(yáng)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(yáng)膜陰膜v電滲析過(guò)程原理圖電滲析過(guò)程原理圖實(shí)踐運(yùn)用的實(shí)踐運(yùn)用的電滲析器電滲析器4.5 浸透蒸發(fā)技術(shù)浸透蒸發(fā)技術(shù)1. 浸透蒸發(fā)技術(shù)和浸透蒸發(fā)膜的特點(diǎn)浸透蒸發(fā)技術(shù)和浸透蒸發(fā)膜的特點(diǎn) 浸透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分別浸透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分別技術(shù)。浸透蒸發(fā)

49、是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸技術(shù)。浸透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差的推進(jìn)力下，透過(guò)膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)氣分壓差的推進(jìn)力下，透過(guò)膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分別目的的一種膜分別方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分別手到分別目的的一種膜分別方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分別手段較難處置的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分別。具有一段較難處置的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分別。具有一次分別度高、操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染、低能耗等特點(diǎn)。次分別度高、操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染、低能耗等特點(diǎn)。 浸透蒸發(fā)的本質(zhì)是利用高分子膜的選擇性浸透蒸發(fā)的本質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過(guò)透過(guò)來(lái)分別液體混合物。其原理如圖來(lái)分別液體混合物。其原理如圖6所示。由高分所示。由高分子膜將安裝

50、分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分別混子膜將安裝分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分別混合物合物的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相銜接或用惰性的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相銜接或用惰性氣體氣體吹掃的氣相室?；旌衔锝?jīng)過(guò)高分子膜的選擇浸吹掃的氣相室?；旌衔锝?jīng)過(guò)高分子膜的選擇浸透，透，其中某一組分浸透到膜的另一側(cè)。由于在氣相其中某一組分浸透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中室中該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因此在該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因此在膜表膜表面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)液氮將面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)液氮將蒸氣蒸氣冷凝下來(lái)即得浸透產(chǎn)物。浸透蒸發(fā)過(guò)程的推進(jìn)冷凝下來(lái)即得浸透產(chǎn)物。浸透蒸發(fā)過(guò)程的推進(jìn)力

51、是力是膜內(nèi)浸透組分的濃度梯度。膜內(nèi)浸透組分的濃度梯度。圖圖6a 浸透蒸發(fā)分別表示圖浸透蒸發(fā)分別表示圖(真空氣化真空氣化)液相室氣相室膜真空泵冷凝液冷凝器圖圖6b 浸透蒸發(fā)分別表示圖浸透蒸發(fā)分別表示圖(惰性氣體吹掃惰性氣體吹掃)液相室氣相室膜冷凝液冷凝器惰性氣體惰性氣體凈化利用 如以透水為目的的浸透蒸發(fā)膜，應(yīng)該有良好的如以透水為目的的浸透蒸發(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都是較好的膜資料；而當(dāng)以透過(guò)醇類物質(zhì)為目的時(shí)，都是較好的膜資料；而當(dāng)以透過(guò)醇類物質(zhì)為目的時(shí)，憎水性的聚二甲基硅氧烷憎水性的聚二甲基硅氧烷PDMS那么是較理想那么是較理想

52、的膜資料。的膜資料。4.7 氣體分別膜氣體分別膜1. 氣體分別膜的分別機(jī)理氣體分別膜的分別機(jī)理 氣體分別膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多氣體分別膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜。它們的分別機(jī)理各不一樣?？啄ぁＫ鼈兊姆謩e機(jī)理各不一樣。1非多孔均質(zhì)膜的溶解分散機(jī)理非多孔均質(zhì)膜的溶解分散機(jī)理 該實(shí)際以為，氣體選擇性透過(guò)非多孔均質(zhì)膜分該實(shí)際以為，氣體選擇性透過(guò)非多孔均質(zhì)膜分四步進(jìn)展：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解四步進(jìn)展：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(jìn)展活性分散，分子在膜的另的分子由于濃度梯度進(jìn)展活性分散，分子在膜的另一側(cè)逸出。一側(cè)逸出。2多孔膜的透過(guò)分散機(jī)理多孔膜的透過(guò)分散機(jī)理 用多孔膜分別混合氣體，是借助于各種氣體流用多孔膜分別混合氣體，是借助于各種氣體流過(guò)膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來(lái)進(jìn)展的。過(guò)膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來(lái)進(jìn)展的。2. 制備氣體分別膜的資料制備氣體分別膜的資料1影響氣體分別膜性能的要素影響氣體分別膜性能的要素 1化學(xué)構(gòu)造的影響化學(xué)構(gòu)造的影響 2形狀構(gòu)造的影響形狀構(gòu)造的影響 富氧膜、分別富氧膜、分別N2，CO2，SO2，H2S等等氣氣體的膜，都已有工業(yè)化的運(yùn)用。例如從天然體的膜，都已有工業(yè)化的運(yùn)用。例如從天然氣中分氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分別別N2