《分离技术》第5章新型膜分离技术.ppt

第五章 新型膜分离技术 1. 概述 膜蒸馏是膜技术与蒸发过程结合的分离过程，具有相态变化，是一种发展很迅速的膜分离技术。它利用疏水性微孔膜提供很大的传质表面来实现水溶液汽化和传质的分离过程。 传质推动力：是膜热侧和冷水侧溶液间的温度差所引起的气相压差。 优点：是在常压和稍高于常温下操作，可充分利用废热和低温余热，设备要求低，操作方便，过程中溶液浓度变化的影响小，所以广泛用于制取纯水和溶液脱水浓缩。 性质：利用高分子膜的微孔性、疏水性和低导热性而达到水纯化和溶液浓缩的膜分离技术。是一种以温度为推动力的运行过程，在膜两侧表面边界的两种含水流体有不同的温度，温度差造成蒸气压力差使蒸气分子经过膜孔进行传输，与蒸馏中的蒸发、传输和冷凝过程相类似。 但膜蒸馏可在低于溶液沸点和正常压力下进行，能利用工业废热、太阳能等。 膜蒸馏用的膜有聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等疏水性微孔膜。可以用卷式、中空纤维式、管式或板框式组件构成膜蒸馏设备。 可以进行废水处理或某些化学物质的分离、加收以及产品浓缩等。 2.膜蒸馏的发展过程 1966年美国内务部盐水局的海水淡化研究报告中最先介绍了膜蒸馏； 1967~1969年间，Findley在美国和Vanhavte，Hendergcky在欧洲同时进行了实验； 1982年Gore在Honololo召开的WSIA国际会议上发表了用膜蒸馏进行海水淡化的报告，从此膜蒸馏成为世界上注目的研发焦点； 80年代后聚丙烯（PP），聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVDF）等疏水性微孔膜的开发使膜蒸馏理论和应用研究有了很大进展； 我国吴庸烈等人发现了膜蒸馏可以将水溶液浓缩至很高浓度； 王英等用膜蒸馏方法从天然水中结晶出了食盐和芒硝。 基本原理 在疏水性微孔膜一侧通入热水(料液),在常压下,水和溶于水的无机盐不能浸润和透过膜,在膜和水界面上的水会蒸发,生成水蒸气能穿过膜的微孔向膜的另一侧迁移并冷凝成纯水。由膜孔热侧高水蒸气压和冷侧面低水蒸气压产生的蒸汽压差使热侧水汽化并通过膜孔扩散到冷侧凝结，从而实现水溶液组分的分离。 二.膜蒸馏的传质传热过程理论 A.传质过程 膜蒸馏的传质过程是水蒸气以对流和扩散方式通过微孔膜孔而产生。传质推动力来自膜两侧的水蒸气压差，而阻力来自膜结构和气隙室。 　 水蒸气通过膜微孔是，目前用三种数学模型来描述：①努森扩散；②费克流动；③分子扩散。但都有极限性。所以综合上述三种提出下面新的表达形式： 　　N=C(ph-pc） 式中N——质量流量 C——膜质量迁移系数 ； ph——热水侧水蒸气压力 Pc——冷水侧水蒸气压力 或者写为 N=Cdp/dT(Th-Tc) Th,Tc为热侧和冷侧的温度 5.2膜基吸收 膜基吸收是以多孔的疏水或亲水膜为传递介质,并与气体吸收过程相结合的一种分离技术. 膜基吸收过程有膜孔内充满气体和膜孔内充满吸收剂两种操作方式. 5.3膜基萃取 膜基萃取是利用微膜孔的亲水性或疏水性并与萃取过程相结合的新型分离技术。 在膜萃取时萃取剂与料液分别在微孔膜的两侧，传质过程发生在分隔两液相的微孔膜的一个表面进行，没有相分离和聚结行为发生。 5.4亲和膜分离 亲和膜分离是传统膜分离技术与亲和色谱分离技术的集成，是一种十分有效的分离方法。 内容：包括两个分支 亲和膜分离：制备带有亲和配基的分离膜，直接进行产物分离； 亲和-错流膜过滤：将水溶性或非水溶性的高分子亲和载体与产物进行特异性反应，然后进行错流过滤； 亲和膜基材料 膜表面要有足够多的并可利用的化学基团； 表面积和孔径要足够大 孔分布要窄而均匀，以获得高的通透量和分离效率： 机械强度要高： 要耐酸碱和高温； 亲和配基及手臂 1，特异性配基具有高度的专一性，只与特定的生物分子相结合 2，通用性配基在一定条件下可与一种或几种生物分子作用，其配基一般是简单的小分子。其纯化生化产品时容量大，费用低。 亲和膜制备 选用合适的配基(Ligand)，与手臂链相连，构成带有亲和配基的分离介质 亲和膜可制成平板式、管式、中空纤维式等。 亲和膜分离技术 分离膜的改性：通过化学改性，在载体表面连接上一条“手臂链”（大于三个碳原子）； 亲和络合：将混合物缓慢地通过膜，使要分离的物质与亲和配基产生特异性作用，形成配基与配位物（Ligate）的复合体； 洗脱：改变条件（洗脱液组成、pH、离子强度、温度等），使复合