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* * 工业上多用于海水、苦咸水淡化、废水处理 生物分离中可用于氨基酸和有机酸等小分子的脱盐和分离纯化。 电渗析应用 * 7 渗透蒸发 渗透蒸发原理 它是利用膜与被分离有机液体混合物中各组分的亲合力不同(料液侧为疏水膜),而有选择性地优先吸附溶液某一组分,及各组分在膜中扩散速度不同,在膜两侧分压差的作用下达到分离的目的。 * 渗透蒸发原理示意图 渗透蒸发膜 混合液 疏水膜 抽真空 * 特点: 不存在蒸馏法中的共沸点的限制,适合共沸点和挥发相差小的双组分分离。 与反渗透相比,渗透蒸发透过侧组分以气体存在,消除了渗透压的作用,可在低压下进行,适合高浓度混合物的分离。 渗透应用: 有机溶剂脱水、水的净化、有机混合物分离,低醇 酒生产。 渗透蒸发 * 过程 膜结构 驱动力 应用对象 实 例 微滤 对称微孔膜 0.05~10μm 压力差 消毒、澄清收集细胞 培养悬浮液除菌,产品消毒,细胞收集 超滤 不对称微孔膜 1~50nm 压力差 大分子物质分离 蛋白质的分离/浓缩/纯化/脱盐/去热源 纳滤 复合膜<1nm 压力差 Donna效应 小分子物质分离 糖/二价盐/游离酸的分离 反渗透 致密膜、复合膜<1nm 压力差 小分子物质浓缩 单价盐/非游离酸的分离 透析 对称的或不对称的膜 浓度差 小分子有机物/无机离子 除小分子有机物或无机离子 电渗析 离子交换膜 电位差 离子脱除、氨基酸分离 海水淡化,纯水制备,生产工艺用水 渗透蒸发 致密膜 气压差 小分子有机物与水的分离 醇/乙酸与水分离,有机液体混合物分离(如脂烃与芳烃的分离等 几种膜分离技术的适用范围 * 三、表征膜性能的参数 孔的特征 水通量 截断分子量 pH适用范围 抗压能力 对热和溶剂的稳定性等 制造商通常提供这些数据 * 1 孔道特征-孔径 孔径常用泡点法测定。 将膜表面复盖一层溶剂(通常为水),从下面通入空气,逐渐增大空气压力,当有稳定气泡冒出时的压力,称为泡点压力 根据下式,即可计算出孔径: d=4γ COSθ/P 式中d为孔径,γ为液体的表面张力,θ为液体与膜间的接触角,P为泡点压力。 孔径和孔径分布也可直接用电子显微镜观察得到,特别是微孔膜,其孔隙大小在电镜的分辨范围内。 * 显微镜下膜的照片 * 孔径分布是指膜中一定大小的孔占整个孔的体积百分数; 孔径分布数值越大,说明孔径分布较窄,膜的分离选择性越好。 1 孔道特征-孔径分布 * 孔隙度是指整个膜孔所占的体积百分数;孔隙度越大,流动阻力越小,但膜的机械强度会降低。 1 孔道特征-孔隙度 * 2. 截留率和截断分子量 膜对溶质的截留能力以截留率R来表示,其定义为 R=1- Cp/Cb 式中Cp和Cb分别表示在某一瞬间,透过液和截留液的浓度。 如R=1,则Cp=0,表示溶质全部被截留; 如R=0,则Cp= Cb,表示溶质能自由透过膜。 * 得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。 质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质分离完全; 反之,斜坦的截断曲线会导致分离不完全。 * 分子形状:线状分子易透过,?线 ?球; 吸附作用:溶质吸附于膜孔壁上,降低膜孔有效直径 浓差极化作用:高分子溶质在膜面沉积,使膜阻力?,较小分子溶质的截留率?,分离性能?。 温度/浓度,T? C?,使??,因为膜吸附作用?; 错流速度?,??,因为浓差极化作用?; pH、离子强度影响蛋白质分子构型,影响?。 影响截留率的因素 * MWCO与孔径 MWCO(球状蛋白质) 近似孔径(nm) 1000 2 10 000 5 100 000 12 1000 000 29 截断分子量:(MWCO)相当于一定截留率(通常为90%或95%)的分子量,随厂商而异。由截断分子量按可估计孔道大小。 * 渗透通量:纯水在一定压力,温度(0.35MPa,25℃)下 试验,透过水的速度L / h?m2。 JW = V / A t 同类膜,孔径?,水通量Jw?。 水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度,因为大分子 溶质会沉积在膜表面,使滤速下降(约为纯水通量的10%) 由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。 3. 渗透通量 * 1925年以来,差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用 30年代 微滤 40年代 透析 50年代 电渗析 60年代 反渗透 70年代 超滤 80年代 纳滤 90年代 渗透汽化 概 述 * ★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
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