膜的定义和分类幻灯片.pptVIP

10.2 膜分离 10.2.1 膜的定义和分类 定义：膜是分离两相的中间相。有分离作用的膜称之为分离膜，通常亦简称为膜。 膜分离过程：分离膜以特定的方式限制两相间的物质传递，使不同的物质以不同的速率透过膜，实现物质的分离。 膜 中间相 相Ⅰ 相Ⅱ 原料 透过物 传质推动力 物质透过膜的主要三种方式： 被动传递 促进传递 主动传递 ◆ 被动传递： 物质由高化学位相向低化学位相传递， 这一化学位的差就是膜分离过程的推动力。 压力差 浓度差 电位差 温度差 推动力 A A μ‘A μ‘’A μ‘Aμ‘’A 被动传递 ◆ 促进传递：膜内有载体，在高化学位一侧，载体同被传递的物质发生反应，而在低化学位一侧又将被传递的物质释放，这种传递过程有很高的选择性。 ◆ 主动传递：膜中的载体同被传递物质在低化学位侧发生反应并释放能量，使被传递物质由低化学位一侧被传递到高化学位一侧，物质的传递方向为逆化学位梯度方向。 μ‘Aμ‘’A A+B→AB A AB → A+B A μ‘A μ‘’A 化学反应 主动传递 B AB μ‘Aμ‘’A A+B→AB A AB → A+B A μ‘A μ‘’A 促进传递 B AB 膜的分离性质 选择性：不同物质在两相中的浓度变化比 透过性：单位推动力下，物质在单位时间内 膜的分类： 分类依据 分类 来源 天然膜、合成膜 状态 固体膜、液膜、气膜 材料 有机膜、无机膜 结构 对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、复合膜 电性 非荷电膜、荷电膜 形状 平板膜、管式膜、中空纤维膜 制备方法 烧结膜、延展膜、径迹刻蚀膜、相转换膜、动力形成墨 分离体系 气-气、气-液、气-固、液-液、液-固分离膜 分离机理 吸附性膜、扩散性膜、离子交换膜、选择性膜、非选择性膜 分离过程 反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗析膜、渗析膜、渗透蒸发膜 透过单位面积膜的量 10.2.2 膜分离过程 在一定传质推动力下，利用膜对不同物质的透过性差异， 对混合物进行分离的过程。 机理模型： 不可逆热力学模型 传递机理模型 膜分离过程：气体膜分离、渗透蒸发、渗析、电渗析、反渗透、 纳滤、超滤、微滤、膜萃取、膜吸收、膜精馏、促进传递、液膜、 气膜等过程。 其中：渗析、电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤技术已很成熟， 应用也广泛。 10.2.3 膜的形态结构 (1) 膜的形态结构：主要研究膜的断面与表面。 ◇ 均相膜和异相膜 均相膜：均匀地呈单相存在； 异相膜：不是呈单相存在。 ◇ 致密膜和多孔膜 致密膜：结构最紧密的膜； 多孔膜：结构较疏松的膜。 ◇ 对称膜和非对称膜 对称膜：膜的厚度方向结构均一、同性； 非对称膜：同种材料，沿膜的厚度方向上呈不同结构。 (2) 膜的孔 ①　膜孔的结构 具有多样性，不同的膜具有不同的孔结构，同一张膜 也会具有不同的孔结构。 ◇ 复合膜：在对称或非对称的底膜上，复合上一层很薄的、致密的、有特殊功能的另一种材料的膜层。 ② 膜的孔径、孔径分布、孔密度和空隙率 膜的孔径: 膜内孔的直径, 有最大孔径和平均孔径之分； 孔径分布: 某一孔径的孔体积占整个孔体积的百分数； 孔密度: 单位膜面积上孔的数目； 空隙率: 所有孔体积占整个膜体积的百分数。 ③ 膜的厚度 整个膜厚、膜的某个层次厚度之分。 均质膜 —— 一般较厚，透量较小； 复合膜 —— 可使致密层厚度极薄。 10.2.4 反渗透与纳滤 (1) 反渗透的基本原理 溶解-扩散理论：① 溶剂和溶质被吸附溶解于膜表面； ② 溶剂和溶质在膜中扩散传递，最终透过膜。 溶剂 溶液 膜 渗透 溶剂 溶液 ∏=ρgH 平衡 H 溶剂 溶液 反渗透 p ∏ p （2）浓度极化 改变操作条件控制浓度极化： ① 增加原料液的流速； ② 适当提高操作温度 透过快的组分 透过慢的组分 推动力 膜 浓度极化示意图 （3）膜的污染 操作一定时间后，膜表面被不溶的沉积物所覆盖，使膜的 性能下降。 主要原因：原料液处理不当所造成的。如：①悬浮颗粒；②膜表面结垢；③细菌污染；④金属氧化物、有机物、淤泥等。 （4）纳滤 纳滤过程与反渗透过程极为相近，纳滤膜能够拦截纳米数量级的分子。与反渗透相比，纳滤水透量大、操作压力低、成本低纳滤可以用于脱除水溶液中的杂质和有机物，如印染水的脱色、饮用水的预处理等。 10.2.5 超过滤与微孔过滤 以压力为推动力的膜分离过程。 超滤：截留大