《膜分离技术》PPT课件.ppt

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6 膜分离技术 (membrane separation);本讲的主要内容;膜是什么?;什么是膜分离技术?;概 述;年代;1911;分离过程;;1955’ 美国——电渗析——海水脱盐淡化;可编辑课件;电渗析除盐装置;1965’ 美国——反渗透——海水脱盐、饮用水生产;★膜分离的特点 ①操作在常温下进行; ②是物理过程,不需加入化学试剂; ③不发生相变化(因而能耗较低); ④在很多情况下选择性较高; ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成; ⑥设备易放大,可以分批或连续操作。 因而在生物产品的处理中占有重要地位;膜分离技术的重要性;膜分离技术的重要性评论: 美国官方文件曾说“18世纪电器改变了整个工业进程,而20世纪膜技术将改变整个面貌”,又说“目前没有一种技术,能像膜技术这么广泛地被应用”。 国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” 日本则把膜分离技术作为21世纪的基础技术进行研究和开发。;在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上,明确指出“在21世纪多数工业中,膜过程扮演着战略的角色”。 世界著名的化工与膜专家,美国国家工程院院士,北美膜学会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学时说:“要想发展化工就必须发展膜技术”。 国际上流行的说法“谁掌握了膜技术,谁就掌握了化工的未来”;6.1 膜材料 与膜的制造;膜材料的特性;(一)膜材料;目前,实用的有机高分子膜材料有:纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。 从品种来说,已有成百种以上的膜被制备出来,其中约40多种已被用于工业和实验室中。;1、纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个葡萄糖基通过1, 4-β-糖苷链连接起来的天然线性高分子化合物,其结构式为:;从结构上看,每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化剂(如硫酸、高氯酸或氧化锌)存在下,能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应,得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。;①透过速度大 ②截留盐的能力强 ③易于制备 ④来源丰富 ⑤不耐温(30℃) ⑥pH 范围窄,清洗困难 ⑦易受微生物侵袭 ;2、非纤维素酯类膜材料 (1)非纤维素酯类膜材料的基本特性 ① 分子链中含有亲水性的极性基团; ② 主链上应有苯环、杂环等刚性基团, 使之有高的抗压性和耐热性; ③ 化学稳定性好;;pH值适应范围为1~13,最高使用温度达120℃,抗氧化性和抗氯性都十分优良。已成为重要的膜材料之一。 这类树脂中,目前的代表品种有:;聚酰胺(俗称尼龙)是指分子主链上含有酰胺基团(-NHCO-)的高分子化合物。英文为polyamide,缩写为PA。 早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺,如尼龙-4、尼龙—66等制成的中空纤维膜。 以后发展了芳香族聚酰胺,用它们制成的分离膜,pH适用范围为3~11。长期使用稳定性好。;脂肪族聚酰胺;芳香族聚酰胺;聚酰胺含有酰胺基团(-CO-NH-),亲水性好,且其机械稳定性、热稳定性及水解稳定性均很好,是最典型的反渗透膜材料之一,不耐氯。 与醋酸纤维素反渗透膜相比,它具有脱盐率高、通量大、操作压力要求低、pH 范围广(4-11)。;用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚四氟乙烯等。 共聚物包括:聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯/乙烯醇等。 ;磺酸:R-SO3H 羧酸:RCOOH 全氟:R中氢原子全被氟取代而成。 共聚物:e.g. 全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物 ;分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。 ; 方法:烧结法、溶剂浇铸法、熔压法、径迹蚀刻法、拉伸法、相转化法等。 (1) 烧结法—— 将一定大小颗粒的粉末进行压缩,然后在高温下烧结。烧结过程中,颗粒间的界面消失。可采用这种制备方法的材料有,聚合物粉末(聚乙烯,聚四氟乙烯,聚丙烯),金属(不锈钢,钨),陶瓷(氧化铝,氧化锆),石墨(碳)和玻璃(氧化硅)。 (2)溶剂浇铸法——用浇铸刀或压延棒将制膜液在平整玻璃板或钢板上流延成膜,然后使溶剂蒸发,在板上即可形成均匀的聚合物薄膜。 (3) 熔压法——将碾细的聚合物置于两块平板间,加热使之熔化,并在高压下保持几分钟,冷却后即可制得。(适用于聚乙烯、聚丙烯、尼龙等不溶于流延液的膜材料);(4) 径迹蚀刻法——膜片接受高能粒子辐射,聚合物受到损伤形成径迹,再将此膜片浸入腐蚀性溶液中,径迹处即被腐蚀而形成圆柱形的孔,且分布均匀。(孔径0.02-10μm,由浸蚀的时间决定) (5) 拉伸法——在接近熔点的温度下把膜材料压紧,冷却后进行拉伸,使聚合物的结晶结构被破坏,产生孔隙。 (6) 相转化法——通过适当途径使聚合物制膜液由液态转化为固态即可。 途径有:溶剂蒸发、溶剂沉淀等。;相转化制膜工艺 相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加

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