第章膜分离技术.ppt

《代谢控制发酵》—绪论 博士研究生中期检查报告 古绍彬 第四章 膜分离技术 第一节 概 述 4.1.1膜分离技术发展简史 高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。 1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。 真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水—丙酮—溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。 50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙—66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。 自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜、微孔过滤膜和反渗透膜。以后又开发了许多其它类型的分离膜。 在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了进—步提高。 具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。 60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。 70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。 4.1.2 膜分离技术的地位和影响 美国官方文件曾说18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪膜技术将改变整个面貌”，“目前没有一种技术，能像膜技术这么广泛地被应用” 日本和欧洲则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发 “谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来”- Norman N. Li，美国科学院院士，著名华裔科学家 膜分离已得到广泛应用。21世纪是工业生物技术的世纪，膜技术将扮演重要角色 4.1.4 膜与膜分离技术的概念？ 第二节 膜分类和定义 4.2.1 膜的特性？ 以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。 3.按动力本质 以静压力差为推动力的过程 微滤（microfiltration, MF) 超滤（ultrafiltration, UF） 反渗透（reverse osmosis, RO) 纳滤（nanofiltration, NF) 膜蒸馏（membrane distillation, MD) 渗透蒸发（pervaporation, PV） 平板膜 管式膜 和中空纤维膜 浓度极化 在膜分离过程中，一部分溶质被截留，在膜表面及靠近膜表面区域的浓度越来越高，造成从膜表面到本体溶液之间产生浓度梯度，这一现象称为“浓差极化”。 截留率 截留率反映膜对溶质的截留程度。 截分子量 膜组件(Membrane Module) 将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装成的一个单元称为膜组件。 板式 管式 螺旋卷式 中空纤维式 平板式膜组件 管式膜组件 螺卷式膜组件 中空纤维膜组件 第四节 膜分离技术特点及应用 4.4.1 透析(DS) 4.4.2 微滤(micro filtration,MF) 4.4.3 超滤(ultra filtration，UF) 实验室用超滤装置 超滤水处理装置 4.4.4 纳滤（nanofiltration, NF) 4.4.5 反渗透(reverse osmosis，RO) 例：膜法海水淡化 陶瓷膜分离、纳滤、反渗透 集成新工艺的处理量达12000吨/年 反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动 力使溶剂通过膜的分离过程，它们组成了分离溶液中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程。 果汁厂陶瓷膜工程 洋姜提取膜工艺 反渗透与超滤、微滤的比较 微滤 超滤 纳滤 反渗透 悬浮颗粒、细菌 大分子有机物 糖类等小分子有机物， 二价盐或多价盐 单价盐、矿物质 水分子 总结 胃蛋白酶：Protein mass marker； 1000 Da；3000~1000 Da； 3000 Da；总大豆分离蛋白 分离膜必须对被分离混合物中各组分具有选择透过的能力，即具有分离能力，这是膜分离过程得以实现的前提。 (2)分