膜分離技術(shù)PPT.ppt

1、膜分離技術(shù)簡(jiǎn)介,二七年七月,目錄,發(fā)展簡(jiǎn)史 基礎(chǔ)知識(shí) 常用技術(shù) 設(shè)備簡(jiǎn)介 特點(diǎn) 展望 致謝,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(guò)程。大致歷程（20世紀(jì)）： 30年代：微孔過(guò)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,一、發(fā)展簡(jiǎn)史,國(guó)內(nèi)研究歷程,1958年開始研究離子交換膜； 1965年開始對(duì)反滲透膜進(jìn)行探索； 1966年上?；S聚乙烯異相離子交換膜正式投產(chǎn)，為電滲析工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)； 70年代相繼對(duì)電滲析、反滲透、超濾和微濾膜及組件進(jìn)行研究開發(fā)，進(jìn)而進(jìn)入推

2、廣應(yīng)用階段； 80年代中期我國(guó)氣體分離膜的研究取得長(zhǎng)足進(jìn)步； 90年代國(guó)家科技部對(duì)無(wú)機(jī)陶瓷微濾膜的工業(yè)化技術(shù)組織了科技攻關(guān)，推進(jìn)了陶瓷微濾膜的工業(yè)化進(jìn)程。,二、基礎(chǔ)知識(shí),1. 膜（membrane） （1） 定義：在一定流動(dòng)相（液體or氣體）中，有一薄層凝聚相物質(zhì)，把流動(dòng)相分隔成兩部分，這一薄層即為膜。其厚度在0.5mm以下。 （2）分類： 按孔徑不同（or截留分子量）:可分為 微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜 按材料不同：無(wú)機(jī)膜(微濾膜，如：陶瓷膜和金屬膜) 有機(jī)膜（高分子材料做成，如醋酸纖維素CA、聚醚砜PES、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等）。,按結(jié)構(gòu)分 對(duì)稱膜 （均相膜） ：結(jié)構(gòu)與方向無(wú)關(guān)

3、 不對(duì)稱膜（非均相膜）：結(jié)構(gòu)與方向有關(guān),活性層：過(guò)濾作用（0.1-1um） 支持層：支持作用 (100200um),(3)膜性能參數(shù) MWCO,通量，抗壓能力，PH適用范圍，對(duì)熱和溫度的穩(wěn)定性等。 （4）膜的污染與清洗 污染：膜在使用過(guò)程中，盡管操作條件不變，但通量仍逐漸降低的現(xiàn)象。不可逆，必須清洗后才能消除。 濃差極化：可逆，改變操作條件可消除；,清洗： NaOH:水解蛋白質(zhì)，皂化脂肪，溶解某些生物大分子 酸：HNO3，H3PO4， HCl（去除無(wú)機(jī)物） 表面活性劑：SDS（乳化，濕潤(rùn)，分散生物大分子等 氧化劑：NaClO(強(qiáng)氧化能力) 酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定 作用。

4、 有機(jī)溶劑：20%-50%的乙醇可用于膜裝置的滅菌和去除油脂等。但系統(tǒng)必須符合防爆要求。,2.原理：膜分離技術(shù)是以選擇性多孔薄膜為分離介質(zhì)，使分離的溶液借助某種推動(dòng)力（如：壓力差、濃度差、電位差等）通過(guò)膜，低分子溶質(zhì)透過(guò)膜，大分子溶質(zhì)被截留，以此來(lái)分離溶液中不同分子量的物質(zhì)，從而達(dá)到分離、濃縮、純化目的。 示意圖,3.膜分離過(guò)程類型,4.膜過(guò)濾方式：,終端過(guò)濾(dead end filtration ) 以壓力作為推動(dòng)力，料液流動(dòng)方向 與濾膜表面垂直，并且透過(guò)液方向與料 液一致。 錯(cuò)流過(guò)濾（cross flow filtration） 透過(guò)液方向垂直于進(jìn)料的方向，而 料液流動(dòng)方向與濾膜表面平行

5、，進(jìn)料以 一定流速?zèng)_刷膜表面,減小濃差極化效應(yīng)。,以微濾為例，主要根據(jù)料液中固形物的含量多少來(lái)確定，0.5%則基本采用錯(cuò)流過(guò)濾。,三、常用技術(shù)分類,壓力推動(dòng)膜過(guò)程和各自分離特征,1.微濾（Microfiltration,MF）,微濾的應(yīng)用范圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細(xì)菌以及其他污染物，以達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的。 特別適用于微生物、細(xì)胞碎片、微細(xì)沉淀物和其他在“微米級(jí)”范圍的粒子。,2.超濾(Ultrafiltration,UF),原理：以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)。在一定的壓力下，當(dāng)水流過(guò)膜表面時(shí)，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過(guò)，達(dá)到溶液的凈化、分離、濃縮的目的

6、。 分類：一般分為板框式（板式）、中空纖維式、管式、卷式等多種結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用：濃縮，脫鹽，分離，純化，去熱原，緩沖液置換等。,兩種壓力差 p=p進(jìn)-p出 （回流液的循環(huán)動(dòng)力） 一般10 psi左右 調(diào)節(jié)方式：泵速，回流閥 pt=(p進(jìn)-p0)+(p出-p0)*1/2 =(p進(jìn)+ p出)*1/2-p0 (膜過(guò)濾推動(dòng)力),軸向、側(cè)向壓力差,pt對(duì)通量的影響,壓力較低：通量隨pt成正比增加，如a 壓力增大：形成濃差極化層，趨勢(shì)變緩，如b 壓力繼續(xù)增大：濃差極化層達(dá)凝膠層濃度，通 量不隨pt改變，如c,膜兩側(cè)平均壓力差,3.納濾(Nanofiltration ,NF),介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分

7、離過(guò)程，孔徑范圍在幾個(gè)納米左右。與其他壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離過(guò)程相比，出現(xiàn)較晚。 與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”( Loose RO )。 應(yīng)用：食品工業(yè)、植物深加工、飲料工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、精細(xì)化工、環(huán)保工業(yè),納濾膜（陶氏）,納濾膜三大特點(diǎn),MWCO介于反滲透膜和超濾膜之間，一般為 150 1000 dalton；科學(xué)家推測(cè)其表面分離層可能擁有 1nm 左右的微孔結(jié)構(gòu)，故被稱之為 “ 納濾 ” 。 納濾膜對(duì)無(wú)機(jī)鹽有一定的截留率，因?yàn)樗谋砻娣蛛x層是由聚電解質(zhì)所構(gòu)成，對(duì)離子有靜電相互作用。 超低壓大通量，即在超低壓下（ 0.1Mpa

8、14.7psi）仍能工作，并有較大的通量。,4.反滲透(Reverse Osmosis,RO),原理：依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過(guò)程。 應(yīng)用:美國(guó)最早用于將航天員的尿液回收為純水。 醫(yī)學(xué)界還以反滲透法的技術(shù)用來(lái)洗腎（血液透析）。工業(yè)上已應(yīng)用于海水脫鹽，超純水制備，從發(fā)酵液中分離溶劑等。 特點(diǎn)：不需添加任何殺菌劑和化學(xué)物質(zhì)，故不會(huì)發(fā)生化學(xué)相變。,示意圖,Vivaflow 50 回旋流/切向流超濾器,Vivaspin系列 超濾濃縮離心管,25mm 可換膜針頭式濾器,（玻璃杯式）溶劑過(guò)濾器,四、設(shè)備簡(jiǎn)介：,QuixStand中空纖維柱系統(tǒng),Pellicon超濾系統(tǒng),不銹鋼圓筒

9、式正壓濾器,0.1m2 陶瓷膜實(shí)驗(yàn)設(shè)備,五、膜分離技術(shù)特點(diǎn),高效的分離過(guò)程 低能耗 接近室溫的工作溫度 純物理過(guò)程，品質(zhì)穩(wěn)定性好 連續(xù)化操作 靈活性強(qiáng) 環(huán)保，無(wú)污染 投資少,分離技術(shù)對(duì)比,六、問(wèn)題與展望,膜材料研究薄弱，不少原材料需要進(jìn)口 膜組件性能低，品種少 膜技術(shù)種類少，當(dāng)前膜多為化學(xué)制劑，易造成二次污染 產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，應(yīng)用領(lǐng)域窄 技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化過(guò)程緩慢,研究新的膜材料，開發(fā)研究新的聚合膜材料。 研究開發(fā)新的成膜工藝，進(jìn)一步制備超薄、高度均勻、無(wú)缺陷的非對(duì)稱膜。 將新興的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的工藝技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，不斷將膜技術(shù)的研究成果從實(shí)驗(yàn)室推向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。 將無(wú)機(jī)膜的發(fā)展推向前。無(wú)機(jī)膜耐酸、堿、有機(jī)溶劑，化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度大，抗微生