膜的定義和分類PPT演示課件

,10.2膜分離10.2.1膜的定義和分類定義：膜是分離兩相的中間相。有分離作用的膜稱之為分離膜，通常亦簡稱為膜。,膜分離過程：分離膜以特定的方式限制兩相間的物質(zhì)傳遞，使不同的物質(zhì)以不同的速率透過膜，實現(xiàn)物質(zhì)的分離。,1,物質(zhì)透過膜的主要三種方式：,被動傳遞,促進傳遞,主動傳遞,被動傳遞：物質(zhì)由高化學位相向低化學位相傳遞，這一化學位的差就是膜分離過程的推動力。,壓力差濃度差電位差溫度差,推動力,2,促進傳遞：膜內(nèi)有載體，在高化學位一側(cè)，載體同被傳遞的物質(zhì)發(fā)生反應，而在低化學位一側(cè)又將被傳遞的物質(zhì)釋放，這種傳遞過程有很高的選擇性。,主動傳遞：膜中的載體同被傳遞物質(zhì)在低化學位側(cè)發(fā)生反應并釋放能量，使被傳遞物質(zhì)由低化學位一側(cè)被傳遞到高化學位一側(cè)，物質(zhì)的傳遞方向為逆化學位梯度方向。,3,膜的分離性質(zhì),選擇性：不同物質(zhì)在兩相中的濃度變化比,透過性：單位推動力下，物質(zhì)在單位時間內(nèi),膜的分類：,透過單位面積膜的量,4,10.2.2膜分離過程在一定傳質(zhì)推動力下，利用膜對不同物質(zhì)的透過性差異，對混合物進行分離的過程。,機理模型：,不可逆熱力學模型,傳遞機理模型,膜分離過程：氣體膜分離、滲透蒸發(fā)、滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾、膜萃取、膜吸收、膜精餾、促進傳遞、液膜、氣膜等過程。其中：滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾技術(shù)已很成熟，應用也廣泛。,5,10.2.3膜的形態(tài)結(jié)構(gòu),(1)膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)：主要研究膜的斷面與表面。,均相膜和異相膜均相膜：均勻地呈單相存在；異相膜：不是呈單相存在。,致密膜和多孔膜致密膜：結(jié)構(gòu)最緊密的膜；多孔膜：結(jié)構(gòu)較疏松的膜。,對稱膜和非對稱膜對稱膜：膜的厚度方向結(jié)構(gòu)均一、同性；非對稱膜：同種材料，沿膜的厚度方向上呈不同結(jié)構(gòu)。,6,(2)膜的孔,膜孔的結(jié)構(gòu),具有多樣性，不同的膜具有不同的孔結(jié)構(gòu)，同一張膜也會具有不同的孔結(jié)構(gòu)。,復合膜：在對稱或非對稱的底膜上，復合上一層很薄的、致密的、有特殊功能的另一種材料的膜層。,7,膜的孔徑、孔徑分布、孔密度和空隙率膜的孔徑:膜內(nèi)孔的直徑,有最大孔徑和平均孔徑之分；孔徑分布:某一孔徑的孔體積占整個孔體積的百分數(shù)；孔密度:單位膜面積上孔的數(shù)目；空隙率:所有孔體積占整個膜體積的百分數(shù)。,膜的厚度整個膜厚、膜的某個層次厚度之分。均質(zhì)膜一般較厚，透量較??；復合膜可使致密層厚度極薄。,8,10.2.4反滲透與納濾,(1)反滲透的基本原理,溶解-擴散理論：溶劑和溶質(zhì)被吸附溶解于膜表面；溶劑和溶質(zhì)在膜中擴散傳遞，最終透過膜。,9,（2）濃度極化,改變操作條件控制濃度極化：增加原料液的流速；適當提高操作溫度,10,（3）膜的污染操作一定時間后，膜表面被不溶的沉積物所覆蓋，使膜的性能下降。主要原因：原料液處理不當所造成的。如：懸浮顆粒；膜表面結(jié)垢；細菌污染；金屬氧化物、有機物、淤泥等。,（4）納濾納濾過程與反滲透過程極為相近，納濾膜能夠攔截納米數(shù)量級的分子。與反滲透相比，納濾水透量大、操作壓力低、成本低納濾可以用于脫除水溶液中的雜質(zhì)和有機物，如印染水的脫色、飲用水的預處理等。,11,10.2.5超過濾與微孔過濾,以壓力為推動力的膜分離過程。超濾：截留大分子溶質(zhì)，而允許低分子溶質(zhì)和溶劑通過，從而將大分子與小分子分開。,12,超濾和微濾的截留機理主要是物質(zhì)在膜表面及微孔內(nèi)的吸附、在孔內(nèi)的停留（阻塞）、膜表面的機械截留（篩分）、架橋截留和膜內(nèi)部網(wǎng)絡截留。,13,10.2.6滲析和電滲析,（1）滲析的基本原理膜兩側(cè)溶液中的溶質(zhì)或溶劑在濃度差的推動下透過膜。,典型過程：血液透析,14,（2）電滲析的基本原理,溶液中的離子在電位差的推動下，通過荷電膜而同其他不帶電的組分分開。電滲析過程的基本原理：陽膜：帶負電的陽離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜,電滲析廣泛地應用于苦鹽水脫鹽，是世界上某些地區(qū)生產(chǎn)淡水的主要方法。,電滲吸過程原理,15,10.2.7氣體膜分離過程（1）氣體膜分離的機理氣體混合物在膜兩側(cè)分壓差的作用下，各組分氣體以不同滲透速率透過膜，使混合氣體得以分離或濃縮的過程。描述氣體通過高分子膜的主要參數(shù)：滲透率P：描述膜的氣體透過性；滲透系數(shù)J：單位時間、單位膜面積、單位推動力作用下所透過氣體的量；分離系數(shù)：描述氣體分離膜的選擇性，一般將其定義為兩種氣體i，j滲透系數(shù)之比。,16,（2）氣體膜分離的主要應用氫氣的回收利用；從空氣中制取富氮氣體和富氧氣體。,10.2.8滲透蒸發(fā)過程在膜的原料側(cè)是液體混合物，膜的另一側(cè)為氣相真空或負壓操作，混合物的各組分在分壓差作用下，以不同速率從膜的一側(cè)蒸發(fā)并滲透到膜的另一側(cè)，從而達到分離濃縮的目的。區(qū)別于其他膜過程的重要特點是有相變。假設過程分兩步完成：進料液體在膜進料側(cè)蒸發(fā)形成飽和蒸汽，飽和蒸汽透過膜到達膜的滲透側(cè)。主要應用：有機溶劑脫水、水的凈化、有機混合物分離。,17,10.2.9其他膜過程（1）控制釋放指：用分離膜控制藥物的釋放速度和作用時間，被應用于醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等方面。,兩種不同給藥方式的對比,18,（2）膜反應器膜反應器中，可以利用