3)单独的膜分离技术功能有限.ppt

膜分离技术 膜分离法系指以压力为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离的方法。膜过滤法的核心是膜本身，膜必须是半透膜，即能透过一种物质,而阻碍另一种物质。 Membrane Nomenclature 膜分离技术的类型 以推动力的过程分类 以浓度差为推动力的过程： 透析技术(Dialysis, DS) 以电场力为推动力的过程： A电透析，B离子交换电透析 以静压力差为推动力的过程： A微滤(microfiltration)，B超滤(untrafiltration)， C反渗透(reverse osmosis) 以蒸气压差为推动力的过程： A膜蒸馏，B渗透蒸馏 以分离应用领域过程分类 微滤(micro-filtration, MF) 超滤(untra-filtration, UF) 反渗透(reverse osmosis, RO) 透析(Dialysis, DS) 电透析(electro-dialysis, ED) 纳米膜分离(NF) 亲和过滤(affinity filtration, AF) 渗透气化(pervaporation, PV 膜分离法与物质大小的关系。 透析和反渗透 透析是以膜两侧的浓度差为传质推动力，从溶液中分离出小分子物质的过程。在生物分离中主要用于蛋白质的脱盐。 反渗透是在透析膜浓度高的一侧施加大于渗透压的压力，利用膜的筛分性质，使浓度较高的溶液进一步浓缩。用于海水淡化，药物浓缩，纯水制造。 微滤和超滤 微滤和超滤都是利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，主要用于截留固体微粒和高分子溶质。 微滤广泛用于细胞、菌体等的分离和浓缩，操作压力通常为0.05-0.5MPa。 超滤适用于1-50nm的生物大分子的分离，如蛋白质、病毒等。操作压力常为0.1-1.0MPa。 电渗析 电渗析是利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法，可用于小分子电解质的分离和溶液的脱盐。 早在19世纪中叶，己用人工方法制得半透膜，但由于透过速度低、选择性差和易阻塞等原因，未能应用在工业上。 1960年Loeb和Sourirajan获得一种透过速度较大的膜，具有不对称结构. 这种不对称结构是膜制造的一种突破，因为活性层很薄，流体阻力较小。且不易使孔道阻塞，颗粒被截留在膜的表面。此后膜过滤法逐渐走向工业化，20世纪70年代以后发展比较迅速．应用范围涉及到海水淡化、纯水制造、食品和乳品工业、污水处理和生物工程等领域。在此期间，世界膜销售额迅速增长。 17.1 膜材料和膜的制造 膜应该满足的特性 膜应具有较大的透过速度和较高的选择性. 机械强度好 耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭 可以高温灭菌 价廉等。 17.1膜材料:膜材料的种类 天然高分子材料 种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维 优点：醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造透析膜和微滤膜。 缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在45-50?C，pH3-8。 合成高分子材料 种类：聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯晴、聚烯类和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用于制造超滤膜。 优点：耐高温(70-80?C，可达125?C)，pH1-13，耐氯能力强，可调节的孔径宽(1-20nm)；聚酰胺膜的耐压较高，对温度和pH稳定性高，寿命长，常用于反渗透。 缺点：但聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa。 无机材料 种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化有孔径0.1um微滤膜和截留10kD的超滤膜，其中以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向上不对称 优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。 缺点：不易加工，造价高。 复合材料 种类：如将含水金属氧化物（氧化锆）等胶体微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介质表面形成膜，其中沉淀层起筛分作用。 优点：此膜的通透性大，通过改变pH值容易形成和除去沉淀层，清洗容易。 缺点：稳定性差。 制造膜的高分子材料很多，其中在工业上用得最广的是醋酸纤维素和聚砜。 醋酸纤维素系将纤维素的葡萄糖分子中的羟基进行乙酰化而制得，乙酰化程度越高就越稳定，因而常以三醋酸纤维素制造膜。醋酸纤维素有一定的亲水性，透过速度大，制成的膜截留盐能力强。适宜于制备反渗透膜，也可用于制备超滤和微滤膜。原料来源丰富。 醋酸纤维素膜的缺点有：最高使用温度为30