膜技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用期末復(fù)習(xí)總結(jié)

1、膜技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用期末復(fù)習(xí)總結(jié)微濾MF（固液分離）推動力：壓力差孔徑：0.1卩m切割分子量： 100萬Doi分離機(jī)理：篩分膜的物理結(jié)構(gòu)和截留機(jī)理對分離效果起決定性作用 表面截留：機(jī)械截留作用、物理作用或吸附截留作用、架橋作用 內(nèi)部截留：膜的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部截留作用篩分膜深層膜完美的圓柱形孔徑、與膜表面垂直膜孔彎曲不規(guī)則膜表面截留內(nèi)部截留有明確的截留尺寸沒有明確的截留尺寸無二次污染過濾面積大納污容量大、壽命短低吸附、低吸收高吸附、高吸收微濾膜的操作模式：1、死端過濾2、錯流過濾時間t 時何2（炕錯流操作n圖5-10死端過濾和錯謊過濾流程小意圖微濾膜的特性：1主要以篩分為機(jī)理2、孔徑分布均勻，過濾精度高3、

2、孔隙 率高，過濾速度快4、整體性強(qiáng)，不脫落，不對物料產(chǎn)生污染 5、膜層薄，對物 料吸附少，減少浪費(fèi)微濾膜材料：有機(jī)微濾膜（eg.醋酸纖維素膜）優(yōu)點(diǎn)：有韌性，制備簡單，易于 形成，工藝成熟。缺點(diǎn)：遇熱不穩(wěn)定，不耐高溫，在液體中易溶脹，強(qiáng)度低，再 生復(fù)雜，使用壽命短。無機(jī)陶瓷膜優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度大，耐高溫，孔徑分布窄，可高壓 反沖洗，不易老化。缺點(diǎn)：成本高，分離效果差。PS :管式膜都是無機(jī)膜，卷 式膜都是有機(jī)膜。復(fù)合微濾膜：。微濾膜組件：卷式、管式、板式、中空纖維式微濾膜的污染：濾餅層的形成及膜孔的堵塞減少膜污染的措施：預(yù)處理、錯流過濾、高流速水流/氣流或者是電場作用（湍流強(qiáng)化器）微濾

3、膜的清洗:物理清洗：水力學(xué)反沖洗、氣液脈沖法 PS:反沖洗會破壞膜孔大小 化學(xué)清洗：酸（無機(jī)污染物）堿（有機(jī)污染物）液、表面活性劑、酶、氧化劑微濾膜的應(yīng)用：電子工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、水處理及海水淡化、食品飲料工業(yè)、油田采出水處理超濾 UF （蛋白質(zhì)、酶、病毒、冷殺菌、膠體、顏料、乳液）推動力： 壓力差孔徑：0.01卩m切割分子量：100010萬Doi分離機(jī)理： 篩分 在膜表面及微孔內(nèi)吸附 （一次吸附） 在孔內(nèi)停留而被去除（阻塞）在膜面的機(jī)械截留（篩分）超濾膜的特性：按形態(tài)結(jié)構(gòu)可分為：對稱膜和非對稱膜超濾膜的分離特性：透過通量（速度）和截留率（分離效果）PS:可用切割分子量法表示超濾膜的特 性 超濾膜

4、的材料：有機(jī)高分子材料（纖維素衍生物、聚砜類）無機(jī)材料（多 孔金屬、多孔陶瓷、分子篩）超濾膜的污染： 濃差極化形成凝膠層和膜孔的堵塞 （主要原因料液性質(zhì)膜及 膜組件性質(zhì)操作條件）濃差極化： 被截留的溶質(zhì)在膜表面處聚集， 其濃度會逐漸升高， 在濃度梯度的作 用下近膜面的溶質(zhì)又反向擴(kuò)散， 使膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊界層， 對溶劑起 阻礙作用。（可逆過程）膜污染的控制：A壓差較低：主要是膜自身的機(jī)械阻力和膜污染阻力（膜材料： 與溶質(zhì)電荷相同的強(qiáng)親水和強(qiáng)疏水性膜耐污染膜孔徑： 比截留粒子尺寸小一個 數(shù)量級PH值：遠(yuǎn)離等電點(diǎn)鹽溫度）B壓差較高：主要是濃差極化產(chǎn)生的阻力（增大料液流速升高料液溫度選 擇合

5、適的膜組件結(jié)構(gòu)）C壓差很高：主要是凝膠層阻力超濾膜的清洗方法： 和微濾一樣 超濾膜的應(yīng)用： 工業(yè)廢水處理、食品工業(yè)中的應(yīng)用、高純水制備中的應(yīng)用、生物 制藥領(lǐng)域的應(yīng)用納濾 NF （糖類等小分子有機(jī)物二價鹽或多價鹽）推動力： 壓力差孔徑：0.001卩m切割分子量：2002000Dol分離機(jī)理： 溶解擴(kuò)散、電荷效應(yīng)（膜表面帶有負(fù)電荷，通過靜電相互作用阻礙多價離子的滲透，是納濾膜在較低壓力下仍能具有高脫鹽率的原因）納濾膜的特性：對分子量為數(shù)百的分子成分有分離性能對不同價態(tài)的離子存在電荷效應(yīng)納濾膜的污染： 無機(jī)污染、有機(jī)污染、微生物污染（清理時先酸后堿）納濾膜的應(yīng)用： 飲用水的制備、工業(yè)廢水處理、制藥業(yè)

6、中的應(yīng)用、食品加工中的應(yīng)用（果汁濃縮）、膜生物反應(yīng)器、多肽及氨基酸的濃縮分離 納濾膜能截留透過超濾膜的小分子量有機(jī)物，透過被反滲透膜所截留的無機(jī)鹽。 納濾與電滲析、離子交換膜相比，可以同時脫鹽兼濃縮，在有機(jī)物與無機(jī)物混 合液的濃縮分離方面具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。反滲透 RO推動力： 壓力差孔徑：無孔致密膜切割分子量：v 200Dol反滲透膜分離的必要條件： 具有高選擇性和高滲透性的半透膜操作壓力高于 溶液的滲透壓分離機(jī)理： 優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流理論（有孔區(qū)） 、溶解擴(kuò)散理論（無孔區(qū)） 、氫 鍵理論反滲透的特性： 物料無相變能耗低設(shè)備簡單， 技術(shù)成熟適應(yīng)性強(qiáng)應(yīng)用 范圍廣反滲透膜對無機(jī)鹽的作用： 依靠荷電

7、排斥性依靠膜孔的篩選性反滲透膜對有機(jī)物的作用： 有機(jī)物的脫除率主要取決于有機(jī)分子的大小和形狀攜帶電荷的有機(jī)物，由于荷電排斥作用相對更難透過反滲透膜預(yù)處理的目的：防止膜表面的污染防止膜表面結(jié)垢確保膜不受機(jī)械和化學(xué) 損傷確保工作效率最大化 預(yù)處理系統(tǒng)：、懸浮物去除：雙介質(zhì)過濾法超濾法二、氯去除：活性炭過濾法亞硫酸氫鈉加藥法三、防止膜元件結(jié)垢：軟化法阻垢劑加藥法 后處理系統(tǒng)：一、初級離子去除：單級反滲透陰陽離子交換床、精處理：RC混床離子超濾 三、水的儲存和配送：臭氧消毒熱水消毒 反滲透膜的污染：硬度結(jié)構(gòu)（酸性清洗）、有機(jī)物膠體污染（堿性清洗）、細(xì)菌病 毒等微生物滋生（殺菌劑清洗+堿性清洗）反滲透膜

8、的操作模式：多為卷式有機(jī)膜（TV45）和中空纖維膜段：膜組件的濃縮液不經(jīng)過泵而流到下一組件進(jìn)行處理，流經(jīng)n組膜組件稱為n段。級：膜組件的透過再經(jīng)過泵到下一組件進(jìn)行處理，透過液經(jīng) n次膜組件 處理稱為n級一級一段連續(xù)式：經(jīng)過粧細(xì)件的透過水和濃縮液被連 at引出系統(tǒng)，該方式水的制收率不高,實(shí)際e業(yè)中較 少采用。透過液級一段循環(huán)式,經(jīng)過牒組件的濃縮液部分返冋進(jìn)料 椚與原行的料液混介再通過組件進(jìn)彳j分離，由r濃縮 液中溶質(zhì)濃度比進(jìn)料液高，透過水的水質(zhì)冇所下附透過液 透過液 透過液一級多段連續(xù)式:適介人處理量的場介，能得到高的水 回收率。圖中簡單的-級多段連續(xù)式,它把第一 段的濃縮液作為第二段的進(jìn)料液，

9、再把第二段的濃縮 液作為下一段的進(jìn)料液，而各段的透過水連續(xù)排出， 這種方式濃縮液的垃少，濃縮液中溶質(zhì)濃度較島。級多段循環(huán)式:這種方式能獲得高濃度的濃縮液它 把第二段的透過液重新返同第一段作進(jìn)料液.再進(jìn)行 分乩這是因?yàn)轶识蔚倪M(jìn)料液濃度較笫段高，因 附第二段的坊M水質(zhì)代第 股廣.濃縮液絆箏以分肉 艮 濃度得到很大提笳 因此該模式適用于以濃縮為 匱耍目的的分亂反滲透的應(yīng)用：海水脫鹽超純水的生產(chǎn)鍋爐用水苦咸水淡化油水乳液 的分離工業(yè)水處理各種膜組件的特點(diǎn)：一、板框式：優(yōu)點(diǎn)（組裝簡單，膜的更換清洗和維護(hù)比較容易，膜裝置結(jié)構(gòu) 緊湊）缺點(diǎn)（裝置笨重，單位體積內(nèi)膜面積較小且對膜的強(qiáng)度要求較高）二、管式：優(yōu)點(diǎn)

10、（傳質(zhì)效果好，清洗和維修方便，流動狀態(tài)好，流速易控制） 缺點(diǎn)（安裝復(fù)雜，單位體積的膜比表面積?。┤⒕硎剑簝?yōu)點(diǎn)（膜比面積大，膜表面流動狀態(tài)好，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積?。?缺點(diǎn)（不適宜于含懸浮固體料液的處理，壓力消耗高，清洗不方便，再循環(huán)濃縮 困難）四、中空纖維式：優(yōu)點(diǎn)（膜比表面積高，不需支撐裝置，單元回收率高）缺 點(diǎn)（制膜技術(shù)復(fù)雜，清洗困難，預(yù)處理要求高）液膜推動力：濃度差定義：液膜分離法又稱液膜萃取法液膜分離的特性：優(yōu)點(diǎn)（傳質(zhì)推動力大，速率高，且試劑耗量小，選擇性好）缺 點(diǎn)（傳質(zhì)推動力大，速率高，且試劑耗量小，選擇性好）液膜組成：膜溶劑（1%5%）,表面活性劑（1%-5%），流動載體（90%）液

11、膜的類型：支撐型液膜液滴膜乳化液膜支撐型液膜 特性：傳質(zhì)面積小，穩(wěn)定性差，支撐液體易流失應(yīng)用：主要用于物質(zhì)的萃取膜相：外相和內(nèi)相之間成膜的液體內(nèi)相：接受被分離組分的液體外相：含有被分離組分的料液球形 乳化液膜（直徑i-ioo卩m 特征：傳質(zhì)速度快，分離效果較好， 具有較好的工業(yè)前景區(qū)別：內(nèi)相分散成許多微液滴懸浮在膜相液中分離機(jī)理：1選擇性滲透2萃取和吸附3內(nèi)相化學(xué)反應(yīng)4膜相化學(xué)反應(yīng)乳化液膜分離流程：制備液膜液膜萃取澄清分離破乳制備液膜乳狀液惟為分?jǐn)诚鄰乃撞窟M(jìn)人,原料液柞為連蜒相在制乳器內(nèi)，轉(zhuǎn)內(nèi)相莊加到配好的膜相菠中,通過強(qiáng)型 的攪樣制成內(nèi)相分散1B細(xì)的汩包水型乳狀浚B從頂部進(jìn)入，兩液協(xié)于溫和

12、的攪拌銀件下在塔內(nèi)充分接 進(jìn)行傳噴，外水相中的瀋髓通過液脫進(jìn)入內(nèi)水相富集.澄清分離幸取皓束后借肋產(chǎn)力甘層除去萃余酒.乳歿涯從塔頂出來進(jìn)入破乳鶻破碎分離成單獨(dú)的揉相液和內(nèi)相腹.阪相液遍回制乳器循環(huán)便用.內(nèi)相液中8T被分驚組分作超反液膜的特點(diǎn)：1萃取與反萃取過程同時一步完成2 分離的同時能達(dá)到濃縮3 分離的傳遞效率高（傳質(zhì)推動力大，所需分離級數(shù)少）4 實(shí)際消耗量少5 工藝簡單操作濃度區(qū)間大且成本低6 強(qiáng)度低破損率高難以穩(wěn)定操作液膜的應(yīng)用：烴類混合物的分離、從鈾礦浸出液中提取鈾、含酚廢水的處理、凈 化煙氣、氣體分離、氨基酸的生成與分離、在生物化學(xué)中應(yīng)用、在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用氣體分離膜推動力：壓力差、濃度差膜

13、組件：中空纖維式和螺旋式影響氣體滲透性能的因素：1氣體分子的動力學(xué)直徑2膜材料和膜組件對分離性 能的影響氣體分離膜的分離機(jī)理：一、致密膜：溶解 - 擴(kuò)散機(jī)理 ：吸附 溶解 擴(kuò)散 解吸二、多孔膜：分子擴(kuò)散（受分子與孔壁之間碰撞作用支配）黏性流擴(kuò)散（受分子之間碰撞作用支配）表面擴(kuò)散（濃度差的作用）毛細(xì)管凝聚（操 作溫度處于較低溫度）分子篩分滲透汽化推動力 ：蒸汽壓差分離機(jī)理： 溶解擴(kuò)散模型，孔流模型，虛擬相變?nèi)芙鈹U(kuò)散模型膜組件： 板框式，近年來在開發(fā)卷式組件，管式組件為降低成本滲透汽化的特點(diǎn)： 單級選擇性好、適合分離沸點(diǎn)相近物質(zhì) 尤其適于恒沸物的分 離、操作簡單易于掌握、透過率不會隨時間的延長而減

14、小、通量小、滲透氣化過 程中有相變發(fā)生，但由于透過物量小，所需能量不大。滲透汽化適用的分離過程： 具有一定揮發(fā)性的物質(zhì)（先決條件） 、從混合液中分 理出少量物質(zhì)、 近沸恒沸混合物的分離、 選擇性的移走反應(yīng)物， 促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的 進(jìn)行滲透汽化膜的分類： 優(yōu)先透水膜、優(yōu)先透過有機(jī)物膜、有機(jī)物分離膜滲透汽化膜應(yīng)用： 有機(jī)溶劑脫水 水中有機(jī)物的脫除 有機(jī)、有機(jī)混合物的分離PV過程與RO UF等膜分離方法最大區(qū)別在于，前者的組分透過膜時，將產(chǎn)生相 變電滲析 ED推動力： 電化學(xué)勢滲透 傳遞機(jī)理： 反離子經(jīng)離子交換膜的遷移基本原理：電滲析器中交替排列著許多陽膜和陰膜，分隔成小水室。當(dāng)原水進(jìn)入這些小室時，在直

15、流電場的作用下，溶液中的離子就作定向遷移。陽膜只允許陽離子通過而把陰離子截 留下來；陰膜只允許陰離子通過而把陽離子截留下來。結(jié)果使這些小室的一部分變成含離子很少的淡水室，出水稱 為淡水。而與淡水室相鄰的小室則變成聚集大量離子的濃 水室，出水稱為濃水。從而使離子得到了分離和濃縮，水 便得到了凈化。離子交換膜的 組i島介了TT架姑構(gòu)洱分離于交換脫浪的衣體I離子疊隸埜團(tuán)（闔逬荷電狂圈）反離子丈對它離子、活功部分滴納糧透陽子（同営席子）圖7 離子空換般的霸成離子交換膜的特性：（選擇透過性），離子交換膜的作用并不是起離子交換的作用，而是起離子選擇透過性作用分離機(jī)理：可以由膜的孔隙作用、靜電作用、擴(kuò)散作用

16、來體現(xiàn)離子交換膜對離子 選擇透過機(jī)理和離子在膜中的遷移歷程。電滲析分離原理料液G00O- _o陽極H 8陰離子交換膜鹽水淡水鹽水陽離子交換膜PS:極室淡鹽水的作用：1.降溫2.帶走極板上負(fù)離子3.清潔作用電滲析的基本過程C】(十 H2O)Na*(ll2O)同名離子遷移NaCl濃差曠敬HjO水的擴(kuò)散oirC.eH.O)11H:OFTCnwhq濃編室除占室（淡億室）圖64電潘析的基本過程A陰 Wh CR1K陽腹電滲析的基本過程陰脫NaCI+HOOFT H*艮化TOtr陰極彳A反離了遷移次安過程非止常過程主要過松n20W(H?o)cr存 e Hem chndk. com滲護(hù)室Cl (HQ) (ILO

17、)Nu*cr（H,o） 一同名離 了辻移 一5比0） 滲析電滲析器的構(gòu)造：由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三部分構(gòu)成級：一對正、負(fù)電極之間的膜堆稱為一級段：具有同一水流方向的并聯(lián)膜堆稱為一段(b)二級一段zrz1/丿/i1丿11/ / /A1II, r 11:(C)一級二段共電扱(d)二級二段電滲析除鹽方式：一次性除鹽 循環(huán)式除鹽 部分循環(huán)式除鹽除鹽工藝： - = -=9-= * Lr -=-! - r FPQ在實(shí)際工程中，常用的電撕m工藝艇有下軌種：原水預(yù)處理亠電跡除 鹽水；原水-預(yù)處理亠電盤析亠淞*除鹽水；原水r處理電樓析響子交虹除 鹽水；就預(yù)處理誦了交換預(yù)脫硬-電滲析-除対；原水噴處理-電滲析濁 過牯除鹽札電滲析極化現(xiàn)象及危害：指電滲析陰膜或陽膜中離子遷移速率大于溶液中同種離 子遷移速率，當(dāng)電流提高到相當(dāng)程度時，在膜表面出現(xiàn)該離子濃度趨向于零，此 時水會電離產(chǎn)生H+和0H一，參與傳導(dǎo)電流，以補(bǔ)充離子不足的現(xiàn)象。極化危害： 陰膜發(fā)生極化時，0H-和cO;在電場作用下，透過陰膜遷移到濃水室，使?jié)馑?