第十一章膜分離技術(shù)

1、學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求1 1、掌握的內(nèi)容掌握的內(nèi)容 膜分離過程基本原理和特點(diǎn)；膜的分類和特點(diǎn)；幾種膜分離過程基本原理和特點(diǎn)；膜的分類和特點(diǎn)；幾種膜組件的特點(diǎn)；膜性能評(píng)價(jià)方法；膜污染的危害和控膜組件的特點(diǎn)；膜性能評(píng)價(jià)方法；膜污染的危害和控制方法；滲透現(xiàn)象和濃差極化現(xiàn)象對(duì)膜過程的影響。制方法；滲透現(xiàn)象和濃差極化現(xiàn)象對(duì)膜過程的影響。2 2、理解的內(nèi)容、理解的內(nèi)容微濾、超濾、納濾、反滲透的分離原理與應(yīng)用領(lǐng)域；氣微濾、超濾、納濾、反滲透的分離原理與應(yīng)用領(lǐng)域；氣體分離、透析的分離原理與應(yīng)用領(lǐng)域；離子交換膜的體分離、透析的分離原理與應(yīng)用領(lǐng)域；離子交換膜的分離原理與應(yīng)用領(lǐng)域。分離原理與應(yīng)用領(lǐng)域。3 3、了解的內(nèi)容、

2、了解的內(nèi)容膜蒸餾、膜吸收和膜反應(yīng)器的原理和特點(diǎn)。膜蒸餾、膜吸收和膜反應(yīng)器的原理和特點(diǎn)。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一、膜分離過程基本原理和特點(diǎn) 膜分離是利用流體中各組分對(duì)膜的透過速率的差別而實(shí)現(xiàn)組分分離的單元操作。 膜為兩種流體之間的選擇性屏障，選擇性膜為兩種流體之間的選擇性屏障，選擇性是膜或膜的固有特性。在相同條件下，一是膜或膜的固有特性。在相同條件下，一種膜以不同的速率傳遞不同的分子，這種種膜以不同的速率傳遞不同的分子，這種膜稱為半透膜。膜稱為半透膜。 膜可以是聚合物膜或無機(jī)膜；所處理的流膜可以是聚合物膜或無機(jī)膜；所處理的流體可以是氣體或液體；膜分離過程的推動(dòng)體可以是氣體或液體；膜分離過程的推

3、動(dòng)力，可以是壓力差、濃度差、電位差或者力，可以是壓力差、濃度差、電位差或者幾種作用力同時(shí)存在；多數(shù)情況下并不需幾種作用力同時(shí)存在；多數(shù)情況下并不需要加入清掃流體，但有時(shí)在膜的透過物一要加入清掃流體，但有時(shí)在膜的透過物一側(cè)加入一個(gè)清掃流體以幫助移除透過物。側(cè)加入一個(gè)清掃流體以幫助移除透過物。膜過程的優(yōu)點(diǎn)： 膜分離過程不僅可以除去病毒、細(xì)菌等微粒，而且膜分離過程不僅可以除去病毒、細(xì)菌等微粒，而且也可以除去溶液中大分子和無機(jī)鹽，還可分離共沸物也可以除去溶液中大分子和無機(jī)鹽，還可分離共沸物和沸點(diǎn)相近的組分，分離系數(shù)較大，選擇性好；和沸點(diǎn)相近的組分，分離系數(shù)較大，選擇性好； 膜分離過程多在常溫下進(jìn)行，化

4、學(xué)品消耗少，可避膜分離過程多在常溫下進(jìn)行，化學(xué)品消耗少，可避免組分受熱變質(zhì)或混入雜質(zhì)，在食品加工、醫(yī)藥、生免組分受熱變質(zhì)或混入雜質(zhì)，在食品加工、醫(yī)藥、生化技術(shù)領(lǐng)域具有獨(dú)特的實(shí)用性；化技術(shù)領(lǐng)域具有獨(dú)特的實(shí)用性； 多數(shù)膜分離過程中組分不發(fā)生相變化，所以能耗較多數(shù)膜分離過程中組分不發(fā)生相變化，所以能耗較低；低； 過程較簡單，操作方便，易放大。過程較簡單，操作方便，易放大。二、膜的分類二、膜的分類 （一）聚合物膜（一）聚合物膜 聚合物膜的材料主要有纖維素衍生物類聚合物膜的材料主要有纖維素衍生物類( (如醋酸纖維如醋酸纖維素素) )、聚砜類、聚砜類( (如聚砜、聚醚砜、聚醚酮如聚砜、聚醚砜、聚醚酮) )

5、、聚酰胺類、聚酰胺類( (如如尼龍尼龍-66-66、芳香族聚酰胺等、芳香族聚酰胺等) )、聚酰亞胺類、聚酯類、聚酰亞胺類、聚酯類( (如如滌綸滌綸) )、聚烯烴類、含氟聚合物、聚烯烴類、含氟聚合物( (如聚四氟乙烯如聚四氟乙烯) )等。等。 多孔膜是內(nèi)含有相互交聯(lián)的孔道多孔膜是內(nèi)含有相互交聯(lián)的孔道 非對(duì)稱膜是魔的斷面結(jié)構(gòu)不對(duì)稱非對(duì)稱膜是魔的斷面結(jié)構(gòu)不對(duì)稱 復(fù)合膜是在非對(duì)稱魔表面加一層很薄的致密層構(gòu)成復(fù)合膜是在非對(duì)稱魔表面加一層很薄的致密層構(gòu)成 離子交換膜是一種膜狀的例子交換樹脂，由基膜和離離子交換膜是一種膜狀的例子交換樹脂，由基膜和離子交換基團(tuán)構(gòu)成，可分為陰離子、陽離子交換膜。子交換基團(tuán)構(gòu)成，

6、可分為陰離子、陽離子交換膜。（二）無機(jī)膜（二）無機(jī)膜 無機(jī)膜多由陶瓷、玻璃、金屬及其氧化物等材無機(jī)膜多由陶瓷、玻璃、金屬及其氧化物等材料制成，這類膜的特點(diǎn)是孔徑分布均勻，耐熱料制成，這類膜的特點(diǎn)是孔徑分布均勻，耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性好，耐污染且易清洗，使用壽性、化學(xué)穩(wěn)定性好，耐污染且易清洗，使用壽命長，其主要缺點(diǎn)是易破損、成型性差和造價(jià)命長，其主要缺點(diǎn)是易破損、成型性差和造價(jià)高。無機(jī)膜主要用于高溫的場合高。無機(jī)膜主要用于高溫的場合 。 無機(jī)材料和聚合物混合可以制備雜化膜，該類無機(jī)材料和聚合物混合可以制備雜化膜，該類膜能夠綜合無機(jī)膜與聚合物膜的優(yōu)點(diǎn)而具有良膜能夠綜合無機(jī)膜與聚合物膜的優(yōu)點(diǎn)而具有良好的

7、性能。好的性能。 （三）膜分離設(shè)備（三）膜分離設(shè)備 板框式組件板框式組件 分離器內(nèi)放有許多多孔支撐板，板兩側(cè)覆以平分離器內(nèi)放有許多多孔支撐板，板兩側(cè)覆以平板膜。待分離溶液進(jìn)入容器后沿膜的表面逐層板膜。待分離溶液進(jìn)入容器后沿膜的表面逐層橫向流過，穿過膜的透過液在多孔板中流動(dòng)并橫向流過，穿過膜的透過液在多孔板中流動(dòng)并匯集在板端部流出。濃縮液流經(jīng)許多平板膜表匯集在板端部流出。濃縮液流經(jīng)許多平板膜表面后流出容器。面后流出容器。 板框式膜分離器的原料流動(dòng)截面大，不易堵塞，板框式膜分離器的原料流動(dòng)截面大，不易堵塞，壓降較小，單位設(shè)備體積內(nèi)膜面積可達(dá)壓降較小，單位設(shè)備體積內(nèi)膜面積可達(dá)160160500m50

8、0m2 2, ,膜易于更換。膜易于更換。 缺點(diǎn)是安裝、密封要求較高。缺點(diǎn)是安裝、密封要求較高。 螺旋卷式膜組件螺旋卷式膜組件 螺旋卷式膜組件已實(shí)螺旋卷式膜組件已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，大大現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，大大提高了卷筒質(zhì)量。螺提高了卷筒質(zhì)量。螺旋卷式膜組件結(jié)構(gòu)緊旋卷式膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)膜面湊，單位體積內(nèi)膜面積可達(dá)積可達(dá)200200800m800m2 2/m/m3 3，相對(duì)成，相對(duì)成本較低，但膜清洗比本較低，但膜清洗比較困難。較困難。 管式膜組件管式膜組件 管式膜組件的管式膜組件的結(jié)構(gòu)簡單，但結(jié)構(gòu)簡單，但單位設(shè)備內(nèi)膜單位設(shè)備內(nèi)膜面積較小，約面積較小，約為為3030200m200m2 2/m/m3

9、3。 中空纖維式膜組件中空纖維式膜組件 中空纖維式膜組件將膜材中空纖維式膜組件將膜材料直接由紡絲方法制成中料直接由紡絲方法制成中空纖維膜，由于中空纖維空纖維膜，由于中空纖維膜極細(xì)，可以耐壓而不需膜極細(xì)，可以耐壓而不需支撐材料。支撐材料。 中空纖維式膜組件結(jié)構(gòu)緊中空纖維式膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)膜面積可湊，單位體積內(nèi)膜面積可達(dá)達(dá)5005009000m9000m2 2/m/m3 3，相，相對(duì)成本較低，但膜清洗比對(duì)成本較低，但膜清洗比較困難。較困難。（四）膜的使用（四）膜的使用 膜性能評(píng)價(jià)膜性能評(píng)價(jià) 膜的性能包括物化穩(wěn)定性和分離透過特性兩個(gè)膜的性能包括物化穩(wěn)定性和分離透過特性兩個(gè)方面方面 。 透過

10、速率（通量）透過速率（通量） J=V/AtJ=V/At式中式中 J J膜的透過通量，膜的透過通量，L/L/（mm2 2h h）；）； V V透過液體積，透過液體積，L L； A A膜有效面積，膜有效面積，mm2 2； t t透過時(shí)間，透過時(shí)間，h h。 分離效率分離效率 截留率截留率 截留分子量由于多孔膜截留分子量由于多孔膜的孔徑大小不一，存在的孔徑大小不一，存在一個(gè)分布，被截留物質(zhì)一個(gè)分布，被截留物質(zhì)的分子量將分布在某一的分子量將分布在某一個(gè)范圍內(nèi)。個(gè)范圍內(nèi)。 分離因子分離因子 y yA A,y,yB BA A和和B B在滲透物在滲透物中組成；中組成； x xA A,x ,xB BA A和和

11、B B在原料液在原料液中組成。中組成。 00100)1 (00100bpbpbcccccRBABABAxxyy 膜的污染與劣化膜的污染與劣化 膜的劣化膜的劣化是指膜自身發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的變化等內(nèi)部因是指膜自身發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的變化等內(nèi)部因素導(dǎo)致膜性能的變化。導(dǎo)致膜的劣化的原因可分為化素導(dǎo)致膜性能的變化。導(dǎo)致膜的劣化的原因可分為化學(xué)、物理及生物三個(gè)方面。學(xué)、物理及生物三個(gè)方面。 膜的污染膜的污染是指由于在膜的表面上形成了附著層或膜孔是指由于在膜的表面上形成了附著層或膜孔堵塞等外部因素導(dǎo)致膜性能的變化，其主要的污染物堵塞等外部因素導(dǎo)致膜性能的變化，其主要的污染物為懸浮物和顆粒形成的濾餅層，金屬氫氧化物

12、、鈣鹽為懸浮物和顆粒形成的濾餅層，金屬氫氧化物、鈣鹽等難溶性物質(zhì)形成的結(jié)垢層，水溶性大分子形成的凝等難溶性物質(zhì)形成的結(jié)垢層，水溶性大分子形成的凝膠層。膠層。 減少方法減少方法： 原料預(yù)處理預(yù)處理是膜分離過程普遍采用的方法原料預(yù)處理預(yù)處理是膜分離過程普遍采用的方法 。 膜組件結(jié)構(gòu)和操作條件優(yōu)化膜組件結(jié)構(gòu)和操作條件優(yōu)化 。 膜組件的清洗膜組件的清洗 。 抗污染膜的制備抗污染膜的制備 。第二節(jié)第二節(jié) 典型膜過程簡介典型膜過程簡介 一、反滲透一、反滲透 1 1、滲透現(xiàn)象、滲透現(xiàn)象 半透膜半透膜：天然的或者人造：天然的或者人造的膜對(duì)于物質(zhì)具有選擇透的膜對(duì)于物質(zhì)具有選擇透過性，將只允許溶劑透過，過性，將只

13、允許溶劑透過，而溶質(zhì)不能透過的膜。而溶質(zhì)不能透過的膜。 滲透滲透 ：用一張半透膜將水：用一張半透膜將水和鹽水隔開，若初始水和和鹽水隔開，若初始水和鹽水的液面高度相同鹽水的液面高度相同 ，則，則純水將透過膜向鹽水移動(dòng)，純水將透過膜向鹽水移動(dòng)，鹽水側(cè)的液面將不斷升高，鹽水側(cè)的液面將不斷升高，這一現(xiàn)象稱為滲透這一現(xiàn)象稱為滲透 。滲透平衡狀態(tài)滲透平衡狀態(tài)：當(dāng)滲透達(dá)到：當(dāng)滲透達(dá)到平衡時(shí)，鹽水側(cè)的液位升高平衡時(shí)，鹽水側(cè)的液位升高值為值為h h并保持不變。此時(shí)系并保持不變。此時(shí)系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 2 2、反滲透現(xiàn)象、反滲透現(xiàn)象 反滲透膜反滲透膜 反滲透膜常用醋酸纖維素、芳香聚酰胺等膜材料

14、制成非對(duì)稱膜。醋酸纖維素類反滲透膜有易壓密的過渡層，適應(yīng)的pH值范圍較窄，不耐生物降解；芳香聚酰胺膜對(duì)氯很敏感，為了克服以上缺點(diǎn)，新型反滲透膜主要為復(fù)合膜。 反滲透膜分離機(jī)理反滲透膜分離機(jī)理 滲透膜的選擇透過性與溶劑和溶質(zhì)在膜中的溶解、吸附和擴(kuò)散有關(guān)，因此除與膜孔的大小、結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與膜的化學(xué)、物理性質(zhì)有密切關(guān)系。 反滲透的工業(yè)應(yīng)用反滲透的工業(yè)應(yīng)用 反滲透最初應(yīng)用于海水和苦咸水的脫鹽淡化，反滲透最初應(yīng)用于海水和苦咸水的脫鹽淡化，使用的膜組件多為螺旋卷式。使用的膜組件多為螺旋卷式。 反滲透的操作壓強(qiáng)取決于鹽水的濃度，實(shí)際反反滲透的操作壓強(qiáng)取決于鹽水的濃度，實(shí)際反滲透過程所使用的壓差要遠(yuǎn)大于溶液

15、的滲透壓。滲透過程所使用的壓差要遠(yuǎn)大于溶液的滲透壓。 目前反滲透已經(jīng)廣泛應(yīng)用于超純水預(yù)處理、廢目前反滲透已經(jīng)廣泛應(yīng)用于超純水預(yù)處理、廢水處理，食品工業(yè)中果汁、乳漿濃縮，重金屬水處理，食品工業(yè)中果汁、乳漿濃縮，重金屬回收等領(lǐng)域?；厥盏阮I(lǐng)域。 二、納濾二、納濾 納濾是近納濾是近2020年來在反滲透基礎(chǔ)上發(fā)展起來的膜分離過年來在反滲透基礎(chǔ)上發(fā)展起來的膜分離過程，是膜技術(shù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。近幾年發(fā)展的納濾程，是膜技術(shù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。近幾年發(fā)展的納濾膜含有固定電荷，稱為荷電納濾膜。膜含有固定電荷，稱為荷電納濾膜。 荷電納濾膜的親水性得到加強(qiáng)，透水量增加，適于低荷電納濾膜的親水性得到加強(qiáng)，透水量增加，適

16、于低壓操作，在抗污染以及選擇透過性方面都具有優(yōu)勢，壓操作，在抗污染以及選擇透過性方面都具有優(yōu)勢，可以分離相對(duì)分子質(zhì)量相近而荷電性能不同的組分?？梢苑蛛x相對(duì)分子質(zhì)量相近而荷電性能不同的組分。 納濾膜納濾膜：納濾膜主要有非對(duì)稱膜和復(fù)合膜，應(yīng)用廣泛：納濾膜主要有非對(duì)稱膜和復(fù)合膜，應(yīng)用廣泛的是復(fù)合膜。工業(yè)化的聚哌嗪酰胺復(fù)合膜較多的是復(fù)合膜。工業(yè)化的聚哌嗪酰胺復(fù)合膜較多 。 納濾膜分離機(jī)理納濾膜分離機(jī)理：荷電：荷電( (納濾或反滲透納濾或反滲透) )膜的分離機(jī)理膜的分離機(jī)理是溶解擴(kuò)散和是溶解擴(kuò)散和DonnanDonnan平衡效應(yīng)共同作用的結(jié)果。滲透平衡效應(yīng)共同作用的結(jié)果。滲透壓和濃差極化的概念也適用于納

17、濾過程。壓和濃差極化的概念也適用于納濾過程。 荷電納濾膜荷電納濾膜還有著獨(dú)特的靜電吸附和排斥作用。還有著獨(dú)特的靜電吸附和排斥作用。 納濾膜的工業(yè)應(yīng)用納濾膜的工業(yè)應(yīng)用：納濾適用于水的凈化和軟化：納濾適用于水的凈化和軟化 ，廣，廣泛用于化學(xué)工業(yè)廢水和生活用水的凈化；另外，納濾泛用于化學(xué)工業(yè)廢水和生活用水的凈化；另外，納濾可以用于染料、抗生素、食品等的脫鹽和濃縮；多肽可以用于染料、抗生素、食品等的脫鹽和濃縮；多肽的純的純化和濃縮，氨基酸的分離與純化等?；蜐饪s，氨基酸的分離與純化等。三、超濾三、超濾 超濾是以壓差為推動(dòng)力，用固體多孔膜截留混合物中超濾是以壓差為推動(dòng)力，用固體多孔膜截留混合物中微粒和大

18、分子溶質(zhì)而使溶劑和小分子溶質(zhì)透過膜孔的微粒和大分子溶質(zhì)而使溶劑和小分子溶質(zhì)透過膜孔的操作。操作。 超濾膜分離機(jī)理超濾膜分離機(jī)理 ：超濾膜的分離機(jī)理主要是基于多孔：超濾膜的分離機(jī)理主要是基于多孔膜的篩分作用，表面活性層孔徑大小和分布決定了膜膜的篩分作用，表面活性層孔徑大小和分布決定了膜的截留分子量的大?。槐砻婊钚詫涌障堵屎秃穸鹊拇蟮慕亓舴肿恿康拇笮?；表面活性層空隙率和厚度的大小決定了膜的透過通量。小決定了膜的透過通量。 超濾過程中滲透壓較低，所以其操作壓強(qiáng)相對(duì)較低超濾過程中滲透壓較低，所以其操作壓強(qiáng)相對(duì)較低 ，濃差極化現(xiàn)象很嚴(yán)重濃差極化現(xiàn)象很嚴(yán)重 。 超濾的工業(yè)應(yīng)用超濾的工業(yè)應(yīng)用 ：應(yīng)用于熱敏性

19、、生物活性物質(zhì)等大：應(yīng)用于熱敏性、生物活性物質(zhì)等大分子物質(zhì)溶液分離和濃縮。超濾廣泛的用于食品和醫(yī)分子物質(zhì)溶液分離和濃縮。超濾廣泛的用于食品和醫(yī)藥工業(yè)藥工業(yè) ；在生物技術(shù)中，超濾可以用于酶的提取、從；在生物技術(shù)中，超濾可以用于酶的提取、從血液中提取血清白蛋白、從發(fā)酵液中分離菌體等。在血液中提取血清白蛋白、從發(fā)酵液中分離菌體等。在水處理方面，超濾可以作為納濾和反滲透的前處理步水處理方面，超濾可以作為納濾和反滲透的前處理步驟，從水中除去大分子物質(zhì)、細(xì)菌、熱原等有害物質(zhì)。驟，從水中除去大分子物質(zhì)、細(xì)菌、熱原等有害物質(zhì)。 四、微濾四、微濾 微濾的分離機(jī)理和操作與超濾相似，只是由于孔徑較微濾的分離機(jī)理和操

20、作與超濾相似，只是由于孔徑較大，只能截留混合物中較大的微粒，而操作壓強(qiáng)較低。大，只能截留混合物中較大的微粒，而操作壓強(qiáng)較低。 微濾膜是歷史上開發(fā)應(yīng)用最早、使用最廣泛的膜品種。微濾膜是歷史上開發(fā)應(yīng)用最早、使用最廣泛的膜品種。 微濾遇到的主要問題微濾遇到的主要問題仍然是濃差極化和膜污染引起的仍然是濃差極化和膜污染引起的滲透通量下降，因此選擇膜材料十分重要。一般而言，滲透通量下降，因此選擇膜材料十分重要。一般而言，疏水膜更容易被蛋白質(zhì)污染。疏水膜更容易被蛋白質(zhì)污染。 工業(yè)上工業(yè)上，微濾廣泛應(yīng)用于將大于，微濾廣泛應(yīng)用于將大于0 01m1m的粒子從溶液的粒子從溶液中除去的場合。微濾的最大市場是食品和制藥

21、行業(yè)的中除去的場合。微濾的最大市場是食品和制藥行業(yè)的過濾除菌，其次是電子工業(yè)集成電路生產(chǎn)所用水、氣、過濾除菌，其次是電子工業(yè)集成電路生產(chǎn)所用水、氣、試劑的過濾及超純水生產(chǎn)的終端過濾。試劑的過濾及超純水生產(chǎn)的終端過濾。 生物技術(shù)領(lǐng)域生物技術(shù)領(lǐng)域，微濾特別適用于細(xì)胞捕獲和膜反應(yīng)器；，微濾特別適用于細(xì)胞捕獲和膜反應(yīng)器；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用于將血漿及其有價(jià)值的產(chǎn)物從，應(yīng)用于將血漿及其有價(jià)值的產(chǎn)物從血細(xì)胞中分離出來血細(xì)胞中分離出來 。微濾膜在。微濾膜在城市污水處理和工業(yè)廢城市污水處理和工業(yè)廢水處理水處理中也有重要的作用中也有重要的作用 五、氣體分離五、氣體分離 膜法氣體分離膜法氣體分離是根

22、據(jù)混合氣體中各組分在濃度是根據(jù)混合氣體中各組分在濃度差推動(dòng)下透過膜的傳質(zhì)速率不同而進(jìn)行的膜分差推動(dòng)下透過膜的傳質(zhì)速率不同而進(jìn)行的膜分離過程。離過程。 典型應(yīng)用：典型應(yīng)用： 氫氣的回收與利用氫氣的回收與利用 從空氣中富集氧氣從空氣中富集氧氣 二氧化碳的回收與脫除二氧化碳的回收與脫除 此外，該方法還用于工業(yè)氣體脫濕、從天然氣此外，該方法還用于工業(yè)氣體脫濕、從天然氣中提取濃氦氣等過程。中提取濃氦氣等過程。 六、透析六、透析 透析又稱滲析，是在濃度梯度的作用下組分從透析又稱滲析，是在濃度梯度的作用下組分從膜的一側(cè)向另一側(cè)傳遞的過程。膜的一側(cè)向另一側(cè)傳遞的過程。 主要用于從高分子量物質(zhì)中分離出低分子量組

23、主要用于從高分子量物質(zhì)中分離出低分子量組分，目前主要用于水溶液。透析用膜材料多為分，目前主要用于水溶液。透析用膜材料多為親水聚合物親水聚合物 。 血液透析方面的應(yīng)用。透析膜可以代替腎，以血液透析方面的應(yīng)用。透析膜可以代替腎，以除去血液中有毒的低分子量組分除去血液中有毒的低分子量組分 。 目前透析膜也用于有機(jī)物中礦物酸回收、啤酒目前透析膜也用于有機(jī)物中礦物酸回收、啤酒液中乙醇回收、酶和輔酶的脫鹽、制漿造紙工液中乙醇回收、酶和輔酶的脫鹽、制漿造紙工業(yè)中堿液回收、藥物的純化等。業(yè)中堿液回收、藥物的純化等。七、電滲析七、電滲析 電滲析是利用離子交換膜的選擇透過特性，在電滲析是利用離子交換膜的選擇透過特

24、性，在直流電場的作用下使電解質(zhì)溶液中形成電位差，直流電場的作用下使電解質(zhì)溶液中形成電位差，從而使溶液中的陰、陽離子定向移動(dòng)以達(dá)到脫從而使溶液中的陰、陽離子定向移動(dòng)以達(dá)到脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。 離子交換膜離子交換膜 ：是一種由高分子材料制成的具：是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團(tuán)的薄膜。有離子交換基團(tuán)的薄膜。 凡是高分子鏈上連接的是堿性活性基團(tuán)，稱為凡是高分子鏈上連接的是堿性活性基團(tuán)，稱為陰離子交換膜；凡是高分子鏈上連接的是酸性陰離子交換膜；凡是高分子鏈上連接的是酸性活性基團(tuán)，稱為陽離子交換膜。活性基團(tuán)，稱為陽離子交換膜。 電滲析的原理電滲析的原理： 在

25、電滲析過程中，這種在電滲析過程中，這種與膜固定基團(tuán)所帶電荷與膜固定基團(tuán)所帶電荷相反的離子穿過膜的現(xiàn)相反的離子穿過膜的現(xiàn)象稱為反離子透過。它象稱為反離子透過。它是電滲析過程起到分離是電滲析過程起到分離作用的基本原因。作用的基本原因。 實(shí)際上與膜中固定基實(shí)際上與膜中固定基團(tuán)荷電相同的離子不可團(tuán)荷電相同的離子不可能完全被截留，同性離能完全被截留，同性離子的少量透過稱為同離子的少量透過稱為同離子泄漏。子泄漏。由于膜兩側(cè)存在電解質(zhì)的濃度由于膜兩側(cè)存在電解質(zhì)的濃度差，一方面產(chǎn)生電解質(zhì)由濃縮室差，一方面產(chǎn)生電解質(zhì)由濃縮室向淡化室的擴(kuò)散；另一方面，淡向淡化室的擴(kuò)散；另一方面，淡化室中的水在滲透壓的作用下向化室

26、中的水在滲透壓的作用下向濃縮室滲透。兩者都不利于電解濃縮室滲透。兩者都不利于電解質(zhì)的分離。質(zhì)的分離。 電滲析的應(yīng)用電滲析的應(yīng)用 ：電滲析主要用于從溶液中脫：電滲析主要用于從溶液中脫除各種鹽。電滲析也可以用于離子交換的前處除各種鹽。電滲析也可以用于離子交換的前處理，或者反滲透的水的精處理。電滲析在廢水理，或者反滲透的水的精處理。電滲析在廢水處理中的典型應(yīng)用是從電鍍廢水中回收銅、鎳、處理中的典型應(yīng)用是從電鍍廢水中回收銅、鎳、鉻等重金屬離子，而凈化的水則可返回工藝系鉻等重金屬離子，而凈化的水則可返回工藝系統(tǒng)重新使用。電滲析可以從有機(jī)溶劑中除去電統(tǒng)重新使用。電滲析可以從有機(jī)溶劑中除去電解質(zhì)離子，如乳清

27、脫鹽、氨基酸提純、季戊四解質(zhì)離子，如乳清脫鹽、氨基酸提純、季戊四醇脫甲酸等。醇脫甲酸等。第三節(jié)第三節(jié) 膜技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合膜技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合 一、膜蒸餾一、膜蒸餾 膜蒸餾是用多孔膜將兩個(gè)處于不同溫度下的溶膜蒸餾是用多孔膜將兩個(gè)處于不同溫度下的溶液隔開，由于一側(cè)溫度高于另一側(cè)，膜兩側(cè)的液隔開，由于一側(cè)溫度高于另一側(cè)，膜兩側(cè)的溫差產(chǎn)生蒸氣壓差，因此，蒸氣分子會(huì)通過膜溫差產(chǎn)生蒸氣壓差，因此，蒸氣分子會(huì)通過膜孔，從高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞?？祝瑥母邷貍?cè)向低溫側(cè)傳遞。 傳遞過程包括以下傳遞過程包括以下3 3個(gè)步驟：個(gè)步驟：高溫側(cè)蒸發(fā)；高溫側(cè)蒸發(fā)；蒸氣分子通過膜孔的傳遞；蒸氣分子通過膜孔的傳遞；低溫側(cè)冷凝

28、。低溫側(cè)冷凝。 膜蒸餾過程參數(shù)膜蒸餾過程參數(shù) 膜蒸餾操作方式膜蒸餾操作方式 直接接觸式膜蒸餾冷、熱流體在膜的兩側(cè)逆直接接觸式膜蒸餾冷、熱流體在膜的兩側(cè)逆流流過。流流過。 空氣氣隙式膜蒸餾膜與冷凝面之間存在空氣空氣氣隙式膜蒸餾膜與冷凝面之間存在空氣氣隙，冷流體在冷凝面的另一側(cè)流過，通過間氣隙，冷流體在冷凝面的另一側(cè)流過，通過間接傳熱方式使蒸氣冷凝。接傳熱方式使蒸氣冷凝。 真空式膜蒸餾用抽真空的方式將透過蒸氣抽真空式膜蒸餾用抽真空的方式將透過蒸氣抽出組件外冷凝。出組件外冷凝。 氣流吹掃式膜蒸餾在透過側(cè)通入干燥的氣體氣流吹掃式膜蒸餾在透過側(cè)通入干燥的氣體吹掃，將透過蒸氣帶出組件外冷凝。吹掃，將透過蒸

29、氣帶出組件外冷凝。 膜蒸餾的應(yīng)用膜蒸餾的應(yīng)用 非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液 膜蒸餾用于處理高濃度水溶液，可以把溶液濃縮到飽膜蒸餾用于處理高濃度水溶液，可以把溶液濃縮到飽和狀態(tài)，甚至實(shí)現(xiàn)膜結(jié)晶。這一特性可以用于許多化和狀態(tài)，甚至實(shí)現(xiàn)膜結(jié)晶。這一特性可以用于許多化學(xué)物質(zhì)的回收和廢水處理過程。學(xué)物質(zhì)的回收和廢水處理過程。 揮發(fā)性溶質(zhì)水溶揮發(fā)性溶質(zhì)水溶 膜蒸餾過程可以用于處理低濃度的乙醇、丙酮、醋酸膜蒸餾過程可以用于處理低濃度的乙醇、丙酮、醋酸乙酯等水溶液。乙酯等水溶液。 膜的潤濕和污染是影響膜性能的重要因素。膜潤濕是膜的潤濕和污染是影響膜性能的重要因素。膜潤濕是指溶液進(jìn)入了膜孔，膜溶液將直接

30、通過膜孔而降低了指溶液進(jìn)入了膜孔，膜溶液將直接通過膜孔而降低了截留率。另外，細(xì)菌、高濃度鹽分和膠體粒子等都會(huì)截留率。另外，細(xì)菌、高濃度鹽分和膠體粒子等都會(huì)造成膜污染使膜分離性能下降。開發(fā)膜蒸餾工業(yè)用膜造成膜污染使膜分離性能下降。開發(fā)膜蒸餾工業(yè)用膜組件，采取適當(dāng)措施，防止膜的潤濕和污染，是膜蒸組件，采取適當(dāng)措施，防止膜的潤濕和污染，是膜蒸餾過程能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵。餾過程能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵。 二、膜吸收二、膜吸收 膜吸收是用多孔膜將氣、液兩相隔開，吸收過程中氣、膜吸收是用多孔膜將氣、液兩相隔開，吸收過程中氣、液兩相在膜表面處接觸，具有穩(wěn)定的相界面而不相互液兩相在膜表面處接觸，具有穩(wěn)定的相界面而不相互混合?；旌稀?膜本身沒有分離選擇性，也不影響氣、液兩相的分傳膜本身沒有分離選擇性，也不影響氣、液兩相的分傳質(zhì)系數(shù)，但膜器的比表面積大，使膜吸收器的總體積質(zhì)系數(shù)，但膜器的比表面積大，使膜吸收器的總體積傳質(zhì)系數(shù)要比塔式吸收器為大。傳質(zhì)系數(shù)要比塔式吸收器為大。 氣體在膜吸收器中的傳質(zhì)過程可分為三個(gè)步驟：氣體在膜吸收器中的傳質(zhì)過程可分為三個(gè)步驟：溶溶質(zhì)從主體向膜質(zhì)從主體向膜- -氣界面?zhèn)鬟f；氣界面?zhèn)鬟f；溶質(zhì)在膜內(nèi)向液相側(cè)傳溶質(zhì)在膜內(nèi)向液相側(cè)傳質(zhì)；質(zhì)；溶