滲析-反滲透..講課講稿

1、滲析-反滲透.膜分離的發(fā)展u高分子膜的分離功能很早就已發(fā)現(xiàn)。1748年，諾萊特（A. Nollet）發(fā)現(xiàn)水能自動地擴散到裝有酒精的豬膀胱內，開創(chuàng)了膜滲透的研究。u1950年W.Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實用化基礎。u1960年洛布 (Loeb)和索里拉簡 (Souriringan)首次研制成世界上具有歷史意義的非對稱反滲透膜，這在膜分離技術發(fā)展中是一個重要的突破，使膜分離技術進入了大規(guī)模工業(yè)化應用的時代。分離膜的應用技術無機分離膜各種膜分離過程的應用范圍各種膜分離過程的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢多數(shù)膜分離過程無相變發(fā)生，能耗通常較低膜分離過程一般無需從外界加入其他物質，可以節(jié)約

2、資源和保護環(huán)境膜分離過程可使分離與濃縮、分離與反應同時實現(xiàn)，大大提高了分離效率膜分離過程通常在溫和條件下進行，因而特別適用于熱敏性物質的分離、分級、濃縮與富集膜分離過程的規(guī)模和處理能力可在很大范圍內變化，而它的效率、設備單價、運行費用等都變化不大膜組件結構緊湊，操作方便，可在頻繁的啟停下工作，易自控和維修，而且膜分離可以直接插入已有的生產工藝流程膜分離的共同特點謝謝PART1 滲析一種以濃度差為推動力的膜分離操作，利用膜對溶質的選擇透過性，實現(xiàn)不同性質溶質的分離。原理 | Principle圖8-1圖8-1溶質中的小分子由A側通過擴散透過膜溶劑（水）由B側根據(jù)滲透原理透過膜經一段時間后，兩側液

3、體中的小分子物質和水達到動態(tài)平衡這里所說的不是溶劑和溶質的分離，而是溶質之間的分離濃度差（化學位）是這種分離過程的唯一推動力滲析膜材料 理想透析膜材料的特點v膜材料純度高，不含有任何對生體有害的物質v具有優(yōu)良的生物相容性，對蛋白質無特異吸附v有穩(wěn)定的物理、化學性能和良好的力學性能v能經受消毒處理而不影響結構、性能v加工成型方便，膜表皮層及支撐層的孔隙率盡可能高，以獲得更高的通量滲析膜材料v目前用于制備透析膜的材料主要有天然纖維素及其衍生物與合成聚合物兩大類v纖維素類有醋酸纖維素、再生纖維素等v合成聚合物類包括聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚砜、聚烯烴、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙

4、烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醚嵌段共聚物等v由于透析膜主要用于醫(yī)療用途，對膜材料的要求非?？量?，因此可臨床應用的膜材料只有少數(shù)幾種 聚合形式聚合形式聚合物材質聚合物材質臨床應用臨床應用商品化商品化線性縮聚聚酰胺聚碳酸酯-聚醚聚砜聚醚砜磺化聚砜HFHFHF、HDFHFHF線性縮聚再生纖維素醋酸纖維素三醋酸纖維素HFHD、HDFHD、HDF、HF線性加成聚丙烯聚丙烯腈聚丙烯聚丙烯腈-甲代烯丙基磺酸鈉聚乙烯-聚乙烯醇聚甲基丙烯酸甲酯聚電解質HDF、HFHDFHDF、HD、HFHD、HDFHF無機玻璃HFHD-血液滲析；HF-血液過濾；HDF-血液滲析過濾 應用人工腎（血液透析）腎對血液進行過濾，

5、排泄尿素、肌酐、尿酸、胍的衍生物等代謝產物及某些毒物和藥物，調節(jié)體內水、電解質和酸堿平衡；調節(jié)血壓，激活維生素D；分泌血管活性物質和促紅細胞生成素等。腎功能衰竭可造成新陳代謝物質在體內沉積，產生代謝紊亂，從而引起尿毒癥，危及人的生命。腎臟患者，治療手段以人工腎和/或腎臟移植為主，并輔以藥物治療。臨床上用于治療急、慢性腎功能衰竭最有效的常規(guī)腎臟替代療法人工腎人工腎工作原理血液透析是借助于血液透析機與患者建立體外循環(huán)的過程透析機依靠具有特殊通透性的透析膜，分隔血液和透析液，利用膜兩測液體溶質的濃度差及膜孔徑大小的差異，使血液中小于膜孔截留分子量的溶質擴散、滲透通過濾膜，以除去患者血液中的代謝小分子

6、廢物和毒物調節(jié)水和電解質平衡以及酸堿平衡人工腎依靠透析膜，使血液中的代謝產物進入到由外界引入的已配制好的透析液中，并通過透析膜達到電解質的平衡，經過透析處理解毒后的血液回到人體的靜脈中，而需排泄的物質則引出棄去，與人體腎臟相比，透析器起到了人工腎的作用 人工腎的構成由透析器、透析液供給裝置和自動監(jiān)護裝置三部分組成，通過血液回路把人體與透析型人工腎連接起來透析器是人工腎的關鍵部件之一，血液透析過程就在透析器中進行 人工腎與人體腎比較在血液透析過程中，動脈中的血液通過半透膜與透析液相接觸，憑借液體間的濃度差，血液與透析液進行物質交換，即尿毒癥病因物質從血液中經半透膜擴散進入透析液，而透析液中含有的

7、人體必需的物質則擴散進入血液。交換后的血液經靜脈返回體內，而有害物質則隨透析液排出體外 。血液透析回路應用壓榨(堿)液的回收在粘膠纖維生產中，壓榨液約為纖維產量的1822倍，壓榨液的堿濃度為1617，還含有大量的半纖維素、樹脂和機械雜質。中空纖維透析器的膜材料由聚乙烯醇制成。經預處理過的壓榨液和軟水分別由壓榨液和軟水進口管進入透析器，在膜的兩側反向流動，壓榨液中的NaOH不斷進入軟水中。殘余液出透析器后進入廢液槽，經處理后排放。滲析法回收壓榨液中NaOH壓榨堿液滲析法回收壓榨液流程壓榨液中NaOH的回收率可達98%NaOH進入調整槽調整濃度后作為浸漬液回用應用鋼鐵酸洗廢液中回收硫酸 鋼材加工需

8、要預先除去表面的氧化鐵。現(xiàn)在廣泛采用硫酸（或鹽酸）溶液酸洗法。在酸洗過程中，溶液中硫酸亞鐵含量不斷增加，當達到200g/L以上時，酸洗效果明顯降低，成為廢液，而廢液中硫酸含量高達50g/L，必須經過處理才能排放。目前，處理方法主要為：石灰中和后排放、冷卻結晶回收鐵礬及硫酸采用石灰中和法，不但不能回收有用物質，而且增加了廢渣的處理問題。用冷卻結晶法雖可回收鐵礬和硫酸，但處理的成本高，經濟上不合算。酸洗廢液擴散滲析和離子交換膜電解相結合回收硫酸酸洗廢液回收處理流程采用擴散滲析法和離子交換膜電解組合工藝處理酸洗廢液的流程如圖所示在電解槽中，以稀硫酸溶液為陽極液，以透析液為陰極液。在直流電場作用下，陽

9、極室中硫酸濃度不斷升高，而陰極上不斷沉積出電解純鐵，這樣可同時達到回收硫酸和鐵的目的 。發(fā)展前景由于透析過程的傳質推動力是膜兩側物料中組份的濃度差，受體系本身條件的限制，透析過程的傳質速度慢，且透析膜的選擇性低，對于化學性質相似或分子大小相近的溶質體系很難用透析法分離，這是其發(fā)展受到了很大限制，透析過程逐漸被借助外力驅動的膜過程，如電滲析、超濾等所取代，應用范圍日漸縮小。然而，對于某些高濃度的蛋白質溶液，由于濃差極化的原因，使用超濾方法進行分離較為困難，這種情況下使用透析方法較為合適，特別是使用人工腎處理濃度差較高的血液時，透析法無疑更具有優(yōu)越性。目前透析法應用最大的市場是血液透析，現(xiàn)在血液透

10、析已成為治療腎病患者的常規(guī)療法。另外，對于少量物料的處理，由于透析不需要使用超濾那樣的特殊器件和裝置，所以迄今其應用仍較為廣泛。PART2 反滲透一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離原理 | Principle鹽水純水鹽水純水半透膜半透膜外加壓力滲透反滲透v滲透v滲透壓v平衡v反滲透評價指標=100%產水流量回收率進水流量=100%產水含鹽量鹽透過率進水含鹽量=100% 脫鹽率鹽透過率反滲透膜材料1964年 世界上第一個反滲透膜醋酸纖維素類聚烯烴類聚酯類芳香聚酰胺類聚砜類硝酸纖維素類聚苯乙烯類聚乙烯醇類v國外已有日產水量10萬噸級的反滲透海水淡化裝置，目前正在運行的大型卷式膜海水淡

11、化裝置的單機能力為日產水量6000噸。v國內目前已建和在建的反滲透海水淡化裝置日產水量350-1000噸，在河北建設的日產水量18000噸的“亞海水”脫鹽裝置是國內最大的使用海水淡化膜的反滲透裝置。反滲透法海水淡化應用海水淡化鹽份鹽份細菌細菌顆粒和泥沙顆粒和泥沙有機物有機物高純產品水壓力進水高脫鹽率的膜高脫鹽率的膜( (濃縮水 污物水水膜組件v膜分離裝置的核心是膜組件，它是將膜、固定膜的支撐材料、間隔物、或管式外殼等通過一定的黏合或組裝構成的一個單元。v工業(yè)上應用的膜組件主要有板框式、螺旋卷式、管式、中空纖維四種形式。v大多數(shù)的反滲透膜組件是螺旋卷式的。膜組件膜組件膜組件反滲透的基本流程高壓泵

12、濃水產品水進水膜組件典型的兩段式反滲透流程 濃水濃水產水產水進水進水IA 1IA 2IA 6IB 1IB 2IB 6II 1II 6II 2. . . . . . .1st 段2nd 段典型的反滲透系統(tǒng)溫度計溫度計壓力表壓力表SDI測定儀測定儀前處理前處理 反滲透膜組件反滲透膜組件壓力開關壓力開關壓力表壓力表閥門閥門壓力容器壓力容器濃水濃水F1F1產水產水流量計流量計流量計流量計濃水控制閥濃水控制閥濃水排放濃水排放高壓泵高壓泵發(fā)展前景開發(fā)抗氧化性、抗酸堿性以及高透水性的新型膜材料。開發(fā)具有低能耗、抗污染、耐高溫、高壓和特種分離等性能的反滲透膜組件。反滲透膜組件與超濾、微濾、納濾、EDI等膜組件的組合應用。新型氣體膜分離材料的研制。由于反滲透工藝對水中的無機鹽、有機鹽、微生物、熱源、膠體等具