膜分離技術(shù)及其應(yīng)用

膜分別技術(shù)及其運(yùn)用膜別分開(kāi)展過(guò)程和趨勢(shì)可用？高增長(zhǎng)低增長(zhǎng)透析微濾超濾反浸透電滲析控制釋放氣體分別浸透汽化雙極膜液膜膜反響器閘膜活化傳送膜料液水小分子大分子浸透液定義：

具有選擇性分別的功能薄膜資料。

“21世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，膜技術(shù)扮演著戰(zhàn)略的角色〞“誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了21世紀(jì)的未來(lái)〞膜的簡(jiǎn)介膜的簡(jiǎn)介特征：具有選擇性分別的功能薄膜資料，以及以其為中心的安裝、過(guò)程、工藝的集成與運(yùn)用。特點(diǎn)：無(wú)相變、低能耗高效率、污染小工藝簡(jiǎn)單、操作方便便于與其它技術(shù)集成濃縮液進(jìn)料液浸透液膜的開(kāi)展歷史1748年AbbleNelkt發(fā)現(xiàn)水能自然地分散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，初次提示了膜分別景象；1827年Dutrochet引入名詞浸透〔Osmosis〕；1861年Schmidt提出超濾概念；1864年Traube勝利研制了人類(lèi)歷史上第一張人造膜〔亞鐵氰化銅膜〕1918年Zsigmondy提出了商品微濾膜的制備方法，并將其運(yùn)用于微生物、微粒等方面的分別和富集；1950年W.Juda勝利研制了第一張具有適用價(jià)值的離子交換膜；1960年Loeb和Sourirajan研制出第一張不對(duì)稱(chēng)的醋酸纖維素反浸透膜，導(dǎo)致了膜分別技術(shù)進(jìn)入了適用和安裝的研制階段；1967年以后在美國(guó)、丹麥、日本等國(guó)出現(xiàn)了多家膜及其組件的消費(fèi)廠家，逐漸開(kāi)場(chǎng)了膜分別技術(shù)的規(guī)模運(yùn)用。我國(guó)1958年開(kāi)場(chǎng)研討離子交換膜和電滲析，1966年開(kāi)場(chǎng)研討RO、UF、MF、液膜、氣體分別等膜分別過(guò)程運(yùn)用與開(kāi)發(fā)研討。80年代后期又陸續(xù)開(kāi)展了浸透汽化、膜萃取、膜蒸餾和膜反響等新膜過(guò)程的研討，并著手進(jìn)展膜技術(shù)的推行運(yùn)用任務(wù)。國(guó)內(nèi)主要的膜研討和推行單位：1〕氣體分別：大連化學(xué)物理研討所〔天邦膜公司〕2〕液體分別：杭州水處置技術(shù)中心〔西斗門(mén)公司〕天津紡織工學(xué)院〔膜天公司〕3〕無(wú)機(jī)膜：南京工業(yè)大學(xué)〔久吾高科〕中國(guó)科技大學(xué)膜的開(kāi)展歷史膜的開(kāi)展歷史膜的分類(lèi)膜資料材料特點(diǎn)纖維素二醋酸纖維素(CDA)、三醋酸纖維素(CTA)、硝化纖維素(CN)，混合纖維素(CN-CA)、乙基纖維素(EC)等。成孔性、親水性好、價(jià)廉易得，使用溫度范圍較廣，可耐稀酸，不適用于酮類(lèi)，酯類(lèi)、強(qiáng)酸和堿類(lèi)等液體的過(guò)濾。聚酰胺尼龍-6(NY-6)、尼龍-66(NY-66)、芳香聚酰胺(PI)、芳香聚酰胺酰肼(PPP)、聚苯砜對(duì)苯二甲酰(PSA)具親水性能，較耐堿而不耐酸，在酮、酚、醚及高相對(duì)分子質(zhì)量醇類(lèi)中，不易被浸蝕，孔徑型號(hào)也較多。聚砜聚砜(PS)、聚醚砜(PES)微濾膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，耐輻射，機(jī)械強(qiáng)度較高。含氟材料聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫。如PTFE膜，－40～260oC，可耐強(qiáng)酸，強(qiáng)堿和各種有機(jī)溶劑。具疏水性，可用于過(guò)濾蒸氣及腐蝕性液體。膜元件

膜元件1-軸芯2-O型環(huán)3-墊圈4-固定材5-網(wǎng)6-護(hù)罩7-外層材8-膜9-內(nèi)層材10-固定材一、板框式膜組件二、圓管式圓管式膜組件的機(jī)構(gòu)主要將膜和支撐體均制成管狀。螺旋卷式膜組件是將做好的平板膜密封成膜袋，在兩膜袋間襯以網(wǎng)狀間隔資料并嚴(yán)密地卷繞在多孔中心管上制成。1-密封圈(原溶液)；2-浸透物搜集管；3、4-濃縮物；5、9-進(jìn)料-分隔板；6、8-膜；7-浸透物-分隔板；10-膜的粘合；11-外殼；12-浸透槽三、螺旋式膜組件將幾十萬(wàn)根或更多的中空纖維束的一端封死，另一端固定在管板上，再裝入圓筒型耐壓容器內(nèi)制成。特點(diǎn)是自承式。四、中空纖緯式膜組件各種膜組件的優(yōu)缺陷比較組件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)板框式保留體積小，操作費(fèi)用低的壓力降，液流穩(wěn)定，比較成熟投資費(fèi)用大，大的固含量會(huì)堵塞進(jìn)料液通道，拆卸比清潔管道更費(fèi)時(shí)間螺旋卷式設(shè)備投資低，操作費(fèi)用也低，單位體積中所含過(guò)濾面積大，換新膜容易料液需經(jīng)預(yù)處理，壓力降大，易污染，難清洗，液流不易控制管式易清洗，單根管子容易調(diào)換，對(duì)液流易控制，無(wú)機(jī)組件可在高溫下用有機(jī)溶劑進(jìn)行操作并可用化學(xué)試劑來(lái)消毒高的設(shè)備投資和操作費(fèi)用，保留體積大，單位體積中所含有過(guò)濾面積較小，壓力降大中空纖維式保留體積小，單位體積中所含過(guò)濾面積大，可以逆流操作，壓力較低，設(shè)備投資低料液需要預(yù)處理，單根纖維管損壞時(shí)，需調(diào)換整個(gè)組件，不夠成熟膜分別技術(shù)膜分別普通是指利用膜對(duì)流體混合物中不同組分的選擇性浸透的特點(diǎn)來(lái)分別流體混合物的操作過(guò)程。(1)分散得很細(xì)的固體，特別是與液體密度相近，膠狀的可緊縮的固體微粒；(2)低分子量的不揮發(fā)的有機(jī)物、藥物與溶解的鹽類(lèi)；(3)對(duì)溫度、酸堿度等物理化學(xué)條件特別敏感的生物物質(zhì)。涉及氣體分別、水溶液分別、生化產(chǎn)品的分別與純化等操作的食品和飲料加工過(guò)程、工業(yè)污水處置、大規(guī)?？諝夥謩e、濕法冶金、氣體和液體燃料的消費(fèi)及石油化工制品的消費(fèi)等。常用膜分別技術(shù)的根本特征原理ROmembraneNFmembraneUFmembraneMFmembrane原理動(dòng)漫膜過(guò)程的一些術(shù)語(yǔ)通量：在一定操作條件下，單位時(shí)間經(jīng)過(guò)單位面積膜的體積流量。單位L/m2.h選擇性：將混合物總的組分別分開(kāi)來(lái)的才干。1〕液體分別的選擇性常用截留率表示：R＝1－Cp/Cf2〕氣體分別或有機(jī)溶劑混合物的分別常用分別因子表示選擇性：A/B＝(yA/yB)/(xA/xB)，其中y表示浸透?jìng)?cè)各組分的濃度，x表示原料側(cè)的濃度。當(dāng)A/B等于1，表示無(wú)法實(shí)現(xiàn)分別目的，大于1表示A組分經(jīng)過(guò)膜的速度大于B組分。通量衰減系數(shù)m：由于過(guò)程的濃差極化、膜的壓密、膜污染等的影響，使得通量隨時(shí)間的變化膜過(guò)程的一些術(shù)語(yǔ)膜過(guò)程的一些術(shù)語(yǔ)推進(jìn)力：1〕對(duì)多孔膜而言，在對(duì)流流動(dòng)的情況下，傳質(zhì)推進(jìn)力是膜兩側(cè)的壓力差。

膜壓降：P1-P2，是由于流體流動(dòng)引起的。2〕對(duì)致密膜而言，推進(jìn)力為膜兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)之差。P1P2P3P＝〔P1＋P2〕/2－P3膜過(guò)程的一些術(shù)語(yǔ)濃差極化：在膜分別過(guò)程中，一部分溶質(zhì)被截留，在膜外表及接近膜外表區(qū)域的濃度越來(lái)越高，呵斥從膜外表到本體溶液之間產(chǎn)生濃度梯度，這一景象稱(chēng)為“濃差極化〞。

123CfCm

Cp濃差膜層浸透?jìng)?cè)極化層極化層傳送阻力：1〕膜阻Rm:與膜本身的構(gòu)造有關(guān)，包含膜層到支撐層的傳送阻力；2〕濃差極化阻力Rc：由于被截留組分在膜面濃度的增大而引起的；3〕推進(jìn)力的損失：進(jìn)料側(cè)和浸透?jìng)?cè)的壓力損失；4〕膜污染阻力：由于物料中的成分對(duì)膜產(chǎn)生吸附、堵塞、以及堆積等景象而引起的。膜過(guò)程的一些術(shù)語(yǔ)Rm膜管本身阻力Ri膜孔內(nèi)污染阻力Rg凝膠層阻力Rc濃差極化阻力膜污染膜污染阻力的概念模型膜過(guò)程的一些術(shù)語(yǔ)膜污染：指處置物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜外表或膜孔內(nèi)吸附、堆積呵斥膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生浸透通量與分別特性的不可逆變化景象。物理污染包括膜外表的堆積，膜孔內(nèi)的阻塞，這與膜孔構(gòu)造、膜外表的粗糙度、溶質(zhì)的尺寸和外形等有關(guān)?；瘜W(xué)污染包括膜外表和膜孔內(nèi)的吸附，這與膜外表的電荷性、親水性、吸附活性點(diǎn)及溶質(zhì)的荷電性、親水性、溶解度等有關(guān)。膜的用途濃縮：目的產(chǎn)物以低濃度方式存在，因此需求除去溶劑；〔截留物為產(chǎn)物〕純化：除去雜質(zhì)；分別：將混合物分成兩種或多種目的產(chǎn)物；反響促進(jìn)：把化學(xué)反響或生化反響的產(chǎn)物延續(xù)取出，能提高反響速率或提高產(chǎn)質(zhì)量量。從20世紀(jì)初到20世紀(jì)90年代，膜技術(shù)根本曾經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室步入工業(yè)化，并在水處置、食品工業(yè)、環(huán)境維護(hù)、化工與石油化工、電子、冶金、國(guó)防……等領(lǐng)域得到勝利的運(yùn)用。目前全球膜產(chǎn)業(yè)的規(guī)模超越百億美圓，正以年30％的速度遞增著。膜的運(yùn)用膜海水淡化工業(yè)廢水處置城市廢水資源化天然氣生物質(zhì)利用能源水資源傳統(tǒng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境除塵CO2控制制藥食品化工與石化電子冶金燃料電池干凈熄滅膜技術(shù)的工業(yè)運(yùn)用工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用舉例金屬工藝金屬回收；污染控制；富氧燃燒

紡織及制革工業(yè)余熱回收；藥劑回收；污染控制造紙工業(yè)代替蒸餾；污染控制；纖維及藥劑回收食品及生化工業(yè)凈化；濃縮；消毒；代替蒸餾；副產(chǎn)品回收化學(xué)工業(yè)有機(jī)物除去或回收；污染控制；氣體分離；藥劑回收和再利用醫(yī)藥及保健人造器官；控制釋放；血液分離；消毒；水凈化水處理海水、苦咸水淡化；超純水制備；電廠鍋爐用水凈化；廢水處理國(guó)防工業(yè)艦艇淡水供應(yīng)；戰(zhàn)地醫(yī)院污水凈化；低放射性水處理；野戰(zhàn)供水膜技術(shù)用于生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)膜生物反響器技術(shù)獲得間歇發(fā)酵可提高反響器效率15－80倍浸透汽化膜分別技術(shù)比傳統(tǒng)共沸蒸餾節(jié)能60％消費(fèi)安裝總投資為傳統(tǒng)分別方法總投資的40－80%650kcal/l130kcal/l7wt%乙醇0kcal/l42wt%乙醇93wt%乙醇99.8wt%乙醇980kcal/l350kcal/l(~90%ES)(~33%ES)纖維素發(fā)酵蒸餾蒸餾脫水透醇膜60wt%乙醇99.8wt%乙醇透水膜傳統(tǒng)過(guò)程:發(fā)酵速率低、能耗大膜生物反響器：實(shí)現(xiàn)延續(xù)消費(fèi)，降低操作本錢(qián)膜法海水淡化嵊泗1000噸/日反浸透海水淡化安裝膜法自來(lái)水廠巴黎瓦茲河梅里市14萬(wàn)立方米/天的納濾廠，每天為巴黎附近50萬(wàn)居民提供14萬(wàn)噸飲用水在環(huán)保工業(yè)中的運(yùn)用在含油廢水處置中的運(yùn)用油田回注水、金屬外表切削液、冷軋乳化液、清洗液廢水等在化工及石化廢水處置中的運(yùn)用主要用于回收化工廢水中的貴重金屬及其氧化物等。在其它工業(yè)廢水處置中的運(yùn)用造紙工業(yè)的黑水和白水處置、紡織廢水中PVA回收等。上海寶鋼集團(tuán)公司冷軋線設(shè)備處置才干為：6萬(wàn)m3/年，油截留率大于99.9％，水回用率大于90％，回收油120噸/年設(shè)備折舊費(fèi)用〔元〕3.3918能耗費(fèi)用〔元〕1.559人工費(fèi)用〔元〕0.691.4維修〔元〕0.271.0清洗劑費(fèi)用〔元〕0.224.0油回收費(fèi)〔元〕－2.25－2.25水回收費(fèi)〔元〕－0.90(水質(zhì)不穩(wěn)定)工程國(guó)產(chǎn)陶瓷膜〔元/m3)進(jìn)口有機(jī)膜〔元/m3)總費(fèi)用〔元〕2.9731.15闡明1：年處置10萬(wàn)噸冷軋乳化液廢水設(shè)備，采用國(guó)產(chǎn)陶瓷膜300萬(wàn)元人民幣〔武鋼〕，進(jìn)口有機(jī)膜設(shè)備200萬(wàn)美圓〔寶鋼，1988年〕，本錢(qián)僅是其1/10。2：有關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源于上海寶鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)院。鋼鐵冷軋乳化液廢水處置回用技術(shù)在生化與制藥工業(yè)中的運(yùn)用在發(fā)酵液除菌中的運(yùn)用乳酸、核酸、青霉素G等提取在中成藥消費(fèi)中的運(yùn)用主要用于替代醇沉工藝，除去煎煮液中的雜質(zhì)，研討處于起步階段等。在血漿分別中的運(yùn)用已被證明是可行的方法，但國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)展研討。

膜技術(shù)用于中藥精制傳統(tǒng)中藥精致工藝(醇沉法)。工藝復(fù)雜，本錢(qián)高、消費(fèi)周期長(zhǎng)，水溶性有效成分損失大洗凈蒸發(fā)煎煮除雜醇沉乙醇回收蒸發(fā)濃縮膜過(guò)濾膜濃縮產(chǎn)品保留率(％)氧化苦參堿苦參總黃酮醇沉66.0254.77微濾79.7277.23注：中藥苦參水醇沉與微濾比較陶瓷分別膜取代醇沉過(guò)程的中藥提取新工藝

黃芪一方微濾與醇沉之成分損失率、固形物去除率、濁度降低率比較樣品號(hào)樣品成分損失率〔%〕固形物去除率〔%〕濁度降低率〔%〕A原液———B140%醇沉64.527.194.0B250%醇沉67.12