反渗透膜分离技术的创新性进展.ppt

第四章 膜分离 Membrane Separation 第一节 概述 第二节 反渗透和纳滤 第三节 超滤和微滤 第四节 电渗析 第五节 气体分离 第六节 液膜分离 第四章 膜分离 含有两个或两个以上组分的流体（真溶液、乳油液、悬浮液等）在容器中通过一固体膜，借该膜的选择性以及膜两侧的能量差（例如静压差、浓度差、电位差等）将某种成分或一组分子大小相接近的成分和流体中其他组分（溶剂）分离，以达浓缩溶质或净化溶剂的技术，通称固膜分离技术 气体系统:有压力扩散、质量扩散等 液体系统:有反渗透、超过滤、渗析、电渗析等 第四章 膜分离 固膜分离技术的研究和应用虽有百年以上的历史，但由于制膜的技术所限，在工业上得到实际应用还仅一二十年的时间 渗析为最古老的固膜分离技术，它是利用动物的膀胱或具有渗透性的纸为半透膜进行浓缩高分子成品、分离掉盐或低分子物质的操作 1855年费克（Fick）用陶瓷管浸入硝酸纤维乙醚溶液中制成“超滤”半透膜 第四章 膜分离 1930年左右，硝酸纤维膜出现于市场，用于过滤病毒、血清蛋白等 1939年Manegold等提出发展合成离子交换材料，直至1952年Hass公司才开发出了具有选择性离子交换膜 1955年建立了咸水脱盐中试厂 1957年建成工业规模电渗析盐厂 60年代纤维素超滤膜和醋酸纤维素半透膜的出现促进了超滤和反渗透技术 第一节 概述 1膜性能的表示方法 膜性能包括膜的分离透过特性和物化稳定性两个方面 物化稳定性: 膜的强度、允许使用压力、温度、pH值以及对有机溶剂和各种化学药品的抵抗性，它是决定膜的使用寿命的主要因素 分离透过特性: 1膜性能的表示方法 1.1渗透通量 膜分离过程中的物质迁移现象是一种不可逆的传质过程 所有的物流量与所有的驱动力之间存在着线性关系，常用不可逆过程的线性唯象方程式来描述: 1.2分离效率 对于溶液脱盐或脱微粒和某些高分子物质的脱除等用脱盐率或截留率R表示 1.3通量衰减系数 过程的浓差极化、膜的压密及膜孔堵塞等原因，膜的渗透通量将随时间而衰减 2膜材料 2.1膜材料的来源 分为天然膜和合成膜 合成膜:可分为无机材料膜和有机高分子膜 制膜的高分子材料，如各种纤维素酯、脂肪族和芳香族聚酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、硅橡胶等 2.1膜材料的来源 (1)纤维素衍生物类(再生纤维素Cellu、硝酸纤维素CN、醋酸纤维素CA、乙基纤维素EC、其他纤维素衍生物)； (2)聚砜类(双酚A型聚砜PSF、聚芳醚砜PES、酚酞型聚醚砜PES-C、聚芳醚酮)； (3)聚酰胺类(脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜酰胺、反渗透用交联芳香含氮高分子)； (4)聚酰亚胺类(脂肪族二酸聚酰亚胺、全芳香聚酰亚胺、含氟聚酰亚胺)； (5)聚酯类(涤纶PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚碳酸酯PC)； 2.1膜材料的来源 (6)聚烯烃类(聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1PMP)； (7)乙烯类聚合物Vinylpolymers(聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯PVC、聚偏氯乙烯PVDC)； (8)含硅聚合物(聚二甲基硅氧烷PDMS、聚三甲基硅丙炔PTMSP)； (9)含氟聚合物(聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF)； (10)甲壳素类(脱乙酰壳聚醣、胺基葡聚醣、甲壳胺Chitosan)。 2.2膜的断面的物理形态 固体膜可分为对称膜、非对称膜 非对称膜:特点——膜的断面不对称 表面活性层很薄，厚度0.1～1.5μ，膜的分离作用主要取决于这一层，表面活性层致密无孔或孔径小于1nm的用于反渗透、气体分离等。 表面活性层孔径1～20nm的膜为超滤膜 支撑层厚50～250μm起支撑作用，它决定膜的机械强度，呈多孔状 2.2膜的断面的物理形态 2.3膜的厚度和孔径 致密膜为均匀的致密薄膜，致密膜的渗透阻力与膜的厚度成正比，因此，常把膜做得很薄（5nm～5μm），称为超薄膜 微孔膜的平均孔径0.02～10μm，有多孔膜和核孔膜。前者呈海绵状，膜孔大小有一较宽的分布范围，膜厚50～250μm；核孔膜用10～15μm 的致密膜经特殊处理制得，特点为圆柱形直孔，孔径均匀，开孔率小 复合膜由在非对称性超滤膜表面加一层0.25～15μm 厚的致密活性层构成 2.4膜的功能 可分为离子交换膜、渗析膜、超滤膜、反渗透膜、渗透汽化膜和气体膜等 2.5膜对水的亲合性差别 可分为亲水膜和疏水膜之分 2.6膜的表面电荷划分 可分为荷电膜和非荷电膜 如离子交换膜属于亲水荷电膜 2.7固体膜的外观划分 平板式:上述均可制成平板膜 管式膜: 有直径较大的有多孔支撑管的管状膜和无支撑的中空纤维膜两种 槽式膜: 槽条直径3mm左右，上有3～4