膜分離技術(shù)及其應(yīng)用

膜分離技術(shù)及其應(yīng)用Contents

膜分離技術(shù)的研究背景1膜分離技術(shù)原理2

膜分離技術(shù)的應(yīng)用3

膜材料、分類及裝置4常用膜分離分類及特性3

新的膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展4一、膜分離技術(shù)研究背景膜分離技術(shù)的概念：膜分離過(guò)程是用天然的或合成的、具有選擇透過(guò)性的薄膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差）時(shí)，原料側(cè)液體或氣體混合物中的某一或某些組分選擇性地透過(guò)膜，以達(dá)到分離、分級(jí)、提純或富集的目的。

膜分離技術(shù)的研究背景20世紀(jì)50年代20世紀(jì)90年代滲透汽化20世紀(jì)40年代20世紀(jì)30年代YourText

膜分離技術(shù)的發(fā)展：膜分離現(xiàn)象早在250多年以前就被發(fā)現(xiàn),是膜分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在20世紀(jì)60年代以后。其大致的發(fā)展史為:20世紀(jì)60年代20世紀(jì)70年代20世紀(jì)80年代微孔過(guò)濾滲析電滲析反滲透超濾氣體分離膜分離技術(shù)研究背景

數(shù)十年來(lái),膜分離技術(shù)發(fā)展迅速,特別是90年代以后,隨著膜(TFC膜)的研制成功,膜分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面。膜分離技術(shù)作為一種新興的高效分離技術(shù),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、電子、輕工、紡織、石油、食品、醫(yī)藥、生物工程、能源工程等。國(guó)外有關(guān)專家甚至把膜分離技術(shù)的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命”。膜分離技術(shù)被認(rèn)為是20世紀(jì)末至21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。二、常用膜分離分類及特性

(1)多數(shù)膜分離過(guò)程無(wú)相變發(fā)生，能耗通常較低。（2）膜分離過(guò)程一般無(wú)需從外界加入其它物質(zhì)，從而可以節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。（3）膜分離技術(shù)可以是分離和濃縮、分離和反應(yīng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)，從而大大提高了分離效應(yīng)。（4）膜分離技術(shù)通常在溫和的條件下進(jìn)行，因而特別適用于熱敏物質(zhì)的分離、分級(jí)、濃縮和富集。膜分離可以確保不發(fā)生局部過(guò)熱現(xiàn)象，大大提高了藥品使用的安全性。（5）膜分離過(guò)程不僅適用于病毒、細(xì)菌到微粒廣泛范圍的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的分離，而且還適用于許多由理化性質(zhì)相近化合物構(gòu)成的混合物共沸物或近沸物的分離以及一些特殊溶液體系的分離。（6）膜分離過(guò)程的規(guī)模和處理能力可在很大的范圍內(nèi)變化，而其效率、設(shè)備單價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等都變化不大。（7）膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，可在頻繁的啟用下工作，易自控和維修，而且膜分離可以直接插入已有的生產(chǎn)工藝流程。以上特點(diǎn)決定了膜分離技術(shù)在藥物分離中具有廣泛的用途。常用膜分離分類及特性常用膜分離分類及特性三、膜材料、分類及裝置膜材料分類：有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。有機(jī)材料：包括纖維素類、聚酰胺類、芳香雜環(huán)類、聚砜類、聚烯烴類、硅橡膠類、含氟高分子類等;無(wú)機(jī)材料：主要以金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃等為主。

膜材料、分類及裝置

根據(jù)膜的形狀,膜分離裝置基本上可分為如下5類:板式結(jié)構(gòu)、管式結(jié)構(gòu)、卷式結(jié)構(gòu)、中空纖維結(jié)構(gòu)、旋葉式動(dòng)態(tài)膜裝置。板式結(jié)構(gòu)管式結(jié)構(gòu)卷式結(jié)構(gòu)

膜材料、分類及裝置中空纖維膜結(jié)構(gòu)旋葉式動(dòng)態(tài)膜慮機(jī)四、膜分離技術(shù)的原理一、微濾分離機(jī)理：一般認(rèn)為微濾的分離機(jī)理為篩分機(jī)理，膜的物理結(jié)構(gòu)起決定性作用。此外，吸附和電性能等因素對(duì)截留也有一定的影響。微濾膜的截留作用機(jī)理因其結(jié)構(gòu)上的差異大體可分為兩大類（1）膜的表面截留；（2）膜內(nèi)部截留；二、超濾分離原理超濾主要是以篩孔作用為主的薄膜過(guò)濾.在一定壓力下溶劑或小分子量的物質(zhì)可透過(guò)膜,而大分子物質(zhì)及微細(xì)顆粒卻被阻留,從而達(dá)到凈化分離的目的，超濾膜通常為不對(duì)稱結(jié)構(gòu),膜孔徑的大小和膜表面的性質(zhì)起著不同的截留作用.

膜分離技術(shù)的原理

三、反滲透分離原理反滲透是與自然滲透過(guò)程相反的膜分離過(guò)程.滲透和反滲透是通過(guò)半透膜來(lái)完成的.在濃溶液一側(cè)施加比自然滲透壓更高的壓力,迫使?jié)馊芤褐腥軇┓聪蛲高^(guò)膜,流向稀溶液一側(cè),從而達(dá)到分離提純目的。滲透壓的大小與溶液性質(zhì)有關(guān)而與膜無(wú)關(guān).物質(zhì)遷移過(guò)程常用氫鍵理論、優(yōu)先吸附一毛細(xì)管流動(dòng)理論、溶解擴(kuò)散理論來(lái)解釋。四、電滲析的分離原理電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下,以電位差為推動(dòng)力,利用離子交換膜的選擇透過(guò)性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái),從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、精制或純化目的。常用雙電層理論和杜南膜平衡理論解釋.膜分離技術(shù)的原理五、液膜分離原理液膜分離技術(shù)是膜分離技術(shù)的重要分支,具有高選擇高傳質(zhì)速率。它通過(guò)兩液相間形成的界面一液相膜,將兩種組成不同但又互相混溶的溶液隔開(kāi),經(jīng)選擇性滲透,使物質(zhì)分離提純。液膜主要由膜溶劑(水或有機(jī)溶劑)、表面活性劑(乳化劑)和添加劑組成,按其構(gòu)型和操作方式不同,可分為乳狀液膜和支撐液膜,常用溶解一擴(kuò)散機(jī)理來(lái)解釋。膜表面的載體提高了特定配體在膜表面的濃度,從而達(dá)到分離目的.

新型膜分離技術(shù)的原理

六、膜蒸餾分離原理膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸發(fā)過(guò)程相結(jié)合的膜分離過(guò)程,所用的膜為不被待處理的溶液潤(rùn)濕的疏水微孔膜.膜的一側(cè)與熱的待處理溶液直接接觸(稱為熱側(cè)),另一側(cè)直接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè)),熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化,通過(guò)膜進(jìn)人冷側(cè)并被冷凝成液相,其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè),從而實(shí)現(xiàn)混合物分離或提純的目的。在膜蒸餾過(guò)程中,不存在液體混合和霧沫夾帶現(xiàn)象,對(duì)離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無(wú)法擴(kuò)散透過(guò)膜的組分的截留達(dá)到100%.新型膜分離技術(shù)的原理一、鈉膜分離原理納濾又稱超低壓反滲透,是膜分離技術(shù)的一個(gè)新興領(lǐng)域,其分離性能介于反滲透與超濾之間,允許一些無(wú)機(jī)鹽和某些溶劑透過(guò)膜,從而達(dá)到分離目的。納濾膜特有的功能是反滲透膜和超濾膜無(wú)法取代的,它兼有反滲透和超濾的工作原理。二、泡沫分離原理泡沫分離過(guò)程是利用待分離物質(zhì)本身具有表面活性（如表面活性劑）或能與表面活性劑通過(guò)化學(xué)的、物理的力結(jié)合在一起（如金屬離子、有機(jī)化合物、蛋白質(zhì)和酶等），在鼓泡塔中被吸附在起跑表面，得以富集，籍氣泡上升帶出溶劑主體，達(dá)到凈化主體液、濃縮待分離物質(zhì)的目的。五、膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用1、在化工及石油工業(yè)中的應(yīng)用目前國(guó)內(nèi)一些磷肥生產(chǎn)企業(yè)采用微濾膜分離去除磷石膏廢水中含氟的化合物。氣體分離在化工和石油化工方面的應(yīng)用也頗具意義,例如:在合成氨工藝中回收H2;在3次石油回采中從甲烷中分離CO2;由膜分離氧和氮。膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用2、在食品工業(yè)中的應(yīng)用膜分離技術(shù)用于食品工業(yè)開(kāi)始于20世紀(jì)60年代末,首先是從乳品加工和啤酒的無(wú)菌過(guò)濾開(kāi)始的,隨后逐漸用于果汁、飲料加工、酒精類精制等方面。至今,膜分離技術(shù)在食品加工中已得到廣泛應(yīng)用。膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用3、在醫(yī)藥工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備方面的應(yīng)用

膜分離技術(shù)在這方面的應(yīng)用已經(jīng)有30多年的歷史,現(xiàn)在微濾、超濾、反滲透和滲透等膜技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。在制藥工業(yè)中膜技術(shù)主要用于:(1)利用微濾技術(shù)進(jìn)行藥物澄清;(2)利用超濾和反滲透技術(shù)進(jìn)行藥液精制和濃縮;(3)利用分滲透技術(shù)制備滅菌水,除熱原水和注射水等;(4)滲析技術(shù)在醫(yī)藥科學(xué)中的典型應(yīng)用是人工模擬腎臟進(jìn)行血液的透析分離;(5)利用親合膜技術(shù),通過(guò)在膜上固載特定的功能配位鍵。在醫(yī)療設(shè)備方面除了用于藥物控制釋放的膜技術(shù)外,膜式人工肺、人工腎也都應(yīng)用了膜分離技術(shù)。隨著新的膜材料的出現(xiàn)以及膜成本的降低,膜技術(shù)將會(huì)在醫(yī)藥和醫(yī)院中起到更重要的作用。膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用4、在生物技術(shù)中的應(yīng)用在生物技術(shù)方面,應(yīng)用最廣泛的是微濾和超濾技術(shù)。例如:從植物或動(dòng)物組織萃取液中進(jìn)行酶的精制;從發(fā)酵液或反應(yīng)液中進(jìn)行產(chǎn)物的分離、濃縮等。膜技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)加水分解或糖液生產(chǎn),有助于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)品的收率和降低成本。由于應(yīng)用分離膜可以在室溫下進(jìn)行物理化學(xué)分離,所以它特別適合于熱敏性生物物質(zhì)的分離?？梢韵胂竽し蛛x技術(shù)在生物技術(shù)方面將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

膜分離技術(shù)在各大行業(yè)中的應(yīng)用

5、在環(huán)境工程中的應(yīng)用隨著工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,水源和大氣被污染更加嚴(yán)重,這就要求人們提高對(duì)它們進(jìn)行處理凈化的能力,因此膜分離技術(shù)在環(huán)境工程中的地位越來(lái)越突出。應(yīng)用膜分離技術(shù)來(lái)處理工業(yè)廢水、廢氣已經(jīng)被證明是卓有成效的,在不少?gòu)U水處理中膜分離技術(shù)能實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán),在消除污染的同時(shí)變廢為寶,取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。除了微濾、超濾、反滲透、電滲析的過(guò)程外,滲透汽化的其他膜技術(shù)也將在21世紀(jì)的環(huán)境工程中發(fā)揮極其重要的作用。六、近幾年新的膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展1、CO2膜分離技術(shù)，和其他傳統(tǒng)分離技術(shù)相比有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，很多研究團(tuán)隊(duì)都在針對(duì)膜在CO2的分離方面進(jìn)行深入研究，并且也取得了一些較好的成果。但與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用還存在一定的差距。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，目前膜材料的開(kāi)發(fā)仍然難以擺脫價(jià)格的限制，仍然很少出現(xiàn)能夠商業(yè)化的膜材料及其組件；其次，目前CO2膜分離技術(shù)大多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，缺乏膜在長(zhǎng)期的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的條件下的一些性能參數(shù)與信息，另外，一些常見(jiàn)的其他