第六章膜分離法gai

1、第六章 膜分離 膜分離是借助一特殊制造的、具有選擇透過性能的薄膜,在某種推動(dòng)力的作用下,利用流體中各組分對(duì)膜的滲透速率的差別而實(shí)現(xiàn)組分分離的單元操作。膜分離過程一般不發(fā)生相變,與有相變的平衡分離方法相比能耗低,屬于速率分離過程。多數(shù)膜分離過程在常溫下進(jìn)行,特別適用于熱敏性物質(zhì)的分離。此外,它操作方便、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)費(fèi)用低,因而是現(xiàn)代分離技術(shù)中一種效率較高的分離手段。 近年來,作為新型高效的單元操作,各種膜分離過程得到了迅速發(fā)展, 在化工、生物、醫(yī)藥、能源、環(huán)境、冶金等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。 盡管各種膜分離過程的機(jī)理并不相同,但它們都有一個(gè)共同特征：借助于膜實(shí)現(xiàn)分離。一、膜分離概述一、膜

2、分離概述1、膜、膜(Membrane) 如果在一個(gè)流體相內(nèi)或兩個(gè)流體相之間有一薄層凝聚相物質(zhì)把流體相分隔開來成為兩部分,那么這一薄層物質(zhì)就是膜。膜具備下述兩個(gè)特性：第一,膜不管薄到什么程度,至少必須具有兩個(gè)界面。膜正是通過這兩個(gè)界面分別與被膜分開于兩側(cè)的流體物質(zhì)互相接觸。第二,膜應(yīng)具有選擇透過性。膜可以是完全透過性的,也可以是半透過性的。 膜是膜過程的核心,膜材料的化學(xué)性質(zhì)和膜的結(jié)構(gòu)對(duì)膜過程的性能起著決定性影響。(1)、膜的種類及結(jié)構(gòu)、膜的種類及結(jié)構(gòu) 根據(jù)膜的性質(zhì)、來源、相態(tài)、材料、用途、形狀、分離機(jī)理、結(jié)構(gòu)、制備方法等的不同,膜有不同的分類方法。按膜的形狀分為平板膜(Flat Membran

3、e)、管式膜(Tubular Membrane)和中空纖維膜(Hollow Fiber)。按膜孔徑的大小分為多孔膜和致密膜(無孔膜)。 按膜的結(jié)構(gòu)分為對(duì)稱膜(Symmetric Membrane)、非對(duì)稱膜(Asymmetric Membrane)和復(fù)合膜(Composite Membrane):對(duì)稱膜對(duì)稱膜 膜兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)相同,且孔徑與孔徑分布也基本一致的膜稱為對(duì)稱膜。對(duì)稱膜可以是疏松的微孔膜或致密的均相膜,膜的厚度大致在10200m范圍內(nèi),如圖9-1(a)所示。致密的均相膜由于膜較厚而導(dǎo)致滲透通量低,目前已很少在工業(yè)過程中應(yīng)用。非對(duì)稱膜非對(duì)稱膜 非對(duì)稱膜由致密的表皮層及疏松的多孔支

4、撐層組成,如圖91(b)所示。膜上下兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)不相同,致密層厚度約為0.10.5m, 支撐層厚度約為50150m。在膜過程中,滲透通量一般與膜厚成反比, 由于非對(duì)稱膜的表皮層比致密膜的厚度(10200m)薄得多,故其滲透通量比致密膜大得多。復(fù)合膜復(fù)合膜 復(fù)合膜實(shí)際上也是一種具有表皮層的非對(duì)稱膜,如圖9-1(c)所示,但表皮層材料與用作支撐層的對(duì)稱或非對(duì)稱膜材料不同,皮層可以多層疊合, 通常超薄的致密皮層可以用化學(xué)或物理等方法在非對(duì)稱膜的支撐層上直接復(fù)合制得。(2)、膜材料、膜材料 膜分離過程對(duì)膜材料的要求主要有:具有良好的成膜性能和物化穩(wěn)定性,耐酸、堿、微生物侵蝕和耐氧化等。 反滲透

5、、納濾、超濾、微濾用膜最好為親水性,以得到高水通量和抗污染能力。 氣體分離,尤其是滲透蒸發(fā), 要求膜材料對(duì)透過組分優(yōu)先吸附溶解和優(yōu)先擴(kuò)散。 電滲析用膜則特別強(qiáng)調(diào)膜的耐酸、堿性和熱穩(wěn)定性。 膜萃取等過程,要求膜耐有機(jī)溶劑。 而目前的膜材料大多是通過已有的高分子材料和無機(jī)材料篩選得到,通用性強(qiáng),專用性差。因此,要得到能同時(shí)滿足上述條件的膜材料往往非常困難,常采用膜材料改性或膜表面改性的辦法,使膜具有某些需要的性能。 表9-1列出了一些常用的高分子膜材料。 高分子膜及膜材料的改性方法主要有： 接枝、共聚、聲光電磁處理、溶劑預(yù)處理等。 (3). 膜的保存 分離膜的保存對(duì)其性能極為重要。主要應(yīng)防止分離膜

6、的保存對(duì)其性能極為重要。主要應(yīng)防止微生物、水解、冷凍對(duì)膜的破壞和膜的收縮變形。微生物、水解、冷凍對(duì)膜的破壞和膜的收縮變形。(4).膜的污染、防治及清洗膜污染膜污染膜的劣化膜的劣化水生物水生物(附生附生)污垢污垢濃差極化濃差極化膜污染的預(yù)防 預(yù)處理法：預(yù)處理法：開發(fā)抗污染的膜：開發(fā)抗污染的膜：加大供給液的流速加大供給液的流速污染膜是否清洗的判據(jù) 根據(jù)膜分離裝置進(jìn)出口壓力降的變化：根據(jù)膜分離裝置進(jìn)出口壓力降的變化：根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化：根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化：定時(shí)清洗：定時(shí)清洗：污染膜的常用清洗方法 采用增大流速、逆洗、脈沖流動(dòng)，超聲波清洗等機(jī)械方法。采用增大流速、逆洗、脈沖流動(dòng)，超聲波

7、清洗等機(jī)械方法。添加酸、堿、酶（蛋白酶）、螯合劑或表面活性劑等起溶添加酸、堿、酶（蛋白酶）、螯合劑或表面活性劑等起溶解作用的物質(zhì)。解作用的物質(zhì)。添加過氧化氫、高錳酸鉀和次氯酸鹽等起氧化作用的物質(zhì)。添加過氧化氫、高錳酸鉀和次氯酸鹽等起氧化作用的物質(zhì)。添加磷酸鹽和聚磷酸鹽等起滲透作用的物質(zhì)。添加磷酸鹽和聚磷酸鹽等起滲透作用的物質(zhì)。改變離子強(qiáng)度、改變離子強(qiáng)度、pH值和值和電位等起切斷離子結(jié)合作用的電位等起切斷離子結(jié)合作用的方法。方法。 膜的清洗方法物理方法化學(xué)方法所用的清洗劑水力方法氣液脈沖反沖洗滌循環(huán)洗滌酸堿液表面活性劑螯合劑氧化劑酶化學(xué)清洗液內(nèi)壓式中空纖維膜使用污染膜的常用清洗方法 (5)、膜性

8、能的表示法、膜性能的表示法 膜的分離透過特性包括分離效率、滲透通量和通量衰減系數(shù)三個(gè)方 面。 分離效率分離效率式中c1、c2分別表示原液和透過液中被分離物質(zhì)(鹽、微?；蚋叻肿游镔|(zhì)) 的濃度。%100121cccR 對(duì)于某些混合物的分離,可以用分離因子或分離系數(shù) 表示, 式中xA與yA分別表示原液(氣)與透過液(氣)中組分A的摩爾分?jǐn)?shù)。 滲透通量滲透通量 通常用單位時(shí)間內(nèi)通過單位膜面積的透過物量表示。AAAAxxyy11AAxy 通量衰減系數(shù)通量衰減系數(shù)式中J0一一初始時(shí)間的滲透通量,kg/(m2h); 一一使用時(shí)間,h; J一一時(shí)間的滲透通量,kg /(m2h); m一一衰減系數(shù)。 mJJ02

9、、膜組件、膜組件(Membrane Module) 將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個(gè)單元稱為膜組件。 工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有:中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。 (1)、板框式、板框式(Plate-and-Frame)膜組件膜組件(2)、管式、管式(Tubular)膜組件膜組件(3)、螺旋卷式、螺旋卷式(Spiral Wound)膜組件膜組件(4)、中空纖維、中空纖維(Hollow Fiber)膜組件膜組件 各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見下表。二、微濾、超濾、納濾和反滲透二、微濾、超濾、納濾和反滲

10、透 微濾、超濾、反滲透膜分離法及其原理1、反滲透與納濾、反滲透與納濾反滲透:是利用反滲透膜選擇性地只透過溶劑(通常是水)的性質(zhì),對(duì)溶液施加壓力克服溶劑的滲透壓,使溶劑從溶液中分離出來的單元操作。 (1)、反滲透原理、反滲透原理反滲透過程必須滿足兩個(gè)條件： 有一種選擇性高的透過膜； 操作壓力必須高于溶液的滲透壓。(2)、影響反滲透因素、影響反滲透因素濃差極化濃差極化 濃差極化對(duì)反滲透過程產(chǎn)生下列不良影響： 由于濃差極化, 導(dǎo)致溶劑的滲透通量下降; 由于濃差極化, 溶質(zhì)的滲透通量升高,截留率降低 堵塞膜孔并減少溶劑的滲透通量; 出現(xiàn)膜污染減輕濃差極化的有效途徑:提高傳質(zhì)系數(shù)A,采取的措施有:提高料

11、液流速、增強(qiáng)料液湍動(dòng)程度、提高操作溫度、對(duì)膜面進(jìn)行定期清洗和采用性能好的膜材料等。(3)、反滲透過程工藝流程 在實(shí)際生產(chǎn)中,可以通過膜組件的不同配置方式來滿足對(duì)溶液分離的不同質(zhì)量要求。而且膜組件的合理排列組合對(duì)膜組件的使用壽命也有很大影響。如果排列組合不合理,則將造成某一段內(nèi)的膜組件的溶劑通量過大或過小,不能充分發(fā)揮作用,或使膜組件污染速度加快,膜組件頻繁清洗和更換,造成經(jīng)濟(jì)損失。 根據(jù)料液的情況、分離要求以及所有膜器一次分離的分離效率高低等的不同,反滲透過程可以采用不同工藝過程,下面簡(jiǎn)要介紹幾種常見的工藝流程。 一級(jí)一段連續(xù)式一級(jí)一段連續(xù)式 一級(jí)一段循環(huán)式一級(jí)一段循環(huán)式 一級(jí)多段連續(xù)式一級(jí)多

12、段連續(xù)式(3)、反滲透過程工藝流程(4)、反滲透技術(shù)的應(yīng)用 海水淡化海水淡化 超純水及純凈水的生產(chǎn)超純水及純凈水的生產(chǎn) 電鍍廢水處理電鍍廢水處理 反滲透技術(shù)還應(yīng)用于水果和蔬菜汁的濃縮,楓樹糖液的預(yù)濃縮等過程。 食品工業(yè)中的應(yīng)用食品工業(yè)中的應(yīng)用造紙工業(yè)中的應(yīng)用造紙工業(yè)中的應(yīng)用含油廢水的處理含油廢水的處理 制藥工業(yè)中的應(yīng)用制藥工業(yè)中的應(yīng)用 反滲透技術(shù)在制藥工業(yè)中的典型應(yīng)用是鏈霉素的濃縮。鏈霉素是灰色鏈霉菌產(chǎn)生的堿性物質(zhì),它是氨基糖苷類抗生素。在鏈霉素的提取精致過程中,傳統(tǒng)的真空蒸發(fā)濃縮方法對(duì)熱敏性的鏈霉素很不利,而且能耗很大。采用反滲透取代傳統(tǒng)的真空蒸發(fā),可提高鏈霉素的回收率和濃縮液的透光度,還節(jié)

13、約了能耗。其工藝流程見圖。原料液經(jīng)二級(jí)過濾器處理, 打入料液貯槽,由供料泵、往復(fù)泵對(duì)料液增壓。經(jīng)過冷卻的料液進(jìn)入板式反滲透組件,料液中的小分子物質(zhì)透過膜,透過液經(jīng)流量計(jì)排放,鏈霉素被膜截留返回料液貯槽。如此循環(huán),直至濃縮液的濃度達(dá)到指標(biāo)。 制藥工業(yè)中的應(yīng)用制藥工業(yè)中的應(yīng)用2、超濾、超濾(1)、超濾原理、超濾原理 超濾過程基本原理如圖所示。中空纖維超濾膜結(jié)構(gòu)單單 內(nèi)內(nèi) 皮皮 層層雙雙 皮皮 層層制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜的腈和醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于材

14、質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于pH = 38，三醋，三醋酸纖維素超濾膜適用于酸纖維素超濾膜適用于pH = 29，芳香聚酰胺超濾，芳香聚酰胺超濾膜適用于膜適用于pH = 59，溫度，溫度040，而聚醚砜超濾，而聚醚砜超濾膜的使用溫度則可超過膜的使用溫度則可超過100。(2)、濃差極化、濃差極化 在超濾分離過程中,膜截留下來的溶質(zhì)粒子在膜前積累,使膜表面溶質(zhì)濃度逐漸高于原料液主體溶質(zhì)濃度,在此濃度差為推動(dòng)力的作用下,溶質(zhì)便從膜表面向料液主體擴(kuò)散,形成 具有濃度梯度的邊界層,這就是超濾過程的濃差極化。當(dāng)這種擴(kuò)散的溶質(zhì)通量與隨著溶劑到達(dá)膜表面的溶質(zhì)通量相等時(shí),即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。由于濃差極化,膜表面處溶質(zhì)濃

15、度高,會(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)截留率的下降和滲透通量的下降。當(dāng)膜表面處溶質(zhì)濃度達(dá)到飽和時(shí),在膜表面形成凝膠層,使溶質(zhì)截留率增大,但滲透率顯著減小。(3)、影響滲透通量的因素、影響滲透通量的因素 操作壓力 壓差是超濾過程的推動(dòng)力,對(duì)滲透通量產(chǎn)生決定性的影響。一般情況下,在壓差較小的范圍內(nèi),滲透通量隨壓差增長(zhǎng)較快;當(dāng)壓差較大時(shí),隨壓差的增加滲透通 量增長(zhǎng)逐漸減慢,且當(dāng)膜表面形成凝膠層時(shí),滲透量趨于定值不再隨壓差而變化,此時(shí)的滲透通量稱為臨界滲透通量。實(shí)際超濾操作壓力應(yīng)接近臨界滲透通量時(shí)的壓差,若壓差過高不僅無益而且有害。 料液流速 濃差極化是超濾過程不可避免的現(xiàn)象,為了提高滲透通量,必須使極化邊界層盡可能的小。

16、目前,超濾過程采用錯(cuò)流操作,即加料錯(cuò)流流過膜表面,可清除一部分極化邊界層。為了進(jìn)一步減薄邊界層厚度,提高傳質(zhì)系數(shù),可增加料液的流速和湍流程度, 這種方法與單純提高流速相比可節(jié)約能量,降低料液對(duì)膜的壓力。實(shí)現(xiàn)料液端動(dòng)的方法有在 流道內(nèi)附加帶狀助湍流器、脈沖流動(dòng)等。 溫度 料液溫度升高,粘度降低,有利于增大流體流速和湍動(dòng)程度,減輕濃差極化,提高傳質(zhì)系數(shù),提高滲透通量。但溫度上升會(huì)使料液中某些組分的溶解度降低,增加膜污染,使?jié)B透通量下降,如乳清中的鈣鹽;有些物質(zhì)會(huì)因溫度的升高而變形,如蛋白質(zhì)。因此,大多數(shù)超濾應(yīng)用的溫度范圍為3060。牛奶、大豆體系的料液,最高超濾溫度不超過5560。 截留液濃度 隨

17、著超濾過程的進(jìn)行,截留液濃度不斷增加,極化邊界層增厚,容易形成凝膠,會(huì)導(dǎo)致滲透通量的降低。因此,對(duì)不同體系的截留液濃度均有允許最大值。如顏料和分散染料體系,最大截留液濃度為30%50%,多糖和低聚糖體系,最大截留液濃度 為1%10%等。(4)、超濾過程的工藝流程、超濾過程的工藝流程 超濾的操作方式可分為重過濾和錯(cuò)流過濾兩大類。重過濾是靠料液的液柱壓力為推動(dòng)力,但這樣操作濃差極化和膜污染嚴(yán)重,很少采用,而常采用錯(cuò)流操作。錯(cuò)流操作工藝流程又可分為間歇式和連續(xù)式。 間歇式間歇式 常見的間歇式流程見圖。圖中(a)為間歇操作開式回路流程,將一批料液加入貯槽,用泵加壓后送往膜組件,使之連續(xù)排出透過液,濃縮

18、液則返回槽中與貯槽中原料液 混合后送往膜組件。如此循環(huán)操作,直到濃縮液濃度達(dá)到預(yù)定值為止。這種流程操作簡(jiǎn)單, 濃縮速度快,所需膜面積小,但全循環(huán)時(shí)泵的能耗高。為了降低能耗,可采用部分循環(huán)操作,如圖(b)所示為間歇操作閉式回路流程。間歇操作通常在實(shí)驗(yàn)室中和小型中試廠使用。 連續(xù)式連續(xù)式 連續(xù)式超濾過程是指料液連續(xù)不斷加人貯槽和產(chǎn)品的不斷產(chǎn)出。可分為單級(jí)和多級(jí)。單級(jí)連續(xù)式操作過程的效率較低,一般采用如圖所示的多級(jí)連續(xù)式操作。將幾個(gè)循環(huán)回路串聯(lián)起來,每一個(gè)回路即為一級(jí),每一級(jí)都在一個(gè)固定的濃度下操作,從第一級(jí)到最后一級(jí)濃度逐漸增加。最后一級(jí)的濃度是最大的,即為濃縮產(chǎn)品。多級(jí)操作只有最后一級(jí)在高濃度下

19、操作,滲透通量低,其他級(jí)操作濃度均較低,滲透通量相應(yīng)也較大,因此級(jí)效率高;而且多級(jí)操作所需的總膜面積較小。它適合在大規(guī)模生產(chǎn)中使用,特別適用于食品工業(yè)領(lǐng)域。(5)、超濾技術(shù)的應(yīng)用、超濾技術(shù)的應(yīng)用 超濾的工藝應(yīng)用可分為三種類型：濃縮、小分子溶質(zhì)的分離、大分子溶質(zhì)的分級(jí)。絕大部分的工業(yè)應(yīng)用屬于濃縮這個(gè)方面,也可以采用與大分子結(jié)合或復(fù)合的辦法分離小分子溶質(zhì)。前面在講述反滲透技術(shù)應(yīng)用時(shí)提到超濾與反滲透結(jié)合可回收干酪乳清蛋白、分離油水乳液、處理生活廢水。下面介紹超濾技術(shù)在其他方面的應(yīng)用。超濾裝置 超濾裝置：超濾裝置：目前應(yīng)用最廣的是采用中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置，其是目前應(yīng)用最廣的是采用中空纖維系統(tǒng)的超濾裝

20、置，其是由多根空心纖維細(xì)管成束地裝配而成。由多根空心纖維細(xì)管成束地裝配而成。 空心纖維細(xì)管橫截面的內(nèi)表層細(xì)密，向外逐漸疏松，形成各向異性空心纖維細(xì)管橫截面的內(nèi)表層細(xì)密，向外逐漸疏松，形成各向異性微孔膜管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)徑一般為微孔膜管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)徑一般為0.20.2 mmmm，有效面積約，有效面積約1 1cmcm2 2，表面積與體積，表面積與體積的比率極大，故濾速很高。的比率極大，故濾速很高。 DC-30DC-30型中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置：三組中空纖維套筒，膜表面積型中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置：三組中空纖維套筒，膜表面積2.7 m2.7 m2 2，在，在3 3個(gè)大氣壓下，濾液流量可達(dá)個(gè)大氣壓下，濾液流量可

21、達(dá) 1L/min1L/min。 中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置中空纖維系統(tǒng)的超濾裝置用于透析、脫鹽，在不到一小時(shí)可從溶液中用于透析、脫鹽，在不到一小時(shí)可從溶液中除去除去99%99%的水。的水。 應(yīng)用：應(yīng)用：濃縮酶、蛋白質(zhì)、核酸、多糖；酶的濃縮回收率可達(dá)濃縮酶、蛋白質(zhì)、核酸、多糖；酶的濃縮回收率可達(dá)90%90%。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高效、快速的分離方法。簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高效、快速的分離方法。透析 超濾分離技術(shù) 原理：原理：透析是采用半透膜作為濾膜透析是采用半透膜作為濾膜, ,使試樣中的小分子經(jīng)擴(kuò)散作用不使試樣中的小分子經(jīng)擴(kuò)散作用不斷透出膜外斷透出膜外, ,而大分子不能透過被保留，直到膜兩邊達(dá)到平衡。而

22、大分子不能透過被保留，直到膜兩邊達(dá)到平衡。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：半透膜兩邊均為液體，一邊為試樣溶液，另一邊為純凈溶劑（半透膜兩邊均為液體，一邊為試樣溶液，另一邊為純凈溶劑（水或緩沖溶液）?？刹粩喔鼡Q外層溶劑使擴(kuò)散不斷進(jìn)行，直至符合要求。水或緩沖溶液）?？刹粩喔鼡Q外層溶劑使擴(kuò)散不斷進(jìn)行，直至符合要求。 應(yīng)用：應(yīng)用：制備或提純生物大分子時(shí)，除去小分子物質(zhì)及其雜質(zhì)，脫鹽。制備或提純生物大分子時(shí)，除去小分子物質(zhì)及其雜質(zhì)，脫鹽。 用于透析的半透膜應(yīng)具備的條件：用于透析的半透膜應(yīng)具備的條件： （1 1）在溶劑中能膨脹形成分子篩狀多孔薄膜，只允許小分子溶質(zhì)通過）在溶劑中能膨脹形成分子篩狀多孔薄膜，只允許小分子溶質(zhì)通

23、過，而阻止大分子（如蛋白質(zhì)）通過；，而阻止大分子（如蛋白質(zhì)）通過； （2 2）化學(xué)惰性；）化學(xué)惰性； （3 3）在水、鹽溶液、稀酸或稀堿溶液中穩(wěn)定；）在水、鹽溶液、稀酸或稀堿溶液中穩(wěn)定； （4 4）有一定的機(jī)械強(qiáng)度和良好的再生性能。）有一定的機(jī)械強(qiáng)度和良好的再生性能。 透析的裝置與方法 半透膜可制成管狀，按需要截取一定長(zhǎng)度，將一端封閉后，裝入需半透膜可制成管狀，按需要截取一定長(zhǎng)度，將一端封閉后，裝入需要透析的試樣溶液后，放入盛有溶劑的透析缸中。要透析的試樣溶液后，放入盛有溶劑的透析缸中。 商品透析管常涂有甘油以防干裂，也可能含有其他微量雜質(zhì)。商品透析管常涂有甘油以防干裂，也可能含有其他微量雜質(zhì)

24、。 預(yù)處理：預(yù)處理：用用50%50%乙醇慢慢煮沸一小時(shí)，再分別用乙醇慢慢煮沸一小時(shí)，再分別用50%50%乙醇、乙醇、0.01mol/L0.01mol/L碳酸氫納溶液、碳酸氫納溶液、0.001 mol/L EDTA 0.001 mol/L EDTA 溶液依次洗滌，最后用蒸溶液依次洗滌，最后用蒸餾水洗滌三次；餾水洗滌三次； 透析過程注意點(diǎn)：透析過程注意點(diǎn)： （1 1）透析前，對(duì)裝有試液的透析袋檢查是否有泄漏；）透析前，對(duì)裝有試液的透析袋檢查是否有泄漏； （2 2）透析袋裝一半左右，防止膜外溶劑因濃度差滲入將袋漲裂或過）透析袋裝一半左右，防止膜外溶劑因濃度差滲入將袋漲裂或過度膨脹使膜孔徑改變；度膨脹

25、使膜孔徑改變； （3 3）攪拌；定期或連續(xù)更換外部溶劑可提高透析效果。）攪拌；定期或連續(xù)更換外部溶劑可提高透析效果?；厥针娪就科釓U水中的涂料回收電泳涂漆廢水中的涂料 世界各國(guó)的汽車工業(yè)幾乎都采用電泳涂裝技術(shù)給汽車車身上底漆,該技術(shù)也被用在機(jī)電工業(yè)、鋼制家具、軍事工業(yè)等部門。在金屬電泳涂漆過程中,帶電荷的金屬物件浸入一個(gè)裝有帶相反電荷涂料的池內(nèi)。由于異電相吸,涂料便能在金屬表面形成一層均勻的涂層,金屬物件從池中撈出并用水洗除隨帶的涂料,因而產(chǎn)生電泳漆廢水?？刹捎贸瑸V技術(shù)將廢水中的高分子涂料及顏料顆粒截留下來,而讓無機(jī)鹽、水及溶劑穿過超濾膜除去,濃縮液再回到電 泳漆貯槽循環(huán)使用,透過液用于淋洗新上

26、漆的物件。礦泉水的制造礦泉水的制造礦泉水的水源必須是地下水,而這種水在地下流動(dòng)時(shí)會(huì)溶入某些無機(jī)鹽。采用超濾和微濾組合工藝可制造合乎飲用水標(biāo)準(zhǔn)的礦泉水, 酶制劑的生產(chǎn)酶制劑的生產(chǎn) 酶是一種具有高度催化活性的特殊蛋白質(zhì)。相對(duì)分子質(zhì)量在1萬(wàn)10萬(wàn)之間。采用超濾技術(shù)處理粗酶液,低分子物質(zhì)和鹽與水一起透過膜除去,而酶得到濃縮和精制。目前超濾已用于細(xì)菌蛋白酶、葡萄糖苷酶、凝乳酶、果膠酶、胰蛋白酶、葡萄糖氧化酶等的分離。與傳統(tǒng)的鹽析沉淀和真空濃縮等方法相比,采用超濾法提高可酶的回收率,防止酶失活,而且可簡(jiǎn)化提取工藝,降低操作成本。下圖所示為糖化酶超濾濃縮流程示意圖。糖化酶發(fā)酵液加2%酸性白土處理,經(jīng)板框壓濾

27、,除去培養(yǎng)基等雜質(zhì),澄清的濾液經(jīng)過過濾器壓入循環(huán)槽進(jìn)行超濾濃縮。透過液由超濾器上端排出,循環(huán)液中糖化酶被超濾膜截留返回循環(huán)液貯槽循環(huán)操作,直至達(dá)到要求的濃縮倍數(shù)。 滲透蒸發(fā)技術(shù)1. 滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點(diǎn)滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點(diǎn) 滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離技術(shù)。技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差的推動(dòng)力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)氣分壓差的推動(dòng)力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目的的一種膜分離方法。到分離目的的一種膜分離方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手可用于傳統(tǒng)分離手段較難處理的

28、恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離。具有段較難處理的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離。具有一一次分離度高、操作簡(jiǎn)單、無污染、低能耗次分離度高、操作簡(jiǎn)單、無污染、低能耗等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。其他膜分離過程 滲透蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過滲透蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。其原理如圖來分離液體混合物。其原理如圖6所示。由高分所示。由高分子膜將裝置分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分離混合物子膜將裝置分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分離混合物的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室?；旌衔锿ㄟ^高分子膜的選擇滲透，吹掃的氣相室?；旌衔锿ㄟ^高分子膜的選擇

29、滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動(dòng)力是冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動(dòng)力是膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。圖圖6a 滲透蒸發(fā)分離示意圖滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化真空氣化)液相室氣相室膜真空泵冷凝液冷凝器圖圖6b 滲透蒸發(fā)分離示意圖滲透蒸發(fā)分離示意圖(惰性氣體吹掃惰性氣體吹掃)液相室氣相室膜冷凝液冷

30、凝器惰性氣體惰性氣體凈化利用2. 制備滲透蒸發(fā)膜的材料制備滲透蒸發(fā)膜的材料（1）滲透蒸發(fā)膜材料的選擇）滲透蒸發(fā)膜材料的選擇 對(duì)于滲透蒸發(fā)膜來說，是否具有良好的選擇性對(duì)于滲透蒸發(fā)膜來說，是否具有良好的選擇性是首先要考慮的?；谌芙鈹U(kuò)散理論，只有對(duì)所需是首先要考慮的?；谌芙鈹U(kuò)散理論，只有對(duì)所需要分離的某組分有較好親和性的高分子物質(zhì)才可能要分離的某組分有較好親和性的高分子物質(zhì)才可能作為膜材料。作為膜材料。 如以透水為目的的滲透蒸發(fā)膜，應(yīng)該有良好的如以透水為目的的滲透蒸發(fā)膜，應(yīng)該有良好的親水性，因此聚乙烯醇（親水性，因此聚乙烯醇（PVA）和醋酸纖維素（）和醋酸纖維素（CA）都是較好的膜材料；而當(dāng)以透

31、過醇類物質(zhì)為目的時(shí)，都是較好的膜材料；而當(dāng)以透過醇類物質(zhì)為目的時(shí)，憎水性的聚二甲基硅氧烷（憎水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）則是較理想的）則是較理想的膜材料。膜材料。（2）制備滲透蒸發(fā)膜的主要材料）制備滲透蒸發(fā)膜的主要材料 用于制備滲透蒸發(fā)膜的材料包括天然高分子物用于制備滲透蒸發(fā)膜的材料包括天然高分子物質(zhì)和合成高分子物質(zhì)。質(zhì)和合成高分子物質(zhì)。 天然高分子膜主要包括天然高分子膜主要包括醋酸纖維素（醋酸纖維素（CA）、羧）、羧甲基纖維素（甲基纖維素（CMC）、膠原、殼聚糖）、膠原、殼聚糖等。等。 用于制備滲透蒸發(fā)膜的合成高分子材料包括用于制備滲透蒸發(fā)膜的合成高分子材料包括聚聚乙烯（乙烯（PE）、聚

32、丙烯（）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（）、聚苯乙烯（PSt）、）、聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）等非極性材料和等非極性材料和聚乙烯醇聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯腈（）、聚丙烯腈（PAN）、聚二甲基硅氧烷）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等極性材料。等極性材料。3. 滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是很術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是很高的單級(jí)分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。高的單級(jí)分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。 目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在目前滲透蒸發(fā)膜分

33、離技術(shù)已在無水乙醇的生產(chǎn)無水乙醇的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽液平衡的液平衡的限制。限制。 除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段。預(yù)計(jì)有較好應(yīng)用前景的領(lǐng)預(yù)計(jì)有較好應(yīng)用前景的領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域用于富氧操作；

34、從溶劑中脫離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域用于富氧操作；從溶劑中脫除少量的水或從水中除去少量有機(jī)物；石油化工工除少量的水或從水中除去少量有機(jī)物；石油化工工業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。氣體分離膜1. 氣體分離膜的分離機(jī)理氣體分離膜的分離機(jī)理 氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜。它們的分離機(jī)理各不相同?？啄?。它們的分離機(jī)理各不相同。（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理 該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分該理論認(rèn)為，氣

35、體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進(jìn)行：四步進(jìn)行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另一側(cè)逸出一側(cè)逸出。（2）多孔膜的透過擴(kuò)散機(jī)理）多孔膜的透過擴(kuò)散機(jī)理 用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流過膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來進(jìn)行的。過膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來進(jìn)行的。2. 制備氣體分離膜的材料制備氣體分離膜的材料（1）影響氣體分離膜性能的因素）影響氣體分離膜性能的因素 1）化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響）化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響 2）形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響）形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響（2）制

36、備氣體分離膜的主要材料）制備氣體分離膜的主要材料 根據(jù)不同的分離對(duì)象，氣體分離膜采用不同的材根據(jù)不同的分離對(duì)象，氣體分離膜采用不同的材料制備。料制備。1）H2的分離的分離 美國(guó)美國(guó)Monsanto公司公司1979年首創(chuàng)年首創(chuàng)Prism中空纖維中空纖維復(fù)合氣體分離膜，主要用于氫氣的分離。其材料主復(fù)合氣體分離膜，主要用于氫氣的分離。其材料主要有要有醋酸纖維素、聚砜、聚酰亞胺醋酸纖維素、聚砜、聚酰亞胺等。其中聚酰亞等。其中聚酰亞胺是近年來新開發(fā)的高效氫氣分離膜材料。它是由胺是近年來新開發(fā)的高效氫氣分離膜材料。它是由二聯(lián)苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有二聯(lián)苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具

37、有抗化學(xué)腐蝕、耐高溫和機(jī)械性能高等優(yōu)點(diǎn)?？够瘜W(xué)腐蝕、耐高溫和機(jī)械性能高等優(yōu)點(diǎn)。 2）O2的分離富集的分離富集 制備富氧膜的材料主要兩類：制備富氧膜的材料主要兩類：聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷（PDMS）及其改性產(chǎn)品和含三甲基硅烷基的高分）及其改性產(chǎn)品和含三甲基硅烷基的高分子材料。子材料。 PDMS是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中 最最高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點(diǎn)：一是分高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點(diǎn)：一是分離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。 2OP 此外，此外，富氧膜大部分可作為富氧膜大部分可作為CO2分離膜使用分離膜

38、使用，若在膜材料中引入親若在膜材料中引入親CO2的基團(tuán)，如醚鍵、苯環(huán)的基團(tuán)，如醚鍵、苯環(huán)等，可大大提高等，可大大提高CO2的透過性。同樣，若在膜材料的透過性。同樣，若在膜材料中引入親中引入親SO2的亞砜基團(tuán)（如二甲亞砜、環(huán)丁砜的亞砜基團(tuán)（如二甲亞砜、環(huán)丁砜等），則能夠大大提高等），則能夠大大提高SO2分離膜的滲透性能和分分離膜的滲透性能和分離性能。具有親水基團(tuán)的芳香族聚酰亞胺和磺化聚離性能。具有親水基團(tuán)的芳香族聚酰亞胺和磺化聚苯醚等對(duì)苯醚等對(duì)H2O有較好的分離作用。有較好的分離作用。 2. 氣體分離膜的應(yīng)用領(lǐng)域氣體分離膜的應(yīng)用領(lǐng)域 氣體分離膜是當(dāng)前各國(guó)均極為重視開發(fā)的產(chǎn)品，氣體分離膜是當(dāng)前各國(guó)

39、均極為重視開發(fā)的產(chǎn)品，已有不少產(chǎn)品用于工業(yè)化生產(chǎn)。如美國(guó)已有不少產(chǎn)品用于工業(yè)化生產(chǎn)。如美國(guó)Du Pont公司公司用聚酯類中空纖維制成的用聚酯類中空纖維制成的H2氣體分離膜，對(duì)氣體分離膜，對(duì)組成為組成為70H2，30CH4，C2H6，C3H8的混合氣體進(jìn)行分的混合氣體進(jìn)行分離，可獲得含離，可獲得含90H2的分離效果的分離效果。 此外，富氧膜、分離此外，富氧膜、分離N2，CO2，SO2，H2S等氣等氣體的膜，都已有工業(yè)化的應(yīng)用。例如體的膜，都已有工業(yè)化的應(yīng)用。例如從天然氣中分從天然氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離N2或或CO2，從煙道氣中分離，

40、從煙道氣中分離SO2、從煤氣中分離、從煤氣中分離H2S或或CO2等等，均可采用氣體分離膜來實(shí)現(xiàn)。等等，均可采用氣體分離膜來實(shí)現(xiàn)。具體示例 ：水果保鮮系統(tǒng) 一般說來，水果在收獲后，仍會(huì)繼續(xù)呼吸作用，果品將逐漸劣化以至腐爛，為抑制果品的呼吸，可適當(dāng)降低其保藏容器中的氧氣濃度，增加二氧化碳濃度。目前廣泛采用由硅氧烷膜使氧氣與二氧化碳等進(jìn)行交換分離的方法。外界氣氛%O2 21CO2 0N2 79倉(cāng)庫(kù)氣氛%O2 CO292 N2 硅氧烷膜液膜1. 液膜的概念和特點(diǎn)液膜的概念和特點(diǎn) 液膜分離技術(shù)是液膜分離技術(shù)是1965年由年由美國(guó)?？松绹?guó)?？松‥xssen）研究和工程公司的黎念之博士研究和工程公司的

41、黎念之博士提出的一種新型膜分提出的一種新型膜分離技術(shù)。直到離技術(shù)。直到80年代中期，奧地利的年代中期，奧地利的J. Draxler等科等科學(xué)家采用液膜法從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液學(xué)家采用液膜法從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液膜分離技術(shù)才進(jìn)入了實(shí)用階段。膜分離技術(shù)才進(jìn)入了實(shí)用階段。 液膜是一層很薄的液體膜液膜是一層很薄的液體膜。它能把兩個(gè)互溶的、它能把兩個(gè)互溶的、但組成不同的溶液隔開，并通過這層液膜的選擇性但組成不同的溶液隔開，并通過這層液膜的選擇性滲透作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。根據(jù)形成液膜的材料不滲透作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。根據(jù)形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶劑型的。同，液膜可以是水性的

42、，也可是溶劑型的。 液膜的特點(diǎn)是液膜的特點(diǎn)是傳質(zhì)推動(dòng)力大，速率高，且試劑傳質(zhì)推動(dòng)力大，速率高，且試劑消耗量少消耗量少，這對(duì)于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理，這對(duì)于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理能力大的場(chǎng)合具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。另外，液膜的能力大的場(chǎng)合具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。另外，液膜的選擇性好選擇性好，往往只能對(duì)某種類型的離子或分子的分，往往只能對(duì)某種類型的離子或分子的分離具有選擇性，離具有選擇性，分離效果顯著分離效果顯著。目前存在的最大缺。目前存在的最大缺點(diǎn)是點(diǎn)是強(qiáng)度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程強(qiáng)度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程與設(shè)備復(fù)雜與設(shè)備復(fù)雜。2. 液膜的組成與類型液膜的組成與類型

43、（1）液膜的組成）液膜的組成 膜溶劑：有機(jī)溶劑或水膜溶劑：有機(jī)溶劑或水, , 構(gòu)成膜的基體構(gòu)成膜的基體 表面活性劑：控制液膜的穩(wěn)定性表面活性劑：控制液膜的穩(wěn)定性 添加劑添加劑/ /流動(dòng)載體：提高膜的選擇性流動(dòng)載體：提高膜的選擇性, , 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)分離傳質(zhì)的關(guān)鍵因素分離傳質(zhì)的關(guān)鍵因素（2）液膜的類型）液膜的類型 從形狀來分類，可將液膜分為支撐型液膜和球從形狀來分類，可將液膜分為支撐型液膜和球形液膜兩類，后者又可分為單滴型液膜和乳液型液形液膜兩類，后者又可分為單滴型液膜和乳液型液膜兩種。膜兩種。 1）支撐型液膜）支撐型液膜 把微孔聚合物膜浸在有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶劑即把微孔聚合物膜浸在有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶

44、劑即充滿膜中的微孔而形成液膜（見下圖）。充滿膜中的微孔而形成液膜（見下圖）。圖支撐型液膜示意圖圖支撐型液膜示意圖 此類液膜目前主要用于物質(zhì)的萃取。當(dāng)支撐型此類液膜目前主要用于物質(zhì)的萃取。當(dāng)支撐型液膜作為萃取劑將料液和反萃液分隔開時(shí)，被萃組液膜作為萃取劑將料液和反萃液分隔開時(shí)，被萃組分即從膜的料液側(cè)傳遞到反萃液側(cè)，然后被反萃液分即從膜的料液側(cè)傳遞到反萃液側(cè)，然后被反萃液萃取，從而完成物質(zhì)的分離。這種液膜的操作雖然萃取，從而完成物質(zhì)的分離。這種液膜的操作雖然較簡(jiǎn)便，但存在較簡(jiǎn)便，但存在傳質(zhì)面積小，穩(wěn)定性較差，支撐液傳質(zhì)面積小，穩(wěn)定性較差，支撐液體容易流失體容易流失的缺點(diǎn)。的缺點(diǎn)。 2）單滴型液膜）單滴型液膜 單滴型液膜的形狀如圖所示。其結(jié)構(gòu)為單單滴型液膜的形狀如圖所示。其結(jié)構(gòu)為單一的球面薄層，根據(jù)成膜材料可分為水膜和油膜兩一的球面薄層，根據(jù)成膜材料可分為水膜和油膜兩種。圖種。圖8a為水膜，即為水膜，即 O/W/O 型，內(nèi)、外相為有型，內(nèi)、外相為有機(jī)物；圖機(jī)物；圖10b為油膜，即為油膜，即 W/O/W 型，內(nèi)、外相型，內(nèi)、外相為水溶液。這種單滴型液膜為水溶液。這種單滴型液膜壽命