膜分離試題及答案

1、1、什么是膜分離？膜材料為什么會有選擇滲透性？答：膜分離(Membrane Separation)是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)一定推動力 的作用下，使原料中的某組分選擇性地透過膜，從而使混合物得以分離，以達到提純、濃縮 等目的的分離過程。膜材料具有選擇透過性的原因：一是膜中分布有微細孔穴，不同的孔穴有選擇滲透性；二是 膜中存在固定基團電荷，電荷的吸附排斥產(chǎn)生選擇滲透性：三是被分離物在膜中的溶解擴散 作用產(chǎn)生選擇滲透性。2、膜分離設(shè)備的主要類型，其主要結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點？答：管式：管式膜組件由管式膜制成，管內(nèi)和管外分別走料液和透過液，管式膜的排列形 式有列管、排管或盤管等。內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，

2、料液由管內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料 液由管外間隙走。內(nèi)壓管式:料液外壓管式： 4滲透液 組在外殼滲透液多通道組件優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，清洗方便，耐高壓，適宜于處理高黏度及固體含量較高 的料液。缺點：管式膜組件的缺點是單位體積膜組件的膜而積少，一般僅為33330 ,保留體 積大，壓力降大，除特殊場合外，一般不被使用。中空纖維式：有數(shù)百上萬根中空纖維膜固定在圓形容器內(nèi)構(gòu)成，內(nèi)徑為40-80um膜 稱中空纖維膜，O.25-2.5mm膜稱毛細管膜。前者耐壓，常用于反滲透。后者用于微、超濾。料液流向：采用內(nèi)壓式時為防止堵塞，需對料液預(yù)處理去固形微粒，采用外壓式時，凝膠層中玄軒苑點注品水川口圖5.1

3、2中空纖維式謨fa與ffllO-2平板式饌組件優(yōu)點:組裝方便，膜的清洗更換容易，料液流通截面較大，不易堵塞，同一設(shè)備可 視生產(chǎn)需要組裝不同數(shù)量的膜。缺點:需密封的邊界線長卷式（螺旋式）：將膜、支撐材料、膜間隔材料依次疊好，圍繞一中心管卷緊即成一 個膜組。料液在膜表面通過間隔材料沿軸向流動，透過液沿螺旋形流向中心管。優(yōu)點:目前卷式膜組件使用比較廣泛、和板框式相比，卷式組件的設(shè)備比較緊湊、單 位體積內(nèi)的膜而積大，湍流狀況好，適用于反滲透：缺點:清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展。圖17-24卷式超濾筒的構(gòu)造 Amicon,通道高度0.8mm,最大操作壓力0.86 MPa型式優(yōu)點缺點管式易清

4、洗，無死角，適宜于處理含固體較多 的料液，單根管子可以調(diào)換保留體枳大，單位體積中所含 過濾面積較小，壓力降大中空纖維式保留體枳小，單位體積所含過濾面積大， 可以逆洗，操作壓力較低，動力消耗較低料液需要預(yù)處理，單根纖維損 壞時需調(diào)換整個模件螺旋卷繞式單位體枳中所含過濾面積大，換新膜容易料液需預(yù)處理，壓力降大，易污 染，清洗困難平板式保留體枳小，能量消耗界于管式和螺旋卷 繞式死體積大過沙液過注液通道3、電滲析工作原理？答：電滲析是在直流電場的作用下，利用待分離分子的荷點性質(zhì)和分子大小的差別，以外電 場電位差為推動力，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性（即陽膜只允 許陽離子通過，陽膜

5、只允許陰離子通過），從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作；EE9-1電途折分離原U圖電滲析系統(tǒng)由一系列陰、陽膜交替排列于兩電 極之間組成許多由膜隔開的小水室,如圖9-1所示。 當原水進入這些小室時，在直流電場的作用下，溶 液中的離子作定向遷移。陽離子向陰極遷移，陰離 子向陽極遷移。但由于離子交換膜具有選擇透過 性，結(jié)果使一些小室離子濃度降低而成為淡水室， 和淡水室相鄰的小室則因富集了大量離子而成為 濃水室。從淡水室和濃水室分別得到淡水和濃水。 原水中的離子得到了分離和濃縮，水便得到了凈 化.4、膜污染的控制方法及膜的清理方法？答：膜污染控制方法：膜材料的選擇，膜孔徑或截 留分子量的選擇，膜結(jié)構(gòu)

6、的選擇：溶液中鹽濃度的影響，離子強度，溶液濃度，溶液的pH 值：溫度，.亞青和料液流速，溶液和膜接觸時間：組件結(jié)構(gòu)選擇，膜表面粗糙程度。 清洗方法：（1）物理清洗法：海綿球擦洗、等壓清洗、熱水法、反沖洗和循環(huán)清洗（2）化學清洗法：利用NaOH,酸、表面活性劑、酶、氧化劑、有機溶劑等作為清洗劑清洗:（3）其他方法：電場過濾、脈沖電解清洗、電滲透清洗等5、制備無機膜常用的方法？答：無機膜的制備方法很多，應(yīng)根據(jù)制膜材料、膜及載體的結(jié)構(gòu)、膜孔徑大小、孔隙率和膜 厚度不同而選擇有工業(yè)使用前景的制備方法主要有：固態(tài)離子燒結(jié)法、溶膠一凝膠法、薄膜 沉積法、陽極氧化法、相分離-瀝濾法、熱分解法、水熱法等等。一

7、、固態(tài)粒子燒結(jié)法固態(tài)粒子燒結(jié)法是將無機粉料微小顆?；虺氼w粒（粒度0.110pm）和適當?shù)慕橘|(zhì)混合 分散形成穩(wěn)定的懸浮液，成型后制成生坯，再經(jīng)干燥，然后在高溫（10001600oC）下進 行燒結(jié)處理，這種方法不僅可以制備微孔陶瓷膜或陶瓷膜載體，也可用于制備微孔金屬膜。 二、溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法是合成無機膜的一種重要方法，目前國內(nèi)外材料科學家之所以對此法產(chǎn)生濃 厚興趣，不僅是因為這種工藝可以制得孔徑?。?.05.0nm）、孔徑分布狹窄的陶瓷膜，而 且許多單組分和多組分金屬氧化物陶瓷膜都可用這種工藝制得。這種陶瓷膜作為控制層既可 用于超濾和氣體分離，經(jīng)修飾后也可以作為催化膜用于膜反應(yīng)器，充分顯

8、示出溶膠-凝膠法 的廣泛使用前景。三、薄膜沉積法薄膜沉積法是指用濺射、離子鍍及氣相沉積等方法，將膜料沉積在載體上制造薄膜的方法。 薄膜沉積過程大致分為兩個步驟：一是膜材料（膜料）的氣話，二是膜料的蒸汽依附于其他 材料制成的載體上形成薄膜。例如，濺射鍍膜是在低氣壓下，讓離子在強電場的作用下表擊 膜料，使表面原子相繼逸出，沉積在載體上形成薄膜。四、陽極氧化法陽極氧化法是目前制備多孔氧化鋁膜的重要方法之一。該法的特點是，制得的膜的孔徑是 同向的，幾乎相互平行并垂直于膜表面，這是其他方法難以達到的。陽極氧化過程的基本原理是：以高純度的合金鋁箔為陽極，并使一側(cè)表面和酸性電解質(zhì)溶 液接觸，通過電解作用在此

9、表面上形成微孔氧化鋁膜，然后用適當?shù)姆椒ǔノ幢谎趸匿X 載體和阻擋層，便得到孔徑均勻、孔道和膜平面垂直的微孔氧化鋁膜0 五、相分離-瀝濾法相分離-瀝濾法可以制備微孔玻璃膜、復(fù)合微孔玻璃膜和微孔金屬膜。六、熱分解法熱分解法是在惰性氣體保護或真空條件下，高溫熱分解熱固性聚合物，如纖維素、酚醛樹 脂、聚偏二氯乙烯等，可制成碳分子篩膜（MSCM）o碳分子篩膜由于其孔徑大小和氣體分 子尺寸相近，氣體因分子大小不同而被分離，因此有極高的選擇性。七、水熱法分子篩膜作為復(fù)合膜的控制層來使用，由于其具有均勻的孔徑，且孔徑大小和分子尺寸相 近，氣體因分子大小不同而被分離，這種由分子篩分機制控制的選擇性是微孔膜中

10、最高的。分子篩膜的研究目前還處于試驗階段，其合成方法基本上分兩類：（1）將事先合成好的分 子篩埋在相對非滲透性的基質(zhì)中成膜。（2）在多孔載體的孔口或次孔口原位水熱合成分子篩 膜。它是將載體預(yù)處理后，浸在由水玻璃、氫氧化鈉和水配成的溶液中，經(jīng)水熱處理后在氧 化鋁陶瓷板表而析出分子篩。6、膜集成技術(shù)對海水淡化的示意圖，每一操作單元所起的作用？7、分置式和一體式膜生物反應(yīng)器的工作原理和優(yōu)缺點？膜生物反應(yīng)器原理：膜反應(yīng)器將生物反應(yīng)器和膜分離過程結(jié)合的一種新型工藝，其最大的特 點就是采用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理中的二沉池。污水中的污染物首先在生物反應(yīng)器中進行 生物降解，同時生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液在膜的兩側(cè)壓

11、力差的作用下，水和小于膜孔徑的小分 子溶質(zhì)透過膜，即為處理后出水。微生物及大分子溶質(zhì)被膜截留，從而替代沉淀池完成其和 處理出水的分離過程。分置式膜生物反應(yīng)器：優(yōu)點：1）膜組件和生物反應(yīng)器之間的相互影響小2）單位面積膜的水通量大3）運行穩(wěn)定可靠，操作管理容易4）易于膜的清洗、更換和增設(shè)缺點：1）為減少污染物在膜表面的沉積，需要較高的膜而流速，因而配置的超濾循環(huán)泵需 要較高的流量，能耗很高，一般為68Kw h/m32）循環(huán)泵內(nèi)的高剪切力會引起生物絮體的破壞，導致生物活性的降低。一體式膜生物反應(yīng)器：優(yōu)點：1）體積小，整體性強。膜組件直接置于生物反應(yīng)器中，大大減少了占地面積。2）運行動力費用低，膜表面

12、的錯流是靠空氣攪動產(chǎn)生的，混合液隨氣流向上流動， 在膜表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力，在這種剪切應(yīng)力的作用下，沉積在膜表面的顆粒容易脫離膜表而， 因而不需要功率較大的循環(huán)泵。缺點：1）需要定期將膜組件取出生物反應(yīng)器進行化學清洗，因而管理方面上不及分置式2）出水不連續(xù)3）單位膜面積的產(chǎn)水量較低，一般僅為5-10L/m2 -h9、計算題:通量、截留率的計算答：透過性能能夠使被分離的混合物有選擇的透過是分離膜的最基本條件。表征膜透過性能的數(shù)是透 過速率，是指單位時間、單位膜面積透過組分的通過量，對于水溶液體系，又稱透水率或水 通量，以J表示。人二A-t式中：J透過速率，m3/（nr h）或 kg/（m2 h）：V透過組分的體積或質(zhì)量，nF或kg；A膜有效而積，m?：/操作時間，h«膜的透過速率和膜材料的化學特性和分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，且隨操作推