第六章-膜分离(选编.ppt

纳米膜过滤;;;纳滤膜的性质与特点;纳米过滤的分离机理 ;Donnan平衡模型; 水相 膜相 溶液相 平衡后;当系统达到平衡时，膜相、水相、溶液相的离子 的化学电位应该达到平衡态。虽然，利用Donna 平衡理论来说明荷电膜的脱盐机理有所依据，而 对于在压力下透过膜的机理，还不能从膜、进料 及传质过程等多方面来定量描述。;第二节 膜材料及其特性;膜材料;硝酸纤维素：由纤维素和硝酸反应制得。价格便 （CN） 宜，广泛用作透析膜和微滤膜材料。 为了增加膜的强度，一般与醋酸纤 维素混合使用。 再生纤维素：纤维素溶于某些溶剂如铜氨溶液并 在溶解过程中发生降解，在成膜过 程中又回复到纤维素的结构，称为 再生纤维素。 广泛用于人工肾透析膜材料和微滤、超滤膜材料。; 聚砜类 是一类具有高机械强度的工程塑料。是目前 最重要、生产量最大的高分子聚合膜。 用途：超滤和微滤的膜材料，多种商品复合膜的 支撑层膜材料。 优点：耐酸、耐碱 缺点：耐有机溶剂的性能差。 聚砜类材料可以通过化学反应，制成带有负电荷或 正电荷的膜材料或膜。荷电聚砜可以直接用作反渗透膜 材料。用它制成的荷电超滤膜抗污染性能特别好。经磺 化的聚砜醚（SPES-C）可用于制造均相离子交换膜。;聚酰胺类及杂环含氮高聚物 类型：芳香聚酰胺（APA）、芳香聚酰胺-酰肼 （APAH）、聚苯砜酰胺（APSA）、聚苯并咪唑 （PBI）、聚苯并咪唑酮（PBIL） 用途：反渗透膜材料，目前最好的反渗透复合膜 超薄皮层都是芳香含氮化合物，脱盐率可 达99.99%. 优点：分离透过性能好、耐高压。 缺点：耐氯性能差。;;膜组件;;;;;;膜分离过程中的质量传递问题;其中：JV—过滤流率 ? -- 多孔率 ? -- 溶液黏度 ? -- 扩散曲折率，为实际毛细管长度和膜厚之比 -- 有效膜厚 此公式成立的条件是流体为牛顿、不可压缩流体， 层流流动，流速与时间无关，忽略边界效应。 ;过滤模型2 和化工原理中过滤操作一样，透过膜的通量（ms-1）可表示为： 其中，Rm为纯粹由膜产生的阻力 此公式适用于新膜， Rm以水进行试验求得。 由于过滤过程中，溶质会吸附在膜上，或形 成浓差极化层，也会形成阻力，所以有 ;膜过程的浓差极化和膜污染;浓差极化;浓差极化;; 取膜面上一单元薄层 ，对此单元薄层作 物料衡算。当达到稳态时，溶质因对流进入单元 薄层的速度等于透过膜的速度和反扩散之和。 边界条件为 将这一方程沿边界层进行积分 ; 如果溶质分子在膜上完全被截留，则上式可简化为： ; 或 被成为极化膜数。 以上模型仅在与压力无关的范围内是有效的。 Kd可以使用准数关系式估算。;不同膜过程浓差极化的特点;反渗透和纳滤;浓差极化对反渗透的影响 （1）降低脱盐率； （2）降低水通量； （3）导致膜上沉淀污染和增加流道阻力。 降低浓差极化的途径 （1）合理设计膜组件，使其流体分布均匀，湍 流促进等； （2）适当控制操作流速，降低浓差极化度，极 化度一般控制为1.2; （3）适当提高温度，降低流体黏度和提高扩散 系数。;影响超滤速度的各种因素;;（2）当形成凝胶层后，透量J与lnCb成反比。 （3） 温度的影响 因为温度升高使物料的粘度降低和扩散系 数增大。所以操作温度的选择原则是：在不影响料液的活性和膜的稳定性范围内，尽量选择较高的温度。 （4）流速的影响 增大流速，会减少浓差极化层厚度，使传质系数增大因而通量增大。 ;膜污染;影响膜污染的因素;4 溶液特性 盐的种类与浓度，pH值、温度、黏度等。多价盐类对反渗透和超滤污染可能性增大。 5 膜的物理性质 膜面光滑，孔径分布窄耐污染 6 操作参数 压力、流速、温度;减少或防止膜污染的方法;;;;4 膜结构的选择 对于