实验二 超过滤膜分离 一、实验目的 1.了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程； 2.了解膜分离技术的特点； 二、分离机理 根据溶解-扩散模型，膜的选择透过性是由于不同组分在膜中的溶解度和扩散系数不同而造成的。若假设组分在膜中的扩散服从Fick 定律，则可推出透水速率F W 及溶质通过速率F S 方程。 1、 透水速率 '() ()w w M w D c V p F A p RT ππδ ?-?= =?-? 式中 22332/;;//;;;/w w w M w w M F g cm s D cm s c g cm V cm mol p atm atm R T K cm D c V A g cm s at RT πδδ-?-?--?-?-----??’透水速率，水在膜中的扩散系数，水在膜中的浓度，；水的偏摩尔体积，膜两侧的压力差，膜两侧的渗透压差，气体常数；温度，； 膜的有效厚度，； 膜的水渗透系数（= ），。 2、溶质透过速率 2323() ()s s s s s D K c D K c c F B c B c c δ δ ?-= = =?=- 式中 2/;s s D cm s K B c ---?-溶质在膜中的扩散系数，溶质在溶液和膜两相中的分配系数； 溶质渗透系数；膜两侧的浓度差。 有了上述方程，下面建立中空纤维在定态时的宏观方程。料液在管中流动情况如图十三
所示。 取假设条件： （1）径向混合均匀； （2）A BX π=A ，渗透压正比于摩尔分数； （3）A B N N ，3 1A X ，B 组分优先通过； （4）/AM D K δ?，1A X K 同或无关； （5）0U L PeB E = =∞，忽略轴向混合扩散。 图十三 料液在管中流动示意图 由假设看出，其实质是一维问题，只是侧壁有液体流出的情况，因为关心的是管中组分的浓度分布和平均速度分布，只需做出两个质量衡算方程即可求解。 由连续性方程： 和总流率方程：
正渗透膜分离技术 研究背景 随着世界人口数量的迅速增长和矿物燃料的急剧消耗，水资源和能源已成为地球上两种至关重要的资源。水资源匮乏和能源危机困扰着全球许多不同的团体。据报导，世界上至少十二亿的人缺乏洁净安全的饮用水，有二十六亿的人缺少足够多的环境卫生设备。 膜技术是近几十年迅速发展起来的高效分离技术，因其节能、高效、经济、简单方便、无二次污染等一系列优点，在水处理中已被广泛地用于苦咸水淡化、海水淡化、工业给水处理、纯水及超纯水制备、废水处理、污水回用等。作为一种低能耗、低污染的绿色技术，新型的膜分离技术，正渗透（Forward osmosis，FO），在供水和产能方面拥有着巨大的潜能，甚至在食品加工行业、医药行业也有很好的应用前景，正逐渐成为人们关注和研究的热点。 膜分离技术 作为一种广泛应用的分离技术，膜处理的分离原理主要是在常温下使溶质和溶剂通过半渗透膜，达到分离、浓缩和纯化的目的，在这个过程中，驱动力一般为压力驱动或电位驱动。该技术的特点有以下几个方面： （1）膜分离过程在常温下进行分离。 （2）膜分离过程无相变化。 （3）膜分离技术的适用范围较广。 （4）膜分离效率高，分离效果好。 （5）膜分离技术采用装置简单，操作方便。 通常来说，膜分离技术，能够对不同的微粒、分子、离子进行有效的分离，膜材料亦丰富为醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚砜(PS)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、陶瓷膜等。 常见水处理膜分离技术主要有以下几类： （1）微滤(MF)：由0.01～0.2 MPa的外加压力作为驱动力。膜的微孔直径处于微米范围，可截留粒径为0.1～10μm的悬浮物颗粒、纤维等。 （2）超滤(UF)：超滤以0.1～1.0 MPa左右的压力差为推动力。分离膜的孔径在 0.0015～0.02μm之间。 （3）反渗透(RO)：以1～70MPa左右的压力差为推动力。 （4）纳滤(NF)：由0.5～1.5MPa的外加压力作为驱动力。 正渗透 在正渗透中，用于分离的驱动力主要为FO膜两侧的汲取液和原料液之间的渗透压差，使水从原料液（较低渗透压）一侧自发传递到汲取液（较高渗透压）。不同于传统的靠压力驱动的膜分离技术，比如微滤、超滤、纳滤与反渗透等，正渗透由于运行的原理不同，因此有着独有的优势，例如施加较低或不施加压力，导致更低的能耗，降低运行成本；正渗透的分离能力强，对污染物有着较高的截留率；正渗透污染几乎为可逆污染，因而清洗效率高；正渗透的膜装置组成简单，操作容易等。在众多领域内，正渗透近几十年来均有着广泛的应用，特别的，在一些重要领域如海
正渗透技术处理水和废水 1 引言 膜分离技术由于出水水质高、设备简单易操作、能耗相对较低、适应性强等特点，在水处理领域获得越来越多的关注.目前应用于水处理领域的几种膜分离技术.其中微滤(microfiltration，MF)、超滤(ultrafiltration，UF)、纳滤(nanofiltration，NF)和反渗透(reverse osmosis，RO)由机械压力驱动传质过程，是水和废水处理的常规技术.其他膜技术，如温度差驱动的膜蒸馏技术(membrane distillation，MD)，电场驱动的电渗析技术(electro-dialysis，ED)，一些由化学反应驱动的膜吸收技术(membrane absorption，MA)等也成为水处理领域的新型技术.正渗透(forward osmosis，FO)是一种由渗透压(浓度差)驱动的新型膜技术.可用于海水脱盐、废水处理等方面. FO膜是一种渗透膜.名义孔径在1 nm以下，用于截留溶解性离子和盐类等物质，与RO 相当.但与RO相比，FO无需外加机械压力，具有低压操作、低膜污染、高截留的优点，近年来在水处理领域受到较多关注. 2 FO原理(Basic principle of FO) FO膜是一种选择性渗透膜，膜的一侧是低渗透压的待处理水，另一侧是高渗透压的汲取液，水分子透过FO膜从低渗透压侧扩散到高渗透压侧，从而实现水与杂质的分离(图 1).该过程的驱动力是膜两侧溶液的渗透压差，不需外界提供压力. 图 1 FO工艺的原理示意图 2.1 FO应用与运行效果 2.1.1 海水(浓盐水)脱盐 FO已被用于含盐废水、含盐地下水、盐湖水和海水的脱盐.大多数为实验室规模的小试研究，汲取液采用难挥发性(NaCl，Na2SO4，MgSO4等)或挥发性(NH3/CO2和NH4HCO3)盐溶液.其中Zhao等进行的盐湖水脱盐，回收率达到70%.McGinnis等采用中试规模的FO处理高盐水(TDS>70，000 ppm)，回收率达到60%，与蒸发浓缩技术相当，出水水质达标(美国宾州
正渗透的应用和技术优势 姓名：班级：学号： 16121229 指导教师：于海琴 正渗透的应用和技术优势 摘要：作为一种新型膜处理技术，正渗透技术自20世纪50年代建立以来，在环保、能源、海水淡化等领域受到越来越广泛的关注;其经历了从实验室研究，中试实验，到少量的商业化应用，技术日臻完善。正渗透技术是利用自然渗透压差为驱动力的一种净水技术，为水资源和环境问题提供了低能耗、高效率的解决方法。该文介绍了正渗透的技术优势，以及正渗透在海水淡化、废水处理、污水回用、能源开发以及食品加工等领域的应用。 关键词：正渗透、技术优势、海水淡化、废水处理 I 1.引言
正渗透（Forward osmosis, FO）是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。 1.1正渗透技术的原理和技术特点 1.1.1正渗透技术的原理 正渗透是浓度驱动型的膜过程，它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力来自发的实现水在膜中的传递。也就是指水从较高的水化学势（或较低渗透压）一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势（或较高渗透压）一侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(feed solution，FS)，另一种为具有较高渗透压的汲取液(draw solution，DS)。正渗透正是依靠正渗透膜两侧的汲取液(draw solution，DS)和原料液(feed solution，FS)间的自然渗透压差，使水分子自发地从低渗透压侧(FS侧)传输到高渗透压侧(DS侧)而污染物被截留的膜分离过程，具体如图1所示。 图1.正渗透过程示意图 不同于传统膜分离过程，正渗透利用低水化学势的DS从高水化学势的FS吸取纯水，无需投入额外的驱动压力，因而其能耗低[1]。 1.1.2正渗透技术的技术特点 正渗透不同于压力驱动膜分离过程，它不需要额外的水力压力作为驱动力，而依靠汲取液与原料液的渗透压差自发实现膜分离。这一过程的实现需要几个必要条件：（1）可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性渗透膜及膜组件；（2）提供驱动力的汲取液；（3）对稀释后的汲取液再浓缩途径[2]。 早期关于正渗透过程研究均采用反渗透复合膜，发现膜通量普遍较低，主要原因是复合膜材料的多孔支撑层产生了内浓差极化现象，大大降低了渗透过程的效率。20 世纪90 年代，Osmotek 公司（Hydration Technologies Inc.(HTI)公司前身）开发了一种支撑型高强度正渗透膜，已被应用于多种领域，是目前最好的商
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
水处理中正渗透膜分离技术的应用 摘要：渗透（osmosis）是一种仅依靠渗透压驱动的分离过程,基于渗透现象发展起来的正渗透膜分离技术,目前该技术在国际都得到了广泛的应用。本文章综述了水处理中正渗透膜分离技术应用过程的基本原理、应用现状以及水处理正渗透膜分离技术的应用领域,并对未来水处理中正渗透膜分离技术的应用方向提出了展望。希望在未来其技术能得到更加广泛的应用与发展。 关键词：正渗透应用水处理膜分离技术 一、前言 20世纪60年代起，对膜分离技术从实验室研究已经进入到了工业行业的实际应用，直至现在，它已应用到水处理，食品加工，制药工程，医学以及能源等不同的领域。正渗透(Forward osmosis，FO)是一种不需外加压力做驱动力，而仅依靠渗透压驱动的膜分离过程。正渗透膜分离技术与外加压力驱动的膜分离技术最大的区别就是正渗透膜分离技术不需要外加压力或在较低的外加压力下运行，并且膜污染情况相对较轻，在持续长时间运行后无需清洗。水处理中正渗透膜分离技术目前在国际上诸如美国、新加坡、欧洲等国家和地区已得到大量研究和应用。 二、水处理中正渗透膜分离技术的基本原理 正渗透是浓度驱动型的膜过程,它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力来自发的实现水在膜中的传递。也就是指水从较高水化学势(或较低渗透压)一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势(或较高渗透压)—侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(Feed solution)，另一种为具有较高渗透压的驱动液(Draw solution)，正渗透正是应用了膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力，才使得水能自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达驱动液—侧。当对渗透压高的一侧溶液施加一个小于渗透压差的外加压力的时候，水仍然会从原料液压一侧流向驱动液—侧，这种过程叫做压力阻尼渗透(Pressure-retarded osmosis，PRO)。压力阻尼渗透的驱动力仍然是渗透压，因此它也是一种正渗透过程。水处理中正渗透膜分离技术应用正是基于这种原理。 三、水处理正渗透膜分离技术应用现状 正渗透膜过程，具有三低优势，即低压操作，低能耗和低污染，在水处理领域已得到了一定的应用。但是国内并不多见其应用报道，所以说应用不是很多，尽管如此，这一技术仍然具有很大的应用价值和光明的应用前景。如果要大范围普及正渗透膜分离技术，仍需做很多努力。包括了我国对正渗透膜分离技术研究不多，特别是在水处理应用上缺乏经验参数，这需要进行大量的实验，从而积累经验；目前所拥有的正渗透膜性能太低，品种不全、不优；缺少既经济又高效的汲取液体系和汲取液再浓缩途径。 鉴于水处理正渗透膜分离技术仍存在比较多的问题，在今后的研究和应用方面应该从这些方面的着手突破，极大推动正渗透技术在水处理中的广泛应用，以促进新一代水处理工艺的高效发展。总之，对水处理正渗透膜分离技术的研究，都应该围绕如何提高正渗透过程的水回收率、如何提高正渗透过程中的分离效率、以及如何降低正渗透过程的运行成本等方面进行。 四、水处理中正渗透膜分离技术应用领域
正渗透水处理关键技术研究进展 ［摘要］正渗透是一种新型的膜分离技术，其分离的驱动力来源于原料液和汲取液之间自然存在的渗透压差，近年来正渗透技术已在国际上得到广泛关注。简述了基于此技术的正渗透水处理过程的基本原理，指出了这种新型水处理过程的关键技术——正渗透膜和汲取液，根据各自的技术特点对其进行分类概述，并从实验室基础研究和技术的商业化进程两方面介绍了这两项关键技术取得的最新研究进展。从水通量角度对不同体系进行了简单比较，分析了各材料和方法的优缺点，并对它们的应用前景进行了展望。 ［关键词］正渗透；水处理；汲取液；海水淡化 ［中图分类号］ TQ028.8 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2012）05-0005-05 Advance in the key techniques of forward osmosis water treatment Zhang Qian1，Shi Qiang2，Ruan Guoling1，Chu Xizhang1 Abstract： Forward osmosis（FO） is a kind of new membrane separation technique. Its driving force comes from the naturally existing osmotic pressure difference between feed solution and draw solution. Forward osmosis （FO） technology has become increasingly attractive internationally，in recent years. The basic principles of the FO water treatment are introduced and the key techniques of the new type of water treatment process-FO membrane and draw solution -are pointed out. According to their own technical characteristics，the key techniques are classified and summarized. The newest research progress in the key techniques is introduced from the aspects of fundamental research in labs and the schedule of technique commercialization. Different systems are compared simply from the angle of water flux. The advantages
1、什么是膜分离？膜材料为什么会有选择透过性？ 答：膜分离（Membrane Separation ）是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。 2、膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点？ 答：①管式：管式膜组件由管式膜制成，管内与管外分别走料液与透过液，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。内压式：膜涂在管内，料液由管内走；外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。 优点：结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。 缺点: 管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为33～330 ，保留体积大，压力降大，除特殊场合外，一般不被使用。 ②中空纤维式：有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成，内径为40-80um 膜称中空纤维膜，0.25-2.5mm 膜称毛细管膜。前者耐压，常用于反渗透。后者用于微、超滤。料液流向：采用内压式时为防止堵塞，需对料液预处理去固形微粒，采用外压式时，凝胶层控制较困难。 内压管式： 多孔管 料液外压管式： 料液多通道组件 组件外壳 渗透液 渗透液 渗余液 渗透液 垫圈
优点:设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大(高达16000～30000 ) 缺点:中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。 ③平板式：这类膜器件的结构与常用的板框压滤机类似，由膜、支承板、隔板交替重叠组成。滤膜复合在刚性多孔支撑板上，料液从膜面流过时，透过液从支撑板的下部孔道中汇集排出。为减小浓差极化，滤板的表面为凸凹形，以形成湍动。浓缩液从另一孔道流出收集。 优点:组装方便，膜的清洗更换容易，料液流通截面较大，不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜。 缺点:需密封的边界线长 ④卷式（螺旋式）：将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好，围绕一中心管卷紧即成一个膜组。料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动，透过液沿螺旋形流向中心管。 优点:目前卷式膜组件应用比较广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，湍流状况好，适用于反渗透； 缺点:清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其发展。
第四章超滤和纳滤 一、选择题 1. UF同RO、NF、MF一样，均属于压力驱动型膜分离技术。超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物（蛋白质，核酸聚合物，淀粉，天然胶，酶等），胶体分散液（粘土，颜料，矿物质，乳液颗粒，微生物），乳液（润滑脂-洗涤剂以及油-水乳液）。采用先与适合的大分子复合的办法时也可以用超滤来分离低分子量溶质，从而可达到某些含有各种小分子量可溶性溶质和高分子物质（入蛋白质、酶、病毒）等溶液的浓缩、分离、提纯和净化。 其操作静压差一般为（A）被分离组分的直径大约为（B）,这相当于光学显微镜的分辨极限，一般为分子量大于500-1000000的大分子和胶体粒子，这种液体的渗透压很小，可以忽略，总之超滤对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种的有机物有较好的效果，但它几乎不能截留（C）.UF的分离机理为（D）过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。 A(1)1mpa-10mpa (2)0.01mpa-0.2mpa (3)0.1mpa-1mpa (4)0.2mpa-0.4mpa B(1)0.1nm-1nm (2)10nm-0.05um (3)0.05um-1um (4)0.005um-0.1um C(1)无机离子（2）大分子物质和胶体（3）悬浮液和乳浓液 D(1)筛孔分离（2）溶解-扩散机理 2. 纳滤膜大多从反渗透膜演化而来，但制作比反渗透膜更精细。日本学者大谷敏郎对纳滤膜进行了具体的定义：操作压力（A）,截留分子量（B）,NaCL的截留率<=90%的膜可以认为是纳滤膜。纳滤以压力为推动力，依靠（C）,可实现低分子有机物的脱盐纯化和高价离子脱除。 A(1)1mpa-10mpa (2)0.01mpa-0.2mpa (3)0.1mpa-1mpa (4)<=1.50mpa B(1)200-1000 (2)500-30万（3）>0.05um的颗粒 C(1)筛孔分离（2）溶解-扩散机理 （3）溶解扩散Donna效应（4）离子交换 1. A（3） B（4） C（1） D（1） 2、 A（4） B（1） C（3） 二、填空题 1、超滤是介于______之间的一种膜过程，膜孔径范围为________。超滤的典型应用是从溶液中分离________，所能分离的溶质分子量下限为几千Dalton。超滤和微滤膜均可视为多孔膜，其截留取决于溶质大小和形状（与膜孔大小相对而言）。溶剂的传递正比于操作压力。 2、纳滤膜与反渗透膜几乎相同，只是其网状结构更疏松，这意味着对__________离子的截留率很低，但对________离子的截留率仍很高。这两种膜的应用领域是不同的，当需要对浓度较高的NaCL进行高强度截留时，最后选择________过程。当需要对低浓度、二价离子
膜分离技术与传统的分离方法相比，具有节能、几乎无污染、不会产生健康危险、不需要助滤剂、使用灵活等优点，因此，在工业发展中有着极其重要的价值[1] 。此外，逐步完善的环境保护法也为膜分离技术的发展提供了新的机遇。 膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性可以实现料液不同组分的分离、纯化和浓缩。膜可以在分子范围内进行分离，且这一过程是物理过程，不需发生相的变化和添加助滤剂。膜的孔径一般为微米级。根据其孔径（或截留分子量）的不同，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等[2] 。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是微滤级别的膜，如陶瓷膜和金属膜；有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、聚醚砜、聚氟聚合物等等。根据其构件的不同，可分为平板膜、卷式膜、管式膜。膜分离技术已在传统酿酒行业中得到广泛的应用，并表现出巨大的应用前景。 1 用反渗透膜生产无醇或低醇酒反渗透法生产无醇或低醇酒因几乎不改变风味而成为主流方法。国外基本都使用反渗透法生产无醇啤酒和低醇葡萄酒。反渗透又名逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。即对膜一侧的料液施加高压，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向，作反方向渗透。饮料酒中的各种成分，对膜的渗透能力相差很大：水最易透过；酒精次之；浸出物最困难，这样即可达到脱醇的目的。目前，国内已经研究开发出了反渗透法生产无醇啤酒的方法和设备，可得到酒精度< 0.5% （v/v）的无醇啤酒，反渗透法脱醇前后酒的理化指标分析见表1[3] 。从表1可看出，经过反渗透，酒精度下降89.7% ，反映啤酒中总浸出物的真正浓度几乎不变，表明反渗透膜对乙醇的透过率比啤酒中的其他物质大得多，用反渗透的工艺来制备无醇啤酒是可行的。此外，反映啤酒醇厚性的总蛋白质、多酚、葡聚糖3项指标经脱醇后确有下降，但下降仅在3.3% 以内，因此在酒体的醇厚性及黏稠度上，脱醇酒与原酒是基本一致的。与限制发酵、蒸馏脱醇方法相比，反渗透法能克服限制发酵法造成的无醇啤酒产品中的残糖含量高、蒸馏法使得无醇啤酒产品有蒸煮味等风味缺陷，能够得到高品质的无醇啤酒产品。 表1 啤酒脱醇前后理化指标的分析结果 项目原酒脱醇酒 色度/EBC 5.0~5.5 5.0~5.5 浊度/EBC 0.24 0.30 粘度/ （mPa ·s） 1.52 1.53 酒精度/% （v/v） 3.39 0.35 真正浓度/% （w/w） 2.69 2.67 原浓/% （w/w）7.96 3.23 外观浓度/% （w/w） 1.59 2.74 pH值 4.19 4.17 总酸/ （mL·100mL -1）0.88 0.80 总还原糖/ （g·100mL -1）0.90 0.87 总多酚/ （mg·L -1 ）74.62 72.16 总蛋白质/（mL·100mL -1）58.07 56.21 α-氨基酸态氮/ （mg·L -1）66.52 65 双乙酰/ （mg·L -1 ）0.072 0.065 浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司与江南大学生物工程学院合作，对绍兴黄酒进行反渗透膜脱醇的中试表明，酒精度从16%~18%下降为10%~12% （v/v），几乎能保持绍兴黄酒风味和理化指标不变.
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2011年第30卷第1期·66· 化工进 展 正渗透膜分离的研究进展 施人莉，杨庆峰 （上海交通大学环境科学与工程学院，上海 200240） 摘要：正渗透是浓度驱动的膜技术，是指水通过选择性渗透膜从高水化学势区域向低水化学势区域的传递过程。本文介绍了正渗透的基本构成（驱动力、汲取液和正渗透膜材料），指出膜两侧的浓差极化是水通量性能的最大障碍，采用通量模型说明了膜在两种放置方向下存在的内浓差极化和外浓差极化，内浓差极化对驱动力的减小起着重要的作用；论述了膜材料、原料液浓度、汲取液浓度对正渗透和压力延迟渗透水通量的影响；此外，评述了正渗透过程的膜污染和能耗。 关键词：正渗透；浓差极化；膜污染；能耗 中图分类号：TQ 021.8 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2011）01–0066–08 Research advances in forward osmosis membrane separation SHI Renli，YANG Qingfeng （School of Environmental Science and Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）Abstract：Forward osmosis（FO）is a concentration-driven membrane process，in which water transports across a semi-permeable membrane from a dilute feed solution into a concentrated draw solution. The basic factors of FO（driving force，draw solution and membrane materials）are introduced. The major hindrance to permeate water flux performance is the prevalence of concentration polarization on both sides of the membrane. Flux models that account for the presence of both internal and external concentration polarization for the two possible membrane orientations are presented. Internal concentration polarization is found to play a significant role in the reduction of driving force. This article comments the effect of membrane material，feed solution concentration，and draw solution concentration on FO and pressure-retarded osmosis（PRO）water flux performance. In addition，membrane fouling as well as energy consumption of FO is evaluated. Key words：forward osmosis；concentration polarization；membrane fouling；energy consumption 正渗透（forward osmosis，FO）技术近年来受到越来越多的关注。FO采用高浓度的汲取液来产生高的渗透压，以汲取低浓度原料液侧的水透过半渗透膜，然后再将被稀释的汲取液中的水进行分离，最终可获得纯净的水。 相对于反渗透（RO）技术[1–3]，这种利用溶液渗透压差来进行分离的FO技术，由于其回收率高、浓水排放少、膜污染低、无需外压等，正有越来越多的研究报道出现。当前，人们利用FO膜分离技术开展工业废水处理[4]、垃圾渗滤液处理、液态食品加工、海水淡化[5–6]、压力延迟渗透（pressure- retarded osmosis，PRO）进行发电等研究；另外，在紧急救援时的生命支持系统方面已利用FO膜分离技术制取淡水[7–8]。然而，由于FO中存在的浓差极化现象，其实际水通量明显小于预期水通量。因此，对FO过程进行深入研究具有重要的意义。 收稿日期：2010-05-19；修改稿日期：2010-07-04。 基金项目：上海教委科研创新重点项目（09ZZ18）及国家自然基金项 目（20306015，20676077）。 第一作者：施人莉（1987—），女，硕士研究生。联系人：杨庆峰。 E-mail yangqf@https://www.doczj.com/doc/bb17147358.html,。
膜分离技术应用综述 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
《食品科学概论》课程论文 论文题目：膜分离技术应用综述 学 院 ：生物工程学院 专 业 ：食品科学与工程 年级班别 ：09级一班 学 号 ：10122 学生姓名 ：齐莹 学生 指导教师 ：陈清禅 2011年 5 月 24 日 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
膜分离技术应用综述 齐莹 10122 摘要综述膜分离技术的特点、种类及分离机理，介绍国内外膜分离技术的研究进展及其在各个领域的应用现状，同时指出该技术存在的问题，提出选用更佳的膜材料以及多种膜分离技术联用是其今后的发展方向。 关键词膜分离技术微滤超滤食品工业 膜分离是在20世纪初出现，上世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。据统计，膜销售每年以14%~30%的速度增长，而最大的市场为生物医药市场[1] 。 1膜分离的简介 1. 1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。 1. 2 膜的种类 分离膜包括:反渗透膜(0. 0001～0. 005μm) ,纳滤膜(0. 001 ～0. 005μm) 超滤膜(0. 001 ～0. 1μm) 微滤膜(0. 1～1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、
正渗透膜分离关键技术及其应用进展 摘要：正渗透是一种新型的膜分离技术，具有能耗低、膜污染小及回收率高等优点，近年来在国际上得到了广泛的关注．本文介绍正渗透膜分离技术的基本原理；综述正渗透膜分离关键技术驱动液与膜材料的最新进展；简述正渗透膜分离技术的最新应用；展望正渗透膜分离技术的重点研究方向． 关键词：正渗透；渗透压；膜材料；驱动液;醋酸纤维素（ＣＡ）膜材料 1.引言 随着现代经济的快速发展、世界人口的迅猛递增，全球淡水资源日渐短缺．目前，全球至少有１２亿人喝不到安全洁净的水，大约有２６亿人生活在淡水资源匮乏的地区，水资源短缺已经成为２１世纪困扰人类最大的问题．在众多水处理方法中，反渗透（ＲＯ）是目前应用最成熟、最广泛的技术．然而，ＲＯ需要较高的水压抵消渗透压差，是能量密集型技术，同时，ＲＯ过程还存在回收率低、浓水排放、浓差极化和膜污染严重等问题．正渗透（ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ，ＦＯ）是近年来发展起来的一种用于污水处理和咸水淡化的新型膜分离技术．与压力驱动膜分离过程相比较，ＦＯ过程无需外加压力，而仅仅依靠渗透压驱动．因此ＦＯ运行过程中的能耗小，膜污染情况也会相对较少，可以长时间的运行而不需要频繁清洗．另外，ＦＯ技术在脱盐过程中回收率高，浓缩的盐水可通过结晶分离，没有浓盐水的排放，是环境友好型技术．因此，人们对发展ＦＯ技术的兴趣极大，对其应用研究的领域不仅仅停留在水处理、发电等方面，甚至拓展到了生命科学，如药物蛋白浓缩、药物释放和食品工程等领域． 2原理与特点 2.1基本原理 Lee 等(1981)较早地概况总结了反渗透(RO)、正渗透(FO)和减压渗透((Pressure Retarded Osmosis,PRO)过程的工作原理，如图 1 所示。
膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统的过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。 膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等。交叉流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1μm，能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。故微滤膜作为一般料液的澄清、预过滤、空气除菌。 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300 000，能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离。因此超滤膜广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源等方面。 对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60%～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。 反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的载留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒水、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。 由于膜分离过程是一种纯物理过程，能够广泛应用于发酵、制药、化工、食品、饮料、水处理工艺过程及环保等领域，并体现了以下特点：分子级别的分离，精密高效，滤液质量好，是普通过滤分离手段难以比拟的；物理过程，无相变，无化学反应；系统惟一的能源耗是电力，能耗低；系统全封闭运行，实现清洁化生产；系统体积小，操作简便安全，可实现自动化控制，扩展性好。 随着膜技术的不断发展，可以实现现有系统的软件升级，及时优化工艺操作条件，提高生产效益。 针对不同的料液及工艺处理要求，选择合适的膜工艺，对料液进行有效的分离、过滤澄清、浓缩，降低能耗、提高产品的质量和收率、减少环境污染，从而降低生产成本，促进效益。
正渗透膜技术原理及其应用 王斐予 环境092 0911520209 正渗透（Forward osmosis, FO）是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。相对于压力驱动的膜分离过程如微滤、超滤和反渗透技术，这一技术从过程本质上讲具有许多独特的优点，如低压甚至无压操作，因而能耗较低；对许多污染物几乎完全截留，分离效果好；低膜污染特征；膜过程和设备简单等。在许多领域，特别是在海水淡化、饮用水处理和废水处理中表现出很好的应用前景。[1] 1正渗透原理 图1 ( a) 正渗透( FO) ; ( b) 减压渗透( PRO) ( c) 反渗透(RO) 工作原理正渗透也称为渗透，是一种自然界广泛存在的物理现象，以水为例，FO 过程中水透过选择性半透膜从水化学位高的区域( 低渗透压侧) 自发地传递到水化学位低的区域( 高渗透压侧) 的过程。图a是正渗透的基本原理示意图。水和盐水两种渗透压不同的溶液被半透膜隔开，那么水会自发地从低渗透压侧通过半透膜扩散到高渗透压一侧，使盐水侧液位提高，直到膜两侧的液位压差与膜两侧的渗透压差相等(Δp = ΔΠ) 时停止。[2]该过程的推动力是溶剂在两种溶液中的化学位差或者是溶液的渗透压差［3］。 2 正渗透技术特点 如上所述，正渗透不同于压力驱动膜分离过程，它不需要额外的水力压力作为驱动力，而依靠汲取液与原料液的渗透压差自发实现膜分离。这一过程的实现需要几个必要条件：（1）可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性渗透膜及膜组件；（2）提供驱动力的汲取液；（3）对稀释后的汲取液再浓缩途径。[1] 早期关于正渗透过程研究均采用反渗透复合膜[4-6]，发现膜通量普遍较低，主要原因是复合膜材料的多孔支撑层产生了内浓差极化现象，大大降低了渗透过程的效率。20 世纪90 年代，Osmotek 公司（HydrationTechnologies Inc.(HTI)公司前身）开发了一种支撑型高强度正渗透膜，已被应用于多种领域，是目前最好的商业化正渗透膜[3]。 正渗透膜技术是相对于反渗透技术而提出来的，与反渗透技术相比较，正渗透技术具有得天独厚的优势：独有的驱动液体系，不需要外界的压力推动分离过程，能耗低；材料本身亲水，没有外加压力推动，可以有效防止膜污染；在脱盐过程中，回收率高，没有浓盐水的排放，实现零排放，是环境友好型技术。发展到现在，正渗透技术已不仅仅限于海水淡化领域的应用，其应用范围已经拓展至水净化、废水处理及食品医药等领域。本文主要探讨在水处理中的应用进展。[1] 3 正渗透膜的应用
国外过滤与分离技术地进展 对第八届世界过滤大会和ACHEMA 2000展览会上交流与展出地过滤与分离技术地研究成果及展品简况作以简介.分析了国外过滤与 分离技术地发展趋势,对我国存在地差距与值得思考地问题提出了看法. 随着世界各国能源短缺、资源贫化、水资源及环保问题地日益突出,如何节省能源,有效利用资源,重视水资源地科学合理使用,加强 环境保护,仍是当务之急。同时随着科学技术水平地不断提高,生物化 工新材料、精细化工、制药、食品等行业地迅速崛起,要求过滤与分 离向高纯度、高分离精度发展,这些现实都为当今过滤与分离技术地发 展提供了极大地机遇. 1第八届世界过滤大会简况第八届世界过滤大会2000年在英国召开,有42个国家近600人参加,英、德、美、意大利、日本、芬兰和比利时等发达国家地参加人数为342 人,占全体地57%,中国（包括香港、台湾＞共计30 人,仅次于英、德、美、法,居第5 位.会议共宣读与张贴论文274 篇. 表1 为第八届世界过滤大会论文主题地统计. 从论文地具体内容来分析：a .应用基础地研究仍占相当重要地地位，共47篇,占论文总数地17%o b .研究强调了工业应用，共47篇，占论文总数地18% °c .环保得到充分，重视共55篇，占论文总数地 20%o d .过滤介质地研究与开发尤为重视，共43篇,占论文总数地16%。 e .膜分离技术，共47篇，占论文总数地17%.
表1 第八届世界过滤大会论文主题分析主题论文数占论文比例/% 固液分离228 深层过滤114 过滤特性测定7 3 预处理技术 6 2 固液分离工业应用49 18 环境保护55 20 过滤介质43 16 沉降与浮选 6 2 离心及相近地分离技术 6 2 液液分离 5 2 声、电方法地应用 6 2 新过滤技术— —磁、 膜分离47 17 气固分离114 计274 100 合 以应用基础地研究为例,从两相流体力学,特别是宏观与微观流体 流动相结合,研究过滤与分离中流体流动地本质,研究颗粒粒度分布、 滤饼结构、孔隙率、流体流动阻力对过滤和洗涤等不同阶段地影响如Q ?细小颗粒滤饼孔隙率与流体阻力地研究，颗粒粒径分布对滤饼 渗透性地研究,双组分物料滤饼特性对滤饼渗透性地影响,滤饼洗涤过 程地数学物理模型等从颗粒特性、滤饼结构等入手研究其对过滤速率及 洗涤效果地影响.