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第4章 膜分离 §4.1 概述 §4.2 纳滤 §4.3 超滤 §4.4 微滤 3.纳滤膜的传质机理和模型 经验公式： 非平衡热力学模型 溶解-扩散模型 荷电模型 其他模型 4.纳滤膜污染 溶质浓度 溶液的pH值 温度 流速和流型 浓差极化 控制方法： 对已经污染了的膜进行清洗。 改变进料的部分物理化学性质。 改变操作方式。 对膜表面进行改性。 5.影响纳滤膜分离性能的因素 操作压力和料液流速 操作时间 溶质回收率 溶质的分子粒径、极性和电荷 浓差极化 共离子和道南离子效应 离子浓度 pH值 初始通量和临界通量 膜表面电荷 膜面形状和结构 6.纳滤的应用 低聚糖分离精制 多肽和氨基酸分离纯化 抗生素分离纯化 其他制药工业 饮用水制备 超纯水制备 纳滤在抗生素的回收与精制上的应用 抗生素粗制料液 萃取液 萃余液 乙酸乙酯萃取 纳滤( 耐有机 溶剂, 疏水性) ( 传统)真空蒸馏 或共沸蒸馏 浓缩 有机溶剂可 继续作萃取剂 高浓度的抗生素 0.1-1% 抗生素回收 纳滤 有机溶剂 纳滤在各类肽的纯化与浓缩中的应用 传统方法:色谱柱分离, 并浓缩洗脱液 纳滤膜分离( 亲溶剂的MPF-42膜) 可以低温下操作使浓缩时间从几天缩短到几个小时 同时进行产品纯化( 小分子的有机物, 盐, 溶剂都透膜而过) 超滤又称为超过滤，通过膜的筛分作用将溶液中大于微孔的大分子溶质截留，使这些溶质与溶剂及小分子组分分离的膜过程。膜孔的大小和形状对分离起主要作用，通常认为膜的物化性质对分离影响不是很大。 小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液）。 §4.3 超滤 膜性能测试与表征 泡压法测定膜平均孔径??? 利用空气通过膜孔所需的压力与膜孔半径存在的关系，计算膜的平均孔径。 膜水通量的测定??? 一定压力下(0.1 MPa)，测定单位面积膜片在单位时间内透过的去离子水量。 膜的孔隙率测定??? 利用重量法，按下式计算该膜的孔隙率： 铸膜液浓度对膜结构、膜性能的影响 聚合物配比对膜结构、膜性能的影响 铸膜液温度对膜结构、膜性能的影响 添加剂PEG 600对膜结构和性能的影响 热致相分离（TIPS） 高分子-稀释剂均相溶液的制备。 将上述溶液制成所需要的形状，如薄膜、块状、中空纤维等。 冷却。 脱除稀释剂。 定向拉伸 晶态聚烯烃在熔融温度下纺丝成膜。 无张力条件下退火。 在垂直方向上对膜进行单向拉伸。 热定性。 痕迹刻蚀法 含中子的235U核分裂带电粒子对10～20μm厚的均相高分子膜进行放射性辐射。 将辐射后的膜放入含有氢氧化钠的刻蚀槽中进行刻蚀。 膜性能的表示法 物化稳定性 分离透过性 强度 允许使用压力 温度 pH值 抵抗性 分离效率 渗透通量 通量衰减系数 脱除率/截留率R 表观分离率RE 分离系数α/β 4.膜组件和膜系统 对膜能提供足够的机械支撑并可使高压原料液（气）和低压透过液（气）严格分开。 在能耗最小的条件下，使原料液（气）在膜面上的流动状态均匀合理，以减少浓度差极化。 具有尽可能高的装填密度，并使膜的安装和更换方便。 装置牢固、安全可靠、价格低廉和易于维修。 （1）板框式反渗透膜组件 （2）螺旋卷式膜组件 膜叶 透水网状材料 透过水 浓水 进水 螺旋卷式膜组件组合示意图 （3）管式膜组件 （4）中空纤维式反渗透膜组件 中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。 中空纤维外径50―200?m，内径25?42?m。 将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜束外侧覆以保护性格网，内部中间放置供分配原水用的多孔管，膜束两端用环氧树脂加固。 将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。 中空纤维反渗透组件简图 进水 浓水 透过水 多孔进水管 浓水出口 淡水出口 密封 中空纤维膜 外径50－200μ 内径25－42μ 密封 耐压容器 各型膜组件的比较 RO, DS 很难 低 很低 10000 中空纤维式 RO, UF, MF 难 低 低 800-1000 螺旋卷式 UF, MF, PV 容易 低 高 400-600 平板式 UF, MF 很容易 高 极高 20-30 管式 应用 膜面吸附层的控制 操作费 设备费 比表面积(m2/m3) 膜组件 各型优缺点 膜系统设计 死端操作 错流操作 膜操作方式 膜分离过程 单程系统 循环系统 膜分离过程中的浓差极化 形成原因：“浓差极化”：在膜分离过程中, 所有溶质均被透过液传送到膜表面, 不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用, 在膜表面附近浓度升高, 这种膜表面附近溶质浓度高于主体的现象称为浓差极化。 膜表面溶质浓度升高, 增大了膜两侧的渗透压差, 使有