第六章_膜分离技术试卷.ppt

（1）电渗析器的组装 电渗析器的组装依其应用不同而有所不同。其组装的情况是用级和段来表示的。 级：一对正、负电极之间的膜堆称为一级。 段：具有同一水流方向的并联膜堆称为一段。 电渗析器的组装示意图 * （2）电渗析器的级与段 一级一段 一级两段 两级一段 两级两段 一对正、负电极之间的膜堆称为一级 具有同一水流方向的并联膜堆称为一段 （3）实际应用的电渗析器 * 4.6 渗透蒸发技术 1. 渗透蒸发技术和渗透蒸发膜的特点 渗透蒸发是近十几年中颇受人们关注的膜分离 技术。渗透蒸发是指液体混合物在膜两侧组分的蒸 气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达 到分离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手 段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。具有一 次分离度高、操作简单、无污染、低能耗等特点。 * 渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分 离液体混合物。其原理如图6所示。由高分子膜将装置分 为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与 真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过 高分子膜的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。 由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因 而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸 气冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内 渗透组分的浓度梯度。 * 图6a 渗透蒸发分离示意图(真空气化) * 图6b 渗透蒸发分离示意图(惰性气体吹扫) * 2. 制备渗透蒸发膜的材料 （1）渗透蒸发膜材料的选择 对于渗透蒸发膜来说，是否具有良好的选择性 是首先要考虑的。基于溶解扩散理论，只有对所需 要分离的某组分有较好亲和性的高分子物质才可能 作为膜材料。 * 如以透水为目的的渗透蒸发膜，应该有良好的亲水性，因此聚乙烯醇（PVA）和醋酸纤维素（CA）都是较好的膜材料；而当以透过醇类物质为目的时，憎水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）则是较理想的膜材料。 * （2）制备渗透蒸发膜的主要材料 用于制备渗透蒸发膜的材料包括天然高分子物 质和合成高分子物质。 天然高分子膜主要包括醋酸纤维素（CA）、羧 甲基纤维素（CMC）、胶原、壳聚糖等。 * 用于制备渗透蒸发膜的合成高分子材料包括聚 乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PSt）、 聚四氟乙烯（PTFE）等非极性材料和聚乙烯醇 （PVA）、聚丙烯腈（PAN）、聚二甲基硅氧烷 （PDMS）等极性材料。 * 3. 渗透蒸发技术应用领域 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。 * 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。 * 4.7 气体分离膜 * 1. 气体分离膜的分离机理 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）非多孔均质膜的溶解扩散机理 该理论认为，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。 （2）多孔膜的透过扩散机理 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。 * 2. 制备气体分离膜的材料 （1）影响气体分离膜性能的因素 1）化学结构的影响 2）形态结构的影响 （2）制备气体分离膜的主要材料 根据不同的分离对象，气体分离膜采用不同的材料制备。 * 1）H2的分离 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。 2）O2的分离富集 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。