第六章_膜分離過(guò)程

1、第六章第六章 膜分離過(guò)程膜分離過(guò)程Membrane separation膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)膜分離的概念：利用膜的選擇性（孔徑膜分離的概念：利用膜的選擇性（孔徑大?。阅さ膬蓚?cè)存在的能量差作為大?。?，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，由于溶液中各組分透過(guò)膜的遷推動(dòng)力，由于溶液中各組分透過(guò)膜的遷移率不同而實(shí)現(xiàn)分離的一種技術(shù)。移率不同而實(shí)現(xiàn)分離的一種技術(shù)。用用半透膜半透膜作為選擇障礙層，允許某些組作為選擇障礙層，允許某些組分透過(guò)而保留混合物中其它組份，從而分透過(guò)而保留混合物中其它組份，從而達(dá)到分離目的的技術(shù)。達(dá)到分離目的的技術(shù)。膜膜料液料液水水小分子小分子大分子大分子滲透液滲透液定義：定義：在流

2、體相之間有一層薄的在流體相之間有一層薄的凝聚相物質(zhì)，把流體相分凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔開(kāi)來(lái)成為兩部分，這一隔開(kāi)來(lái)成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜薄層物質(zhì)稱為膜。 “21“21世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，膜技術(shù)扮演著戰(zhàn)略的角色膜技術(shù)扮演著戰(zhàn)略的角色”“誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了掌握了2121世紀(jì)的未來(lái)世紀(jì)的未來(lái)”一、膜的簡(jiǎn)介一、膜的簡(jiǎn)介膜的用途膜的用途濃縮：濃縮：目的產(chǎn)物以低濃度形式存在，因目的產(chǎn)物以低濃度形式存在，因此需要除去溶劑；（截留物為產(chǎn)物）此需要除去溶劑；（截留物為產(chǎn)物）純化：純化：除去雜質(zhì)；除去雜質(zhì)；分離：分離：將混合物分成兩種或多種目的產(chǎn)將混合物分成兩種或

3、多種目的產(chǎn)物；物；反應(yīng)促進(jìn)：反應(yīng)促進(jìn)：把化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)的產(chǎn)把化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)的產(chǎn)物連續(xù)取出，能提高反應(yīng)速率或提高產(chǎn)物連續(xù)取出，能提高反應(yīng)速率或提高產(chǎn)品質(zhì)量。品質(zhì)量。膜的應(yīng)用膜海水淡化海水淡化工業(yè)廢水處理工業(yè)廢水處理城市廢水資源化城市廢水資源化天然氣天然氣生物質(zhì)利用生物質(zhì)利用能源能源水資源水資源傳統(tǒng)工業(yè)傳統(tǒng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境除塵除塵COCO2 2 控制控制制制 藥藥食食 品品化工與石化化工與石化電電 子子冶冶 金金燃料電池燃料電池潔凈燃燒潔凈燃燒膜分離的特點(diǎn)：膜分離的特點(diǎn)：無(wú)相變、低能耗無(wú)相變、低能耗 高效率、污染小高效率、污染小工藝簡(jiǎn)單、操作方便工藝簡(jiǎn)單、操作方便濃縮與純化同時(shí)進(jìn)行濃縮

4、與純化同時(shí)進(jìn)行濃縮液濃縮液進(jìn)料液進(jìn)料液滲透液滲透液(1)對(duì)稱膜：對(duì)稱膜：結(jié)構(gòu)與方向無(wú)關(guān)的膜，孔經(jīng)可一致，結(jié)構(gòu)可不規(guī)則；結(jié)構(gòu)與方向無(wú)關(guān)的膜，孔經(jīng)可一致，結(jié)構(gòu)可不規(guī)則；(2)非對(duì)稱膜：非對(duì)稱膜：分離層很薄，較致密，為活性膜，孔徑的大小和表皮的分離層很薄，較致密，為活性膜，孔徑的大小和表皮的性質(zhì)決定分離特性，厚度決定傳遞速度，朝向待分離濃縮液；多孔性質(zhì)決定分離特性，厚度決定傳遞速度，朝向待分離濃縮液；多孔的支持層只起支撐作用，使膜具有必要的機(jī)械強(qiáng)度。的支持層只起支撐作用，使膜具有必要的機(jī)械強(qiáng)度。(3)復(fù)合膜：復(fù)合膜：選擇性膜層選擇性膜層(活性膜層活性膜層)沉積于具有微孔的底膜沉積于具有微孔的底膜(支

5、撐層支撐層)表表面上，表層與底層是不同的材料，膜的性能不僅取決于有選擇性的面上，表層與底層是不同的材料，膜的性能不僅取決于有選擇性的表面薄層而且受微孔支撐層的影響。表面薄層而且受微孔支撐層的影響。(4)荷電膜：荷電膜：離交膜，含有高度的溶脹膠載著固定電荷的對(duì)稱膜。離交膜，含有高度的溶脹膠載著固定電荷的對(duì)稱膜。(5)液膜：液膜：將在有關(guān)章節(jié)中討論。將在有關(guān)章節(jié)中討論。(6)微孔膜：微孔膜：孔徑為孔徑為0.0520微米的膜。微米的膜。(7)動(dòng)態(tài)膜：動(dòng)態(tài)膜：在多孔介質(zhì)在多孔介質(zhì)(如陶瓷管如陶瓷管)上沉積一層顆粒物上沉積一層顆粒物(如氧化鋯如氧化鋯)作為作為有選擇作用的膜，此沉積層與溶液處于動(dòng)態(tài)平衡。

6、有選擇作用的膜，此沉積層與溶液處于動(dòng)態(tài)平衡。膜的分類膜的分類圖1 對(duì)稱膜 圖2 非對(duì)稱膜圖3 對(duì)稱膜 圖4 非對(duì)稱膜二、膜分離過(guò)程的類型二、膜分離過(guò)程的類型膜分離過(guò)程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過(guò)或被截留膜分離過(guò)程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過(guò)或被截留于膜的過(guò)程，近似于篩分過(guò)程，依據(jù)濾于膜的過(guò)程，近似于篩分過(guò)程，依據(jù)濾膜孔徑大小而達(dá)到物質(zhì)分離的目的，故膜孔徑大小而達(dá)到物質(zhì)分離的目的，故而可以按分離粒子大小進(jìn)行分類。而可以按分離粒子大小進(jìn)行分類。膜分離過(guò)程的類型膜分離過(guò)程的類型1.透析：透析：用具有一定孔徑大小的、高分子溶質(zhì)不能用具有一定孔徑大小的、高分子溶質(zhì)不能透過(guò)的親水膜將溶質(zhì)溶液與純水分隔，在濃差的作透過(guò)的親水膜將溶

7、質(zhì)溶液與純水分隔，在濃差的作用下，小分子溶質(zhì)透向水側(cè)，水透向溶液一側(cè)。用下，小分子溶質(zhì)透向水側(cè)，水透向溶液一側(cè)。透析膜：透析膜：孔徑孔徑5-10nm, ,實(shí)驗(yàn)室中常用透析袋實(shí)驗(yàn)室中常用透析袋應(yīng)用：應(yīng)用：脫鹽，血液透析脫鹽，血液透析u特點(diǎn)：特點(diǎn)：以濃差為推動(dòng)力，膜透以濃差為推動(dòng)力，膜透過(guò)通量很小，不適于大規(guī)模生物過(guò)通量很小，不適于大規(guī)模生物分離過(guò)程，多在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用。分離過(guò)程，多在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用。蛋白質(zhì)透析蛋白質(zhì)透析 透析袋透析簡(jiǎn)單裝置。透析袋透析簡(jiǎn)單裝置。A:A:透析夾，透析夾，B:B:透析，透析，C:C:透析示意圖透析示意圖 2.微濾微濾（Microfiltration,MF） ：l 以多孔細(xì)

8、小薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，壓力為推動(dòng)以多孔細(xì)小薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，壓力為推動(dòng)力，使力，使不溶性物質(zhì)不溶性物質(zhì)得以分離的操作。得以分離的操作。l 孔徑分布范圍在孔徑分布范圍在0.02514m之間，截留之間，截留直徑為直徑為0.02m 0.02m 10m 10m大小的粒子。大小的粒子。l 可應(yīng)用于消毒、澄清、細(xì)胞收集等。如培可應(yīng)用于消毒、澄清、細(xì)胞收集等。如培養(yǎng)基液養(yǎng)基液菌體分離與濃縮菌體分離與濃縮，產(chǎn)品消毒，產(chǎn)品消毒。無(wú)流動(dòng)操作滲透液原料液 微濾微濾( (MicrofiltrationMicrofiltration，MFMF) ) 一種靜態(tài)過(guò)濾，隨過(guò)濾一種靜態(tài)過(guò)濾，隨過(guò)濾時(shí)間延長(zhǎng)，膜面上截流沉積時(shí)間延長(zhǎng)，膜

9、面上截流沉積不溶物，引起水流阻力增大，不溶物，引起水流阻力增大，透水速率下降，直至微孔全透水速率下降，直至微孔全被堵塞；被堵塞；3.超濾超濾（ Ultrafiltration, UF UF） ：l分離介質(zhì)同上，但孔徑更小，為分離介質(zhì)同上，但孔徑更小，為0.001-0.02 0.001-0.02 mm，分離推動(dòng)力仍為壓力差，截?cái)喾肿恿靠桑蛛x推動(dòng)力仍為壓力差，截?cái)喾肿恿靠勺兓?。變化。l適合于酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)的分離、適合于酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)的分離、濃縮，超濾親和純化，血漿分離，脫鹽，去熱濃縮，超濾親和純化，血漿分離，脫鹽，去熱原，原，在生物工程中應(yīng)用最廣。在生物工程中應(yīng)用最廣。

10、一種動(dòng)態(tài)過(guò)程，由泵提供推動(dòng)力，在膜表一種動(dòng)態(tài)過(guò)程，由泵提供推動(dòng)力，在膜表面產(chǎn)生兩個(gè)分力：一個(gè)是垂直于膜面的法向分面產(chǎn)生兩個(gè)分力：一個(gè)是垂直于膜面的法向分力，使水分子透過(guò)膜面，另一個(gè)是于膜面平行力，使水分子透過(guò)膜面，另一個(gè)是于膜面平行的切向力，把膜面截流物沖掉。的切向力，把膜面截流物沖掉。 超濾原理的示意圖超濾原理的示意圖 常規(guī)過(guò)濾常規(guī)過(guò)濾(A)(A)和超濾和超濾(B)(B)的示意圖的示意圖 A AB4.反滲透反滲透（Reverse osmosis,RO）: 滲透和滲透壓：滲透和滲透壓：滲透：滲透：膜（不能透過(guò)溶質(zhì)）膜（不能透過(guò)溶質(zhì)）兩側(cè)壓力相等時(shí)，在濃度差兩側(cè)壓力相等時(shí)，在濃度差作用下，溶劑從

11、溶質(zhì)濃度低作用下，溶劑從溶質(zhì)濃度低的一側(cè)向溶質(zhì)濃度高的一側(cè)的一側(cè)向溶質(zhì)濃度高的一側(cè)透過(guò)的現(xiàn)象。透過(guò)的現(xiàn)象。滲透壓：滲透壓：滲透現(xiàn)象中，促使?jié)B透現(xiàn)象中，促使水分子透過(guò)的推動(dòng)力。水分子透過(guò)的推動(dòng)力。反滲透：反滲透：定義：在溶質(zhì)濃度高的定義：在溶質(zhì)濃度高的一側(cè)施加超過(guò)滲透壓的一側(cè)施加超過(guò)滲透壓的壓力，使溶劑透過(guò)膜的壓力，使溶劑透過(guò)膜的操作。操作。是一種以壓力差為推動(dòng)是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，孔徑劑的膜分離操作，孔徑范圍在范圍在0. 11 nm之間之間。其基本原理為溶解擴(kuò)散。在高于溶液滲透壓其基本原理為溶解擴(kuò)散。在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中

12、的水透過(guò)膜，而的壓力作用下，只有溶液中的水透過(guò)膜，而所有溶液中的大分子、小分子有機(jī)物及無(wú)機(jī)所有溶液中的大分子、小分子有機(jī)物及無(wú)機(jī)物全被截留住。物全被截留住。主要用于海水脫鹽，純水制造以及小分子產(chǎn)主要用于海水脫鹽，純水制造以及小分子產(chǎn)品如乙醇、糖及氨基酸濃縮等。品如乙醇、糖及氨基酸濃縮等。膜法海水淡化膜法海水淡化分離方法分離方法反滲透反滲透低溫多效低溫多效多級(jí)閃蒸多級(jí)閃蒸能耗能耗(kWh/m3)3.5710幾種分離方法能耗比較幾種分離方法能耗比較嵊泗嵊泗1000噸噸/日反滲透海水淡化裝置日反滲透海水淡化裝置巴黎瓦茲河梅巴黎瓦茲河梅里市里市1414萬(wàn)立方萬(wàn)立方米米/ /天的納濾天的納濾廠，每天為巴

13、廠，每天為巴黎附近黎附近5050萬(wàn)居萬(wàn)居民提供民提供1414萬(wàn)噸萬(wàn)噸飲用水飲用水微濾 5.電滲析：電滲析：以電位差為推動(dòng)力，利用離子以電位差為推動(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。富集電解質(zhì)的膜分離操作。在直流電場(chǎng)的作用下，由于離子交換膜在直流電場(chǎng)的作用下，由于離子交換膜的阻隔作用，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化和濃縮，的阻隔作用，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化和濃縮，分離推動(dòng)力是分離推動(dòng)力是靜電引力靜電引力。1-半透膜半透膜 2-攪拌器攪拌器 3-溶液溶液 4-鉑電極鉑電極 5,6-進(jìn)出水管進(jìn)出水管電滲析的應(yīng)用：海水和苦水的淡化、廢水處理，電滲析的應(yīng)用：

14、海水和苦水的淡化、廢水處理，氨基酸和有機(jī)酸等小分子的分離純化氨基酸和有機(jī)酸等小分子的分離純化6.氣體滲透：氣體滲透：氣體膜分離是利用膜對(duì)某些氣體組分具有選擇氣體膜分離是利用膜對(duì)某些氣體組分具有選擇性滲透和擴(kuò)散的特性，以達(dá)到氣體分離和純化性滲透和擴(kuò)散的特性，以達(dá)到氣體分離和純化的目的。的目的。其滲透機(jī)理為：氣體分子在壓力作用下，首先其滲透機(jī)理為：氣體分子在壓力作用下，首先在膜的高壓側(cè)接觸，然后是吸附、溶解、擴(kuò)散、在膜的高壓側(cè)接觸，然后是吸附、溶解、擴(kuò)散、脫溶、逸出。脫溶、逸出。應(yīng)用應(yīng)用: :空氣中各種氣體在透過(guò)膜壁時(shí)具有不同的空氣中各種氣體在透過(guò)膜壁時(shí)具有不同的滲透速率，使得當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)

15、入分離滲透速率，使得當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入分離器時(shí)，氧氣、水蒸氣及少量的二氧化碳快速透器時(shí)，氧氣、水蒸氣及少量的二氧化碳快速透過(guò)膜的高壓側(cè)，而氮?dú)馔高^(guò)膜的相對(duì)速率慢而過(guò)膜的高壓側(cè)，而氮?dú)馔高^(guò)膜的相對(duì)速率慢而滯留在膜的內(nèi)側(cè)被富集，從而產(chǎn)生干燥的氮?dú)?。滯留在膜的?nèi)側(cè)被富集，從而產(chǎn)生干燥的氮?dú)?。氣體滲透分離空氣中的氮?dú)怏w滲透分離空氣中的氮膜分離過(guò)程的類型膜分離過(guò)程的類型 三、膜材料三、膜材料膜材料的膜材料的特性特性對(duì)于不同種類的膜都有一個(gè)基本要求對(duì)于不同種類的膜都有一個(gè)基本要求：（1）耐壓：耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般膜操作的壓力范圍在高的

16、壓力，一般膜操作的壓力范圍在0.1-0.5 MPa0.1-0.5 MPa，反滲透膜的壓力更高，約為反滲透膜的壓力更高，約為1-10MPa1-10MPa；（2）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；（3）耐酸堿：耐酸堿：防止分離過(guò)程中以及清洗過(guò)程中的水防止分離過(guò)程中以及清洗過(guò)程中的水解；解；（4）化學(xué)相容性：化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；保持膜的穩(wěn)定性；（5）生物相容性：生物相容性：防止生物大分子的變性；防止生物大分子的變性；（6）成本低。成本低。不同膜材料的特點(diǎn)與應(yīng)用不同膜材料的特點(diǎn)與應(yīng)用 醋酸纖維素和聚砜應(yīng)用最廣醋酸纖維素和聚砜應(yīng)用最廣 膜的制造

17、方法膜的制造方法1 1相轉(zhuǎn)變法：相轉(zhuǎn)變法：澆鑄液澆鑄液支持物上鋪開(kāi)支持物上鋪開(kāi)蒸發(fā)部分溶劑蒸發(fā)部分溶劑凝凝 膠形成膠形成熱處理熱處理( (退火退火) )；2 2燒結(jié)法：燒結(jié)法： 膜材料粉膜材料粉模具內(nèi)模具內(nèi)嚴(yán)格控制溫度和壓力嚴(yán)格控制溫度和壓力 由由 軟變?nèi)圮涀內(nèi)?形成多孔體形成多孔體 機(jī)械加工；機(jī)械加工；3 3核徑跡法：核徑跡法：厚為厚為5-155-15 m m薄膜薄膜粒子粒子( (如如a a粒子或中子粒子或中子) )照射照射 化學(xué)鍵斷裂形成徑跡化學(xué)鍵斷裂形成徑跡酸堿液腐蝕酸堿液腐蝕形成孔道；形成孔道；4 4拉伸法：拉伸法： 晶態(tài)聚烯烴晶態(tài)聚烯烴在低熔融溫度下擠壓成膜在低熔融溫度下擠壓成膜 延

18、伸延伸 得到高的熔融應(yīng)力得到高的熔融應(yīng)力無(wú)張力條件下退火無(wú)張力條件下退火拉伸；拉伸；5 5復(fù)合膜的制備：復(fù)合膜的制備：是相轉(zhuǎn)變膜的繼續(xù)發(fā)展，制造非常薄的特是相轉(zhuǎn)變膜的繼續(xù)發(fā)展，制造非常薄的特 征分離層。在多孔支撐層上制作聚合物膜。征分離層。在多孔支撐層上制作聚合物膜。四、各種膜組件四、各種膜組件由膜、固定膜的支撐體、間隔物及收納這由膜、固定膜的支撐體、間隔物及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元。些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元。目前市售商品膜組件主要有：管式目前市售商品膜組件主要有：管式、中空中空纖維纖維 、螺旋卷繞式螺旋卷繞式 、平板式平板式共同的特點(diǎn)共同的特點(diǎn)盡可能大的膜表面積盡可能大的膜表面積可

19、靠的支撐裝置可靠的支撐裝置可引出透過(guò)液可引出透過(guò)液膜表面濃度差極化達(dá)到最小膜表面濃度差極化達(dá)到最小1、管式膜組件、管式膜組件特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、壓力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、壓力損失少，處理量大、清洗安損失少，處理量大、清洗安裝方便、可耐受高壓，用途裝方便、可耐受高壓，用途較板式廣泛。較板式廣泛。u結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：將膜固定在圓管狀：將膜固定在圓管狀支撐體上構(gòu)成管式膜，管式支撐體上構(gòu)成管式膜，管式膜并聯(lián)或串聯(lián)，收納在筒狀膜并聯(lián)或串聯(lián)，收納在筒狀容器內(nèi)即構(gòu)成管式膜組件。容器內(nèi)即構(gòu)成管式膜組件。管式陶瓷超濾膜組件管式陶瓷超濾膜組件2、平板式膜組件、平板式膜組件結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：與板式換熱器或加壓葉濾機(jī)相似

20、。由與板式換熱器或加壓葉濾機(jī)相似。由多枚平板膜間隔重疊加工而成，膜間襯設(shè)多孔多枚平板膜間隔重疊加工而成，膜間襯設(shè)多孔薄膜，供料液或?yàn)V液流動(dòng)。薄膜，供料液或?yàn)V液流動(dòng)。特點(diǎn)特點(diǎn)：過(guò)濾板相對(duì)獨(dú)立、過(guò)濾面積大、結(jié)構(gòu)緊過(guò)濾板相對(duì)獨(dú)立、過(guò)濾面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、便于清洗、檢修和換膜。但耐受壓力低，湊、便于清洗、檢修和換膜。但耐受壓力低，適于超濾單元操作。適于超濾單元操作。板式膜組件板式膜組件3、螺旋卷式膜組件、螺旋卷式膜組件結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔網(wǎng)將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔網(wǎng)上，兩端密封，膜上下分別襯設(shè)一張料液隔網(wǎng)，上，兩端密封，膜上下分別襯設(shè)一張料液隔網(wǎng)，卷繞在空心管上構(gòu)成。卷繞在空

21、心管上構(gòu)成。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比表比表 面積大，結(jié)面積大，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià) 格較便宜；格較便宜； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：處理處理 懸浮物濃度懸浮物濃度 較高的料液較高的料液 時(shí)易堵塞。時(shí)易堵塞。超濾超濾微濾卷式膜組件超濾超濾微濾卷式膜組件 特點(diǎn)是膜堆積密度大、結(jié)構(gòu)緊湊，適合低粘度、滲透產(chǎn)量大、特點(diǎn)是膜堆積密度大、結(jié)構(gòu)緊湊，適合低粘度、滲透產(chǎn)量大、 濃縮倍數(shù)較低的料液處理和水處理。濃縮倍數(shù)較低的料液處理和水處理。卷式膜分離器（工業(yè)用）卷式膜分離器（工業(yè)用）4、中空纖維式膜組件、中空纖維式膜組件結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由數(shù)百至數(shù)百萬(wàn)根中空纖維膜（內(nèi)徑由數(shù)百至數(shù)百萬(wàn)根中空纖維膜（內(nèi)徑4080 m)或毛細(xì)管

22、膜（內(nèi)徑或毛細(xì)管膜（內(nèi)徑0.252.5mm）固）固定在圓筒形容器內(nèi)構(gòu)成。定在圓筒形容器內(nèi)構(gòu)成。特點(diǎn)：特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比表面積比表面積最大，可方便地進(jìn)最大，可方便地進(jìn)行反洗，造價(jià)低，行反洗，造價(jià)低，工業(yè)上普遍使用工業(yè)上普遍使用 。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易堵塞，易堵塞，對(duì)料液要求高對(duì)料液要求高。 中空纖維膜分離器（工業(yè)用）中空纖維膜分離器（工業(yè)用）5、納米膜過(guò)濾技術(shù)、納米膜過(guò)濾技術(shù)介于反滲透與超濾膜之間，能截留有機(jī)小介于反滲透與超濾膜之間，能截留有機(jī)小分子而使大部分無(wú)機(jī)鹽通過(guò)。分子而使大部分無(wú)機(jī)鹽通過(guò)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）在過(guò)濾分離過(guò)程中，能截留小分子有）在過(guò)濾分離過(guò)程中，能截留小分子有機(jī)物，并可以同時(shí)

23、透析除鹽，集機(jī)物，并可以同時(shí)透析除鹽，集濃縮與透濃縮與透析析為一體；為一體；（2 2）操作壓力比反滲透低很多。）操作壓力比反滲透低很多。納濾的應(yīng)用行行 業(yè)業(yè)處理對(duì)象處理對(duì)象行行 業(yè)業(yè)處理對(duì)象處理對(duì)象制藥工業(yè)制藥工業(yè)母液中有效成分的回收母液中有效成分的回收抗菌素的分離純化抗菌素的分離純化維生素的分離純化維生素的分離純化氨基酸的脫鹽與純化氨基酸的脫鹽與純化化工行業(yè)化工行業(yè)酸堿純化、回收酸堿純化、回收電鍍液中銅的回收電鍍液中銅的回收食品工業(yè)食品工業(yè)乳清脫鹽與濃縮乳清脫鹽與濃縮苛性堿回收苛性堿回收純水制備純水制備超高純水超高純水水的脫鹽水的脫鹽地下水的凈化地下水的凈化染料工業(yè)染料工業(yè)活性染料的脫鹽與回

24、收活性染料的脫鹽與回收廢水處理廢水處理印染廠廢水脫色印染廠廢水脫色造紙廠廢水凈化造紙廠廢水凈化6、膜親和過(guò)濾法、膜親和過(guò)濾法膜親和過(guò)濾法是傳統(tǒng)膜分離技術(shù)與親和分離技膜親和過(guò)濾法是傳統(tǒng)膜分離技術(shù)與親和分離技術(shù)的集成，是一種十分有效的分離方法。術(shù)的集成，是一種十分有效的分離方法。內(nèi)容：內(nèi)容：包括兩個(gè)分支包括兩個(gè)分支（1）親和膜分離：）親和膜分離：制備帶有親和配基的分離膜，制備帶有親和配基的分離膜，直接進(jìn)行產(chǎn)物分離；直接進(jìn)行產(chǎn)物分離；（2）親和）親和-錯(cuò)流膜過(guò)濾：錯(cuò)流膜過(guò)濾：將水溶性或非水溶性的將水溶性或非水溶性的高分子親和載體與產(chǎn)物進(jìn)行特異性反應(yīng)，然后高分子親和載體與產(chǎn)物進(jìn)行特異性反應(yīng)，然后進(jìn)行錯(cuò)

25、流過(guò)濾進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾。親和膜分離技術(shù)要點(diǎn)親和膜分離技術(shù)要點(diǎn)分離膜的改性：分離膜的改性：通過(guò)化學(xué)改性，在載體表面連接上通過(guò)化學(xué)改性，在載體表面連接上一條一條“手臂鏈?zhǔn)直坻湣保ù笥谌齻€(gè)碳原子）；（大于三個(gè)碳原子）；親和膜制備：親和膜制備：選用合適的配基，與手臂鏈相連，構(gòu)選用合適的配基，與手臂鏈相連，構(gòu)成帶有親和配基的分離介質(zhì)；成帶有親和配基的分離介質(zhì)；親和絡(luò)合：親和絡(luò)合：將混合物緩慢地通過(guò)膜，使要分離的物將混合物緩慢地通過(guò)膜，使要分離的物質(zhì)與親和配基產(chǎn)生特異性作用，形成配基與配位物質(zhì)與親和配基產(chǎn)生特異性作用，形成配基與配位物的復(fù)合體；的復(fù)合體；洗脫：洗脫：改變條件改變條件（洗脫液組成洗脫液組成、pH

26、、離子強(qiáng)度、溫離子強(qiáng)度、溫度等），使復(fù)合物解離；度等），使復(fù)合物解離；親和膜再生：親和膜再生：洗滌、再生、平衡，以備下次操作使洗滌、再生、平衡，以備下次操作使用。用。親和膜分離操作方式親和膜分離操作方式親和超濾過(guò)程（分離目標(biāo)物的同時(shí)，濃縮其親和超濾過(guò)程（分離目標(biāo)物的同時(shí)，濃縮其他成分）他成分）五、膜分離過(guò)程在生物工程中的應(yīng)用五、膜分離過(guò)程在生物工程中的應(yīng)用過(guò)程過(guò)程應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象實(shí)例實(shí)例微濾微濾消毒、澄清收集細(xì)胞消毒、澄清收集細(xì)胞培養(yǎng)懸浮液除菌，產(chǎn)品消毒，培養(yǎng)懸浮液除菌，產(chǎn)品消毒，細(xì)胞收集細(xì)胞收集超濾超濾大分子物質(zhì)分離大分子物質(zhì)分離酶及蛋白質(zhì)的分離、濃縮、純酶及蛋白質(zhì)的分離、濃縮、純化，血漿分

27、離、脫鹽、去熱原，化，血漿分離、脫鹽、去熱原，膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器納濾納濾小分子物質(zhì)分離小分子物質(zhì)分離糖，二價(jià)鹽、游離酸的分離糖，二價(jià)鹽、游離酸的分離反滲透反滲透小分子物質(zhì)濃縮小分子物質(zhì)濃縮單加鹽、非游離酸的分離單加鹽、非游離酸的分離透析透析小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)離子小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)離子脫除小分子有機(jī)物或無(wú)機(jī)離子脫除小分子有機(jī)物或無(wú)機(jī)離子六、膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問(wèn)題六、膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問(wèn)題1 1、截留分子量、截留分子量( (MWCO)截留曲線：測(cè)定分子量不截留曲線：測(cè)定分子量不同的球形蛋白質(zhì)或水溶性同的球形蛋白質(zhì)或水溶性聚合物的截留率，所得到聚合物的截留率，所得到的膜的截留率與溶質(zhì)分子的膜的截留率與

28、溶質(zhì)分子量之間關(guān)系的曲線。量之間關(guān)系的曲線。 MWCO只是表征膜特性的一個(gè)參數(shù)，不能作只是表征膜特性的一個(gè)參數(shù)，不能作 為選擇膜的唯一標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)從多方面為選擇膜的唯一標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)從多方面(如孔徑分如孔徑分 布、耐污染能力等布、耐污染能力等)綜合考慮。綜合考慮。 一般將在截留曲線上截留率為一般將在截留曲線上截留率為0.90的溶質(zhì)分子的溶質(zhì)分子 量定義為膜的截留分子量。量定義為膜的截留分子量。實(shí)際膜分離過(guò)程中影響截留率的因素：實(shí)際膜分離過(guò)程中影響截留率的因素：溶質(zhì)分子量溶質(zhì)分子量分子特性分子特性不同分子截留率大小順序：球形帶支鏈不同分子截留率大小順序：球形帶支鏈線性；線性；對(duì)于荷電膜，與膜相反電荷的分子

29、截留率對(duì)于荷電膜，與膜相反電荷的分子截留率較低；較低；若膜對(duì)溶質(zhì)有吸附作用，截留率增大。若膜對(duì)溶質(zhì)有吸附作用，截留率增大。其他高分子溶質(zhì)的影響其他高分子溶質(zhì)的影響其他高分子溶質(zhì)的存在使溶質(zhì)截留率增大。其他高分子溶質(zhì)的存在使溶質(zhì)截留率增大。操作條件操作條件膜面流速提高，截留率降低；膜面流速提高，截留率降低；膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問(wèn)題2 2、濃差極化、濃差極化: :在膜分離過(guò)程中，膜表面上在膜分離過(guò)程中，膜表面上溶質(zhì)濃度高于主體溶質(zhì)濃度的現(xiàn)象。如下溶質(zhì)濃度高于主體溶質(zhì)濃度的現(xiàn)象。如下圖：圖：濃差極化濃差極化: :它對(duì)水的透過(guò)起著阻礙作用它對(duì)水的透過(guò)起著阻礙作用。所以濃差極化會(huì)所以濃差極化會(huì)降低膜的透水

30、率；降低膜的透水率；結(jié)垢阻塞結(jié)垢阻塞。 為了減少濃差極化，通常采用錯(cuò)流操作，為了減少濃差極化，通常采用錯(cuò)流操作，使懸浮液在過(guò)濾介質(zhì)表面作切向流動(dòng)，利用流使懸浮液在過(guò)濾介質(zhì)表面作切向流動(dòng)，利用流體的剪切作用將過(guò)濾介質(zhì)表面的固體移走。體的剪切作用將過(guò)濾介質(zhì)表面的固體移走。3 3、污染、污染: :由于溶質(zhì)與膜的相互作用而在膜表面和孔內(nèi)吸附，由于溶質(zhì)與膜的相互作用而在膜表面和孔內(nèi)吸附，或因濃差極化，溶質(zhì)在膜表面產(chǎn)生沉淀或結(jié)晶，或因濃差極化，溶質(zhì)在膜表面產(chǎn)生沉淀或結(jié)晶，形成形成“凝膠層凝膠層”引起膜性能變化的現(xiàn)象。引起膜性能變化的現(xiàn)象。是一個(gè)不可逆過(guò)程。通常它受到膜的化學(xué)特征、是一個(gè)不可逆過(guò)程。通常它受

31、到膜的化學(xué)特征、蛋白質(zhì)種類、溶液的蛋白質(zhì)種類、溶液的pHpH值、無(wú)機(jī)鹽濃度、溫度等值、無(wú)機(jī)鹽濃度、溫度等因素的影響。因素的影響。影響影響: :透過(guò)通量大幅度下降；降低目標(biāo)產(chǎn)物的回透過(guò)通量大幅度下降；降低目標(biāo)產(chǎn)物的回收率。收率。膜污染是膜技術(shù)應(yīng)用的最大限制因素。膜污染是膜技術(shù)應(yīng)用的最大限制因素。膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問(wèn)題 防止或減輕膜污染的措施：防止或減輕膜污染的措施： 對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理；對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理；對(duì)膜進(jìn)行預(yù)處理；對(duì)膜進(jìn)行預(yù)處理；改變操作條件。改變操作條件。 4、膜的清洗膜的清洗: : 膜污染造成膜透水量隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)膜污染造成膜透水量隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)而下降。清洗的方法通常可分為物理方法而下降。清洗的方法通?？煞譃槲锢矸椒ㄅc化學(xué)方法。與化學(xué)方法。l 物理方法物理方法：一般指用高速流水沖洗。一般指用高速流水沖洗。l 化學(xué)清洗化學(xué)清洗：通常是用化學(xué)清洗劑對(duì)膜進(jìn)行通常是用化學(xué)清洗劑對(duì)膜進(jìn)行清洗。清洗。膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問(wèn)題清洗劑：清洗劑：水、鹽溶液