第六章 膜分离中.ppt

第六章 膜分离 (Membrane Separation) 微滤、超滤和纳滤 微滤、超滤和纳滤都是以压力差为推动力的膜分离过程。 1) 微滤、超滤都是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程，而这在原理上并没有本质的区别。即均为在一定的压力作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜，成为渗透液被收集。大于膜孔的高分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。 2）纳滤有所不同，除了截留筛分之外，由于纳滤膜的表面分离层由聚电介质构成，对离子有静电相互作用，因此对无机盐有一定的截留率。 微滤（MF) 微滤（MF） 又称微孔过滤，是一种与粗滤十分相似的魔分离过程，基本属于固液分离。其基本原理是筛孔分离过程，即是利用微孔膜孔的筛分作用，在静压差的推动下，将滤液中大于膜孔径的微粒等截留下来，达到除去滤液中微粒与澄清溶液的目的。 微孔滤膜一般具有比较整齐、均匀的多孔结构，材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。 超滤(UF) 超滤原理：超滤是指外源加压的膜分离，其原理与过滤一样。 超滤所用的膜为非对称性膜,膜孔径为1~ 20nm,能够截留分子量500以上的大分子和胶体微 粒,操作压力一般为0.1~0.5MPa。 常用的膜材料有醋酸纤维、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚偏氟乙烯等。 超滤广泛用于化工、医药、食品、轻工、机械、电子、环保等工业部门。 超滤技术应用的历史不长,只是近30年才在工业上大规模地应用,但因其具有独特的优点,使之成为当今世界分离技术领域中一种重要的单元操作。 超滤技术的应用 利用超滤膜的“筛分”机理可以将中药体系中的有效成分进行分离提纯，其应用可分为三种类型：浓缩、小分子溶质的分离、大分子溶质的分级。绝大部分的工业应用属于浓缩这个方面,也可以采用与大分子结合或复合的办法分离小分子溶质。 矿泉水的制造 　　矿泉水的水源必须是地下水,而这种水在地下流动时会溶入某些无机盐。采用超滤和微滤组合工艺可制造合乎饮用水标准的矿泉水, 它具有几个基本特征： 反渗透（Reverse Osmosis） 是20世纪60年代发展起来的一项膜分离技术，主要用于从海水制取淡水、纯水和超纯水的制造、电镀等工业废水处理、乳品加工、抗菌素浓缩等。 反渗透，英文为Reverse Osmosis，它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。 1950年美国科学家DR.S.Sourirajan 为什么海鸥就可以饮用海水呢？ 这位科学家把海鸥带回了实验室，经过解剖发现在海鸥囔嗉位置有一层薄膜，该薄膜构造非常精密。 海鸥正是利用了这薄膜把海水过滤为可饮用的淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外。这就是以后逆渗透法（Reverse Osmosis 简称 R.O）的基本理论架构。 反渗透法（Reverse Osmosis 简称 R.O）的基本理论架构是借助半透膜能透过溶剂而截留溶质的作用,在高于溶液渗透压的压力推动下,使溶剂透过膜,使溶质保留于溶液中,从而达到溶剂与溶质分离的过程。 渗透压：当溶液与溶剂之间,被一个能让溶剂(水)分子通过,而不允许溶质通过的半透膜隔开时,由于在恒温、恒压条件下纯水的化学位活度高于溶液中水的化学位,于是水分子从溶剂一侧通过膜向溶液一侧渗透。当渗透达到平衡时,膜两侧存在着一定的压力差,通常称为溶液的渗透压。 溶液的渗透压π用下式表示: π= RTΣci 式中:ci为溶液的浓度,相当于溶质的体积摩尔浓度; 透析 ——渗析 透析是一种扩散控制的，以浓度梯度为驱动力的膜分离方法。利用具有一定大小孔径、高分子溶质不能透过的亲水膜，将含有高分子溶质和其他小分子溶质的溶液（左侧）与纯水或缓冲液（右侧）分隔，由于膜两侧的溶质浓度不同，在浓差的作用下，左侧高分子溶液中的小分子溶质透向右侧，右侧中的水透向左侧，这就是透析 可以这样理解透析： 用一层半透膜将容器分成两部分，膜一侧放置溶液，另一侧放置纯水，液体中的大分子物质因不能通过半透膜而不能相互交换，液体中的小分子物质可以穿过半透膜而相互渗透，水分自渗透压低的一侧向渗透压高的一侧移动，电解质及其他小分子物质从浓度高侧向浓度低侧方向移动，这就是透析现象。 利用小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液）的原理，将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术。 透析与超滤的异同： 透析与超滤的共同点是都可以从高分子溶液中去除小分子溶质。不同之处在于，透析