現(xiàn)代分離技術(shù)膜分離小論文

1、 現(xiàn)代技術(shù)分離小論文 8 目錄1摘要 .12.膜分離的原理.2 3.膜分離過程.24 .膜的介紹.25 .膜的分類.26.膜材料介紹.36-1）天然高分子材料膜6-2）合成高分子材料膜6-3）無機（多孔）材料膜7 .膜的制備方法.37-1)有機膜的制備7-2）無機膜的制備8 .膜的微濾與超濾48-1)微濾8-2)超濾9 .膜的滲透于反滲透.410 .膜的電滲析技術(shù).511.液膜612 .膜技術(shù)分離的特征點.6.13 .膜技術(shù)在各方面的應(yīng)用.6.14 .膜技術(shù)的展望.715 .結(jié)語：.716.參考文獻(xiàn)81：摘要：膜分離技術(shù)作為一種能耗低、設(shè)備簡單、操作方便和分離性能好的分離技術(shù)，正日益受到廣泛的

2、關(guān)注。分別介紹了膜的簡介、膜的分類、膜的制備、超濾、納濾及生活應(yīng)用等膜分離技術(shù)的特點。1. 簡介：膜分離技術(shù)是一種新型高效的分離技術(shù)，是對非均相體系中不同組分進(jìn)行分離、純化與濃縮的一門新興的邊緣交叉學(xué)科 。它具有過程不發(fā)生相變及副反應(yīng) 、無二次污染 、分離效率高、操作條件溫和 、能耗低等優(yōu)點 ,是緩解資源短缺 、能源危機和治理環(huán)境污染的重要措施 ,因而得到世界各國普遍重視 ,并在海水淡化、化工、印染、環(huán)保、食品、生化過程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 。目前膜分離技術(shù)被公認(rèn)為 20 世紀(jì)末至 21 世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高科技之一。在短短的幾十年里膜技術(shù)迅速發(fā)展 ,受到世界的矚目。擴散定理、膜的滲析現(xiàn)象

3、、滲透壓原理、膜電勢等一系列研究為膜的發(fā)展打下了堅實的理論基礎(chǔ)。相關(guān)科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)也使得膜的實際應(yīng)用成為可能。2. 膜分離的原理利用膜的選擇性（孔徑大小），以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實現(xiàn)分離的一種技術(shù)。3.膜分離過程膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質(zhì) ,當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等)時 ,原料側(cè)組分選擇性地透過膜 ,以達(dá)到分離、提純的目的。不同的膜過程使用不同的膜 ,推動力也不同。目前已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的膜分離過程有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO) 、滲析(D) 、膜生物反應(yīng)器(MBR)等。4

4、.膜的介紹膜的定義是指兩相之間的一個不連續(xù)區(qū)間，這個是一個廣義的定義。狹義定義是在一個流體相間的一薄層凝聚相物質(zhì)，把流體分隔開來成為兩部分5 .膜的分類按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結(jié)構(gòu)：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜按材料分：有機高分子（天然高分子、合成高分子）膜、無機材料膜6.膜材料介紹1）天然高分子材料膜 主要是纖維素的衍生物，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維素等。其中醋酸纖維膜的截鹽能力強，常用作反滲透膜，也可用作微濾膜和超濾膜。醋酸纖維膜使用最高溫度和pH范圍有限，一般使用溫度低于4550，pH38。再生纖維素可制造透析膜和微濾膜。2）合成高分子材料膜 市售膜的大部分為合

5、成高分子膜，種類很多，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等。其中聚砜是最常用的膜材料之一，主要用于制造超濾膜。聚砜膜的特點是耐高溫，耐氯能力強，可調(diào)節(jié)孔徑范圍寬(120nm)。但聚砜膜耐壓能力較低，一般平板膜的操作壓力權(quán)限為0.51.0MPa。聚酰胺膜的耐壓能力較高，對溫度和pH都有很好的穩(wěn)定性，使用壽命較長，常用于反滲透。3）無機（多孔）材料膜 主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。目前實用化的無機膜主要有孔徑0.1m以上的微濾膜和截留相對分子質(zhì)量l0kD以上的超濾膜，其中以陶瓷材料的微濾膜最為常用。 多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鋯和鈦等陶瓷微粒燒結(jié)而成，膜厚

6、方向不對稱。 無機膜的特點是機械強度高，耐高溫、耐化學(xué)試劑和耐有機溶劑，但缺點是不易加工，造價較高。 另一類無機微濾膜為動態(tài)膜(dynamic membrane)，是將含水金屬氧化物 (如氧化鋯)等膠體微?；蚓郾┧岬瘸练e在陶瓷管等多孔介質(zhì)表面形成的膜，其中沉積層起篩分作用。動態(tài)膜的特點是透過通量大，通過改變pH值容易形成或除去沉積層，因此清洗比較容易，但缺點是穩(wěn)定性較差。7 .膜的制備方法1)有機膜的制備用物理化學(xué)方法或?qū)煞N方法結(jié)合，可制作具有良好分離性能的高分子膜。最實用的方法是相轉(zhuǎn)化法和復(fù)合膜法。 相轉(zhuǎn)化法是指用溶劑，溶脹劑與高分子膜材料制成鑄膜液，刮制成膜后，通過L-S法，熱凝膠法，

7、溶劑蒸發(fā)法，水蒸氣吸入法等使均相的高分子溶液沉淀轉(zhuǎn)化為兩相，一相為固相，一相為液相。一般，沉淀速度越快，形成的孔就越小；反之，沉淀速度越慢，形成的孔就越大。由于膜表面溶液沉淀速度較膜內(nèi)部快，于是可得到較致密的表皮層和較疏松的支撐層，成為非對稱膜。因制膜過程中發(fā)生著從液相轉(zhuǎn)化為固相的過程，故稱為轉(zhuǎn)化法。 其他制備高分子膜的方法包括定向拉伸法、核徑跡法、熔融擠壓法、溶出法等。 復(fù)合膜常用的制備方法有溶液浸涂或噴涂、界面聚合、原位聚合、等離子聚合、水面展開法等。 2）無機膜的制備 主要有燒結(jié)法、溶膠-凝膠法、化學(xué)提取法、高溫分解法和一些專門方法（化學(xué)氣相沉淀法，電化學(xué)沉積法等）。8 .膜的微濾與超濾

8、1)微濾微濾又稱微孔過濾，是以靜壓差為推動力，利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜分離過程?！疚⒖走^濾膜具有明顯的孔道結(jié)構(gòu)，主要用于截留高分子溶質(zhì)活固體微?！课V主要是從氣相和液相物質(zhì)中截留0.1um至數(shù)微米的細(xì)小懸浮物、微生物、微粒、細(xì)菌、酵母、紅細(xì)胞、污染物等，在生物分離中，廣泛用于菌體的凈化、分離 和濃縮。特點：微濾膜在過濾時戒指不會脫落、沒有雜質(zhì)溶出、無毒、使用和更換方便、使用壽命較長、耐高溫、抗溶劑且膜組件價廉。同時，膜孔分布均勻，可將大孔徑的微粒、細(xì)菌、污染物截留在濾膜表面，濾液質(zhì)量高。也可稱絕對過濾，適合用于過濾懸浮的微粒和微生物。2)超濾超濾是一種在靜壓差為推動力的作用下，原料液中

9、大于膜孔的大粒子溶質(zhì)被膜截留，小于膜孔的小溶質(zhì)粒子通過濾膜，從而實現(xiàn)分離的過程，其分離機理一般認(rèn)為是機械篩分原理。超濾主要用于料液澄清、溶質(zhì)的截留濃縮及溶質(zhì)之間的分離。其分離范圍為相對分子質(zhì)量5001106的大分子物質(zhì)和膠體物質(zhì)，相對應(yīng)粒子的直徑為0.0050.1um。操作壓強低，一般為0.10.5Mpa，可以不考慮滲透壓的影響，易于工業(yè)化，應(yīng)用范圍廣。超濾特點：在常溫和低壓下進(jìn)行分離，因而能耗低，從而使設(shè)備的運行費用低。設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)簡單，故投資費用低。超濾分離過程只是簡單的加壓輸送液體，工藝流程簡單，易于操作管理。超濾膜是由高分子材料制成的均勻連續(xù)體，純物理方法過濾，物質(zhì)在分離過程中不發(fā)

10、生質(zhì)的變化，并且在使用過程中不會有任何雜質(zhì)脫落，保證超濾液的純凈。 9 .膜的滲透于反滲透滲透是由于存在化學(xué)勢梯度而引起的自發(fā)擴散現(xiàn)象。 溶液中水的化學(xué)勢 溶液中水的活度 0 純水的化學(xué)勢R 氣體常數(shù) T 絕對溫度 因此，通常情況下,，其結(jié)果是水從純水一側(cè)透過半透膜向溶液側(cè)滲透，使后者的液位抬高。 如果在溶液一側(cè)施加壓力，外界力做功使溶液中水的化學(xué)勢升高，則純水通過膜的滲透就會逐漸減小，并最終停止（條件？），此時的壓力差就是溶液的滲透壓。圖6 滲透平衡 當(dāng)時，水將從溶液一側(cè)向純水一側(cè)移動，此種滲透稱之為反滲透。一般反滲透的操作壓力常達(dá)到幾十個大氣壓。10 .膜的電滲析技術(shù)電滲析技術(shù)是在直流電場

11、的作用下，由于離子交換膜的阻隔作用，實現(xiàn)溶液的淡化和濃縮，分離推動力是靜電引力。電滲析操作所用的膜材料為離子交換膜，即在膜表面和孔內(nèi)共價鍵合有離子交換基團(tuán)，如磺酸基（SO3H）等酸性陽離子交換基和季銨基（N+R3）等堿性陰離子交換基團(tuán)。鍵合陽離子交換基的膜稱作陽離子交換膜，在電場作用下，選擇性透過陽離子；鍵合陰離子交換基的膜稱作陰離子交換膜，在電場作用下，選擇性透過陰離子。 圖7 電滲析原理如圖7所示，陽離子交換膜C和陰離子交換膜A各兩張交錯排列，將分離器隔成5個小室，兩端與膜垂直的方向加電場，即構(gòu)成電滲祈裝置。以溶液脫鹽為目的時，料液置于脫鹽室(1、3、5)，另兩室(2、4)內(nèi)放入適當(dāng)?shù)碾娊?/p>

12、液。在電場的作用下，電解質(zhì)發(fā)生電泳，由于離子交換膜的選擇性透過特性，脫鹽室的溶液脫鹽，而2、4室的鹽濃度增大。電滲析過程也可連續(xù)操作，此時料液連續(xù)流過脫鹽室(1、3、5)，而低濃度電解液連續(xù)流過2、4室。從脫鹽室出口得到脫鹽的溶液，從2、4室出口得到濃縮的鹽溶液。11.液膜液膜分離法具有選擇性高、傳質(zhì)速率大的特點， 前景廣闊。 馬國芳等用重差分相式液膜法提取了Cu+ 離子16，用并非為最佳萃取劑的P2O4為載體，H2SO4為反萃劑，對Cu+ 的廢水溶液提取u+， 可達(dá)到理想效果， 既保留了乳狀液膜的萃取和反萃取同時進(jìn)行的特點， 效率高， 還不需要制乳和破乳，表面活性劑用量少，工藝簡化，易放大。

13、12 .膜技術(shù)分離的特征及特點特征：具有選擇性分離的功能薄膜材料，以及以其為核心的裝置、過程、工藝的集成與應(yīng)用特點：無相變、低能耗 高效率、污染小工藝簡單、操作方便便于與其它技術(shù)集成13 .膜技術(shù)在各方面的應(yīng)用生物發(fā)酵液過濾除菌及下游分離純化、精制樹脂解析液的濃縮及解析劑回收 農(nóng)藥水劑、粉劑的生產(chǎn)應(yīng)用 、中藥浸提液過濾除雜及濃縮 、中藥浸膏生產(chǎn)應(yīng)用 、合成藥、原料藥、中間體等的脫鹽濃縮 、結(jié)晶母液回收 膜分離技術(shù)具有高效、節(jié)能，工藝過程簡單，投資少，污染小等優(yōu)點，因而在化工、輕工、電子、醫(yī)藥、紡織、生物工程、環(huán)境治理、冶金等方面具有廣泛的應(yīng)用前景水處理設(shè)備在我國，微濾、超濾技術(shù)在飲料生產(chǎn)中都已

14、得到較廣泛應(yīng)用。在飲料行業(yè)中要達(dá)到凈化、澄清的目的，用0.45 m的微孔膜過濾元件進(jìn)行流程過濾即可滿足要求。如天然飲用礦泉水。在化肥工業(yè)中的應(yīng)用，化肥的控制釋放是提高肥料利用率，減少環(huán)境污染的必要手段。具體方式有以下三種： 聚合物包膜、 無機物包膜 如用硫磺包裹尿素、 肥料包裹肥料 利用此法可獲得多元復(fù)合肥，可同時供給農(nóng)作物多種營養(yǎng)，而又不會引入其他聚合物或無機物載體破壞土壤結(jié)構(gòu)。如磷肥包裹碳銨的控釋肥料在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已民用有大量應(yīng)用。在國防工業(yè)的應(yīng)用艦艇淡水供應(yīng); 戰(zhàn)地污染水源凈化; 野戰(zhàn)供水。14 .膜技術(shù)的展望1 、 應(yīng)致力于開拓將以上的膜分離技術(shù)用于更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。我國是個農(nóng)業(yè)大國

15、，若能將它應(yīng)用于我國特有農(nóng)產(chǎn)品（蔬菜和水果等）的濃縮或制備過程中，相信定能為我國經(jīng)濟的發(fā)展帶來不可估量的益處。2 、 我國膜技術(shù)種類甚少，當(dāng)前膜多為化學(xué)制劑，易造成二次污染。若能利用天然物質(zhì)或生物物質(zhì)制備新型膜作為替代品，既經(jīng)濟又消除了二次污染的威脅。例如可考慮從植物細(xì)胞中提取組織來制備膜產(chǎn)品。3 、 將膜處理技術(shù)與其他處理工藝相結(jié)合，互相填補缺陷。如將膜分離與蒸發(fā)、吸附、冷凍或離子交換法等相結(jié)合，使它們在煉油、天然氣加工、食品加工、制藥工業(yè)等生產(chǎn)中得到更廣泛的應(yīng)用，為膜技術(shù)的發(fā)展開辟更誘人的前景。 15 .結(jié)語：由于膜過濾技術(shù)具有分離效率高、節(jié)能、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點。使其在各種領(lǐng)域領(lǐng)域

16、有很大的發(fā)展?jié)摿?。可以預(yù)見，由于膜分離技術(shù)的自身優(yōu)勢，將有更廣闊的發(fā)展前景。 16.參考文獻(xiàn) 1 趙劍宇，胡繼峰，田凱.水處理技術(shù).2002，28（5） ：291-292 2袁晴堂. 分離工程的技術(shù)進(jìn)步 J . 石油化工, 1994, 23 (1) : 51254.4 曾宏偉譯.水處理技術(shù).2003，29（2） ：119-1225 鄭領(lǐng)英.膜分離與分離膜.高分子通報 ,1999. n36 尹燕，崔永芳，葛繼均. .膜分離技術(shù).2001，27（3） ：138-1417 劉俏， 范圣第.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2005，6（2） ：49-518 劉久清，許振良，黃順德. .膜分離技術(shù).2005，3

17、1（2） ：26-289 B.Van der Bruggen ， J Schaep ， W Maes ，et al. J. Desalination.1998， 117 ： 136-14710 Riina Liikunen ， Ilkka Miettinen ， RistoLaukkance.J. Wat Res.2003， 37 ： 864-87211 董泉玉，鄭濤.水處理技術(shù).2002，28（4） ：190-19212 張煒銘，呂路，潘丙才等. .膜分離技術(shù).2002，28（3） ：155-15813 汪建芳，湯建華.膜分離技術(shù).2002，28（5） ：288-29014 王偉祖，王新平. .膜分離技術(shù).2001，27（4） ：192-19515 張雷.水處理技術(shù).2001，27（4） ：236-23816 馬國芳等.膜分離技術(shù).2003，29（6） ：327-32917 王義春等.膜分離技術(shù).2003，29（5） ：289-29218 徐農(nóng)等.膜分離技術(shù).2002，28（4） ：213-2