膜分离技术课件幻灯片.ppt

膜分离技术简介 二○○七年七月 目录 发展简史 基础知识 常用技术 设备简介 特点 展望 致谢 人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多年的漫长过程。大致历程（20世纪）： 30年代：微孔过滤 40年代：透析 50年代：电渗析 60年代：反渗透 70年代：超滤和液膜 80年代：气体分离 90年代：渗透汽化 一、发展简史 国内研究历程 1958年开始研究离子交换膜； 1965年开始对反渗透膜进行探索； 1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，为电渗析工业应用奠定了基础； 70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发，进而进入推广应用阶段； 80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步； 90年代国家科技部对无机陶瓷微滤膜的工业化技术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。 二、基础知识 1. 膜（membrane） （1） 定义：在一定流动相（液体or气体）中，有一薄层凝聚相物质，把流动相分隔成两部分，这一薄层即为膜。其厚度在0.5mm以下。 （2）分类： 按孔径不同（or截留分子量）:可分为 微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜 按材料不同：无机膜(微滤膜，如：陶瓷膜和金属膜) 有机膜（高分子材料做成，如醋酸纤维素CA、聚醚砜PES、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等）。 按结构分 对称膜 （均相膜） ：结构与方向无关 不对称膜（非均相膜）：结构与方向有关 活性层：过滤作用（0.1--1um） 支持层：支持作用 (100—200um) (3)膜性能参数 MWCO,通量，抗压能力，PH适用范围，对热和温度的稳定性等。 （4）膜的污染与清洗 污染：膜在使用过程中，尽管操作条件不变，但通量仍逐渐降低的现象。不可逆，必须清洗后才能消除。 浓差极化：可逆，改变操作条件可消除； 清洗： ●NaOH:水解蛋白质，皂化脂肪，溶解某些生物大分子 ●酸：HNO3，H3PO4， HCl（去除无机物） ●表面活性剂：SDS（乳化，湿润，分散生物大分子等 ●氧化剂：NaClO(强氧化能力) ●酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定 作用。 ●有机溶剂：20%--50%的乙醇可用于膜装置的灭菌和去除油脂等。但系统必须符合防爆要求。 2.?原理：膜分离技术是以选择性多孔薄膜为分离介质，使分离的溶液借助某种推动力（如：压力差、浓度差、电位差等）通过膜，低分子溶质透过膜，大分子溶质被截留，以此来分离溶液中不同分子量的物质，从而达到分离、浓缩、纯化目的。 示意图 3.膜分离过程类型 推动力 过程 孔径 机制 静压力差 MF，UF， NF，RO 1000 dalton ---10um 筛分 浓度差 渗析（透析） 1—3nm 筛分+ 扩散 蒸气分压差 膜蒸馏（MD） 微孔 扩散 渗透蒸发（PV） 无孔 电位差 电渗析 200 dalton 离子迁移 4.膜过滤方式： 终端过滤(dead end filtration )? 以压力作为推动力，料液流动方向 与滤膜表面垂直，并且透过液方向与料 液一致。 错流过滤（cross flow filtration） 透过液方向垂直于进料的方向，而 料液流动方向与滤膜表面平行，进料以 一定流速冲刷膜表面,减小浓差极化效应。  ★以微滤为例，主要根据料液中固形物的含量多少来确定，0.1%时，选用终端过滤， 0.5%则基本采用错流过滤。 三、常用技术分类 压力推动膜过程和各自分离特征 1.微滤（Microfiltration,MF） 微滤的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 特别适用于微生物、细胞碎片、微细沉淀物和其他在“微米级”范围的粒子。 2.超滤(Ultrafiltration,UF) 原理：以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质。在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。 分类：一般分为板框式（板式）、中空纤维式、管式、卷式等多种结构。 应用：浓缩，脱盐，分离，纯化，去热原，缓冲液置换等。 ★两种压力差