6 膜分离过程.ppt

第六章 膜分离过程Chapter 6 Membrane separation;膜分离技术;膜分离技术的地位和影响;6.1 概述;从总体来看，膜技术的发展大致可分为三个阶段： （1）50年代为奠定基础的阶段，主要是进行膜分离科学的基础理论研究和膜分离技术的初期工业发展。 （2）60~70年代为发展阶段，许多膜分离技术实现了工业化生产，并得到了广泛应用。 （3）80年代之后为发展深化阶段，主要是不断提高以实现工业化膜分离技术水平和扩大应用范围，开拓新的膜分离与膜催化技术，其中无机膜材料的研究与开发显示出诱人的前景和巨大的潜力。 ; 膜的发展历史;膜分离发展过程和趋势;目前已经开发和使用的膜技术有：;;;6.2 膜分离过程的类型;;; 以静压力差为推动力的膜分离有四种：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），它们在粒子或被分离分子的类型上具有差别。;微滤（MF）; 超滤（UF） 以多孔细小薄膜为过滤介质，但孔径更小，为0.001~0.02 μm，分离推动力仍为压力差。;中空纤维超滤膜结构;超滤膜装置;纳米膜过滤技术（NF）;纳滤膜的主要产品 Membrane products Kiryat Weizmann，MPW (以色列) Desalination System (美国) SelRO, DESAL-5, FT- 40等系列膜，Filmtech公司（美国，明尼苏达） ;纳滤的应用;　　　　　　　　反渗透（RO）; 反渗透(RO) ;工业应用的反渗透装置;工业应用的反渗透装置的膜组件之间的连接;;微滤 0.1～10?m： 悬浮颗粒;（1）膜蒸馏技术; 注：在以水溶液进行膜蒸馏时，如果溶质的挥发性比水更大，则蒸馏液的主要成分应该是溶质。例如，当暖侧为乙醇水溶液时，由于乙醇的挥发性比水强，乙醇将不断的从暖侧进入冷侧；如果暖侧为乙酸水溶液时，由于乙酸的挥发性比水弱，水将不断的从暖侧进入冷侧。; 膜蒸馏过程的特点;（2）渗透气化（Pervaporation，PV）;渗透气化 ;膜蒸馏技术与渗透蒸发相比： 相同之处：推动力均为蒸气压差；均有液相到气相的转变 不同之处：后者是先渗透后汽化，膜蒸馏是先汽化后渗透过膜;透析(DS) 操作：将料液装入透析袋中，封口后中浸入透析液中，一定时间即可。 用途： A、血液透析； B、生物大分子溶液的脱盐； 优点： A、方法和设备简单，价格低廉； B、实验室最常用的样品脱盐方法 缺点： A、透析的速度缓慢； B、溶质稀释。;;.;6.2.4 以电位差为推动力的膜分离过程;1）推动力：电位差 2）透过组分：离子 截留组分：所有非解离和大分子颗粒 3）膜类型：离子交换膜 ①阴离子交换膜:只允许阴离子通过而阻止阳离子通过。主要为季胺型，即R-N(CH3)3OH，在水中解离为R-N+(CH3)3，带正电，吸引水中负离子可与OH-交换通过。 ②阳离子交换膜：只允许阳离子通过而阻止阴离子通过。主要为磺酸基型，即R-SO3H，在水中解离为R-SO3- ，带负电，吸引水中阳离子可与H+交换通过。;4）分离原理——根据电解质离子选择传递进行分离 在盐的水溶液（如氯化钠溶液）中置入阴、阳两个电极，并施加电场，则溶液中的阳离子将移向阴极，阴离子则移向阳极，这一过程称为电泳。如果在阴、阳两电极之间插入一张离子交换膜（阳离子交换膜或阴离子交换膜），则阳离子或阴离子会选择性地通过膜，这一过程就称为电渗析。;正极 阴离子交换膜 负极;+; 自电渗析技术问世后，其在苦咸水淡化，饮用 水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。 随着电渗析理论和技术研究的深入，我国在电 渗析主要装置部件及结构方面都有巨大的创新，仅 离子交换膜产量就占到了世界的1/3。我国的电渗析 装置主要由国家海洋局杭州水处理技术开发中心生 产，现可提供200m3/d规模的海水淡化装置。; 中草药有效成分的分离和精制：通过电渗析一般可以把中草药提取液分离分成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分。 电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处 理方面也发挥着重要的作用。特别是与反渗透、纳 滤等精过滤技术的结合，在电子、制药等行业的高 纯水制备中扮演重要角色。 ;实际应用的电渗析器;6.3.1 膜的定义和类型（1）膜的概念;显微镜下膜的照片;（2）膜的分类; 固体膜;①有孔膜和无孔膜;② 膜对称性;不对称膜：主要由起膜分离作用的表面活性层和起支撑强化作用的惰性层构成。惰性层孔径很大，对透过流体