生物工程设备第六章膜分离技术.ppt

渗透蒸发作为一种无污染、高能效的膜分离技 术已经引起广泛的关注。该技术最显著的特点是很 高的单级分离度，节能且适应性强，易于调节。 目前渗透蒸发膜分离技术已在无水乙醇的生产 中实现了工业化。与传统的恒沸精馏制备无水乙醇 相比，可大大降低运行费用，且不受汽—液平衡的 限制。 c. 渗透蒸发技术应用领域 除了以上用途外，渗透蒸发膜在其他领域的应 用尚都处在实验室阶段。预计有较好应用前景的领 域有：工业废水处理中采用渗透蒸发膜去除少量有 毒有机物（如苯、酚、含氯化合物等）；在气体分 离、医疗、航空等领域用于富氧操作；从溶剂中脱 除少量的水或从水中除去少量有机物；石油化工工 业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳烃、近沸点物、 同系物、同分异构体等的分离等。 7.气体分离膜 气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜。它们的分离机理各不相同。 (1) 气体分离膜的分离机理 a. 非多孔均质膜的溶解扩散机理 气体选择性透过非多孔均质膜分四步进行： 气体与膜接触， 分子溶解在膜中， 溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散， 分子在膜的另一侧逸出 用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流 过膜中细孔时产生的速度差来进行的。 b. 多孔膜的透过扩散机理 化学结构的影响 形态结构的影响 (2)制备气体分离膜的材料 a.影响气体分离膜性能的因素 根据不同的分离对象，气体分离膜采用不同的材料制备。 b. 制备气体分离膜的主要材料 美国Monsanto公司1979年首创Prism中空纤维复合气体分离膜，主要用于氢气的分离。其材料主要有醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺等。其中聚酰亚胺是近年来新开发的高效氢气分离膜材料。它是由二联苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有抗化学腐蚀、耐高温和机械性能高等优点。 H2的分离 制备富氧膜的材料主要两类：聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其改 性产品和含三甲基硅烷基的高分子材料。 PDMS是目前工业化应用的气体分离膜中 最高的膜材料，美中不 足的是它有两大缺点：一是分离的选择性低，二是难以制备超薄膜。 O2的分离富集 此外，富氧膜大部分可作为CO2分离膜使用，若在膜材料中引入亲CO2的基团，如醚键、苯环等，可大大提高CO2的透过性。同样，若在膜材料中引入亲SO2的亚砜基团（如二甲亚砜、环丁砜等），则能够大大提高SO2分离膜的渗透性能和分离性能。具有亲水基团的芳香族聚酰亚胺和磺化聚苯醚等对H2O有较好的分离作用。 气体分离膜是当前各国均极为重视开发的产品，已有不 少产品用于工业化生产。如美国Du Pont公司用聚酯类中空 纤维制成的H2气体分离膜，对组成为70％H2，30％CH4， C2H6，C3H8的混合气体进行分离，可获得含90％H2的分离 效果。 (3) 气体分离膜的应用领域 此外，富氧膜、分离N2，CO2，SO2，H2S等气体的膜， 都已有工业化的应用。例如从天然气中分离氮、从合成氨尾气中回收氢、从空气中分离N2或CO2，从烟道气中分离SO2、从煤气中分离H2S或CO2等等，均可采用气体分离膜来实现。 一般说来，水果在收获后，仍会继续呼吸作用，果品将逐渐劣化以至腐烂，为抑制果品的呼吸，可适当降低其保藏容器中的氧气浓度，增加二氧化碳浓度。目前广泛采用由硅氧烷膜使氧气与二氧化碳等进行交换分离的方法。 具体示例 ：水果保鲜系统 外界气氛% O2 21 CO2 0 N2 79 仓库气氛% O2 CO2 92 N2 硅氧烷膜 衡量反渗透膜的主要参数 透水率 透盐率 抗压密性 反渗透膜的类型 结构分： 非对称膜 均质膜 复合膜 动态膜 材料分： 酸纤维膜 芳香聚酰胺膜 高分子电解质膜 无机质膜 渗透是自然界一种常见的现象。人类很早以前就已经自 觉或不自觉地使用渗透或反渗透分离物质。目前，反渗透技 术已经发展成为一种普遍使用的现代分离技术。在海水和苦 咸水的脱盐淡化、超纯水制备、废水处理等方面，反渗透技 术有其他方法不可比拟的优势。 （1）反渗透原理及反渗透膜的特点 渗透的原理是什么？ 如果用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透（图a）。这一过程的推动力是低浓度溶液