膜分離技術在環(huán)境及生活中的應用

1、 論文標題：膜分離技術在環(huán)境及生活中的應用成績批閱人2015-2016第二學期（課程考查論文）課程名稱：  現(xiàn)代分離方法與技術 論文標題： 膜分離技術在環(huán)境及生活中的應用 專業(yè)班級：  13應用化學（含職教師范） 學 號：     20134329 姓 名：     張小龍 考查時間:      2016年6月23 選題結(jié)構(gòu)表達格式綜合總分批閱人目錄1.前言31.膜分離技術31.1膜的基本概念31.2膜的基本特性3 1.3膜分

2、離的基本原理32.膜分離法的分類43.膜分離技術的發(fā)展及特點43.1.1膜分離技術的發(fā)展43.1.2膜分離技術的特點44.膜分離技術在環(huán)境及生活中的一些應用54.1膜在環(huán)境上的應用54.1.1膜在大氣中的應用5 4.1.2膜在固體廢物中的應用54.1.3膜在廢水中的應用64.2膜在生活中的應用6 4.2.1膜在飲水中的應用6 4.2.2膜在啤酒無菌過濾中的應用6 4.2.3膜在除油煙上的應用65.膜分離技術的發(fā)展前景66.結(jié)論7參考文獻8 膜分離技術在環(huán)境及生活中的應用摘 要：膜分離技術( Membrane Separation Technologies)被公認為20世紀末至21世紀中期最有發(fā)

3、展前途的高新技術之一。隨著膜設備和技術的不斷發(fā)展和成熟，其在各行業(yè)中有著廣泛的應用。并以使海水淡化、燒堿生成、乳品加工等多種傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的改變。本文基于一系列文獻基礎上簡單介紹了膜分離技術的特性以及它在環(huán)境如大氣、水、廢液、有機物處理和生活等方面的應用。關鍵詞：膜分離技術；環(huán)境；生活；應用前言：膜分離技術是指用天然或人工合成的具有選擇透過性膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和濃縮的邊緣學科高新技術1。由于膜分離技術具有節(jié)能、高效、簡單、造價低、無相變、可在常溫下連續(xù)操作等優(yōu)點， 而且特別適合熱敏性物質(zhì)的處理的特點，其應用已滲透到

4、人們生活和生產(chǎn)的各個方面，現(xiàn)已被廣泛應用于化工、環(huán)保、生物工程、醫(yī)藥和保健、食品和生化工程等行業(yè)2。雖然膜分離技術的應用在許多方面離產(chǎn)業(yè)化要求還有很長的距離，但是隨著新型膜材料的不斷開發(fā)、高效的強化膜過程分離技術研究的不斷深入, 膜分離技術應將得到更加廣泛的應用，其在未來是世界各國研究的熱點，它將在各個領域發(fā)揮更引人注目的作用?，F(xiàn)本文對膜分離技術的一些特點及其環(huán)境與生活方面的應用現(xiàn)狀進行綜述， 并且提出了膜分離技術的發(fā)展前景。1、 膜分離技術 1.1膜的基本概念 膜，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。膜的厚

5、度在0.5mm以下，否則，就不稱為膜。1.2膜的基本特性 （1）不管膜多薄, 它必須有兩個界面，這兩個界面分別與兩側(cè)的流體相接觸。 （2）膜傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。1.3膜分離的基本原理 現(xiàn)代膜分離技術分離的根本原理在于膜具有選擇透過性。膜分離法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法，可用于液相和氣相。對于液相分離，可用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其他微粒的水溶液體系。例如以選擇性膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩邊施加一個推動力（如濃度差、壓力差或電位

6、差等）時，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜上游，透過側(cè)稱為膜下游。2、膜分離法的分類 膜分離法通?？梢苑譃椋弘姖B析、反滲透、超濾、微濾、納濾、萃取。3、膜分離技術的發(fā)展及特點3.1膜分離技術的發(fā)展3 (1)50年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了反滲透膜的研究。真正意義上的分離膜出現(xiàn)在20世紀60年代。1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水-丙酮-溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超過濾膜。美國Amicon公司首先將這種膜商品化。 (2)1967年，DuPont公司

7、研制成功了以尼龍-66為主要組分的中空纖維反滲透膜組件。同一時期，丹麥DDS公司研制成功平板式反滲透膜組件。反滲透膜開始工業(yè)化。 (3)自上世紀60年代中期以來，膜分離技術真正實現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是超過濾膜（簡稱UF膜）、微孔過濾膜（簡稱MF膜）和反滲透膜（簡稱RO膜）。以后又開發(fā)了許多其它類型的分離膜。 (4)在此期間，除上述三大膜外，其他類型的膜也獲得很大的發(fā)展。80年代氣體分離膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了進一步提高。具有分離選擇性的人造液膜是馬?。∕artin）在60年代初研究反滲透時發(fā)現(xiàn)的，這種液膜是覆蓋在固體膜之上的，為支撐液膜。 60年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)

8、現(xiàn)含有表面活性劑的水和油能形成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體膜支撐的新型液膜，并于1968年獲得純粹液膜的第一項專利。 70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流動載體的液膜，使液膜分離技術具有更高的選擇性。3.2膜分離技術的特點優(yōu)點：（1）在常溫下進行有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如抗生素等醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮（2）無相態(tài)變化保持原有的風味，能耗極低，其費用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8（3）無化學變化典型的物理分離過程，不用化學試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染（4）選擇性好可在分子級內(nèi)進行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能（5）適應性強處理規(guī)?？纱罂尚。?/p>

9、可以連續(xù)也可以間隙進行，工藝簡單，操作方便，易于自動化（6）能耗低只需電能驅(qū)動，能耗極低，其費用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8缺點：（1)膜面易發(fā)生污染，膜分離性能降低，故需采用與工藝相適應的膜面清洗方法；（2)穩(wěn)定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用范圍有限；（3)單獨的膜分離技術功能有限，需與其他分離技術連用。4、膜分離技術在環(huán)境及生活中的一些應用4.1膜在環(huán)境上的應用4.1.1膜在大氣中的應用 （1）在汽車尾氣6的排放時，在尾氣的處理過程上可能會用到膜的分離技術進行限制尾氣排放中的有害氣體（CO2、SO2 、CO、NO2 )等氣體及雜質(zhì)的排放到空氣中，導致環(huán)境的破壞。而在汽

10、車的尾氣排氣系統(tǒng)上進行膜的分離從而可以很好的保護環(huán)境，也能使燃料充分的燃燒，既節(jié)省資源又保護了環(huán)境。 （2）用膜分離技術進行采樣，分離效果好并且起富集作用，以硅銅膜滲透采樣法測空氣中的SO2為例SO2通過滲透膜，被塑料中的四氯汞鈉4吸收液吸收，形成亞硫酸二氯化汞絡合物，直接測定吸收液中SO2含量并以此求出周圍空氣中SO2濃度(mg/m3 )，這是一種實用價值較高的方法，該法設備簡單且測定范圍大(0.00450mg/m3)。以核膜孔作采樣濾膜 HNO3-H2O2 浸洗，無焰原子吸收光譜法可同時測大氣飄塵中的錳和鉛，檢出限分別為5.0 x 10 和9.5 X 10克/米大氣，此法的優(yōu)點是： 膜的吸

11、收性小，采樣前后無需在干燥器中長時間衡重。重復試驗使用一次或數(shù)次的空 白膜 、錳 、鉛、鎘 、鎳的本底值均為零。采樣效率高：兩張濾膜疊放錳 、鉛 的收集教率達 100。洗脫方便，混酸(1M H N03 與3H202按 4：1體積臨時配制)浸洗30分鐘，金屬成分已浸洗完全。經(jīng)浸洗沖凈的濾膜，其性能不變，可繼續(xù)使用。故用此法，成本低，方法簡單。此外大氣中微量 SO2還可用電導全傳感膜進行分離測定，它不受 H2S 或 CH3SH 的影響，重 現(xiàn)性好 。 （3）在工業(yè)上的有害氣體排入到大氣中時，用膜的分離技術在工廠尾氣的排放的排出口采用膜分離，這樣可以將氣體中的有害雜質(zhì)和氣體阻擋，使其不進入大氣，從而

12、也避免了空氣受污染，這樣也使得空氣更新鮮環(huán)境更美好。4.1.2膜在固體廢物中的應用隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生活水平的不斷提高，工業(yè)發(fā)展的比較快速，有許多的含固體廢物被到處亂排亂發(fā)放，導致了水體、空氣及土壤含有重金屬及不可降解的固體物。在膜分離技術上存在含固體物時可以首先經(jīng)過濾的方式先除去一些非金屬及膠體類雜質(zhì)，然后再用陽離子或者是陰離子交換膜除去其中的固體成分，這樣也能在水體中通過膜的分離技術很好的使固體污染在水體中不存在，是水體的溶解平衡，水體沒有固體污染，變得更加潔凈。4.1.3膜在廢水中的應用 隨著工業(yè)化的發(fā)展，大量的工業(yè)廢水和生活廢水排入水體中，嚴重影響了水質(zhì)。為了保護環(huán)境不受污染，并能回收一

13、些有用物質(zhì)，需對工業(yè)和生活污水進行處理，以達到排放標準要求。廢水處理中常采用超濾和納濾技術5。據(jù)研究采用納濾技術處理城市污水，可有限地降低水的濁度、色度及有機物；經(jīng)超濾處理后的出水可用于循環(huán)冷卻水、造紙用水等對水質(zhì)要求不高的工業(yè)用水水源，這大大地提高了水的利用率，也保護了水資源的循環(huán)利用。4.2、膜在生活中的應用4.2.1膜在飲用水中的應用 近年來，膜分離技術在飲用水制取方面得到了廣泛應用，而且處理規(guī)模也越來越大。僅應用超濾工藝的水廠中凈化規(guī)模每天在 20×104m3以上的已有數(shù)據(jù)，超濾水廠的總處理量已超過每天 800×104m3 9。還有許多廠家利用微濾工藝進行處理，可見

14、，膜處理法已經(jīng)成為飲用水制取最常見的方法。微濾可以有效去除小顆粒有機物和懸浮固體，但天然和人工合成的有機物僅用微濾的方法是不能去除的，需要與其他方法相結(jié)合，微濾結(jié)合混凝、吸附預飲用水越來越引起人們的關注，趙鵬10等人用兩個 PAC結(jié)合微濾技術處理河水，在兩個反應器中維持很高的出水通量達到 167L/m2·h，實驗證明不同粒徑的 PAC，在高通量下都對有機物有很好的去除率。韓國的 Jeong-ikOh10等人研究微濾結(jié)合在線快速攪拌器加混凝劑生產(chǎn)飲用水，當加入混凝劑為1.1 mg/L時，膜阻力最小，電勢接近于零，此時具有很好的處理效果。4.2.2在啤酒無菌過濾中的應用啤酒的無菌過濾是啤

15、酒生產(chǎn)過程中提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，它直接關系著啤酒品質(zhì)的穩(wěn)定性、外觀及口感。曹義鳴等7采用無機陶瓷膜對啤酒進行除菌過濾，對膜孔徑的選擇、膜器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、膜濾運行過程強化等方面進行了系統(tǒng)的試驗研究，提出了一套新型高效的膜器結(jié)構(gòu)與工藝設計的依據(jù)；翁佩芳等8還采用膜錯流過濾和新型的無菌灌裝系統(tǒng)的消毒滅菌方法對無菌生啤酒的生產(chǎn)工藝進行設計，使整個生產(chǎn)工藝系統(tǒng)高效、優(yōu)化運行，同時加強生產(chǎn)操作及衛(wèi)生的管理，生產(chǎn)出色澤、品質(zhì)優(yōu)良、保質(zhì)期長的無菌鮮啤酒。4.2.3膜在除油煙上的應用 生活水平的提高，居住地比較密集。家庭生活中排放的油煙中的PAHs對環(huán)境的危害非常大，對人體的皮膚也起到了很大的副作用，因此在廚房

16、通常會裝油煙機，但是只能部分的從室內(nèi)將油煙搬運到室外，完全起不到除去的效果，所以說可以在抽風機上或者在風口出處應用親和膜的技術及微孔過濾可以過濾出雜質(zhì)及油煙，這樣就可以使生活的質(zhì)量更高，而且也能使環(huán)境的污染更小。5、膜分離技術的發(fā)展前景目前膜分離技術在許多方面得到廣泛應用，而且在某些方面應用得還比較成熟。在對產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高、生產(chǎn)成本要求不斷降低的今天，膜技術的優(yōu)勢越來越明顯， 其必將取代傳統(tǒng)的低效分離技術。但我們也應該清醒的認識到， 膜分離技術的大量應用畢竟是近幾十年開始的，許多方面還不成熟， 還有待進一步深入的研究，筆者認為主要面臨三個方面的主要問題，即選擇性問題、通量穩(wěn)定性問題和產(chǎn)值

17、問題。選擇性問題應集中于膜材料的研究，繼續(xù)開發(fā)功能高分子膜材料和無機膜材料。對仿生膜、高效電解質(zhì)膜、分子識別型膜的研究需要達到智能化、高效化和專一化目標。膜通量的穩(wěn)定性和產(chǎn)值比問題應集中于滲透時的防污染和膜過程強化的研究上。無論采用那種類型的膜，都存在膜孔被堵塞、膜表面形成黏性附層等膜污染問題，這極大的影響了通量的穩(wěn)定性和產(chǎn)值比。因此應研究一種適用面廣的強化膜過程分離技術，以減少膜污染、增大過濾通量、延長膜壽命。這需要將許多因素結(jié)合起來綜合考慮，如選擇合適的膜材，合理的膜組件設計、具有針對性的清洗和防污染方法、以及周密的工藝流程設計等方面。雖然膜分離技術的廣泛成熟應用在許多方面離產(chǎn)業(yè)化要求還有

18、很長的距離，但是隨著新型膜材料的不斷開發(fā)、高效的強化膜過程分離技術研究的不斷深入，膜分離技術應將得到更加廣泛的應用，其在未來是世界各國研究的熱點，它將在各個領域發(fā)揮更引人注目的作用。因此，目前膜分離技術已成為分離混合物的重要方法，越來越受到人們的重視，其應用前景必將更加廣闊。6、結(jié)論 雖然膜分離技術的廣泛成熟應用在許多方面離產(chǎn)業(yè)化要求還有很長的距離，但是隨著新型膜材的不斷開發(fā)、高效的強化膜過程分離技術研究的不斷深入，膜分離技術應將得到更加廣泛的應用。 參考文獻1施亮星，何楨.應用穩(wěn)健性設計改進真空鍍膜質(zhì)量J.數(shù)理統(tǒng)計與管理，2010-03-222張文英,施南華,楊昌紅等.膜分離技術在中藥制備中的應用進展J.云南化工, 2003,23(5):27-31. 3丁明玉，第二版-現(xiàn)代分離方法與技術北京：化學工業(yè)出版社，2012.3(2014.5重?。?任鐘旗,郭玉海,劉君騰,張衛(wèi)東. 聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜在大氣除塵過程中的應用A. 第四屆環(huán)境與發(fā)展中國(國際)論壇論文集C. 20085羅玉輝，隋明明.新型膜組件及超濾膜在焦化廢水處理中的應用.