超滤微滤技术的应用和原理.ppt

关于超滤微滤技术的应用和原理第1页，共35页，星期日，2025年，2月5日*一、超滤的定义超滤是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程，它介于纳滤和微滤之间，膜孔范围在1nm-0.05um.第2页，共35页，星期日，2025年，2月5日*二、超滤的发展进程1861年Schmidt首次公布了牛心胞薄膜截留可溶性阿拉伯胶的实验结果；1867年，Traube制成第一次人工膜；1907年开始使用“超滤”这一术语；20世纪70年代，超滤从实验规模进入工业化应用；我国从20世纪70年代开始研究，随后进入快速发展阶段。第3页，共35页，星期日，2025年，2月5日*三、超滤的用途超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物（蛋白质、核酸聚合物、淀粉、天然胶、酶等）、胶体分散液（粘土、颜料、矿物料、乳液粒子、微生物）以及乳液（润滑脂、洗涤剂、油水乳液）。采用先与适合的大分子结合的方法也可以从水溶液中分离金属离子、可溶性溶质和高分子物质（如蛋白质、酶、病毒），以达到净化、浓缩的目的。第4页，共35页，星期日，2025年，2月5日*四、超滤的基本原理超滤的分离机理是“筛分”分子级的物质，即它可截留溶液中溶解的大分子物质，而透过小分子物质。理想的超滤膜分离是筛分过程，在压力推动下，进料液中的溶剂和小分子溶质透过膜进入滤液侧，溶液中的大分子物质、胶体、蛋白质等被超滤膜截留浓缩。“筛分膜”和“深层膜”的比较——第5页，共35页，星期日，2025年，2月5日*第6页，共35页，星期日，2025年，2月5日*第7页，共35页，星期日，2025年，2月5日*第8页，共35页，星期日，2025年，2月5日*第9页，共35页，星期日，2025年，2月5日*五、超滤膜的特性超滤膜按形态结构可分两类：对称膜和非对称膜超滤膜的分离特性：透过通量（速度）和截留率（分离效果）超滤膜的材料：1）有机高分子材料（纤维素衍生物、聚砜类、乙烯类聚合物、含氟类聚合物）2）无机材料（多孔金属、多孔陶瓷、分子筛）第10页，共35页，星期日，2025年，2月5日*4.超滤膜的制备——有机高分子超滤膜采用相转化法、拉伸法、复合膜法、烧结法、核径迹法等无机超滤膜采用固体粒子烧结法、溶胶凝胶法、阳极氧化法、动态膜法、薄膜沉积法、水热法等；第11页，共35页，星期日，2025年，2月5日*六、超滤膜的污染及控制膜污染的定义:指处理物料中的微粒，胶体粒子或溶质大分子，由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附，沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化。浓差极化超滤时，由于筛分作用，料液中的部分大分子溶质会被膜截留，溶剂及小分子溶质则能自由地透过膜，从而表现出超滤膜的选择性。被截留的溶质在膜表面处积聚，其浓度会逐渐升高，在浓度梯度的作用下，及近膜面的溶质又以相反方向向料液主体扩散，平衡状态时膜表面形成一溶质浓度分布边界层，对溶剂等小分子物质的运动起阻碍作用。这种现象称为膜的浓差极化，是一个可逆过程。3.造成膜污染的主要原因：料液性质膜及膜组件性质操作条件第12页，共35页，星期日，2025年，2月5日*4.控制措施膜的压差较低时，膜自身的机械阻力和膜污染阻力占主导地位，应尽量减少膜污染阻力来提高膜的运行水平膜材料：与溶质电荷相同的强亲水和强疏水性膜较耐污染；膜孔径：一般选孔径比被截留粒子尺寸小一个数量级的膜；溶液pH值：一般把它调至远离等电点，可减少污染；盐：自身沉积或改变蛋白质性质而产生膜污染；温度：适宜的料液温度会减少膜的污染。第13页，共35页，星期日，2025年，2月5日*4.控制措施B.膜的压差较高时，浓差极化产生的阻力占主导地位，此时应着重减少浓差极化阻力，其措施主要是：增大料液流速；升高料液温度；选择合适的膜组件结构C.膜压差很高时，凝胶层阻力占主导地位，凝胶层是由浓差极化造成的，所以防止凝胶层的形成应尽量控制浓差极化。第14页，共35页，星期日，2025年，2月5日*七、超滤膜的清洗在实际膜分离技术应用中，尽管选择了较合适的膜和适宜的操作条件下，在长期运行中，过滤通量随运行时间的增加必然产生下降现象，即膜污染问题必然发生，此时需要采取一定的清洗方法，使膜面或膜孔内污染物去除，从而达到过滤通量恢复，延长膜寿命的目的。1.影响膜清洗的因素：膜的化学特性和污染物特性2.膜的清洗方法物理方法：水力方法和气液脉冲法化学方法：物理清洗——清洗剂扩散到污垢表层——渗透扩散进污垢层——清洗反应——