膜分離技術(shù)學(xué)習(xí)課件

主要內(nèi)容一、過濾技術(shù)概述二、傳統(tǒng)過濾技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用三、膜分離技術(shù)及其應(yīng)用1

一、過濾技術(shù)概述概念：過濾是利用多孔介質(zhì)阻留固體而讓液體通過，使固體和液體分離的技術(shù)。通常將原懸浮液稱為濾漿，濾漿中的固體顆粒稱為濾渣，過濾時(shí)積聚在過濾介質(zhì)上的濾渣層稱為濾餅，通過過濾介質(zhì)的液體稱為濾液。目的：（1）除去不溶性雜質(zhì)得到所需清液；（2）收集固體中間產(chǎn)物或結(jié)晶的成品。應(yīng)用范圍：在粗分離和精制過程中都可以用到過濾技術(shù)。23分類1、濾餅過濾懸浮液中的顆粒沉積在過濾介質(zhì)表面形成濾餅層，濾液穿過濾餅層中的空隙流動(dòng)叫做濾餅過濾。2、深層過濾固體顆粒不形成濾餅，而是沉積在過濾介質(zhì)內(nèi)部叫做深層過濾。3、膜分離(類似過濾）以選擇性透膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩邊施加一個(gè)推動(dòng)力（如濃度差、壓力差或電壓差等）時(shí)，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離提純的目的技術(shù)。如微濾、超濾、反滲透、電滲析等。

過濾效率的影響因素

1、濾料的影響

（1）孔隙率球形濾料的孔隙率與粒徑關(guān)系不大，一般都在0.43左右。但角形濾料的孔隙率取決于粒徑及其分布，一般約為0.48～0.55。（2）厚度濾床越厚，濾波越清，操作周期越長(zhǎng)。（3）表面性質(zhì)濾料表面的不帶電荷或者帶有與懸浮顆粒表面電荷相反的電荷有利于懸浮顆粒在其表面上吸附和接觸凝聚。6指散粒狀材料堆積體積中,顆粒之間的空隙體積占總體積的比例。

2．懸浮物的影響(濾漿）

（1）粒度

幾乎所有過濾機(jī)理都受懸浮物粒度的影響。粒度越大，通過篩濾去除越易。

（2）形狀

角形顆粒因比表面積大，其去除效率比球形顆粒高。

（3）密度

顆粒密度主要通過沉淀，慣性及布朗運(yùn)動(dòng)機(jī)理影響過濾率．

（4）濃度

過濾效率隨料液濃度升高而降低，濃度越高，穿透越難，水頭損失增加越快。

（5）溫度

溫度影響密度及粘度，進(jìn)而通過沉淀和附著機(jī)理影響過濾效率。降低溫度，對(duì)過濾不利。（6）表面性質(zhì)懸浮物的絮凝特性，電動(dòng)電位等主要取決于表面性質(zhì)，因此，顆粒表面性質(zhì)是影響過濾效率的重要因素。7過濾基本參數(shù)

處理量、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)率、過濾面積、懸浮液固相濃度、濾餅含液量、濾餅與濾液的體積比、過濾速度。8二、傳統(tǒng)過濾技術(shù)及應(yīng)用（一）過濾介質(zhì)的選擇（二）過濾前物料的預(yù)處理（三）助濾劑的選擇和應(yīng)用（四）常用過濾設(shè)備9（一）過濾介質(zhì)的選擇選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素（1）孔徑大小適于截流被分離的微粒；（2）孔的數(shù)量多，孔道短；（3）耐酸堿，化學(xué)穩(wěn)定性好；（4）有一定機(jī)械強(qiáng)度，易于回收；（5）工業(yè)上要求再生方便，成本低。1011（二）過濾前物料的預(yù)處理加熱加熱可以使液體黏度降低，適用于對(duì)熱較穩(wěn)定的物質(zhì)。沉淀常用于處理細(xì)胞及碎片、菌體及菌團(tuán)等。助濾劑12（三）助濾劑的選擇和應(yīng)用助濾劑是一種特殊性能的細(xì)粉或纖維，它能使某些難于過濾的物料變的容易過濾。硅藻土和珍珠巖是兩種最常用的助濾劑。硅藻土是水生植物沉淀下的遺骸；珍珠巖是處理過的膨脹火山巖。131415助濾劑特點(diǎn)酸穩(wěn)定性堿穩(wěn)定性硅藻土一般用于要求最高澄清度情況微溶于弱酸微溶于弱堿珍珠巖最適用于旋轉(zhuǎn)真空過濾，也適用于加壓過濾，真空過濾微溶于弱酸微溶于弱堿混合助濾劑（硅藻土、或珍珠巖與石棉）粗金屬網(wǎng)濾材的被復(fù)用微溶于弱酸微溶于弱堿纖維素粗金屬網(wǎng)濾材的被修復(fù)用，改善另一助濾劑的被復(fù)層性質(zhì)用，吸附除去冷凝液中的油份不溶于弱酸微溶于弱堿與強(qiáng)堿活性炭特別用于強(qiáng)性堿溶液過濾，需要助濾劑高化學(xué)穩(wěn)定性不溶于弱酸弱堿強(qiáng)堿都不溶各助濾劑的性能硅藻土及其應(yīng)用硅藻土在酸堿條件下是穩(wěn)定的，顆粒性狀不規(guī)則，所形成的濾餅空隙率大，具有不可壓縮性。16SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他天然原礦86.84.14.61.70.40.8灼燒91.04.61.91.40.40.1白色87.95.91.11.10.33.6硅藻土助濾劑的化學(xué)組成（%）17根據(jù)過濾介質(zhì)和過濾情況選擇助濾劑的品種粗目濾網(wǎng)——石棉粉、纖維素細(xì)目濾布——細(xì)硅藻土濾餅較厚時(shí)（50-100mm)，可加入1%-5%纖維素或活性炭。采用纖維素預(yù)涂層可以使濾餅易于剝開，防止堵塞。粒度選擇做預(yù)試驗(yàn)，根據(jù)料液中的顆粒和濾出液的澄清度而定。用量選擇間歇操作時(shí)纖維素預(yù)涂層厚度一般為2mm細(xì)粒硅藻土500g/m3；粗粒硅藻土700-1000g/m3；助濾劑的三種用法作為深層過濾介質(zhì)在支持介質(zhì)表面作為預(yù)涂層分散在過濾液中懸浮，使形成的濾餅具有多孔性，降低了濾餅的可壓縮性。18（四）常用過濾設(shè)備按照推動(dòng)力不同分為四類：重力過濾加壓過濾真空過濾離心過濾19間歇過濾連續(xù)過濾20過濾推動(dòng)力過濾推動(dòng)力是指濾餅和過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差。此壓力差可以是重力或人為壓差。增加過濾推動(dòng)力的方法有：1、增加懸浮液本身的液柱壓力，一般不超過50KN/m2，稱為重力過濾。2、增加懸浮液液面的壓力，一般可達(dá)500KN/m2稱為加壓過濾。3、在過濾介質(zhì)下面抽真空，通常不超過真空度86.6KN/m2，稱為真空過濾。此外，過濾推動(dòng)力還可以用離心力來增大，稱為離心過濾。

2122優(yōu)點(diǎn)1.過濾速度過快，每單位過濾面積所占安裝面積小2.多數(shù)是間歇式，使過濾裝置具有一定的通用性3.過濾裝置的價(jià)格便宜缺點(diǎn)1.由于是間歇式，很難用作連續(xù)操作系統(tǒng)的過濾裝置2.由于是間歇式，人工費(fèi)用增加3.少數(shù)的連續(xù)式裝置缺乏通用性，且價(jià)格昂貴加壓過濾設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)過濾設(shè)備的選擇被過濾液體的特性生產(chǎn)規(guī)模操作條件設(shè)備材料2324①普通漏斗。②垂熔玻璃濾器。③砂濾棒。④板框式壓濾機(jī)。

⑤微孔濾膜過濾器。常用玻璃漏斗和布氏漏斗，常用濾紙、長(zhǎng)纖維和脫脂棉以及絹布等作過濾介質(zhì)。⑥其它。超濾裝置、鈦濾器、多孔聚乙烯燒結(jié)管過濾器等。25一貼①普通漏斗。26二低①普通漏斗。27三靠①普通漏斗。1）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置2829②垂熔玻璃濾器分為垂熔玻璃漏斗、濾球和濾棒三種。系以硬質(zhì)玻璃燒結(jié)成具有一定孔徑的濾板，再粘連不規(guī)格的漏斗、濾球而成。按濾板孔徑大小分為1～6六種規(guī)格，由于廠家不同，代號(hào)不同。1～2號(hào)濾除大顆粒的沉淀，3～4號(hào)濾除細(xì)沉淀物，，5～6號(hào)可濾除細(xì)菌。應(yīng)用時(shí)在板上面蓋1～2層紙，以減壓抽即可。30該濾器特點(diǎn)是性質(zhì)穩(wěn)定，除強(qiáng)酸與氫氟酸外，一般不受藥液影響，不改變藥液的pH；過濾時(shí)不掉渣，吸附性低；濾器可熱壓滅菌和用于加壓過濾；但價(jià)格貴，質(zhì)脆易破碎，濾后處理也較麻煩。垂熔玻璃濾器用后要用水抽洗，并用12%硝酸鈉-硫酸溶液浸泡處理。31應(yīng)用：由于垂熔玻璃的孔徑較均勻，常作為精濾或膜濾前的預(yù)濾用。32③砂濾棒以SiO2、Al2O3、粘土、白陶土等材料經(jīng)過1000℃以上的高溫焙燒成空心的濾棒。配料的粒度越細(xì)，則砂濾棒的孔隙越小，濾速也越低。砂濾棒的微孔徑約為10μm左右，相同尺寸的砂濾棒依微孔徑不同，可分為細(xì)、中、粗號(hào)幾種規(guī)格。由圖可知，將砂濾棒的接口以密封接頭與真空系統(tǒng)聯(lián)接時(shí)，置于藥液中的砂濾棒即可完成過濾作用。濾液在真空作用下透過管壁，經(jīng)管內(nèi)空間匯集流出。應(yīng)用：采用砂濾棒的過濾方法一般只作為不精細(xì)的過濾使用。3334優(yōu)點(diǎn)過濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不同過濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)不能連續(xù)操作，設(shè)備笨重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差，非過濾的輔助時(shí)間較長(zhǎng)。由多個(gè)中空濾框和實(shí)心濾板交替排列在支架上組成，是一種加壓下間歇操作的過濾設(shè)備。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。④板框式壓濾機(jī)35包括板和框，多做成正方形，角端均開有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。板框壓濾機(jī)3637垂

直

葉

片

式

過

濾

機(jī)38393）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）真空過濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過濾操作的推動(dòng)力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過濾機(jī)和帶式真空過濾機(jī)。40轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)是一種連續(xù)操作的過濾設(shè)備，設(shè)備的主體是一個(gè)由篩板組成能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，表面有一層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布,圓筒內(nèi)沿徑向被筋板分隔成若干個(gè)空間。41轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；

濾室；分配頭；動(dòng)盤(18個(gè)孔，分別與扇形格的18個(gè)通道相連)；定盤(三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；

濾漿槽。工作過程轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒角約900-1300，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)(轉(zhuǎn)速約0.5-2r／min)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的3個(gè)室相通，可順序進(jìn)行過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。即整個(gè)圓筒分為過濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)，卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域。42轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)43轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)可吸濾、洗滌、卸餅、再生連續(xù)化操作，生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)強(qiáng)度小，缺點(diǎn)：輔助設(shè)備多，投資大，且由于真空過濾，推動(dòng)力小（不超過8×104Pa），濾餅濕度大（20％～30％）。主要適用霉菌發(fā)酵液，對(duì)菌體細(xì)小、黏度大鋪助濾劑。對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。44帶式真空過濾機(jī)帶式真空過濾機(jī)（是自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能按工藝要求進(jìn)行無級(jí)調(diào)速以及操作方便和動(dòng)力消耗低的一種新型高效的脫水設(shè)備。45帶式真空過濾機(jī)流程1、進(jìn)料→過濾→濾餅洗滌→吸干→卸料→濾布清洗連續(xù)進(jìn)行，配有PLC控制，自動(dòng)化程度高。

2、真空過濾盤分段設(shè)計(jì)，可滿足不同物料過濾、洗滌、吸干的工藝要求，濾帶運(yùn)行速度采用變頻無級(jí)調(diào)速，對(duì)不同物料有廣泛的適應(yīng)性。3、在同一設(shè)備上可采用多次逆流洗滌得到高濃度的濾液，也可采用并流洗滌或順流洗滌獲得高純度的濾餅。4647結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。4）離心過濾機(jī)（centrifugalfilter）48設(shè)備主要結(jié)構(gòu)過程特點(diǎn)適用性板框壓濾機(jī)濾板/濾框/夾緊機(jī)構(gòu)/機(jī)架裝合過濾洗滌卸渣整理加壓過濾，推動(dòng)力較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；過濾面積大，能耗少；間歇操作；洗滌時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。應(yīng)用廣泛。對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)轉(zhuǎn)筒(濾網(wǎng)、濾布)/分配頭、濾漿槽過濾洗滌吹干卸渣連續(xù)化生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高真空過濾，推動(dòng)力較小；，濾餅濕度大，設(shè)備投資高適于粒度中等，粘度不太大的物料離心過濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓(濾網(wǎng)、濾布)/機(jī)架過濾洗滌卸渣離心過濾，推動(dòng)力最大；濾液濕度小，設(shè)備成本高，應(yīng)用廣泛，過濾面積小。幾種過濾設(shè)備的比較5）硅藻土過濾機(jī)diatomitefilter硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，由于硅藻土具有細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強(qiáng)的特性，所以它是一種性能優(yōu)良的工業(yè)濾劑。硅藻土過濾是以硅藻土作為過濾介質(zhì)，它是一種預(yù)涂型過濾器，預(yù)涂、過濾、反沖洗是硅藻土過濾的一般工藝過程。在釀造、飲料、酒類和水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)主要用于酒類和飲料過濾

49硅藻5051硅藻土過濾機(jī)52微孔濾膜是用高分子材料制成的薄膜濾過介質(zhì)。常用的有圓盤形和圓筒形兩種。在薄膜上分布有大量的穿透性微孔，孔徑從0.025～14

m，分成多種規(guī)格。微孔濾膜主要用于注射劑的精濾或末端濾過，也可用于除菌濾過，細(xì)菌、癌細(xì)胞、寄生蟲等檢驗(yàn)。⑤微孔濾膜濾器531357154其優(yōu)點(diǎn)是：孔徑小、均勻、截留能力強(qiáng)；質(zhì)地輕薄(0.1～0.15mm)、孔隙率高(微孔體積占薄膜總體積的80%左右)，藥液通過薄膜時(shí)阻力小、濾速快，與同樣截留指標(biāo)的其它濾過介質(zhì)相比，濾速快40倍；濾過時(shí)無介質(zhì)脫落也不影響料液的pH值；濾膜吸附性少，不滯留料液；濾膜用后棄去，藥液之間不會(huì)產(chǎn)生交叉污染等。但易堵塞及有些纖維素類濾膜穩(wěn)定性不理想。⑤微孔濾膜濾器錯(cuò)流過濾55又稱切向流過濾（Cross-FlowFiltration）傳統(tǒng)過濾時(shí)過濾液體垂直于過濾介質(zhì)，過濾阻力主要來之濾餅。錯(cuò)流過濾打破了傳統(tǒng)過濾的機(jī)制，即液體的流向和濾膜相切。在壓力推動(dòng)下，懸浮液以高速在管狀濾膜的內(nèi)壁作切向流動(dòng)，利用流動(dòng)的剪切作用將過濾介質(zhì)表面的固體（濾餅）移走，而附著在濾膜上的濾餅很薄，因而能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定不變的過濾速度錯(cuò)流過濾56微濾過程示意圖,料液快速經(jīng)過薄膜,以減少形成濾餅57錯(cuò)流過濾膜分離技術(shù)MembraneSeparationTechnology5859

所謂的膜，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。

膜的特性：◆不管膜多薄,它必須有兩個(gè)界面。這兩個(gè)界面分別與兩側(cè)的流體相接觸◆膜傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。膜是什么？有何特性？60膜分離過程原理：以選擇性透膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩邊施加一個(gè)推動(dòng)力（如濃度差、壓力差或電壓差等）時(shí)，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜上游，透過側(cè)稱為膜下游。膜上游透膜膜下游選擇性透膜

膜分離的物理化學(xué)原理61截流機(jī)理和篩孔效應(yīng)滲透和滲透壓Donnan效應(yīng)機(jī)械截留（篩孔效應(yīng)）物理作用或吸附截留架橋作用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截流滲透和滲透壓

62

1885年,Van’tHoff滲透壓定律：對(duì)稀溶液來說，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數(shù)就是氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R。

滲透是在膜兩邊滲透壓差——

的作用下的溶劑流動(dòng)；而反滲透、超濾是在一外加壓力差

P>

的作用下,溶劑逆向流動(dòng)。鹽溶液純水H2O滲透

P>

反滲透63將荷電基團(tuán)的膜置于含鹽溶液中，溶液中的反離子（所帶電荷與膜內(nèi)固定電荷相反的離子）在膜內(nèi)濃度大于其在主體溶液中的濃度，而同名離子在膜內(nèi)的濃度則低于其在主體溶液中的濃度。

Donnan效應(yīng)64

膜分離包括最簡(jiǎn)單的濾紙過濾到高選擇性的生物膜分離。從分離科學(xué)的角度看,超濾、滲析、反滲析、電滲析等分離過程是靠在外力的推動(dòng)下各種物質(zhì)穿過一個(gè)有限制作用的界面時(shí)在速度上的差別來進(jìn)的。65膜分離特點(diǎn)※膜的種類、孔徑可以根據(jù)需要選擇※不管流速有多強(qiáng)，膜對(duì)于阻止大的粒子或分子透過的能力是很強(qiáng)的?！旬a(chǎn)物分在兩側(cè)，很容易收集樣品※節(jié)能、環(huán)保

分離膜種類66分離膜高分子膜液體膜生物膜帶電膜非帶電膜陽離子膜陰離子膜過濾膜精密過濾膜超濾膜反滲透膜納米濾膜6767按膜的結(jié)構(gòu)分類

按膜的結(jié)構(gòu)分為：對(duì)稱膜(SymmetricMembrane)

非對(duì)稱膜(AsymmetricMembrane)

復(fù)合膜(CompositeMembrane)68膜分離技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史:

人類對(duì)于膜現(xiàn)象的研究源于1748年，然而認(rèn)識(shí)到膜的功能并用于為人類服務(wù)，卻經(jīng)歷了200多年的漫長(zhǎng)過程。人們對(duì)膜進(jìn)行科學(xué)研究則是近幾十年來的事。1950年W.Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實(shí)用化基礎(chǔ)。

1960年洛布(Loeb)和索里拉簡(jiǎn)(Souriringan)首次研制成世界上具有歷史意義的非對(duì)稱反滲透膜，這在膜分離技術(shù)發(fā)展中是一個(gè)重要的突破，使膜分離技術(shù)進(jìn)入了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的時(shí)代。69其發(fā)展的歷史大致為：30年代微孔過濾，40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體分離；90年代滲透汽化。此外以膜為基礎(chǔ)的其它新型分離過程，以及膜分離與其它分離過程結(jié)合的集成過程(IntegratedMembraneProcess)也日益得到重視和發(fā)展。70各種膜技術(shù)的概念

1)反滲透

反滲透是利用反滲透膜選擇性地只能透過溶劑(通常是水)的性質(zhì)，對(duì)溶液施加壓力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而從溶液中分離出來的過程。海水和苦咸水的淡化是其最主要的應(yīng)用，反滲透膜的制備技術(shù)相對(duì)比較成熟，其應(yīng)用亦十分廣泛。71

2)超濾

應(yīng)用孔徑為10?到200?

的超過濾膜來過濾含有大分子或微細(xì)粒子的溶液，使大分子或微細(xì)粒子從溶液中分離的過程稱之為超濾。

3)微濾

微濾與超濾的基本原理相同，它是利用孔徑大于0.02μm直到l0μm的多孔膜來過濾。應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊，目前的銷售額在各類膜中占據(jù)首位。724)滲析滲析是最早發(fā)現(xiàn)、研究和應(yīng)用的一種膜分離過程，它是利用多孔膜兩側(cè)溶液的濃度差使溶質(zhì)從濃度高的一側(cè)通過膜孔擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)從而得到分離的過程。5)電滲析電滲析是基于離子交換膜能選擇性地使陰離子或陽離子通過的性質(zhì)，在直流電場(chǎng)的作用下使陰陽離子分別透過相應(yīng)的膜以達(dá)到從溶液中分離電解質(zhì)的目的。目前主要用于水溶液中除去電解質(zhì)(如鹽水的淡化等)、電解質(zhì)與非電解質(zhì)的分離和膜電解等。736)氣體膜分離

氣體膜分離是利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能的不同，即滲透速率的不同來實(shí)現(xiàn)分離的技術(shù)，具有很大的發(fā)展前景。7)滲透汽化滲透汽化也稱滲透蒸發(fā)，它是利用膜對(duì)液體混合物中組分的溶解和擴(kuò)散性能的不同來實(shí)現(xiàn)其分離的新型膜分離過程

8)其它膜分離過程其它膜分離過程尚有：膜蒸餾、膜萃取、膜分相、支撐液膜、生物膜分離等靜壓差膜分離74

微濾、超濾、納濾和反滲透分離類似于過濾，用以分離含溶解的溶質(zhì)或懸浮微粒的液體。

1)

微濾

2)超濾

3)納濾

4）反滲透微孔過濾75

用于從氣相或液相物質(zhì)中截留分離微粒、細(xì)菌、污染物等。微過濾膜:孔徑0.025-3

m，特種纖維素酯、高分子聚合物制成。三醋酸酯纖維素

聚四氟乙烯

尼龍－66

親水型

憎水型

通用型水、低級(jí)醇

有機(jī)溶劑*微濾應(yīng)用

1)除去水/溶液中的細(xì)菌和其它微粒；2)除去組織液、抗菌素、血清、血漿蛋白質(zhì)等多種溶液中的菌體；3)除去飲料、酒類、醬油、醋等食品中的懸濁物、微生物和異味雜質(zhì)。

76濾膜溶解法(SolubleMembraneFilter)77

對(duì)于微過濾膜富集,通常采用酸等溶劑將沉積物溶解進(jìn)行后續(xù)測(cè)定。而可溶濾膜法將目標(biāo)成分轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉倪m應(yīng)收集的形式；抽濾于合適的可溶膜上；將濾膜及收集物溶于合適溶劑中；有機(jī)相可直接分光等直接測(cè)定。如用硝化纖維素膜過濾,可以用甲基溶纖劑和DMF或濃硫酸溶解,也可用丙酮、乙腈、THF等溶解。超濾78

超濾是在1-10大氣壓作用下分離分子量約大于1000的大分子和膠體粒子的方法。超濾膜是一種微孔結(jié)構(gòu)的膜，分離是依靠孔徑的分布來完成的。超濾膜對(duì)某一溶質(zhì)的阻止程度可表示為：

R=(1－Cp/Cf)×100%Cp和Cf分別是溶質(zhì)在過濾產(chǎn)物中和原料中的濃度。2.超濾79是以壓力為推動(dòng)力，利用超濾膜不同孔徑對(duì)液體中溶質(zhì)進(jìn)行分離的物理篩分過程。其截?cái)喾肿恿恳话銥?000到50萬，孔徑為幾十nm，操作壓0.2-0.6MPa。80蛋白酶液恒流泵平板式超濾膜△P出背壓閥超濾過程示意圖：△P進(jìn)透出液截留液當(dāng)溶液體系經(jīng)由水泵進(jìn)入超濾器時(shí)，在濾器內(nèi)的超濾膜表面發(fā)生分離，溶劑（水）和其它小分子量溶質(zhì)透過具有不對(duì)稱微孔結(jié)構(gòu)的濾膜，大分子溶質(zhì)和微粒（如蛋白質(zhì)、病毒、細(xì)菌、膠體等）被濾膜阻留，從而達(dá)到分離、提純和濃縮產(chǎn)品的目的。超濾應(yīng)用81超濾從上世紀(jì)70年代起步，90年代獲得廣泛應(yīng)用,已成為應(yīng)用領(lǐng)域最廣的技術(shù)。蛋白、酶、DNA的濃縮脫鹽/純化梯度分離（相差10倍）清洗細(xì)胞、純化病毒除病毒、熱原納濾（nanofiltration,NF）82

納濾過濾是上世紀(jì)80年代末問世的新型膜分離技術(shù)。納濾膜的孔徑為納米級(jí)，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱為“納濾”。納濾膜能夠截留分子量為幾百的物質(zhì)，對(duì)NaCl的截留率為50%-70%，對(duì)某些低分子有機(jī)物的截留率可達(dá)90%。

納濾膜的表層較RO膜的表層要疏松得多，但較UF膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級(jí)的表層孔。

83

納濾截留的相對(duì)分子量為100-1000其操作壓力較低,一般在5-10atm同時(shí)納濾膜的通量高,與反滲透相比，納濾具有能耗低的優(yōu)點(diǎn)。因此,納濾恰好填補(bǔ)了超濾與反滲透之間的空白,它能截留透過超濾膜的那部分小分子量的有機(jī)物,透析被反滲透膜所截留的無機(jī)鹽。而且，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同,對(duì)單價(jià)離子的截留率低(10%-80%),對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子(90%)以上。４納濾納濾技術(shù)是反滲透膜過程為適應(yīng)工業(yè)軟化水的需求及降低成本的經(jīng)濟(jì)性不斷發(fā)展的新膜品種，以適應(yīng)在較低操作壓力下運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低成本演變發(fā)展而來的。膜組器于80年代中期商品化。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來。納濾(NF，Nanofiltration)是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程。納濾分離范圍介于反滲透和超濾之間，截?cái)喾肿恿糠秶s為MW300～1000，能截留透過超濾膜的那部分有機(jī)小分子，透過無機(jī)鹽和水。84納濾膜的特點(diǎn)納濾膜的截留率大于95%的最小分子約為１nm,故稱之為納濾膜。從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多是復(fù)合膜，即膜的表面分離層和它的支撐層的化學(xué)組成不同。其表面分離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成。能透過一價(jià)無機(jī)鹽，滲透壓遠(yuǎn)比反滲透低，故操作壓力很低。達(dá)到同樣的滲透通量所必需施加的壓差比用RO膜低0.5～3MPa，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”(LooseRO)。85納米膜的分離機(jī)理篩分：對(duì)Na+和Cl-

等單價(jià)離子的截留率較低，但對(duì)Ca2+、Mg2+、SO42-截留率高，對(duì)色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（２00-1000）物質(zhì)可進(jìn)行分級(jí)分離，實(shí)現(xiàn)高相對(duì)分子量和低相對(duì)分子量有機(jī)物的分離.道南（Donnan）效應(yīng)：納濾膜本體帶有電荷性，對(duì)相同電荷的分子（陽離子）具有較高的截留率。低壓力下仍具有較高脫鹽性能；分離分子量相差不大但帶相反電荷的小分子（短肽、氨基酸、抗生素）。86納濾膜分離機(jī)理示意圖87＋＋－－納濾膜由于截留分子量介于超濾與反滲透之間，同時(shí)還存在Donnan效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于制藥、食品等行業(yè)中。同時(shí)水在納濾膜中的滲透速率遠(yuǎn)大于反滲透膜，所以當(dāng)需要對(duì)低濃度的二價(jià)離子和分子量在500到數(shù)千的溶質(zhì)進(jìn)行截留時(shí)，選擇納濾比使用反滲透經(jīng)濟(jì)。應(yīng)用：（1）小分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離；（2）有機(jī)物與小分子無機(jī)物的分離；（3）溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；（4）鹽與其對(duì)應(yīng)酸的分離。88納濾的應(yīng)用納濾的應(yīng)用89行業(yè)處理對(duì)象行業(yè)處理對(duì)象制藥工業(yè)母液中有效成分的回收抗菌素的分離純化維生素的分離純化氨基酸的脫鹽與純化化工行業(yè)酸堿純化、回收電鍍液中銅的回收食品工業(yè)脫鹽與濃縮苛性堿回收純水制備水的脫鹽、高純水、地下水的凈化染料工業(yè)活性染料的脫鹽與回收廢水處理印染廠廢水脫色造紙廠廢水凈化90多肽和氨基酸的分離

離子與荷電膜之間存在道南(Donnan)效應(yīng),即相同電荷排斥而相反電荷吸引的作用。氨基酸和多肽在等電點(diǎn)時(shí)是中性的,當(dāng)高于或低于等電點(diǎn)時(shí)帶正電荷或負(fù)電荷。某些納濾膜帶有靜電官能團(tuán),基于靜電相互作用,對(duì)離子有一定的截留率,可用于分離氨基酸和多肽。納濾膜對(duì)于處于等電點(diǎn)狀態(tài)的氨基酸和多肽等溶質(zhì)的截留率幾乎為零。反滲透原理

91反滲透（ReverseOsmosis）分離過程是使溶液在一定壓力（10-100atm）下通過一個(gè)多孔膜，在常壓和環(huán)境溫度下收集膜滲透液。溶液中的一個(gè)或幾個(gè)組分在原液中富集，高濃度溶液留在膜的高壓側(cè)。反滲透膜(homogeneousmembraneorskin–typemembrane):反滲透膜可截留0.X-60nm的粒子,截留粒子分子量可達(dá)500以下。在分析上,反滲透膜可用于富集水溶液中微量有機(jī)物。

優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動(dòng)模型92(a)膜表面對(duì)水的優(yōu)先吸附壓力主體溶液界面水在膜表面處的流動(dòng)93如果毛細(xì)孔直徑恰等于2倍純水層的厚度，則可使純水的透過速度最大，而又不致令鹽從毛細(xì)孔中漏出，即同時(shí)達(dá)到最大程度的脫鹽。（1）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。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。94應(yīng)用9595工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置（2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等。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。（3）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用廢業(yè)中有用的物質(zhì)等。96靜壓差膜分離小結(jié)97MF蛋白質(zhì)細(xì)菌MW<3501000~300000.0025~10um>1umROUFF新型的NF正好介于UF和RO之間，截流分子量大概在300-1000。NF98

ROmembraneNFmembraneUFmembraneMFmembrane99微濾0.1～10m：細(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)胞、顏料、蛋白等超濾0.005～0.1m：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾0.0005～0.005m：低聚糖、染料、多價(jià)離子反滲透0.0001～0.001m：電解質(zhì)、大于100u的有機(jī)溶質(zhì)水、小于100u的有機(jī)溶質(zhì)

膜的適用范圍100Pressure透析原理圖101水分子大分子小分子透析膜透析法的應(yīng)用常用于除去蛋白或核酸樣品中的鹽、變性劑、還原劑之類的小分子雜質(zhì)，有時(shí)也用于置換樣品緩沖液。由于透析過程以濃差為傳質(zhì)推動(dòng)力，膜的透過量很小，不適于大規(guī)模生物分離過程、但在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用較多。透析法在臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。102蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽

無機(jī)鹽緩沖液電滲析(Electrodialysis)103

電滲析是利用離子交換膜和直流電場(chǎng)的作用，從水溶液和其他不帶電組分中分離帶電離子組分的一種電化學(xué)分離過程。用于海水淡化、純水制備和廢水處理。在分析上可用于無機(jī)鹽溶液的濃縮或脫鹽；溶解的電離物質(zhì)和中性物質(zhì)的分離。海水淡化----電滲析原理1041離子在電場(chǎng)下的定向遷移2膜的選擇性透過3分離對(duì)象/產(chǎn)品的去向關(guān)注+-極水

鹽水

淡水基本原理105

在直流電場(chǎng)的作用下,溶液中的離子透過膜的遷移稱為電滲析。電滲析使用的膜通常是具有選擇透過性能的離子交換膜(ChargedMembranes)。用電滲析可使溶液中的離子有選擇地分離或富集。106

為什么離子交換膜具有選擇性呢？離子交換膜是一種由功能高分子物質(zhì)構(gòu)成的薄膜狀的離子交換樹脂。它分為陽離子交換膜和陰離子交換膜兩種。離子交換膜之所以具有選擇透過性，主要是由于膜上孔隙和離子基團(tuán)的作用。107正極陰離子交換膜負(fù)極+固定離子Cl-Na+-108在水溶液中,陰離子交換膜的活性基團(tuán)會(huì)發(fā)生離解，留下的是帶正電荷的固定基團(tuán)，構(gòu)成了強(qiáng)烈的正電場(chǎng)。在外加直流電場(chǎng)作用下，根據(jù)異電相吸原理，溶液中帶負(fù)電的陰離子就可被它吸引、傳遞而通過離子交換膜到另一側(cè)，而帶正電荷的陽離子則由于離子膜上固定正電荷基團(tuán)的排斥不能通過交換膜。109離子交換膜和離子交換樹脂的區(qū)別：

作用機(jī)理使用方法樹脂

離子間交換

RSO3－H+選擇互換作用

Na+H+解吸后須再生，并恢復(fù)成原來的離子型式，才能繼續(xù)使用。

膜選擇透過作用，RSO3－Na+膜上反離子是H2O什么，無關(guān)緊Na+

Na+要，主要是骨Cl－

架的電荷作用?？蛇B續(xù)使用，∵是透過，不是交換。110111

在電滲析過程中,膜的作用并不象離子交換樹脂那樣對(duì)溶液中的某種離子起交換作用,而是對(duì)不同電性的離子起選擇透過作用,因而離子交換膜實(shí)際上應(yīng)稱為離子選擇性透過膜。

3.電滲析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

自電滲析技術(shù)問世后，其在苦咸水淡化，飲用水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢(shì)。隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在電滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的1/3。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)中心生產(chǎn)，現(xiàn)可提供200m3/d規(guī)模的海水淡化裝置。112

中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲析一般可以把中草藥提取液分離分成無機(jī)陽離子和生物堿、無機(jī)陰離子和有機(jī)酸、中性化合物和高分子化合物三部分。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)的高純水制備中扮演重要角色。

113114主要的膜分離過程過程分離目的透過組分膜的類型驅(qū)動(dòng)力分離機(jī)理應(yīng)用范圍電滲析（ED）溶液脫小離子，小離子溶質(zhì)的濃縮，小離子的分級(jí)小離子組分陽離子和陰離子交換膜電勢(shì)差顆粒的電荷從發(fā)酵液中除鹽、酸和堿，氨基酸分離微濾（MF）溶液脫粒子，氣體脫粒子溶液氣體對(duì)稱性多孔聚合膜（孔徑0.05μm）靜壓（50～200kPa）篩分機(jī)理，由顆粒直徑和孔徑?jīng)Q定無菌過濾，澄清，收集細(xì)胞，細(xì)菌和病毒分離反滲透（RO）溶劑脫溶質(zhì)濃縮溶劑由均質(zhì)表面層和微孔亞結(jié)構(gòu)或支撐結(jié)構(gòu)所組成的不對(duì)稱膜靜壓（1380~1890kPa）溶液擴(kuò)散機(jī)理，在多聚物網(wǎng)格中各種成分的溶解度和擴(kuò)散性決定分離特性微小溶質(zhì)的濃縮，如鹽、糖、氨基酸，從微生物過程中回收水透析（DF）大分子溶質(zhì)溶液脫小分子，小分子溶質(zhì)溶液脫大分子小分子溶質(zhì)或較小的溶質(zhì)半透膜濃度差篩分原理脫鹽納米過濾（NF）溶劑脫溶質(zhì)濃縮溶劑多層聚合物膜組成，活性層帶負(fù)電荷，多孔性靜壓與反滲透膜相似母液中有效成分的回收；抗生素及維生素的分離純化超濾（UF）溶液脫大分子，大分子溶液脫小分子，大分子分級(jí)小分子溶液不對(duì)稱微孔多聚膜（孔徑1～50nm）靜壓（200～1000kPa）篩分機(jī)理，孔徑和顆粒直徑?jīng)Q定分離特性分離，濃縮，大分子物質(zhì)的純化，如蛋白質(zhì)、酶和多肽滲透汽化（蒸發(fā)）技術(shù)1.滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點(diǎn)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(dòng)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?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手段較難處理的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離。具有一次分離度高、操作簡(jiǎn)單、無污染、低能耗等特點(diǎn)。115特點(diǎn)：不存在蒸餾法中的共沸點(diǎn)的限制，適合共沸點(diǎn)和揮發(fā)相差小的雙組分分離。與反滲透相比，滲透蒸發(fā)透過側(cè)組分以氣體存在，消除了滲透壓的作用，可在低壓下進(jìn)行，適合高濃度混合物的分離。滲透應(yīng)用：有機(jī)溶劑脫水、水的凈化、有機(jī)混合物分離，低醇酒生產(chǎn)。116滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā)原理示意圖117滲透蒸發(fā)膜混合液疏水膜抽真空118滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化/惰性氣體吹掃)2.滲透蒸發(fā)膜材料的選擇對(duì)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。基于溶解擴(kuò)散理論，只有對(duì)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)該有良好的親水性，因此聚乙烯醇（PVA）和醋酸纖維素（CA）都是較好的膜材料；而當(dāng)以透過醇類物質(zhì)為目的時(shí)，憎水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）則是較理想的膜材料。1193.滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是很高的單級(jí)分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在無水乙醇的生產(chǎn)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)行費(fèi)用，且不受汽—液平衡的限制。120傳統(tǒng)的研究中，膜分離和親和分離是2個(gè)平行發(fā)展的研究方向，在生物分子的分離和純化方面各具特色，但也存在著一些不可克服的技術(shù)缺陷。膜分離過程設(shè)備簡(jiǎn)單，易于放大，成本低，分離速度快，可連續(xù)操作，但選擇性低；而親和分離的選擇性和特異性較強(qiáng)，但不宜放大。由膜與親和分離相結(jié)合的親和膜分離技術(shù)，可發(fā)揮二者的特色，具有處理量大、選擇性強(qiáng)、易于放大等顯著優(yōu)點(diǎn)。1218膜親和過濾技術(shù)122膜親和過濾法包括兩種情況：1.將親和配基（與產(chǎn)物具特異親和力）與膜化學(xué)結(jié)合，制得親和膜，膜過濾時(shí)，產(chǎn)物與膜孔壁上的配基結(jié)合被截留，未結(jié)合的雜質(zhì)透過，膜經(jīng)洗滌后在適宜的條件下洗脫，使復(fù)合物解離，產(chǎn)物透過膜，達(dá)到分離和濃縮目的。2.將產(chǎn)物結(jié)合到親和載體（具特異親和能力的高分子水溶性或非水溶性聚合物）上，形成大分子復(fù)合物，在合適孔徑的膜上被截留，未結(jié)合的雜質(zhì)透過，然后再將產(chǎn)物從聚合物上洗脫下來，透過膜，而親和載體被截留循環(huán)使用。

膜親和過濾技術(shù)親和膜的作用機(jī)理123親和膜親和膜分離親和超濾過程分離目標(biāo)物的同時(shí)，濃縮其他成分124125水溶性親和聚合物：含m－氨基苯甲脒，是胰蛋白酶的強(qiáng)抑制劑。該親和聚合物分子量>10萬，以N－丙烯酰－m－氨基苯甲脒（即m－AB）為單體，加丙烯酰胺在一定條件下聚合而得。①親和聚合物與胰蛋白酶結(jié)合：胰蛋白酶(含胰凝乳蛋白酶)溶液置于Tris緩沖液(含10mMCaCl2)中，加入聚合物溶液，保溫2hr。②超濾：用截?cái)喾肿恿?0萬的millipore膜，透析過濾法超濾，保持超濾系統(tǒng)體積不變，胰蛋白酶與親和聚合物結(jié)合物為大分子被截留在膜上，胰凝乳蛋白酶不與聚合物結(jié)合，為小分子，透過膜。超濾3hr后測(cè)得：

例：胰蛋白酶與結(jié)構(gòu)相似的胰凝乳蛋白酶的分離：126③洗脫：用L－精氨酸作洗脫劑，它是胰蛋白酶底物的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。將含胰蛋白酶的聚合物溶液用透析過濾法超濾，以與超濾相等的速度加入洗脫劑溶液，胰蛋白酶從聚合物上被洗脫分解后，即透過膜流出，達(dá)到純化。④解離后的高分子聚合物純化，然后反復(fù)使用。例：胰蛋白酶與結(jié)構(gòu)相似的胰凝乳蛋白酶的分離：

保留液酶活透過液酶活胰蛋白酶90％10％胰凝乳蛋白酶2％95％

過程膜結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力應(yīng)用對(duì)象實(shí)例微濾對(duì)稱微孔膜0.05~10μm壓力差消毒、澄清收集細(xì)胞培養(yǎng)懸浮液除菌，產(chǎn)品消毒，細(xì)胞收集超濾不對(duì)稱微孔膜１~５0nm壓力差大分子物質(zhì)分離蛋白質(zhì)的分離/濃縮/純化/脫鹽/去熱源納濾復(fù)合膜＜1nm壓力差Donna效應(yīng)小分子物質(zhì)分離糖/二價(jià)鹽/游離酸的分離反滲透致密膜、復(fù)合膜＜1nm壓力差小分子物質(zhì)濃縮單價(jià)鹽/非游離酸的分離透析對(duì)稱的或不對(duì)稱的膜濃度差小分子有機(jī)物/無機(jī)離子除小分子有機(jī)物或無機(jī)離子電滲析離子交換膜電位差離子脫除、氨基酸分離海水淡化，純水制備，生產(chǎn)工藝用水滲透蒸發(fā)致密膜氣壓差小分子有機(jī)物與水的分離醇/乙酸與水分離，有機(jī)液體混合物分離（如脂烴與芳烴的分離等127幾種膜分離技術(shù)的適用范圍氣體分離膜1281291.氣體分離膜的分離機(jī)理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(jī)理各不相同。（2）多孔膜的透過擴(kuò)散機(jī)理用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流過膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來進(jìn)行的。（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進(jìn)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(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另一側(cè)逸出。130此外，富氧膜、分離N2，CO2，SO2，H2S等氣體的膜，都已有工業(yè)化的應(yīng)用。例如從天然氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離N2或CO2，從煙道氣中分離SO2、從煤氣中分離H2S或CO2等等，均可采用氣體分離膜來實(shí)現(xiàn)。2.氣體分離膜的應(yīng)用領(lǐng)域氣體分離膜是當(dāng)前各國均極為重視開發(fā)的產(chǎn)品，已有不少產(chǎn)品用于工業(yè)化生產(chǎn)。如美國DuPont公司用聚酯類中空纖維制成的H2氣體分離膜，對(duì)組成為70％H2，30％CH4，C2H6，C3H8的混合氣體進(jìn)行分離，可獲得含90％H2的分離效果。具體示例：水果保鮮系統(tǒng)131一般說來，水果在收獲后，仍會(huì)繼續(xù)呼吸作用，果品將逐漸劣化以至腐爛，為抑制果品的呼吸，可適當(dāng)降低其保藏容器中的氧氣濃度，增加二氧化碳濃度。目前廣泛采用由硅氧烷膜使氧氣與二氧化碳等進(jìn)行交換分離的方法。外界氣氛%O221CO20N279倉庫氣氛%O2CO292N2硅氧烷膜

液膜分離132液膜是一層很薄的液體，它阻隔在兩個(gè)可互溶但組成不同的液相之間，一個(gè)液相中的待分離組分通過液膜的滲透作用傳遞到另一個(gè)液相中，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的。在液膜分離過程中,組分主要是依靠在互不相溶的兩相間的選擇性滲透、化學(xué)反應(yīng)、萃取和吸附等機(jī)理而進(jìn)行分離。這時(shí)待分離組分從膜外相透過液膜進(jìn)入內(nèi)相而富集起來。液膜類型133①浸漬型：以多孔高分子膜作為支架,使液體膜溶液(有機(jī)溶劑)浸漬在其孔穴部位,并在內(nèi)外相均接觸水溶液。WW內(nèi)相外相O膜支架②乳化型：將表面活性劑、添加劑及溶劑(內(nèi)相試劑)的水溶液高速攪拌(>2000轉(zhuǎn)/分鐘),制成一個(gè)油包水(W/O)的乳狀液,然后再把這種乳狀液加入到低速攪拌(100轉(zhuǎn)/分鐘)的試液中,并使乳狀液均勻分散在試液中,結(jié)果形成水包油,再包水(W/O/W)的多相乳濁液。液膜組成134●膜溶劑：有機(jī)溶劑或水,構(gòu)成膜的基體●表面活性劑：控制液膜的穩(wěn)定性

●添加劑/流動(dòng)載體：提高膜的選擇性,實(shí)現(xiàn)分離傳質(zhì)的關(guān)鍵因素135①

表面活性劑乳化型液膜的主要成分之一,它可以控制液膜的穩(wěn)定性。根據(jù)不同體系的要求,可以選擇適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┳鞒捎湍せ蛩?。②膜溶劑主要考慮液膜的穩(wěn)定性和對(duì)溶質(zhì)的溶解度。對(duì)無載體液膜,膜溶劑能優(yōu)先溶解欲分離組分,而對(duì)其它組分溶質(zhì)的溶解度則應(yīng)很??；對(duì)有載體液膜,膜溶劑要能溶解載體,而不溶解溶質(zhì)。③流動(dòng)載體136

流動(dòng)載體的條件：○載體及其溶質(zhì)形成的配合物必須溶于膜相,而不溶于膜的內(nèi)外相,且不產(chǎn)生沉淀?！疠d體與待分離的溶質(zhì)形成的配合物要有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性,在膜的外側(cè)生成的配合物能在膜中擴(kuò)散,而到膜的內(nèi)側(cè)要能解絡(luò)?！疠d體不應(yīng)與膜相的表面活性劑反應(yīng),以免降低膜的穩(wěn)定性。④添加劑/穩(wěn)定劑

分離過程一般要求液膜要有一定的穩(wěn)定性,而到破乳階段又要求容易破碎,便于回收處理。

液膜分離原理及應(yīng)用1371.無載體液膜的分離機(jī)理

2.有載體液膜的分離機(jī)理(a)選擇性滲透液膜料液(b)滴內(nèi)化學(xué)反應(yīng)RC液膜料液C+R→PR1液膜料液(c)膜中化學(xué)反應(yīng)C+R1→P1(d)萃取和吸附液膜料液液膜料液1381.無載體液膜的分離機(jī)理①選擇性滲透：分離物在液膜中的溶解度差異②化學(xué)反應(yīng)：為提高富集的效果,可使待富集成分在內(nèi)水相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以降低其濃度,促使遷移不斷進(jìn)行。③萃取和吸附139液膜法處理含酚廢水酚在油膜中有較大的溶解度,選擇性地透過膜,滲透到膜內(nèi)相生成酚鈉。除酚后的廢水即可排放。膜相和內(nèi)水相的乳濁液經(jīng)破乳后,膜相可循環(huán)使用,而內(nèi)水相另作處理。堿性水酸性含酚水2.有載體液膜的分離機(jī)理“載體輸送”140

AAAA+XAX+XAX載體膜內(nèi)膜外141

有載體液膜分離是靠加入的流動(dòng)載體進(jìn)行分離的。加入的流動(dòng)載體與特定溶質(zhì)或離子所生成的配合物必須溶于膜相,而不溶于鄰接的兩個(gè)溶液相。此載體在膜的一側(cè)強(qiáng)烈地與特定離子配位,因而可以傳遞它。但在膜的另一側(cè)只能很微弱地和特定溶質(zhì)配位,因而可以釋放它。這樣,流動(dòng)載體在膜內(nèi)外兩個(gè)界面之間來回地傳遞被遷移物質(zhì)。①反向遷移②同相遷移反向遷移142

當(dāng)液膜中含有離子型載體時(shí)的溶質(zhì)遷移過程。由于液膜兩側(cè)要求電中性,在某一方向一種陽離子移動(dòng)穿過膜,必須由相反方向的另一種陽離子遷移來平衡,所以待分離組分與供能溶質(zhì)的遷移方向相反。這種遷移稱為反向遷移。

外水相膜相內(nèi)相(20%H2SO4)Cu2+2R-CuR2

2H+2H+Cu2+Cu2++2RH2R-2H++Cu2+2H+143

以肟類試劑(液態(tài)離子交換劑)為載體，從廢水中分離富集Cu2＋為例說明這種遷移機(jī)理。萃?。?RHorg.＋Cu2＋====R2Cuorg.＋2H＋解脫：2H＋＋R2Cuorg.===Cu2＋＋2RHorg

由于膜相存在絡(luò)合劑，Cu2＋可選擇透過液膜?！盁o絡(luò)合Cu2＋不能反相遷移”

同樣,選擇合適的液態(tài)離子交換劑和內(nèi)相試劑也可分離陰離子,包括金屬絡(luò)陰離子。如除去廢水中的PO4－,可用液膜--油溶性胺或季胺鹽來清除。同相遷移144液膜中含有非離子型載體時(shí),它所載帶的溶質(zhì)是中性鹽。例如用冠醚化合物作載體,它與陽離子選擇性配位的同時(shí),又與陰離子結(jié)合形成離子對(duì)而一起遷移。這種遷移稱為同相遷移。外水相膜相內(nèi)相K+Cl-

Li+Cl-

冠醚低濃度K+高濃度Cl-

高濃度K+低濃度Cl-

K+Cl-

145

冠醚化合物的選擇性取決于溶劑化的陽離子半徑與冠醚化合物的空腔半徑之比。對(duì)同一種冠醚化合物來說,陽離子半徑變化0.2A,穿過膜的速率相差500倍左右。例如TBP液膜分離Cr(Ⅵ)：外相(pH3.5)：

nTBPorg.＋HCr2O7－＋H＋==H2Cr2O7·nTBPorg.內(nèi)相(2%NaOH)：H2Cr2O7·nTBPorg.＋4NaOH==nTBPor＋2NaCrO4＋3H2O由于膜薄,擴(kuò)散快,10分鐘內(nèi)400ppmCr(Ⅵ)幾乎可以完全除去。146

正如上面介紹液膜分離原理所述,“流動(dòng)載體”大大提高膜的傳質(zhì)效率與選擇性，液膜分離正朝著模擬生物膜的方向發(fā)展。

生物膜分離具有高選擇性,如海帶富集碘,海帶中碘的濃度比海水中碘的濃度高1000倍以上。模擬生物膜的分離是值得注意的一個(gè)新技術(shù)。如能開發(fā)類似海帶生物膜分離體系,選擇性地讓碘離子通過膜,那么用ISE測(cè)海水或加碘鹽中的含碘量將變得非常簡(jiǎn)便。手性膜分離技術(shù)

147

液膜分離是一種再現(xiàn)生物膜的高度選擇性遷移的新興高效分離技術(shù)。氨基酸的生物轉(zhuǎn)移通常認(rèn)為是由埋在生物膜中的載體蛋白來傳遞的，這種轉(zhuǎn)移的對(duì)映體性是非常高的。人們希望能將這種對(duì)映體轉(zhuǎn)移體系用于分離技術(shù)中。通過膜分離進(jìn)行對(duì)映體拆分正是這種生物過程的模擬。手性膜分離的關(guān)鍵在于提供合適的手性膜環(huán)境，讓某一對(duì)映體有選擇性地穿透膜層，達(dá)到分離對(duì)映體的目的。

液膜的應(yīng)用148濕法冶金廢水處理核化工氣體分離有機(jī)物分離生物制品分離與生物醫(yī)學(xué)分離化學(xué)傳感器與離子選擇性電極液膜的特點(diǎn)

149

液膜過程和萃取類似但它的萃取與反萃取分別發(fā)生在膜的兩側(cè)界面,溶質(zhì)從料液相萃入膜相,并擴(kuò)散到膜相另一側(cè),再被反萃入接收相,由此實(shí)現(xiàn)萃取與反萃取的“內(nèi)耦合”。液膜打破了溶劑萃取所固有的化學(xué)平衡,液膜過程是一種非平衡傳質(zhì)過程。液膜相對(duì)傳統(tǒng)萃取的優(yōu)點(diǎn)150液膜相對(duì)固體膜優(yōu)點(diǎn)傳質(zhì)速率高：溶質(zhì)在液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)(10-6-10-5cm2/s)比在固體中(<10-8cm2/s)高幾個(gè)數(shù)量級(jí)選擇性好：固體膜往往只能對(duì)一類離子或分子的分離具有選擇性,而對(duì)某種特定離子或分子的分離,則性能較差.

傳質(zhì)推動(dòng)力大,所需分離級(jí)數(shù)少

試劑消耗量少

“上坡”效應(yīng),或者溶質(zhì)“逆其濃度梯度傳遞”的效果液膜分離難點(diǎn)

151

高滲透性、高選擇性與高穩(wěn)定性是膜分離過程所應(yīng)具備的基本性能,但是,迄今所開發(fā)的大多數(shù)液膜過程,很難同時(shí)具備這三種性能,這就限制了它們的工業(yè)應(yīng)用.新的液膜體系流動(dòng)液膜(包容液膜)152R：接受相F：料液M：液膜優(yōu)點(diǎn)：減少膜液從微孔中流失。缺點(diǎn)：這類構(gòu)型液膜的傳質(zhì)通量甚小。液體薄膜滲透萃取153Ｆ：料液Ｒ：接受相Ｍ：膜相優(yōu)點(diǎn)：傳質(zhì)通量較高，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。靜電式準(zhǔn)液膜154優(yōu)點(diǎn)：避免了乳化液膜所必需的表面活性劑的引入。從而使提取過程大為簡(jiǎn)化。缺點(diǎn)：電極絕緣層必須具有耐壓、憎水與耐油等特性。其耐久性仍待進(jìn)一步解決。內(nèi)耦合萃反交替分離過程155(a)萃取側(cè)示意圖

(b)俯視示意圖優(yōu)點(diǎn)：傳質(zhì)單元設(shè)備結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、價(jià)格最低廉，且避免了乳化液膜技術(shù)的制乳與破乳工序。影響膜分離效果的幾個(gè)重要因素濃差極化管狀收縮效應(yīng)1561濃差極化在分離過程中，料液中溶劑在壓力驅(qū)動(dòng)下透過膜，大分子溶質(zhì)被帶到膜表面，但不能透過，被截留在膜的高壓側(cè)表面上，造成膜面濃度

，于是在膜表面與臨近膜面區(qū)域濃度越來越高，產(chǎn)生膜面到主體溶液之間的濃度梯度，形成邊界層，使流體阻力與局部滲透壓增加，從而導(dǎo)致溶液透過流量下降，同時(shí)這種濃度差導(dǎo)致溶質(zhì)自膜反擴(kuò)散到主體溶液中，這種膜面濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃差極化。在膜分離過程中，濃差極化是經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，是影響膜分離技術(shù)在某些方面應(yīng)用的攔路虎。157158濃差極化透過快的組分透過慢的組分推動(dòng)力膜濃度極化示意圖159進(jìn)料濃差極化濃差極化在反滲透中，膜面上溶質(zhì)濃度大，滲透壓高，致使有效壓力差降低，而使通量減小。在超濾和微濾中，處理的是高分子或膠體溶液，濃度高時(shí)會(huì)在膜面上形成凝膠層，增大了阻力而使通量降低。1602管狀收縮效應(yīng)的影響(TubularPincheffect)人們發(fā)現(xiàn)，在膠體溶液的超濾或微濾中，實(shí)際通量要比用濃差極化一凝膠層模型估算的要大。原因就是－管狀收縮效應(yīng)膠體溶液在管中流動(dòng)時(shí)，顆粒有離開管壁向中心運(yùn)動(dòng)的趨向，稱為管狀收縮效應(yīng)。由于這個(gè)現(xiàn)象，使膜面上沉積的顆粒具有向中心橫向移動(dòng)的速度，使膜面污染程度減輕，通量增大。161管狀收縮效應(yīng)橫向移動(dòng)速度VL和軸向速度u的平方成正比，而和管徑r的立方成反比：

因此處理渾濁液體時(shí)，窄通道超濾器是有吸引力的。162其他因素壓力163①壓力164在錯(cuò)流操作中，兩種壓力差。一種為通道兩端壓力差P=P1-P2另一種為膜兩側(cè)平均壓力差P0在反滲透中通量與截留率隨壓力的變化165水通量截留率水通量或截留率J1＝AV(

p－

)R=1-B/(Jv+B)△Ｐ1661）未濃差極化（開始過濾）：符合公式J＝A

PA－膜阻力，常數(shù)J與P呈線性關(guān)系。

2）濃差極化：

符合公式或J＝P/(Rm＋Rs)Cw、Cb同時(shí)增加；Rs隨積聚層濃度增加而增大。

隨

P

，J不呈線性。

3）形成凝膠層：符合公式或J＝P/(Rm＋Rg)

P

時(shí)，Cg不變，Cb和Km增加；加速溶質(zhì)沉積，導(dǎo)致Rg

抵消，∴濾速基本不變。結(jié)論：在凝膠層形成后，單純提高外壓，對(duì)濾速無幫助。在微濾和超濾中通量與截留率隨壓力的變化在超濾中膜兩側(cè)壓力差△Ｐt對(duì)通量和截留率的影響167通量截留率Ｒ在超濾中，壓力升高引起膜面濃度升高，則透過膜的溶質(zhì)也增大，因而截留率減小△ＰabCH2O②濃度168CG膜面濃度

在超濾中間歇操作(濃縮模式)：Cb

，J

透析過濾或連續(xù)操作：料液濃度Cb基本不變，

J也不變。凝膠層形成后②濃度169當(dāng)以微濾過濾菌體時(shí)，通量與濃度的關(guān)系不同于超濾。在谷氨酸發(fā)酵液的微濾中，開始通量下降很快，可能是由于膜面的污染；然后通量變化較小，可能由于管狀收縮效應(yīng)引起通量的增加和濃度增大引起的降低互相對(duì)消；最后通量急劇降低在谷氨酸發(fā)酵液中的微濾中黏度菌體濃度通量③流速根據(jù)濃差極化-凝膠層模型,流速增大,可使通量增大。

對(duì)于超濾，通常在略低于極限通量的條件下操作。在滯流時(shí)，直線的斜率為0.3；而在湍流時(shí)，斜率為0.83。在以微濾過濾菌體時(shí)，斜率可在1.0～2.0之間。1700.83湍流滯流雖然增大流速有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但需考慮：只有當(dāng)通量為濃差極化控制時(shí)，增大流速才會(huì)使通量增加，增大流速會(huì)使膜兩側(cè)壓力差減小，因?yàn)榱鹘?jīng)通道的壓力降增大增大流速，使剪切力增加，對(duì)某些蛋白質(zhì)不利；動(dòng)力消耗增加。171流速④溫度在超濾或微濾中，一般說來，溫度升高都會(huì)導(dǎo)致通量增大，因?yàn)闇囟壬呤拐扯冉档秃蛿U(kuò)散系數(shù)增大。所以操作溫度的選擇原則是：在不影響料液和膜的穩(wěn)定性范圍內(nèi)，盡量選擇較高的溫度。由于水的粘度每升高1℃約降低2.5％，所以，一般可認(rèn)為，每升高1℃，通量約增加3％。172⑤其它因素在反滲透中特別要注意不要使溶解度小的溶質(zhì)析出和不要含膠體粒子，以免膜堵塞。在超濾中，通常當(dāng)pH在蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)，通量最低。當(dāng)有鹽類存在時(shí)，一般使通量降低。當(dāng)料液中含＜0.1μm的微細(xì)粒子時(shí)，會(huì)使通量降低，最好用預(yù)過濾除去。如果含＞1μm的堅(jiān)硬粒子，通常會(huì)使通量增大。

pH有時(shí)也會(huì)對(duì)截留率有影響。例如在極端pH下超濾蛋白質(zhì)時(shí)，常使截留率增大，這是由于吸附在膜上蛋白質(zhì)和溶液中蛋白質(zhì)帶相同電荷而互相排斥的緣故。173膜污染膜使用中最大的問題是膜污染。是指處理物料中的微粒，膠體或溶質(zhì)大分子與膜存在物理化學(xué)作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附，沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。膜污染的表現(xiàn)一是膜通量下降；二是通過膜的壓力和膜兩側(cè)的壓差逐漸增大；三是膜對(duì)生物分子的截留性能改變。

膜污染與濃差極化在概念上不同，濃差極化加重了污染，但濃差極化是可逆的，即變更操作條件可使之消除，而污染是不可逆的，必須通過清洗的辦法，才能消除。174膜的污染(fouling)膜的污染大體可分為沉淀污染、吸附污染、生物污染1沉淀污染沉淀污染對(duì)RO和NF的影響尤為顯著。當(dāng)過濾液中鹽的濃度超過了其溶解度，就會(huì)在膜上形成沉淀或結(jié)垢。普遍受人們關(guān)注的污染物是鈣、鎂、鐵和其它金屬的沉淀物，如氫氧化物、碳酸鹽和硫酸鹽等。1752吸附污染

有機(jī)物在膜表面的吸附通常是影響膜性能的主要因素。隨時(shí)間的延長(zhǎng)，污染物在膜孔內(nèi)的吸附或累積會(huì)導(dǎo)致孔徑減少和膜阻增大，這是難以恢復(fù)的。與膜污染相關(guān)的有機(jī)物特征包括它們對(duì)膜的親和性，分子量，功能團(tuán)和構(gòu)型。一般來講膜的親水性越強(qiáng)有機(jī)物不宜吸附。而疏水作用可增加其在膜上的積累，導(dǎo)致嚴(yán)重的吸附污染。176膜的污染(fouling)3生物污染是指微生物在膜內(nèi)積累，從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。膜組件內(nèi)部潮濕陰暗，是一個(gè)微生物生長(zhǎng)的理想環(huán)境，微生物粘附和生長(zhǎng)形成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白質(zhì)、核酸、多糖酯等，強(qiáng)烈吸附在膜面上引起膜表面改性。微生物生物膜，可直接(通過酶作用)或間接(通過局部pH或還原電勢(shì)作用)降解膜材料，造成膜壽命縮短，膜結(jié)構(gòu)完整性被破壞。細(xì)菌對(duì)不同聚合物粘附速率大不相同。如聚酰胺膜比醋酸纖維素膜更易受細(xì)菌污染。所以，生物親和性被降低和易清洗的聚合物為材質(zhì)的分離膜，會(huì)阻礙生物膜的生長(zhǎng)。177膜的污染(fouling)防止膜污染的方法可以通過控制膜污染影響因素，減少膜污染的危害，延長(zhǎng)膜的有效操作時(shí)間，減少清洗頻率，提高生產(chǎn)能力和效率，因此在用微濾，超濾分離，濃縮細(xì)胞，菌體或大分子產(chǎn)物時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn):①進(jìn)料液的預(yù)處理：預(yù)過濾、pH及金屬離子控制；②選擇合適的膜材料：減輕膜的吸附；③改善操作條件：加大流速。178膜污染的清洗方法化學(xué)法：選擇清洗劑要注意三點(diǎn)：1．要盡量判別是何種物質(zhì)引起污染；2．清洗劑要不致于對(duì)膜或裝置有損害，3．要符合產(chǎn)品要求。179化學(xué)法常用的清洗劑有：1．NaOH：發(fā)酵工業(yè)中用得很普遍，濃度為0.1～1.0M。它能水解蛋白質(zhì)，皂化脂肪和對(duì)某些生物高分子起溶解作用。2．酸：如HNO3、H3PO4

和HCI。用于去除無機(jī)污染物，如鈣和鎂鹽。對(duì)不銹鋼裝置不能用HCI。檸檬酸對(duì)含鐵污染物有效。3．表面活性劑：主要對(duì)生物高分子、油脂等起乳化、分散、干擾細(xì)菌在膜上的粘附。常用的SDS和TritonX-100，有較好的去蛋白質(zhì)和油脂等作用。180膜污染的清洗方法4．氧化劑：氯有較強(qiáng)的氧化能力。當(dāng)NaOH或表面活性劑不起作用時(shí)，可以用氯，其用量為10-6mg/L活性氯，其最適pH為10～11。5．酶：酶本身是蛋白質(zhì)，能用其他清洗劑就不用酶。但如要去除多糖時(shí)，淀粉酶有一定作用的。6．有機(jī)溶劑：由于有機(jī)溶劑對(duì)膜和裝置有不良作用，因而很少采用。20-50％乙醇可用于膜裝置的滅菌和去除油脂或硅氧烷消泡劑，但使用時(shí)系統(tǒng)必須符合防爆要求。181膜污染的清洗方法物理法：海綿球擦洗熱水法反沖洗和循環(huán)清洗182膜污染的清洗方法183超濾液保留液透過液超濾循環(huán)清洗清洗液出口清洗液入口清洗液出口逆洗清洗液入口清洗液出口膜污染的清洗方式利用膜的不對(duì)稱性和膜組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行清洗184膜分離技術(shù)的應(yīng)用:

膜分離技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，并已使海水淡化，燒堿生產(chǎn)，乳品加工等多種傳統(tǒng)的生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990年世界膜及裝置的市場(chǎng)總銷售量達(dá)72.94億美元，是1980年的5.5倍。膜分離技術(shù)已經(jīng)形成了一個(gè)相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)技術(shù)體系。185在牛奶工業(yè)中的應(yīng)用186牛奶MFUFRO脂肪和細(xì)菌脫脂牛奶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187188189

膜分離應(yīng)用特點(diǎn)190

低能耗、低成本和單級(jí)效率高

室溫下，特別適合于熱敏物質(zhì)的分離

應(yīng)用廣泛

裝置簡(jiǎn)單，操作方便，不污染環(huán)境191發(fā)展趨向:1.膜材料2.膜分離用于生物技術(shù)3.滲透汽化4.新的膜過程5.集成膜過程192膜分離設(shè)備:

1)板框式膜組件

板框式膜組件使用平板式膜，這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由導(dǎo)流板、膜、支承板交替重疊組成。優(yōu)點(diǎn):組裝方便，膜的清洗更換比較容易，料液流通截面較大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要而組裝不同數(shù)量的膜。缺點(diǎn):需密封的邊界線長(zhǎng)193193截留液透過液料液

膜支撐板隔板平板式膜組件194194板式膜實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖(millipore公司)：1952)卷式膜組件卷式膜組件也是用平板膜制成的，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似。優(yōu)點(diǎn):目前卷式膜組件應(yīng)用比較廣泛、與板框式組件相比，卷式膜組件的設(shè)備比較緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大。缺點(diǎn):清洗不方便，膜有損壞，不易更換，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展。1961961973)管式膜組件管式膜組件由管式膜制成，它的結(jié)構(gòu)原理與管式換熱器類似，管內(nèi)與管外分別走料液與透過液，管式膜的排列形式有列管、排管或盤管等。管式膜分為外壓和內(nèi)壓兩種。

缺點(diǎn):管式膜組件的缺點(diǎn)是單位體積膜組件的膜面積少,一般僅為33～330，除特殊場(chǎng)合外，一般不被使用。198198組件的進(jìn)出料示意圖多通道組件組件外殼滲透液原料液滲透液滲余液滲透液墊圈199199管式膜結(jié)構(gòu)圖管式2002014)中空纖維膜組件中空纖維膜組件的結(jié)構(gòu)與管式膜類似，即將管式膜由中空纖維膜代替。優(yōu)點(diǎn):設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大(高達(dá)16000～30000)缺點(diǎn):中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，所以料液走管間，滲透液走管內(nèi)，透過液側(cè)流動(dòng)損失大，壓降可達(dá)數(shù)個(gè)大氣壓，膜污染難除去，因此對(duì)料液處理要求高。202203204205無機(jī)膜分離裝置

206陶瓷膜分離設(shè)備207FYW系列電滲析設(shè)備208型式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)管式易清洗，無死角，適宜于處理含固體較多的料液，單根管子可以調(diào)換保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大中空纖維式保留體積小，單位體積所含過濾面積大，可以逆洗，操作壓力較低，動(dòng)力消耗較低料液需要預(yù)處理，單根纖維損壞時(shí)需調(diào)換整個(gè)模件螺旋卷繞式單位體積中所含過濾面積大，換新膜容易料液需預(yù)處理，壓力降大,易污染,清洗困難平板式保留體積小，能量消耗界于管式和螺旋卷繞式死體積大管式、中空纖維式、螺旋卷繞式和平板式209膜分離的操作方法

1.分批濃縮料液一次加入儲(chǔ)槽中，以泵進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)有透過液流出，濃度逐漸增加，稱為濃縮模式。一般循環(huán)液的體積流速應(yīng)為透過液的10倍以上，以便其以高速流過膜面。膜兩側(cè)的壓力差由背壓閥調(diào)節(jié)，應(yīng)兼顧循環(huán)速度增大和通量。2102透析過濾在分批操作中，小分子和溶劑透過膜，而大分子在保留液留中，濃度逐漸增大，而通量逐漸降低，最后操作無法進(jìn)行。若需進(jìn)一步將小分子除去，可以補(bǔ)充加入