4 膜分离.pptVIP

膜分离技术发展的历史 1748年 Abbe Nollet 水自发扩散到装有酒精的猪膀胱 1854年 Graham 透析现象 1856年 Matteucei 和 Cima 天然膜各向异性 Dubrunfaut 第一个膜渗透器 糖蜜和盐类分离 1864年 Traube 第一张人造膜—亚铁氰化铜膜 1960年 Loeb 和 Sourirajan 第一张不对称反渗透膜 20世纪 出现了超滤膜、离子交换膜、反渗透膜、微滤膜、 纳米膜等高分子膜 膜技术开发现状及产业化水平 膜分离技术的前景 2005年，我国膜市场需求在50亿元以上，年均增速继续保持在15％左右，2015年，膜市场需求可望超过200亿元，将占到世界总量的10～15％。 据初步统计，2001年全世界膜和膜组件的销售额已接近80亿美元，成套设备和膜工程的市场则已达到数百亿美元。 21世纪，膜分离技术一定会在生物工业中大显身手！ 膜分离的定义：利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。 膜的功能： 物质的识别与透过； 界面； 反应场。 膜分离技术的特点 优点 1 易于操作。 常温下可连续使用,可直接放大，易于自动化。 2 成本低，寿命长。 维护方便，能耗少。 3 效率高，特别适宜于热敏感物质分离浓缩。 4 无相转变，分离精度高，没有二次污染 。 缺点 1 价格高。 2 易污染。 3 应用受限制。 膜分离工艺流程图 第一节 各种膜分离法及原理 膜分离技术分类 不同膜技术去除的颗粒类型 一、反渗透 渗透和渗透压： 渗透：膜（不能透过溶质）两侧压力相等时，在浓度差作用下，溶剂从溶质浓度低的一侧向溶质浓度高的一侧透过的现象。 渗透压：渗透现象中，促使水分子透过的推动力。 反渗透： 定义：在溶质浓度高的一侧施加超过渗透压的压力，使溶剂透过膜的操作。 RO膜无明显的孔道结构，透过机理尚不十分清楚。 二、超滤和微滤 UF膜和MF膜有明显的孔道结构，主要用于截留高分子溶质或固体微粒。 超滤 膜孔径比MF膜小，用于处理不含固形成分料液，根据高分子溶质间或高分子溶质与小分子溶质间分子量差别进行分离； 膜两侧渗透压差较小，操作压力较低。 超滤应用 高分子溶质之间，以及高分子与小分子溶质之间的分离； 蛋白质浓缩； 病毒的分离和富积； 回收细胞。 直流过滤模式 切向流（错流）过滤模式 微滤 膜孔径大，用于悬浮液过滤，广泛用于菌体分离与浓缩； 膜两侧渗透压可忽略，甚至可在常压下操作。 三、透析 定义：利用透析膜将料液与透析液分隔，在浓差作用下，料液中小分子溶质进入透析液，而透析液中的水进入料液。 应用：临床上常用于血液透析；生物分离中主要用于生物大分子溶液的脱盐。 特点：以浓差为推动力，膜透过通量很小，不适于大规模生物分离过程，多在实验室中应用。 四、电渗析 定义：使用离子交换膜，利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法。 应用：工业上多用于海水淡化及废水处理；生物分离中可用于氨基酸和有机酸等小分子的分离及溶液脱盐。 五、渗透气化 定义：通过渗透气化膜，在膜两侧溶质分压差的作用下，根据溶质间透过膜速度的不同，并在透过侧发生气化，使液体混合物得到分离的膜分离法。 特点： 溶质发生相变，消除了渗透压的作用，可在较低压力下进行，适于高浓度混合物的分离； 特别适用于共沸物和挥发度相差较小的双组分溶液的分离。 第二节 膜及其特性 膜的定义 在一种流体相间有一薄层凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。 是均匀的一相或是由两相以上凝聚物质所构成的复合体，厚度应在0.5 mm以下； 膜的分类 按孔径大小：微滤膜、超滤膜、 反渗透膜、纳滤膜 按膜结构：对称性膜、不对称膜、 复合膜 按材料分：天然高分子、 合成高分子、无机材料 一、膜材料 为实现高效分离，对膜材料的要求： 有效膜厚度小，UF和MF膜孔隙率高，过滤阻力小； 膜材料为惰性，不易污染和堵塞； 适用的pH和温度范围广，稳定性高，使用寿命长； 容易通过清洗恢复透过性能； 能满足实现分离目的的各种要求。 二、膜的结构特性 孔道结构 因膜材料和制造方法而异，对膜的透过通量和耐污染能力等操作性能有重要影响。 对称膜和不对称膜的比较： 对称膜，即膜截面的膜厚方向上孔道结构均匀，传质阻力大，透过通量低，容易污染，清洗困难，高分子微滤膜大多为对称膜； 不对称膜，由表面活性层(0.2～0.5?m)和惰性层(50～100?m)构成