《膜分離技術(shù)》PPT課件

1、6 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)(membrane separation) 第一講第一講1;.本講的主要內(nèi)容p膜分離技術(shù)概述膜分離技術(shù)概述p膜材料與膜的制造膜材料與膜的制造p表征膜性能的參數(shù)表征膜性能的參數(shù)p各種膜分離技術(shù)及其分離機(jī)理各種膜分離技術(shù)及其分離機(jī)理2;.膜是什么？膜是什么？指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，把流體相分隔為互不相通的兩部分，使這兩部分聚相，把流體相分隔為互不相通的兩部分，使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用?？梢允枪虘B(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的。之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的。壓力壓力膜包括最簡(jiǎn)單的濾紙過(guò)濾到高選擇性的

2、生物膜包括最簡(jiǎn)單的濾紙過(guò)濾到高選擇性的生物膜。膜。3;.什么是膜分離技術(shù)？什么是膜分離技術(shù)？概念：用天然或人工制備的、具有選擇性透過(guò)的膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙概念：用天然或人工制備的、具有選擇性透過(guò)的膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和濃縮的方法。組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和濃縮的方法。推動(dòng)力：推動(dòng)力： 壓力差壓力差 濃度差濃度差 電位差電位差4;.概概 述述人類認(rèn)識(shí)到膜的功能源于人類認(rèn)識(shí)到膜的功能源于17481748年，然而用于為人類服務(wù)是近幾十年的事。年，然而用于為人類服務(wù)是近幾十年的事。 19601960年年

3、LoebLoeb和和SourirajanSourirajan制備出第一張具有高透水性和高脫鹽率的不對(duì)稱膜，是膜分離技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程制備出第一張具有高透水性和高脫鹽率的不對(duì)稱膜，是膜分離技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。碑。5;.年代年代科學(xué)家科學(xué)家主要內(nèi)容主要內(nèi)容1748Abbe Nollet水能自發(fā)地穿過(guò)豬膀胱進(jìn)入酒精溶液，發(fā)生滲透現(xiàn)象水能自發(fā)地穿過(guò)豬膀胱進(jìn)入酒精溶液，發(fā)生滲透現(xiàn)象1827Dutrochet名詞滲透作用（名詞滲透作用（Osmosis）的引入）的引入1831J.V.Mitchell氣體透過(guò)橡膠膜的研究氣體透過(guò)橡膠膜的研究1855Fick發(fā)現(xiàn)了擴(kuò)散定律，至今用于通過(guò)膜的擴(kuò)散；制備了早期發(fā)現(xiàn)

4、了擴(kuò)散定律，至今用于通過(guò)膜的擴(kuò)散；制備了早期的人工半滲透膜的人工半滲透膜18611966Graham發(fā)現(xiàn)氣體通過(guò)橡皮有不同的的滲透率，發(fā)現(xiàn)滲析發(fā)現(xiàn)氣體通過(guò)橡皮有不同的的滲透率，發(fā)現(xiàn)滲析（Dialysis）現(xiàn)象）現(xiàn)象18601977Vant Hoff，Tranbe，Preffer滲透壓定律滲透壓定律1906Kahlenbery觀察到烴觀察到烴/乙醇溶液選擇透過(guò)橡膠薄膜乙醇溶液選擇透過(guò)橡膠薄膜1917Kober引入名詞滲透氣化（引入名詞滲透氣化（Pervaporqtion）膜科學(xué)的發(fā)展史膜科學(xué)的發(fā)展史6;.1911DonnanDonnan分布定律。研究了分子帶電荷體的形成，電荷分布，分布定律。研究

5、了分子帶電荷體的形成，電荷分布，Donnan電滲析和伴生傳遞的平衡現(xiàn)象電滲析和伴生傳遞的平衡現(xiàn)象1922Zsigmondy Bachman Fofirol.etc微孔膜用于分離極細(xì)粒子、初期的超濾和反滲透（膜材料為賽微孔膜用于分離極細(xì)粒子、初期的超濾和反滲透（膜材料為賽璐玢和再生纖維）璐玢和再生纖維）1920Mangold，Michaels.Mobain.etc用賽璐玢和消化纖維素膜觀察了電解質(zhì)和非電解質(zhì)的反滲透現(xiàn)用賽璐玢和消化纖維素膜觀察了電解質(zhì)和非電解質(zhì)的反滲透現(xiàn)象象1930Teorell，Meyer，Sievers進(jìn)行了膜電勢(shì)的研究，是電滲析和膜電極的基礎(chǔ)進(jìn)行了膜電勢(shì)的研究，是電滲析和膜

6、電極的基礎(chǔ)1944William Kolff初次成功使用了人工腎初次成功使用了人工腎1950Juda，Mcrae合成膜的研究，發(fā)明了電滲析，微孔過(guò)濾和血液透析等分離工合成膜的研究，發(fā)明了電滲析，微孔過(guò)濾和血液透析等分離工程程1960Loeb-Sourirajan相轉(zhuǎn)化法制出了非對(duì)稱反滲透膜相轉(zhuǎn)化法制出了非對(duì)稱反滲透膜1968N.N.Li發(fā)明了液膜發(fā)明了液膜1980Cadotte制出了界面反應(yīng)聚合復(fù)合膜制出了界面反應(yīng)聚合復(fù)合膜續(xù)表：續(xù)表：7;.分離過(guò)程分離過(guò)程年代年代目前主要廠商目前主要廠商應(yīng)用應(yīng)用微濾微濾1925Millipore Corp，Pall corp.，Asahi Chemical微

7、電子、醫(yī)學(xué)、食品、微電子、醫(yī)學(xué)、食品、化工等化工等電滲析電滲析1960Oonics Ins.，Tokuyama Soda，Asahi Glass苦咸水脫鹽、水分解、苦咸水脫鹽、水分解、氯堿工業(yè)氯堿工業(yè)反滲透反滲透1965Film Tech./DOW，Hydronautics/Nitto，Torray，Ddu Pont海水脫鹽、飲用水生海水脫鹽、飲用水生產(chǎn)、食品工業(yè)、造紙產(chǎn)、食品工業(yè)、造紙工業(yè)等工業(yè)等滲析滲析1965Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical血液滲析、工業(yè)廢液血液滲析、工業(yè)廢液等等超濾超濾1970Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.，Nittl

8、 Denko制藥工業(yè)、乳品工業(yè)制藥工業(yè)、乳品工業(yè)等等氣體分離氣體分離1980Permea/Air Prod.，Ube Ind.，Hoechst/Celanese醫(yī)療、燃燒過(guò)程等醫(yī)療、燃燒過(guò)程等滲透汽化滲透汽化1990GFT GmbH無(wú)水乙醇生產(chǎn)無(wú)水乙醇生產(chǎn)膜工業(yè)的發(fā)展史膜工業(yè)的發(fā)展史8;.1950 1950 荷蘭荷蘭人工腎人工腎血液透析血液透析人工腎9;.1955 1955 美國(guó)美國(guó)電滲析電滲析海水脫鹽淡化海水脫鹽淡化10;.11;.電滲析除鹽裝置電滲析除鹽裝置12;.1965 1965 美國(guó)美國(guó)反滲透反滲透海水脫鹽、飲用水生產(chǎn)海水脫鹽、飲用水生產(chǎn)13;.膜分離的特點(diǎn)膜分離的特點(diǎn)操作在常溫下進(jìn)

9、行；操作在常溫下進(jìn)行；是物理過(guò)程，不需加入化學(xué)試劑；是物理過(guò)程，不需加入化學(xué)試劑；不發(fā)生相變化（因而能耗較低）；不發(fā)生相變化（因而能耗較低）；在很多情況下選擇性較高；在很多情況下選擇性較高；濃縮和純化可在一個(gè)步驟內(nèi)完成；濃縮和純化可在一個(gè)步驟內(nèi)完成；設(shè)備易放大，可以分批或連續(xù)操作。設(shè)備易放大，可以分批或連續(xù)操作。因而在生物產(chǎn)品的處理中占有重要地位因而在生物產(chǎn)品的處理中占有重要地位概概 述述14;.膜分離技術(shù)的重要性膜分離技術(shù)的重要性l膜分離技術(shù)兼具分離、濃縮和純化的功能，又有使用簡(jiǎn)單、易于控制及高效、節(jié)能的特點(diǎn)膜分離技術(shù)兼具分離、濃縮和純化的功能，又有使用簡(jiǎn)單、易于控制及高效、節(jié)能的特點(diǎn)l選擇

10、適當(dāng)?shù)哪し蛛x技術(shù)，可替代過(guò)濾、沉淀、萃取、吸附等多種選擇適當(dāng)?shù)哪し蛛x技術(shù)，可替代過(guò)濾、沉淀、萃取、吸附等多種傳統(tǒng)的分離與過(guò)濾方法。傳統(tǒng)的分離與過(guò)濾方法。 l膜分離技術(shù)得到各國(guó)重視：國(guó)際學(xué)術(shù)界一致認(rèn)為膜分離技術(shù)得到各國(guó)重視：國(guó)際學(xué)術(shù)界一致認(rèn)為“誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化工的未誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化工的未來(lái)來(lái)”。 l膜分離技術(shù)在短短的時(shí)間迅速發(fā)展起來(lái)，近膜分離技術(shù)在短短的時(shí)間迅速發(fā)展起來(lái)，近3030年膜分離技術(shù)，已廣泛用于食品、醫(yī)藥、化工年膜分離技術(shù)，已廣泛用于食品、醫(yī)藥、化工及水處理等各個(gè)領(lǐng)域。產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的及水處理等各個(gè)領(lǐng)域。產(chǎn)生了巨大的經(jīng)

11、濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。手段之一。概概 述述15;.膜分離技術(shù)的重要性評(píng)論：膜分離技術(shù)的重要性評(píng)論：美國(guó)官方文件曾說(shuō)美國(guó)官方文件曾說(shuō)“18世紀(jì)電器改變了整個(gè)工業(yè)進(jìn)程，而世紀(jì)電器改變了整個(gè)工業(yè)進(jìn)程，而20世紀(jì)膜技術(shù)將改變整個(gè)面世紀(jì)膜技術(shù)將改變整個(gè)面貌貌”，又說(shuō)，又說(shuō)“目前沒(méi)有一種技術(shù)，能像膜技術(shù)這么廣泛地被應(yīng)用目前沒(méi)有一種技術(shù)，能像膜技術(shù)這么廣泛地被應(yīng)用”。國(guó)外有關(guān)專家夸大地把膜技術(shù)的發(fā)展稱為國(guó)外有關(guān)專家夸大地把膜技術(shù)的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命第三次工業(yè)革命”日本則把膜分離技術(shù)作為日本則把膜分離技術(shù)作為21世紀(jì)的基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。世紀(jì)的基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)

12、。16;.在在1987年日本東京國(guó)際膜與膜過(guò)程會(huì)議上，明確指出年日本東京國(guó)際膜與膜過(guò)程會(huì)議上，明確指出“在在21世紀(jì)多數(shù)工業(yè)中，膜過(guò)程扮演世紀(jì)多數(shù)工業(yè)中，膜過(guò)程扮演著戰(zhàn)略的角色著戰(zhàn)略的角色”。世界著名的化工與膜專家，美國(guó)國(guó)家工程院院士，北美膜學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)黎念之博士在世界著名的化工與膜專家，美國(guó)國(guó)家工程院院士，北美膜學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)黎念之博士在 1994年應(yīng)年應(yīng)邀訪問(wèn)我國(guó)化工部及所屬大學(xué)時(shí)說(shuō)：邀訪問(wèn)我國(guó)化工部及所屬大學(xué)時(shí)說(shuō)：“要想發(fā)展化工就必須發(fā)展膜技術(shù)要想發(fā)展化工就必須發(fā)展膜技術(shù)”。國(guó)際上流行的說(shuō)法國(guó)際上流行的說(shuō)法“誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化工的未來(lái)誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化工的未來(lái)”17;.6.1

13、膜材料與膜的制造18;.膜材料的特性膜材料的特性對(duì)于不同種類的膜都有一個(gè)基本要求：耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般模操作的壓力范圍在耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般模操作的壓力范圍在0.10.5MPa，反滲透膜的壓力更高，約為，反滲透膜的壓力更高，約為0.110MPa耐高溫耐高溫:高通量帶來(lái)的溫度升高和清洗的需要高通量帶來(lái)的溫度升高和清洗的需要耐酸堿：防止分離過(guò)程中，以及清洗過(guò)程中的水解；耐酸堿：防止分離過(guò)程中，以及清洗過(guò)程中的水解；化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；生物相容性：防止生物大分子的變性；生物相容性：防止生物大分子的

14、變性；成本低；成本低；19;.（一）膜材料天然材料：各種纖維素衍生物天然材料：各種纖維素衍生物人造材料：人造材料：有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料 纖維素酯類纖維素酯類 縮合系聚合物縮合系聚合物聚砜類聚砜類 聚烯烴及其共聚物聚烯烴及其共聚物 脂肪族或芳香族聚酰胺類聚合物脂肪族或芳香族聚酰胺類聚合物 全氟磺酸共聚物、全氟羧酸共聚物全氟磺酸共聚物、全氟羧酸共聚物 聚碳酸酯聚碳酸酯 無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)材料20;.目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來(lái)說(shuō)，已有成百種以上的膜被制備出來(lái)，其中約從品種來(lái)

15、說(shuō)，已有成百種以上的膜被制備出來(lái)，其中約40多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。21;.1、纖維素酯類膜材料、纖維素酯類膜材料纖維素是由幾千個(gè)葡萄糖基通過(guò)纖維素是由幾千個(gè)葡萄糖基通過(guò)1, 4-糖苷鏈連接起來(lái)的天然線性高分子化合物，糖苷鏈連接起來(lái)的天然線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：其結(jié)構(gòu)式為：OHOHOHHOH HOHHCH2OHHHOH HOHHOCH2OHOOHOHOHHOH HOHHCH2OHHHHOH HOHHOCH2OHHn_2222;.從結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基。在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化從結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基。在催化劑（如硫酸、高

16、氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。此外，醋酸丙酸纖維素、醋酸丁酸纖維素也是很好的膜材料。此外，醋酸丙酸纖維素、醋酸丁酸纖維素也是很好的膜材料。23;.透過(guò)速度大透過(guò)速度大截留鹽的能力強(qiáng)截留鹽的能力強(qiáng)易于制備易于制備來(lái)源豐富來(lái)源豐富不耐溫（不耐溫（3030）pH pH 范圍窄，清洗困難范圍窄，清洗困難易受微生物侵襲易受微生物侵襲醋酸纖維素的特點(diǎn)醋酸纖維素的特點(diǎn)24;.2、非纖維素酯類膜材料、非纖維素

17、酯類膜材料(1)非纖維素酯類膜材料的基本特性非纖維素酯類膜材料的基本特性 分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)；分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)； 主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)， 使之有高的抗壓性和耐熱性；使之有高的抗壓性和耐熱性； 化學(xué)穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性好；25;.pH值適應(yīng)范圍為值適應(yīng)范圍為113，最高使用溫度達(dá)最高使用溫度達(dá)120，抗氧化，抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良。已成為性和抗氯性都十分優(yōu)良。已成為重要的膜材料之一。重要的膜材料之一。這類樹(shù)脂中，目前的代表這類樹(shù)脂中，目前的代表品種有：品種有：主要的非纖維素酯類膜材料主要的非纖維素酯類膜材料i、聚砜類、聚砜類 聚

18、砜結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)為聚砜結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)為 SOO26;.聚酰胺（俗稱尼龍）是指分子主鏈上含有酰胺基團(tuán)（聚酰胺（俗稱尼龍）是指分子主鏈上含有酰胺基團(tuán)（-NHCO-）的高分子化合物。英文）的高分子化合物。英文為為polyamide，縮寫(xiě)為，縮寫(xiě)為PA。早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龍?jiān)缙谑褂玫木埘０肥侵咀寰埘０?，如尼?4、尼龍、尼龍66等制成的中空纖維膜。等制成的中空纖維膜。以后發(fā)展了芳香族聚酰胺，用它們制成的分離膜，以后發(fā)展了芳香族聚酰胺，用它們制成的分離膜，pH適用范圍為適用范圍為311。長(zhǎng)期使用穩(wěn)。長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性好。定性好。ii、聚酰胺類、聚酰胺類27;.NHCH2NHCOCH2

19、COp-2nm。CH2CONHp-1n28;.29;.u 聚酰胺含有酰胺基團(tuán)（聚酰胺含有酰胺基團(tuán)（-CO-NH-CO-NH-）, ,親水性好親水性好, ,且其機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及水解穩(wěn)定性均很好且其機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及水解穩(wěn)定性均很好, ,是最典型的反滲透膜材料之一，不耐氯。是最典型的反滲透膜材料之一，不耐氯。u 與醋酸纖維素反滲透膜相比與醋酸纖維素反滲透膜相比, ,它具有脫鹽率高、通量大、操作壓力要求低、它具有脫鹽率高、通量大、操作壓力要求低、pH pH 范圍廣（范圍廣（4-114-11）。）。30;.用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚四氟乙烯等。用作膜材料的乙烯基

20、聚合物包括聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚四氟乙烯等。共聚物包括：聚丙烯醇共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯苯乙烯磺酸、聚乙烯/乙烯醇等。乙烯醇等。iii、聚烯烴類、聚烯烴類聚乙烯醇聚乙烯醇 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚丙烯聚丙烯 31;.磺酸：磺酸：R-SO3H 羧酸：羧酸：RCOOH 全氟：全氟：R中氫原子全被氟取代而成。中氫原子全被氟取代而成。共聚物：共聚物：e.g. 全氟磺酸全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物聚四氟乙烯共聚物 iv、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物32;.分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂分子鏈中含有碳酸酯基的

21、高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族肪族-芳香族等多種類型芳香族等多種類型。v、聚碳酸酯、聚碳酸酯33;.方法：燒結(jié)法、溶劑澆鑄法、熔壓法、徑跡蝕刻法、拉伸法、相轉(zhuǎn)化法等。方法：燒結(jié)法、溶劑澆鑄法、熔壓法、徑跡蝕刻法、拉伸法、相轉(zhuǎn)化法等。（1） 燒結(jié)法燒結(jié)法 將一定大小顆粒的粉末進(jìn)行壓縮，然后在高溫下燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程中，顆粒將一定大小顆粒的粉末進(jìn)行壓縮，然后在高溫下燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程中，顆粒間的界面消失。可采用這種制備方法的材料有，聚合物粉末（聚乙烯，聚四氟乙烯，聚丙間的界面消失?？刹捎眠@種制備方法的材料有，聚合物粉末（聚乙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯），金屬（不銹鋼，鎢），陶瓷（氧化

22、鋁，氧化鋯），石墨（碳）和玻璃（氧化硅）。烯），金屬（不銹鋼，鎢），陶瓷（氧化鋁，氧化鋯），石墨（碳）和玻璃（氧化硅）。（2）溶劑澆鑄法）溶劑澆鑄法用澆鑄刀或壓延棒將制膜液在平整玻璃板或鋼板上流延成膜，然后使溶用澆鑄刀或壓延棒將制膜液在平整玻璃板或鋼板上流延成膜，然后使溶劑蒸發(fā)，在板上即可形成均勻的聚合物薄膜。劑蒸發(fā)，在板上即可形成均勻的聚合物薄膜。（3） 熔壓法熔壓法將碾細(xì)的聚合物置于兩塊平板間，加熱使之熔化，并在高壓下保持幾分鐘，將碾細(xì)的聚合物置于兩塊平板間，加熱使之熔化，并在高壓下保持幾分鐘，冷卻后即可制得。（適用于聚乙烯、聚丙烯、尼龍等不溶于流延液的膜材料）冷卻后即可制得。（適用于聚乙

23、烯、聚丙烯、尼龍等不溶于流延液的膜材料）（二）膜的制備34;.（4） 徑跡蝕刻法徑跡蝕刻法膜片接受高能粒子輻射，聚合物受到損傷形成徑跡，再將此膜片浸入腐蝕膜片接受高能粒子輻射，聚合物受到損傷形成徑跡，再將此膜片浸入腐蝕性溶液中，徑跡處即被腐蝕而形成圓柱形的孔，且分布均勻。（孔徑性溶液中，徑跡處即被腐蝕而形成圓柱形的孔，且分布均勻。（孔徑0.02-10m，由浸蝕的時(shí)，由浸蝕的時(shí)間決定）間決定）（5） 拉伸法拉伸法在接近熔點(diǎn)的溫度下把膜材料壓緊，冷卻后進(jìn)行拉伸，使聚合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被在接近熔點(diǎn)的溫度下把膜材料壓緊，冷卻后進(jìn)行拉伸，使聚合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，產(chǎn)生孔隙。破壞，產(chǎn)生孔隙。（6） 相轉(zhuǎn)化法相

24、轉(zhuǎn)化法通過(guò)適當(dāng)途徑使聚合物制膜液由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)即可。通過(guò)適當(dāng)途徑使聚合物制膜液由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)即可。途徑有：溶劑蒸發(fā)、溶劑沉淀等。途徑有：溶劑蒸發(fā)、溶劑沉淀等。35;.相轉(zhuǎn)化制膜工藝相轉(zhuǎn)化制膜工藝相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)的制膜液通過(guò)溶劑的揮發(fā)或向溶液加入非溶劑或加熱制膜液，使液相相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)的制膜液通過(guò)溶劑的揮發(fā)或向溶液加入非溶劑或加熱制膜液，使液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^(guò)程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法是轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^(guò)程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法是L-S型制膜法。加拿大人勞勃和索里拉型制膜法。加拿大人勞勃和索里拉金發(fā)明的，并首先用于制造醋酸纖維素膜。金發(fā)明的，并首先用于制造醋酸纖維素膜。36;.聚合

25、物聚合物溶劑溶劑添加劑添加劑均質(zhì)制膜液均質(zhì)制膜液流延法制成平板型、圓管型；紡絲法制成中空纖維流延法制成平板型、圓管型；紡絲法制成中空纖維蒸出部分溶劑蒸出部分溶劑凝固液浸漬凝固液浸漬水洗水洗后處理后處理非對(duì)稱膜非對(duì)稱膜L-SL-S法相轉(zhuǎn)化制膜工藝流程框圖法相轉(zhuǎn)化制膜工藝流程框圖將制膜材料用溶劑形成均相制膜液，在模具中流涎成薄層，然后控制溫度和濕度，使溶液緩緩蒸發(fā)，將制膜材料用溶劑形成均相制膜液，在模具中流涎成薄層，然后控制溫度和濕度，使溶液緩緩蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)相轉(zhuǎn)化就形成由液相轉(zhuǎn)化為固相的膜，工藝框圖如下：經(jīng)過(guò)相轉(zhuǎn)化就形成由液相轉(zhuǎn)化為固相的膜，工藝框圖如下：37;.膜材料的改性方法膜材料的改性方法接枝

26、接枝具有某種性能的基團(tuán)或聚合物支鏈接到膜材料的高分子鏈上。具有某種性能的基團(tuán)或聚合物支鏈接到膜材料的高分子鏈上。溶劑化處理溶劑化處理在一定時(shí)間一定溫度下，用某種溶劑對(duì)聚合膜進(jìn)行預(yù)處理，以提高膜的分離性能。在一定時(shí)間一定溫度下，用某種溶劑對(duì)聚合膜進(jìn)行預(yù)處理，以提高膜的分離性能。放射刻蝕放射刻蝕利用放射線對(duì)膜的表面進(jìn)行處理，以提高膜的分離性能。利用放射線對(duì)膜的表面進(jìn)行處理，以提高膜的分離性能。交聯(lián)改性交聯(lián)改性利用交聯(lián)劑使高分子鏈形成網(wǎng)狀機(jī)構(gòu)，提高穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。利用交聯(lián)劑使高分子鏈形成網(wǎng)狀機(jī)構(gòu)，提高穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。38;.6.2 表征膜性能的參數(shù)39;.膜（膜（Membrane）是膜分離過(guò)程的

27、核心部件，其性能直接影響著分離效果、操作能耗以及設(shè)）是膜分離過(guò)程的核心部件，其性能直接影響著分離效果、操作能耗以及設(shè)備的大小。備的大小。 膜的性能主要包括兩個(gè)方面：膜的性能主要包括兩個(gè)方面： 透過(guò)性能透過(guò)性能 分離性能分離性能 40;.1透過(guò)性能透過(guò)性能能使待分離的混合物有選擇的透過(guò)是分離膜的最基本條件。表征膜透過(guò)性能的參數(shù)是透過(guò)能使待分離的混合物有選擇的透過(guò)是分離膜的最基本條件。表征膜透過(guò)性能的參數(shù)是透過(guò)速率。速率。透過(guò)速率透過(guò)速率指單位時(shí)間、單位膜面積透過(guò)組分的通過(guò)量，對(duì)于水溶液體系，又稱透水率指單位時(shí)間、單位膜面積透過(guò)組分的通過(guò)量，對(duì)于水溶液體系，又稱透水率或水通量，或水通量，以以J表示

28、表示。 J 透過(guò)速率，透過(guò)速率，m3/(m2h)或或 kg/(m2h)； V透過(guò)組分的體積或質(zhì)量，透過(guò)組分的體積或質(zhì)量，m3或或kg； A膜有效面積，膜有效面積，m2； t 操作時(shí)間，操作時(shí)間，h。tAVJ41;.水通量：純水在一定壓力、溫度水通量：純水在一定壓力、溫度(0.35MPa(0.35MPa，25)25)下透過(guò)膜的速度，下透過(guò)膜的速度，L / hL / h m m2 2。 p同類膜，孔徑同類膜，孔徑 ，水通量，水通量JwJw 。p由由JwJw的數(shù)值可了解膜是否污染和清洗是否徹底。的數(shù)值可了解膜是否污染和清洗是否徹底。42;.2分離性分離性能能 不同分離過(guò)程中膜的分離性能有不同的表示方

29、法，如截留率、截留分子量、分離因數(shù)等。不同分離過(guò)程中膜的分離性能有不同的表示方法，如截留率、截留分子量、分離因數(shù)等。43;.（1）截留率）截留率對(duì)于反滲透過(guò)程，通常用截留率表示其分離性能。截留率反映膜對(duì)溶質(zhì)的截留程度，以對(duì)于反滲透過(guò)程，通常用截留率表示其分離性能。截留率反映膜對(duì)溶質(zhì)的截留程度，以R表示，定義為表示，定義為 原料中溶質(zhì)的濃度，原料中溶質(zhì)的濃度，kg/m3； 滲透物液中溶質(zhì)的濃度，滲透物液中溶質(zhì)的濃度，kg/m3。100截留率表示溶質(zhì)全部被膜截留；截留率表示溶質(zhì)全部被膜截留；0 截留率則表示全部溶質(zhì)透過(guò)膜，無(wú)分離作用。截留率則表示全部溶質(zhì)透過(guò)膜，無(wú)分離作用。%100FPFcccRF

30、cPc44;.截?cái)嗲€截?cái)嗲€得到的截留率與分子量之間的關(guān)系稱為截?cái)嗲€。得到的截留率與分子量之間的關(guān)系稱為截?cái)嗲€。質(zhì)量好的膜應(yīng)有陡直的截?cái)嗲€質(zhì)量好的膜應(yīng)有陡直的截?cái)嗲€,可使不同分子量的溶質(zhì)分離完全；可使不同分子量的溶質(zhì)分離完全；反之，斜坦的截?cái)嗲€會(huì)導(dǎo)致分離不完全。反之，斜坦的截?cái)嗲€會(huì)導(dǎo)致分離不完全。45;.濃差極化： 由于水透過(guò)膜而使膜表面的溶質(zhì)濃度增加，在濃度梯度作用下，溶質(zhì)與水以相反方向向本體溶液擴(kuò)散，在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊界層邊界層，它對(duì)水的透過(guò)起著阻礙作用。 當(dāng)水透過(guò)膜并截留鹽時(shí)，在膜表面會(huì)形成一個(gè)流速非常低的邊界層邊界層， 邊界層中的鹽濃度比進(jìn)水本體

31、溶液鹽濃度高，這種鹽濃度在膜面增加的現(xiàn)象叫鹽濃度在膜面增加的現(xiàn)象叫做濃差極化做濃差極化。濃差極化會(huì)使實(shí)際的產(chǎn)水通量和脫鹽率低于理論估算值。 46;. 分子形狀：線狀分子易透過(guò)，分子形狀：線狀分子易透過(guò)，R R線線 0.02m人工腎人工腎 0.005m59;.透析原理圖透析原理圖水分子水分子大分子大分子小分子小分子透析膜透析膜60;.透析法的應(yīng)用蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽 無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽緩沖液緩沖液u 常用于除去蛋白或核酸樣品中的鹽、變性劑、還原劑之類的小分子雜質(zhì)。常用于除去蛋白或核酸樣品中的鹽、變性劑、還原劑之類的小分子雜質(zhì)。u 由于透析過(guò)程以濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力，膜的透過(guò)量很小，不適于大規(guī)模生

32、物分離過(guò)程、但由于透析過(guò)程以濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力，膜的透過(guò)量很小，不適于大規(guī)模生物分離過(guò)程、但在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用較多。在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用較多。u 透析法在臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。透析法在臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。61;.2. 2. 微微 濾濾以多孔薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，壓力差為推動(dòng)力，利用篩分原理使不溶性粒子（以多孔薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，壓力差為推動(dòng)力，利用篩分原理使不溶性粒子（0.02-10um0.02-10um）得以）得以分離的操作。操作壓力分離的操作。操作壓力0.05-0.1MPa0.05-0.1MPa。62;.MF作用相當(dāng)于過(guò)濾，由于微孔濾膜孔徑相對(duì)較大，孔隙率高，因而阻力小，過(guò)濾速度快，

33、實(shí)際操作壓力也較低（0.05-0.1MPa）MFMF主要主要從氣相和液相物質(zhì)中截留微米及亞微米截留微米及亞微米級(jí)的細(xì)小懸浮物、微生物、微粒、污染物等，以達(dá)到凈化、分離和濃縮的目的。MF濾除微粒和微生物的效率濾除微粒和微生物的效率測(cè)試微粒球形SiO2球形聚苯乙烯細(xì)菌熱原直徑/m脫除率/%0.2199.990.03899.990.0851000.10.41000.00199.99763;. MF 的特點(diǎn)的特點(diǎn) 與深層過(guò)濾介質(zhì)如硅藻土、沙、無(wú)紡布相比，與深層過(guò)濾介質(zhì)如硅藻土、沙、無(wú)紡布相比，MFMF膜有以下幾個(gè)特點(diǎn)：膜有以下幾個(gè)特點(diǎn)：孔徑均勻，過(guò)濾精度高孔徑均勻，過(guò)濾精度高厚度薄，厚度薄，普通深層過(guò)

34、濾介質(zhì)的普通深層過(guò)濾介質(zhì)的1/101/10。大多數(shù)。大多數(shù)MFMF膜的厚度一般為膜的厚度一般為90-150m90-150m。吸附少，過(guò)濾速。吸附少，過(guò)濾速率大。率大。通量大。由于通量大。由于MFMF膜的孔隙率高，因此在同等過(guò)濾精度下，流體的過(guò)濾速度比常規(guī)過(guò)濾介質(zhì)高膜的孔隙率高，因此在同等過(guò)濾精度下，流體的過(guò)濾速度比常規(guī)過(guò)濾介質(zhì)高幾十倍。幾十倍。過(guò)濾時(shí)無(wú)介質(zhì)脫落，不產(chǎn)生二次污染。過(guò)濾時(shí)無(wú)介質(zhì)脫落，不產(chǎn)生二次污染。顆粒容納量小，易堵塞。顆粒容納量小，易堵塞。64;.FMF分離機(jī)理（1 1）膜表面層截留：又分有篩分截留（機(jī)械截留），指）膜表面層截留：又分有篩分截留（機(jī)械截留），指MFMF膜將尺寸大于

35、其孔徑的微粒等雜質(zhì)截膜將尺寸大于其孔徑的微粒等雜質(zhì)截留；吸附截留，指留；吸附截留，指MFMF膜將尺寸小于其孔徑的微粒通過(guò)物理或化學(xué)作用吸附而截留；架橋截膜將尺寸小于其孔徑的微粒通過(guò)物理或化學(xué)作用吸附而截留；架橋截留，指固體顆粒在膜的微孔入口因架橋作用而被截留。留，指固體顆粒在膜的微孔入口因架橋作用而被截留。（2 2）膜內(nèi)部截留（也稱為網(wǎng)絡(luò)截留），這種截留發(fā)生在膜的內(nèi)部，往往是由于膜孔的曲折而形成。）膜內(nèi)部截留（也稱為網(wǎng)絡(luò)截留），這種截留發(fā)生在膜的內(nèi)部，往往是由于膜孔的曲折而形成。除上述截留之外，某些情況下，還有靜電截留。除上述截留之外，某些情況下，還有靜電截留。65;.（a）膜表面層截留）膜表

36、面層截留（b）膜內(nèi)部截留）膜內(nèi)部截留（網(wǎng)絡(luò)中截留）（網(wǎng)絡(luò)中截留）66;.微濾與常規(guī)過(guò)濾在許多方面有相似之處。微濾與常規(guī)過(guò)濾在許多方面有相似之處。u根據(jù)微粒被膜截留在表面層或膜深層的現(xiàn)象，將微濾分成：根據(jù)微粒被膜截留在表面層或膜深層的現(xiàn)象，將微濾分成：表面過(guò)濾：微粒直徑與膜孔徑相近時(shí)，微濾過(guò)程中微粒被截留在膜表面并堵塞膜孔。表面過(guò)濾：微粒直徑與膜孔徑相近時(shí)，微濾過(guò)程中微粒被截留在膜表面并堵塞膜孔。深層過(guò)濾：微孔膜孔徑大于被濾微粒的粒徑時(shí)，在微濾過(guò)程中，微粒能進(jìn)入膜深層并被除深層過(guò)濾：微孔膜孔徑大于被濾微粒的粒徑時(shí)，在微濾過(guò)程中，微粒能進(jìn)入膜深層并被除去。去。u根據(jù)微濾過(guò)程操作方式：根據(jù)微濾過(guò)程操

37、作方式：終端過(guò)濾終端過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾67;.（A）終端過(guò)濾或死端過(guò)濾）終端過(guò)濾或死端過(guò)濾（Deal-end filtration or In-line filtration）終端過(guò)濾：待澄清的流體在壓差推動(dòng)力下透過(guò)膜，終端過(guò)濾：待澄清的流體在壓差推動(dòng)力下透過(guò)膜，而微粒被膜截留在膜表面并形成濾餅，隨時(shí)間而增厚。而微粒被膜截留在膜表面并形成濾餅，隨時(shí)間而增厚。68;.（B）錯(cuò)流過(guò)濾（）錯(cuò)流過(guò)濾（Cross-flow filtration）錯(cuò)流過(guò)濾：用泵將濾液打入具有多孔膜壁的管道或薄層道內(nèi)，濾液沿膜表面的切線方向流動(dòng)，錯(cuò)流過(guò)濾：用泵將濾液打入具有多孔膜壁的管道或薄層道內(nèi)，濾液沿膜表面的切線方向

38、流動(dòng)，在壓差推動(dòng)下，使?jié)B透液錯(cuò)流通過(guò)膜。在壓差推動(dòng)下，使?jié)B透液錯(cuò)流通過(guò)膜。69;.兩種微濾過(guò)程的通量與濾餅厚度隨時(shí)間的變化關(guān)系兩種微濾過(guò)程的通量與濾餅厚度隨時(shí)間的變化關(guān)系終終端端過(guò)過(guò)濾濾錯(cuò)錯(cuò)流流過(guò)過(guò)濾濾70;.微濾應(yīng)用微濾應(yīng)用1) 1) 除去水除去水/ /溶液中的細(xì)菌和其它微粒；溶液中的細(xì)菌和其它微粒； 2) 2) 除去組織液、抗菌素、血清、血漿蛋白質(zhì)等多種溶液中的菌體；除去組織液、抗菌素、血清、血漿蛋白質(zhì)等多種溶液中的菌體； 3) 3) 除去飲料、酒類、醬油、醋等食品中的懸濁物、微生物和異味雜質(zhì)。除去飲料、酒類、醬油、醋等食品中的懸濁物、微生物和異味雜質(zhì)。71;.3. 3. 超超 濾濾是以壓

39、力差為推動(dòng)力，利用超濾膜不同孔徑對(duì)液體中溶質(zhì)進(jìn)行分離的物理篩分過(guò)程。孔徑為2-20nm，操作壓0.1-1MPa。 72;.UF的特點(diǎn)的特點(diǎn)屬于壓力差驅(qū)動(dòng)屬于壓力差驅(qū)動(dòng) 型膜過(guò)程；型膜過(guò)程；分離機(jī)理一般認(rèn)為是篩分原理；分離機(jī)理一般認(rèn)為是篩分原理；UFUF膜的形態(tài)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)；膜的形態(tài)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)；過(guò)濾的方式一般為錯(cuò)流過(guò)濾；過(guò)濾的方式一般為錯(cuò)流過(guò)濾；膜皮層厚度小于膜皮層厚度小于1m1m，操作壓力較低；，操作壓力較低；易于工業(yè)化，應(yīng)用范圍廣易于工業(yè)化，應(yīng)用范圍廣73;. UF膜結(jié)構(gòu)及截留方式膜結(jié)構(gòu)及截留方式結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征：一般為非對(duì)稱膜，由一層極薄的（：一般為非對(duì)稱膜，由一層極薄的（ 0.11m

40、）具有一定孔徑的表皮層和一層較厚）具有一定孔徑的表皮層和一層較厚的（的（125m左右）具有海綿狀或指狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成，前者起分離作用，后者起支撐作用。左右）具有海綿狀或指狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成，前者起分離作用，后者起支撐作用。UF過(guò)程中溶質(zhì)的截留包括：在膜表面上的機(jī)械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在過(guò)程中溶質(zhì)的截留包括：在膜表面上的機(jī)械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔內(nèi)的吸附等三種方式。膜表面及膜孔內(nèi)的吸附等三種方式。74;.MFMF：多數(shù)是除雜，產(chǎn)物是過(guò)濾液（滲透液）。：多數(shù)是除雜，產(chǎn)物是過(guò)濾液（滲透液）。UFUF：著重分離，產(chǎn)物既可以是滲透液，：著重分離，產(chǎn)物既可

41、以是滲透液， 也可以是截留液。也可以是截留液。UF和和MF的功能區(qū)別的功能區(qū)別75;.超濾膜中存在的問(wèn)題超濾膜中存在的問(wèn)題 濃差極化濃差極化 在膜分離過(guò)程中，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動(dòng)下透過(guò)膜，溶質(zhì)被截留，于是在膜與本體溶液界面在膜分離過(guò)程中，料液中的溶劑在壓力驅(qū)動(dòng)下透過(guò)膜，溶質(zhì)被截留，于是在膜與本體溶液界面或臨近膜界面區(qū)域濃度越來(lái)越高?；蚺R近膜界面區(qū)域濃度越來(lái)越高。在濃度梯度作用下，溶質(zhì)由膜面向本體溶液擴(kuò)散，形成邊界層，使流體阻力與局部滲透壓增加，在濃度梯度作用下，溶質(zhì)由膜面向本體溶液擴(kuò)散，形成邊界層，使流體阻力與局部滲透壓增加，從而導(dǎo)致溶劑通量下降。從而導(dǎo)致溶劑通量下降。當(dāng)溶劑向膜面流動(dòng)（對(duì)流

42、）時(shí)引起溶質(zhì)向膜面流動(dòng)速度與濃度梯度使溶質(zhì)向本體溶液擴(kuò)散速度當(dāng)溶劑向膜面流動(dòng)（對(duì)流）時(shí)引起溶質(zhì)向膜面流動(dòng)速度與濃度梯度使溶質(zhì)向本體溶液擴(kuò)散速度達(dá)到平衡時(shí)，在膜面附近存在一個(gè)穩(wěn)定的濃度梯度區(qū)，這一區(qū)域稱為濃差極化邊界層，這一現(xiàn)達(dá)到平衡時(shí)，在膜面附近存在一個(gè)穩(wěn)定的濃度梯度區(qū)，這一區(qū)域稱為濃差極化邊界層，這一現(xiàn)象稱為濃差極化。象稱為濃差極化。76;. 壓力驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程中壓力驅(qū)動(dòng)膜過(guò)程中各種傳質(zhì)阻力示意圖各種傳質(zhì)阻力示意圖77;.濃差極化的危害濃差極化的危害使膜表面溶質(zhì)濃度增高，引起滲透壓的增大，從而減小傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力；使膜表面溶質(zhì)濃度增高，引起滲透壓的增大，從而減小傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力；當(dāng)膜表面溶質(zhì)濃度達(dá)到其飽和濃

43、度時(shí)，便會(huì)在膜表面形成沉淀層或凝膠層，增加透過(guò)阻力；當(dāng)膜表面溶質(zhì)濃度達(dá)到其飽和濃度時(shí)，便會(huì)在膜表面形成沉淀層或凝膠層，增加透過(guò)阻力；當(dāng)有機(jī)溶質(zhì)在膜表面達(dá)到一定濃度時(shí)有可能對(duì)膜發(fā)生溶脹或惡化膜的性能；當(dāng)有機(jī)溶質(zhì)在膜表面達(dá)到一定濃度時(shí)有可能對(duì)膜發(fā)生溶脹或惡化膜的性能； 概括地說(shuō)，就是分離效果降低，截留率改變，通量下降。概括地說(shuō)，就是分離效果降低，截留率改變，通量下降。78;.克服濃差極化的方法錯(cuò)流過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾提高進(jìn)料流速，增加湍流提高進(jìn)料流速，增加湍流提高溫度提高溫度提高膜面粒子的反向傳遞，降低膜表面的濃度提高膜面粒子的反向傳遞，降低膜表面的濃度79;.超濾應(yīng)用超濾應(yīng)用u蛋白、酶、蛋白、酶、DNA

44、DNA的濃縮的濃縮u脫鹽脫鹽/ /蛋白質(zhì)純化蛋白質(zhì)純化u中藥生產(chǎn)中濾除分子量大的雜質(zhì)中藥生產(chǎn)中濾除分子量大的雜質(zhì)8080;.4 納濾納濾Z納濾納濾 ( NF( NF，Nanofiltration)Nanofiltration)：介于反滲透和超濾之間：介于反滲透和超濾之間Z壓力差壓力差驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程Z納濾截留物相對(duì)分子量范圍約為納濾截留物相對(duì)分子量范圍約為 2002001000 1000 ，能透過(guò)無(wú)機(jī)鹽和水。，能透過(guò)無(wú)機(jī)鹽和水。81;.納濾膜的特點(diǎn)u納濾膜對(duì)一價(jià)離子的截留率低，對(duì)二價(jià)或高價(jià)離子截留率較高。納濾膜對(duì)一價(jià)離子的截留率低，對(duì)二價(jià)或高價(jià)離子截留率較高。u從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多

45、是復(fù)合膜，即膜的表面分離層和它的支撐層的化學(xué)組成不同。其表面分從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多是復(fù)合膜，即膜的表面分離層和它的支撐層的化學(xué)組成不同。其表面分離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成。離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成。u多數(shù)納濾膜為荷電膜，截留特性多數(shù)納濾膜為荷電膜，截留特性膜孔尺寸膜孔尺寸& &靜電作用靜電作用u去除直徑去除直徑1nm1nm左右的溶質(zhì)粒子，截留物相對(duì)分子量左右的溶質(zhì)粒子，截留物相對(duì)分子量200-1000200-1000。82;.溶解溶解- -擴(kuò)散模型擴(kuò)散模型道南（道南（DonnanDonnan）效應(yīng)）效應(yīng)納濾膜的分離機(jī)理納濾膜的分離機(jī)理83;.1分離非電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型分離非電解質(zhì)溶液時(shí)的

46、傳質(zhì)模型 溶解擴(kuò)散模型溶解擴(kuò)散模型 溶解溶解-擴(kuò)散模型是由擴(kuò)散模型是由Lonsdale等人提出的，其過(guò)程可概括為等人提出的，其過(guò)程可概括為3步：步：溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解；溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解；溶質(zhì)和溶劑之間沒(méi)有相互作用，它們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下僅以分子擴(kuò)散方式溶質(zhì)和溶劑之間沒(méi)有相互作用，它們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下僅以分子擴(kuò)散方式(不存在溶不存在溶質(zhì)和溶劑的對(duì)流傳遞質(zhì)和溶劑的對(duì)流傳遞)通過(guò)膜層；通過(guò)膜層；溶質(zhì)和溶劑在膜的透過(guò)側(cè)表面解吸。溶質(zhì)和溶劑在膜的透過(guò)側(cè)表面解吸。 84;.2分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型 Donnan平衡模型：平衡

47、模型：將荷電基團(tuán)的膜置于含鹽溶劑中時(shí)，溶液中的反離子（所帶電荷與膜內(nèi)固定電荷相反的離子）將荷電基團(tuán)的膜置于含鹽溶劑中時(shí)，溶液中的反離子（所帶電荷與膜內(nèi)固定電荷相反的離子）在膜內(nèi)濃度大于其在主體溶液中的濃度，而同名離子在膜內(nèi)的濃度則低于其在主體溶液中的在膜內(nèi)濃度大于其在主體溶液中的濃度，而同名離子在膜內(nèi)的濃度則低于其在主體溶液中的濃度。由此開(kāi)成的濃度。由此開(kāi)成的Donnan位差阻止了同名離子從主體溶液向膜內(nèi)的擴(kuò)散，為了保持電中性，位差阻止了同名離子從主體溶液向膜內(nèi)的擴(kuò)散，為了保持電中性，反離子也被膜截留。反離子也被膜截留。85;.（1 1）小分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離；）小分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離；（

48、2 2）有機(jī)物與小分子無(wú)機(jī)物的分離；）有機(jī)物與小分子無(wú)機(jī)物的分離；（3 3）溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；）溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；86納濾的應(yīng)用納濾的應(yīng)用86;.世博園直飲水確定由我國(guó)膜企業(yè)龍頭世博園直飲水確定由我國(guó)膜企業(yè)龍頭立昇提供超濾膜和百個(gè)飲水臺(tái)立昇提供超濾膜和百個(gè)飲水臺(tái) 世博組委會(huì)與技術(shù)提供方簽署了合作協(xié)議。世博園將設(shè)立世博組委會(huì)與技術(shù)提供方簽署了合作協(xié)議。世博園將設(shè)立100個(gè)直飲臺(tái)，直飲臺(tái)設(shè)計(jì)方案也個(gè)直飲臺(tái)，直飲臺(tái)設(shè)計(jì)方案也已確定，所有園區(qū)直飲臺(tái)于已確定，所有園區(qū)直飲臺(tái)于3月安裝到位。月安裝到位。世博園直飲水將采用世界領(lǐng)先的世博園直飲水將采用世界領(lǐng)先的“活性炭

49、活性炭PVC合金超濾膜紫外線合金超濾膜紫外線”處理工藝，超濾膜和處理工藝，超濾膜和直飲臺(tái)均由國(guó)內(nèi)著名膜企直飲臺(tái)均由國(guó)內(nèi)著名膜企立昇企業(yè)提供。該技術(shù)細(xì)菌去除率達(dá)到立昇企業(yè)提供。該技術(shù)細(xì)菌去除率達(dá)到99.9999%，病毒去除率，病毒去除率達(dá)到達(dá)到99.99%，水資源利用率達(dá)，水資源利用率達(dá)99%，水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。，水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。世博會(huì)期間，各國(guó)觀眾將高達(dá)世博會(huì)期間，各國(guó)觀眾將高達(dá)7000萬(wàn)，解決園區(qū)直飲水問(wèn)題，可以方便觀眾飲水，也可減少萬(wàn)，解決園區(qū)直飲水問(wèn)題，可以方便觀眾飲水，也可減少瓶裝水供應(yīng)量，與瓶裝水供應(yīng)量，與“低碳世博低碳世博”的理念相符。的理念相符。87;.據(jù)了解，

50、世博園據(jù)了解，世博園A A、B B、C C、D D四個(gè)區(qū)域，將設(shè)立四個(gè)區(qū)域，將設(shè)立100100個(gè)直飲水臺(tái)，每相隔個(gè)直飲水臺(tái)，每相隔100100米設(shè)置一個(gè)直飲臺(tái)，米設(shè)置一個(gè)直飲臺(tái)，每個(gè)直飲臺(tái)有每個(gè)直飲臺(tái)有8 81212個(gè)不等出水口，可保證個(gè)不等出水口，可保證10001000多觀眾同時(shí)飲水，每天可為多觀眾同時(shí)飲水，每天可為4545萬(wàn)人提供優(yōu)質(zhì)萬(wàn)人提供優(yōu)質(zhì)直飲水。直飲水。88;.5 5 反滲透反滲透利用反滲透膜選擇性的只能通過(guò)溶劑（通常是水）的性質(zhì)，以膜兩側(cè)靜壓差為推動(dòng)力，克服利用反滲透膜選擇性的只能通過(guò)溶劑（通常是水）的性質(zhì)，以膜兩側(cè)靜壓差為推動(dòng)力，克服滲透壓，使溶劑通過(guò)反滲透膜實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物進(jìn)

51、行分離的過(guò)程。滲透壓，使溶劑通過(guò)反滲透膜實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物進(jìn)行分離的過(guò)程。操作壓差一般為操作壓差一般為0.10.110MPa10MPa89;.反滲透的概念 在外加壓力驅(qū)動(dòng)下借助半透膜的選擇截留作用溶劑由高濃度溶液透過(guò)半膜向低濃度滲透在外加壓力驅(qū)動(dòng)下借助半透膜的選擇截留作用溶劑由高濃度溶液透過(guò)半膜向低濃度滲透稱為反滲透稱為反滲透 90;.滲透和反滲透滲透和反滲透91;.溶解擴(kuò)散模型溶解擴(kuò)散模型優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動(dòng)模型優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動(dòng)模型反滲透的分離機(jī)理反滲透的分離機(jī)理92;.具體過(guò)程包括：溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解。溶質(zhì)和溶劑之間沒(méi)有相互作用，它們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下僅以分子擴(kuò)散方式

52、（不存在溶質(zhì)和溶劑的對(duì)流傳遞）通過(guò)反滲透膜的活性層。溶質(zhì)和溶劑在膜的透過(guò)液側(cè)表面解吸。（1 1）溶解）溶解擴(kuò)散模型（無(wú)孔理論）擴(kuò)散模型（無(wú)孔理論）93;.（2 2）優(yōu)先吸附）優(yōu)先吸附- -毛細(xì)孔流動(dòng)模型毛細(xì)孔流動(dòng)模型（有孔理論）（有孔理論）優(yōu)先被吸附的組分在膜面上形成一層吸附層，吸附力弱的組分在膜上濃度急驟下降，在外壓優(yōu)先被吸附的組分在膜面上形成一層吸附層，吸附力弱的組分在膜上濃度急驟下降，在外壓作用下，優(yōu)先被吸附的組分通過(guò)膜毛細(xì)孔而透過(guò)膜。作用下，優(yōu)先被吸附的組分通過(guò)膜毛細(xì)孔而透過(guò)膜。 與膜表面化學(xué)性質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。與膜表面化學(xué)性質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。由由SourirajanS

53、ourirajan于于19631963年建立。年建立。他認(rèn)為用于水溶液中脫鹽的反滲透膜是多孔的并有一定親水性，而對(duì)鹽類有一定排斥性質(zhì)。他認(rèn)為用于水溶液中脫鹽的反滲透膜是多孔的并有一定親水性，而對(duì)鹽類有一定排斥性質(zhì)。在膜面上始終存在著一層純水層，其厚度可為幾個(gè)水分子的大小。在壓力下，就可連續(xù)地使純?cè)谀っ嫔鲜冀K存在著一層純水層，其厚度可為幾個(gè)水分子的大小。在壓力下，就可連續(xù)地使純水層流經(jīng)毛細(xì)孔。水層流經(jīng)毛細(xì)孔。94;.優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動(dòng)模型優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動(dòng)模型膜表面對(duì)水的優(yōu)先吸附壓力壓力主體溶液主體溶液界面界面95;.反滲透工業(yè)應(yīng)用包括：反滲透工業(yè)應(yīng)用包括：海水和苦咸水脫鹽制飲用水；海水和苦咸水

54、脫鹽制飲用水；制備醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)中所需的超純水；制備醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)中所需的超純水；用于處理重金屬?gòu)U水用于處理重金屬?gòu)U水9696;.利用待分離分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別，以外電場(chǎng)電位差為推動(dòng)力，利用離子利用待分離分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別，以外電場(chǎng)電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。交換膜的選擇透過(guò)性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。976 、電滲析、電滲析97;.電滲析過(guò)程采用的膜材料主要為離子交換膜，其表面和孔道內(nèi)鍵合有離子交換基團(tuán)。98;.99;.電滲析分離原理示意圖電滲析分離原理示意圖100100;.電滲析應(yīng)用電滲析應(yīng)用u 工業(yè)

55、上多用于海水、苦咸水淡化、廢水處理工業(yè)上多用于海水、苦咸水淡化、廢水處理u 生物分離中可用于氨基酸、蛋白質(zhì)、血清等生物制品的純化。生物分離中可用于氨基酸、蛋白質(zhì)、血清等生物制品的純化。101101;.4 膜污染膜使用中最大的問(wèn)題是膜污染。是指處理物料中的微粒，膠體或溶質(zhì)大分子在膜表面或膜孔內(nèi)吸附，沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。膜污染的表現(xiàn)：膜通量下降； 膜對(duì)生物分子的截留性能改變。102;.膜的污染膜的污染 (fouling) 膜的污染可分為沉淀污染、吸附污染、生物污染 1 沉淀污染沉淀污染對(duì)RO和NF的影響尤為顯著。當(dāng)過(guò)濾液中鹽的濃度超過(guò)了其溶解度，就

56、會(huì)在膜上形成沉淀或結(jié)垢。普遍受人們關(guān)注的污染物是鈣、鎂、鐵和其它金屬的沉淀物，如氫氧化物、碳酸鹽和硫酸鹽等。103;.2 吸附污染 有機(jī)物在膜表面的吸附通常是影響膜性能的主要因素。一般來(lái)講膜的親水性越強(qiáng)有機(jī)物不宜吸附。而疏水作用可增加其在膜上的積累，導(dǎo)致嚴(yán)重的吸附污染。膜的污染膜的污染 (fouling) 104;.3 生物污染是指微生物在膜內(nèi)積累，從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。微生物粘附和生長(zhǎng)形成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白質(zhì)、核酸、多糖酯等，強(qiáng)烈吸附在膜面上引起膜表面改性。微生物生物膜，可直接(通過(guò)酶作用)或間接(通過(guò)局部pH或還原電勢(shì)作用)降解膜材料，造成膜壽命縮短，膜結(jié)構(gòu)完整性被破壞。

57、膜的污染膜的污染 (fouling) 105;.防止膜污染的方法原料液的預(yù)處理膜表面的改性外加場(chǎng)：電場(chǎng)、離心場(chǎng)、超聲波場(chǎng)高壓反沖強(qiáng)化傳質(zhì)106;.膜污染的清洗方法化學(xué)法物理法107;.化學(xué)法常用的清洗劑有：1NaOH2酸：如H3PO4 、HCl3表面活性劑：SDS、Triton X-1004消毒劑5酶6有機(jī)溶劑膜污染的清洗方法108;.物理法：反沖洗和循環(huán)清洗膜污染的清洗方法109;.超濾液超濾液保留液保留液透過(guò)液透過(guò)液超濾超濾循環(huán)清洗循環(huán)清洗清洗液出口清洗液出口清洗液入口清洗液入口清洗液出口清洗液出口逆洗逆洗清洗液入口清洗液入口清洗液出口清洗液出口膜污染的清洗方式利用膜的不對(duì)稱性和膜組件的結(jié)

58、構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行清洗利用膜的不對(duì)稱性和膜組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行清洗110;.5、膜組件、膜組件111;.良好的膜組件應(yīng)具備下列條件：沿膜面的流動(dòng)情況好，濃差極化小。單位體積中所含的膜面積較大。組件的價(jià)格低。清洗和膜的更換方便。112;.膜過(guò)濾裝置的型式及其適用范圍膜過(guò)濾裝置的型式及其適用范圍常見(jiàn)的膜過(guò)濾裝置有四種類型：常見(jiàn)的膜過(guò)濾裝置有四種類型： 管式管式 中空纖維式中空纖維式 平板式平板式 卷式（螺旋式）卷式（螺旋式）113;.1) 平板式膜組件 114;.這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由膜、支承板、隔板交替重疊組成。這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類似，由膜、支承板、隔板交替重疊組成。濾

59、膜復(fù)合在剛性多孔支撐板上，料液從膜面流過(guò)時(shí)，透過(guò)液從支撐板的下部孔道中匯集排出。濾膜復(fù)合在剛性多孔支撐板上，料液從膜面流過(guò)時(shí)，透過(guò)液從支撐板的下部孔道中匯集排出。為減小濃差極化，濾板的表面為凸凹形，以形成湍動(dòng)。濃縮液從另一孔道流出收集。為減小濃差極化，濾板的表面為凸凹形，以形成湍動(dòng)。濃縮液從另一孔道流出收集。115;.截留液截留液透透過(guò)過(guò)液液料液料液 膜膜支撐板支撐板隔板隔板平板式膜組件平板式膜組件116;.板式膜實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖板式膜實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖(millipore公司公司)：117;.板式反滲透板式反滲透(納濾納濾)膜裝置膜裝置(生產(chǎn)型生產(chǎn)型) 118;.板式膜超濾工業(yè)設(shè)備圖板式膜超濾工業(yè)設(shè)備

60、圖:119;.2) 2) 卷式膜組件卷式膜組件將膜、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(gè)膜組件。料液在膜將膜、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(gè)膜組件。料液在膜表面通過(guò)間隔材料沿軸向流動(dòng)，透過(guò)液沿螺旋形流向中心管。表面通過(guò)間隔材料沿軸向流動(dòng)，透過(guò)液沿螺旋形流向中心管。120;.2) 2) 卷式膜組件卷式膜組件121;.122;.各種規(guī)格的各種規(guī)格的卷式膜元件卷式膜元件123;.OSMONICS公司的公司的卷式膜元件卷式膜元件Desal公司的公司的RO膜膜元件元件NTR70SWC型卷式型卷式RO海水淡化膜海水淡化膜Filmtec公司的公司的海水淡化膜海水淡化膜124;.12