综述专论
化工科技,2002,10(4):58~63
SCIENCE &T ECHNO LOGY IN CHEM ICA L I NDU ST RY
收稿日期:2002 04 18
作者简介:孙福强(1973-),男,广东工业大学硕士研究生,研究方向为功能高分子材料。
膜分离技术及其应用研究进展
孙福强,崔英德,刘 永,杨少华 陈循军
(广东工业大学轻工化工学院,广东广州 510090)
摘 要:简要叙述了膜分离技术的基本原理、特点、发展情况、技术概况及其在工业上的广泛应用。并展望了它的发展前景。
关键词:膜分离;应用;前景
中图分类号:T Q 028.8 文献标识码:A 文章编号:1008 0511(2002)04 0058 06
膜分离是指借助膜的选择渗透作用,在外界能量或化学位差的推动下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。与其他传统的分离方法相比,膜分离具有过程简单、经济性较好、往往没有相变、分离系数较大、节能、高效、无二次污染、可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等优点。另外膜过程特别适用于热敏性物质的处理,所以在食品加工、医药、生化技术等领域具有独特的适用性。膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。其发展史大致为:20世纪30年代微孔过滤(Mi crofiltration);40年代渗析(Dialysis);50年代电渗析(Electrodialysis);60年代反渗透(Reverse osmo sis);70年代超滤(U ltrafiltration);80年代气体分离(Gas separation );90年渗透汽化(Pervapora tion)。目前,膜产品的世界年销售额已经超过100亿美元,而且年增长率在20%左右。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术,现在已被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物技术、能源工程等。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为 第三次工业革命 [1~
6]
。
我国膜分离技术的发展是从1958年对离子交换膜的研究开始的,20世纪60年代中期开始了反渗透的研究,70年代进入电渗透、超滤、微滤
用膜组件的开发阶段,80年代初开始进行气体分离研究开发。80年代是我国膜分离技术大发展的10年,在这一阶段初步完成了从实验室到工业化的过渡。目前我国研究所涉及的领域遍及膜科学与技术,从材料的应用到产品的开发等各方面。经过20年的努力我国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具有应用价值,接近或达到国际先进水平的成果。如空气中有机蒸气的膜法脱除与回收技术;无机膜反应分离技术;集成分离技术等。但从总体上讲,我国的膜分离技术和世界先进水平相比还有不小的差距,还有待于进一步研究开发[7,8]。
1 膜分离技术概述
1.1 微滤
微滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力下[(50~100)kPa],溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为(0.1~20) m 的对称微孔膜,只有直径大于50nm 的微细颗粒和超大分子物质被截留,从而使溶液或水得到净化。微滤技术是目前所有膜技术中应用最广、经济价值最大的技术。主要用于悬浮物分离、制药行业的无菌过滤等。在微滤方面今后应着重研究开发廉价膜组件;耐高温抗溶剂的膜及组件;不污染,易清洗的长寿命膜。1.2 超滤
超滤和微滤一样,也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。同微滤过程相比超滤
过程受膜表面孔的化学性质的影响较大。在一定的压力[(100~1000)kPa]条件下溶剂或小分子量的物质透过孔径为(1~20) m的对称微孔膜,而直径在(5~100)nm之间的大分子物质或微细颗粒被截留,从而达到了净化的目的。超滤主要用于浓缩、分级、大分子溶液的净化等。在超滤方面今后应重点开发抗污染膜;比较廉价的,长寿命的膜组件;低能耗的膜组件;抗溶剂的膜及组件;适用于高温、高pH值和抗氧化的膜。
1.3 反渗透
反渗透过程主要是根据溶液的吸附扩散原理,以压力差为主要推动力的膜过程。在浓溶液一侧施加一外加压力[(1000~10000)kPa],当此压力大于溶液的渗透压时,就会迫使浓溶液中的溶剂反向透过孔径为0.1~1nm的非对称膜流向稀溶液一侧,这一过程叫反渗透。反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。在这方面今后应优先发展抗氧化膜;耐细菌侵蚀的膜;透水性好的易清洗、消毒的膜。
1.4 纳 滤
纳滤是膜分离技术的一个新兴领域,纳滤膜(Nanofiltration Membranes)是20世纪80年代末期问世的一种新型分离膜,其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间,约为200~2000,由此推测纳滤膜可能拥有1nm左右的微孔结构,故称之为 纳滤 。纳滤膜大多是复合膜,其表面分离层由聚电解质构成,因而对无机盐具有一定的截留率。目前国外已经商品化的纳滤膜大多是通过界面缩聚及缩合法在微孔基膜上复合一层具有纳米级孔径的超薄分离层。纳滤也是根据吸附扩散原理以压力差作为推动力的膜分离过程。它兼有反渗透和超滤的工作原理。在此过程中,水溶液中低分子量的有机溶质被截留,而盐类组分则部分透过非对称膜。纳滤能使有机溶质得到同步浓缩和脱盐,而在渗透过程中溶质损失极少。纳滤膜能截留易透过超滤膜的那部分溶质,同时又可使被反渗透膜所截留的盐透过,堪称为当代最先进的工业分离膜。由于它具有热稳定性、耐酸、碱和耐溶剂等优良性能,所以在工业领域有着广泛的用途,随着纳滤分离技术越来越广泛地应用于食品、医药、生化行业的各种分离、精制和浓缩过程,纳滤膜分离机理的研究也成为当今膜科学领域的研究热点之一。
1.5 渗 析
渗析也称透析是最早被发现和研究的膜现象。它是根据筛分和吸附扩散原理,主要利用膜两侧的浓度差使小分子溶质通过对称微孔膜进行交换,而大分子被截留的过程。渗析主要用于从大分子溶液中分离低分子组分。由于超滤技术的发展,渗析技术正逐渐被取代。但是近年来,血液渗析技术的发展使渗析技术得到重视,血液渗析和血液超滤技术互有补充,各有侧重。
1.6 电渗析
电渗析是膜分离技术中较为成熟的一项技术,它的原理是利用离子交换和直流电场的作用,从水溶液和其他一些不带电离子组分中分离出小离子的一种电化学分离过程。电渗析用的是离子交换膜,这一膜分离过程主要用于含有中性组分的溶液的脱盐及脱酸。电渗析的发展经历过三次大的革新:(1)具有选择性离子交换膜的应用。
(2)设计出多层电渗析组件。(3)采用倒换电极的操作模式。今后在这方面应重点研究的课题有:有较好的温度稳定性的膜;较好的双极膜;蒸汽消毒膜;抗污染膜等。
1.7 气体分离
气体分离技术在20世纪90年代得到巨大的发展,现已广泛应用于空气中富氧、浓氮、天然气分离等领域。它的基本原理是利用溶液的溶解和吸附扩散原理,以静压差[(1000~15000)kPa]作为推动力,根据混合气体中各组分透过膜的传递速率的不同而进行分离的过程。气体分离过程用的是一种均聚物制成的非对称膜,这一过程主要用于气体及蒸汽的分离。随着膜材料的进一步发展,气体分离这种高效经济的技术将得到改进,将会有更大的发展。今后在这方面开发的重点是:研制皮层厚度小于5000nm的膜;开发高选择性的膜材料;对膜的超薄皮层进行活化处理等。
1.8 渗透蒸发
渗透蒸发作为一种有相变化的膜分离过程是在近20多年才迅速发展起来的新的液体混合物
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第4期孙福强,等.膜分离技术及其应用研究进展
的分离技术,可用于传统分离手段较难处理的恒沸物、近沸物系的分离,微量水的脱除及水中微量有机物的去除。渗透蒸发是利用溶液的吸附扩散原理,以膜两侧的蒸汽压差[(0~100)kPa])做为推动力,使一些组分首先选择性地溶解在膜料液的侧表面,再扩散透过膜,最后在膜透过侧表面汽化,解吸,而一些不易溶解组分或较大较难挥发的组分被截留从而达到分离目的的过程,此过程采用的是用均聚物制成的非对称可溶性膜。在这方面今后应重点研究:具有较好抗溶剂性能的膜组件;用于酸性、碱性以及被浓缩了的水溶液溶剂蒸汽中脱水的膜;用于有机物之间分离的膜;从水中除去有机溶剂性能较好的膜等[2,9~13]。
1.9 膜蒸馏膜萃取亲和膜分离膜反应
膜分离技术与传统的分离技术相结合,发展出了一些全新的膜过程。例如:膜蒸馏、膜萃取、膜反应、亲和膜分离等。这些新的膜过程在不同程度上吸取了膜分离和传统分离方法的优点而避免了二者一些原有的缺点,是膜技术发展的主要方向。
膜蒸馏是膜技术与蒸发过程结合的新型膜分离过程,它应用疏水微孔膜,其特点是过程在常压和低于溶液沸点下进行,热侧溶液可以在较低的温度(例如40~50 )下操作,因而可以使用低温热源或废热。与反渗透比较,它在常压下操作,设备要求低,过程中溶液浓度变化的影响小;与常规蒸馏比,它具有较高的蒸馏效率,蒸馏液更为纯净,无需复杂的蒸馏设备。膜蒸馏的弱点是:它是一个有相变的膜过程,热能的利用率较低,通常只有30%~50%,这是阻碍该过程大规模应用的关键问题之一。而热效率的提高是和水通量的提高同步的,因此,该方面研究的课题就是如何提高膜蒸馏装置的通水量。膜蒸馏的应用主要有两个方面,制取纯水与浓缩溶液。膜蒸馏中的主要问题是:膜的热转移;膜的质量转移;能量回收;溶质影响;传导中热损失;膜的润湿。膜蒸馏是充气膜过程中的一种,充气膜不仅可以从非挥发性物质水溶液中分离水,它也可以用于从水溶液中除去其它挥发性的物质,是一种有较大应用前景的新型膜分离技术。
膜萃取又称固定膜界面萃取,它是膜过程和液 液萃取过程相结合的新型膜分离过程。与通常的液 液萃取过程相比,膜萃取过程的传质是在分隔料液和萃取液的微孔膜表面进行,不存在通常萃取过程中的液滴分散和聚合现象。因此,该过程的特点是萃取剂选择范围宽,在料液中夹带损失小;过程不受 返混 的影响和 液泛 条件的限制;可实现同级萃取和反萃取过程,采用萃余物载体促进迁移,提高传质效率;可以避免膜内溶剂流失。由于这些特点,膜萃取在某些传统分离方法效率低下或束手无策的场合显示出它的特殊优越性。近年来在这方面研究的热点是使用膜萃取过程分离发酵产品或利用膜萃取实现发酵耦合过程。
亲和膜分离是基于在膜分离介质上(一般为超滤或微滤膜)利用其表面及孔内所具有的官能团,将其活化,接上具有一定大小的间隔臂(Spac er)。先用一个合适的亲合配基(Ligang),在适合条件下使其与间隔臂分子产生共价结合,生成带有亲和配基的膜,再将样品混合物缓慢地通过膜,使样品中参与亲和配基产生特异相互作用的分子(配和物Ligate)产生偶联或结合,生成相应的络合物,然后通过改变条件,如洗脱液组成、pH值、离子强度、温度等,将已和配基产生亲和作用的配合物分子产生解离,将其接收下来,再将其膜进行洗涤,再生和平衡,以备下次分离用。亲和膜分离技术刚出现不久,还有许多理论和实际问题需要研究解决,尤其是制备技术中的一些关键问题亟待攻克。
膜反应主要包括膜生物反应和膜催化反应两个方面,它的主要特点是:反应转化率不受化学平衡限制;能提高复杂反应的选择性;反应分离设施的同一化减少了设备投资和能耗。其他的新型膜分离过程还有膜电极,膜分相,膜控制释放,无机膜,双极膜,LB膜等在此不作叙述。[3,10,14~16]。
2 膜分离技术的应用领域
自20世纪50年代的微滤膜和离子交换膜率先进入工业应用后,60年代的反渗透进入工业应用,70年代为超滤,80年代为气体分离,90年代
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为渗透汽化,以及后来的一些新型膜分离技术的工业应用。至今膜分离技术已经在国民经济的各行各业中确立了自己的地位,下面对它在各个领域的应用做以简略叙述。
2.1 在化工及石油化工中的应用
在此领域已开发应用的主要四大膜分离技术为反渗透、超滤、微滤、电渗析,这些膜过程的装置设计都较成熟,已有大规模的工业应用和市场。由于各国普遍重视环境保护和治理,因而微滤和超滤分离在化工生产中的应用尤为常见,广泛用于水中细小微粒,包括细菌、病毒、及各种金属沉淀物的除去等。例如:目前国内一些磷肥生产企业采用微滤膜分离除去磷石膏废水中含氟的化合物。气体分离在化工和石油化工方面的应用也颇具意义,例如:在合成氨工艺中回收H2;在3次石油回采中从甲烷中分离CO2;由膜分离氧和氮等[2,17~19]。电渗析在化工中的应用也较为广泛,例如:自然水的纯化,海水脱盐等。醇类与水的沸点相差较小,所以醇类与水的分离要想达到理想的分离效果,若采用传统的精馏分离将十分困难,采用电渗析技术则变得较为方便。在化工生产中甲醛与己醛反应生成季戊四醇,还生成副产物甲酸,采用电渗析法可有效地对季戊四醇进行精制和分离。另外很多化工过程废气粉尘的回收以及染料工业中的染料分级浓缩等也都利用了膜分离技术。在石油化工生产中,膜技术广泛用于有机废气的处理;脱除天然气中的水蒸气、酸性气体;天然气中氦的提取;合成氨弛放气中回收氢气;制取富氧空气;催化裂化干气的氢烃分离等。膜分离技术在化工、石油天然气工业中具有十分广阔的前景,它对于生产设备的优化及提高经济效益都有着十分重要的作用。尽管此项技术还有许多理论与实践问题有待于进一步研究探讨,但作为一门新兴科学在不远的将来终究会在化工及石油天然气工业中发挥巨大的作用。
2.2 在食品工业中的应用
膜分离技术用于食品工业开始于20世纪60年代末,首先是从乳品加工和啤酒的无菌过滤开始的,随后逐渐用于果汁、饮料加工、酒精类精制等方面。至今,膜分离技术在食品工业中已得到广泛应用。主要用于以下几个方面:(1)利用膜分离技术对植物蛋白进行浓缩、提纯和分离。如:采用超滤和反渗透相结合的方法,进行大豆乳清的分离回收;采用超滤和反渗透技术处理花生,可将花生蛋白和花生油全部提取且无废料;采用超滤法从菜籽粕中制取菜籽浓缩蛋白和分离蛋白等。
(2)利用膜分离技术加工乳制品。如:农场采用反渗透就地对牛奶进行预浓缩后加工成炼乳等制品;制造干酪前用超滤对牛奶进行组分分离;电渗析除乳清灰分;利用膜生物反应器将乳糖转化为产成品(例如乳胶)等。(3)利用膜分离技术对卵蛋白进行浓缩。如:采用膜分离技术和喷雾干燥组合的生产工艺,可有效除去卵蛋白中引起变色的葡萄糖和无机盐分子;采用超滤法可浓缩全蛋等。(4)利用膜分离技术对动物血浆进行浓缩。如:采用超滤技术,以板框式超滤装置来浓缩动物全血,目前已可将其干物质含量从18%~21%提高到了28%~30%。(5)利用膜分离技术对明胶进行浓缩和提纯。动物的骨胳和肌肉组织中含有明胶,采用超滤法目前可将明胶浓缩到固形物含量达15%。(6)在含酒精饮料(硬饮料)加工中的应用。如:采用超滤技术可除去酒中含有的不溶性蛋白、多糖、胶体和细菌等,从而达到提高酒的澄清度,保持酒的色、香、味,同时达到无热除菌的目的。(7)在非酒精饮料(软饮料)加工中的应用。如:采用超滤澄清法,可将果蔬汁中的蛋白质、淀粉、果胶以及一些悬浮颗粒全部除去,同时还可除去部分杂菌,而其风味物质、糖和维生素等可得以保留;采用反渗透浓缩法进行橙汁、蕃茄汁的浓缩;超滤净化饮料用水和矿泉水;反渗透浓缩生产速溶咖啡等。(8)膜分离技术在处理淀粉废水中的应用。如:采用超滤法可从马铃薯淀粉废水中回收蛋白质,该方法采用醋酸纤维素管式膜,在蛋白质的凝固点下进行超滤运转,同时以含酶洗剂对膜进行清洗。(9)膜分离技术在制糖工业中的应用。如:采用反渗透法可对甜菜制糖厂的稀糖汁进行浓缩、处理含糖废水,既可将水回收再利用,又能提高原料利用率;采用超滤法可进行糖汁的净化,得到含糖量很高的清澈透过液及富含蛋白质和果胶的浓缩液。(10)膜分离技术在食用
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油加工中的应用。如:超滤可用于油脂的脱胶精炼和脱色、回收油料种籽蛋白;反渗透可用于处理油厂锅炉用水、从废水中回收油脂、回收催化剂;超滤和反渗透相结合可用于回收溶剂。(11)膜分离技术在食品添加剂生产中的应用。如:采用超滤与反渗透相结合可生产红曲色素及其他色素;采用超滤膜反应器可连续生产环糊精;采用YM内压管式超滤装置对甜叶菊苷水处理液进行净化处理;采用PVC膜管式超滤器进行明胶浓缩等。
膜分离技术用于食品加工有很多优点:与传统方法相比,不会因加热而产生色、香、营养成分等质量指标的恶化;节省能源、设备占地面积小;更重要的是由于分离膜性能的提高,能在很高精度水平下分离各种成分[20,21]。
2.3 在医药工业和医疗设备方面的应用
膜分离技术在这方面的应用已经有30多年的历史,现在微滤、超滤、反渗透和渗析等膜技术已经在医药和医疗设备方面得到广泛的应用。在制药工业中膜技术主要用于:(1)利用微滤技术进行药物澄清:除去微粒、细菌、大分子杂质等,或脱色;(2)利用超滤和反渗透技术进行药液精制和浓缩:提取有效成分、有效部位、有效单体;除去药液水分或小分子,尤其适用于热敏成分药液的浓缩。
(3)利用反渗透技术制备灭菌水,除热原水和注射水等。(4)渗析技术在医药科学中的典型应用是人工模拟肾脏进行血液的透析分离。(5)利用亲合膜技术,通过在膜上固载特定的功能配位基。如:氨基酸、酶、抗体等,利用这些功能配位基选择性地实现了物质的特异性分离,目前已应用于肝素、尿激酶、单克隆体、胰蛋白酶等生物大分子的纯化和分离。在医疗设备方面除了用于药物控制释放的膜技术外,膜式人工肺,人工肾也都应用了膜分离技术,现在带有膜过滤器的注射器也广泛被人们所接受。另外,用纳滤膜进行药物的浓缩和提纯,用渗透汽化技术提取生物医药是两项新近投入使用的技术。随着新的膜材料的出现以及膜成本的降低,膜技术将会在医药和医院中起到更重要的作用[9,22,23]。
2.4 在生物技术中的应用
在生物技术方面,膜技术也有各种应用,其中应用最广泛的是微滤和超滤膜技术。例如:从植物或动物组织萃取液中进行酶的精致;从发酵液或反应液中进行产物的分离、浓缩等。另外,把酶或微生物固定于膜表面,使其发挥生物活性功能,同时通过膜分离有用微生物,使过去的间歇式酶反应、分离过程能连续进行。膜技术应用于蛋白质加水分解或糖液生产,有助于稳定产品质量,提高收率和降低成本。由于应用分离膜可以在室温下进行物理化学分离,所以它特别适合于热敏性生物物质的分离。可以想象膜分离技术在生物技术方面将会得到越来越广泛的应用[21,24,25]。但膜技术用于生物技术中也有一些问题,其中最主要是:与色谱法比较,分离精度不高。同时多组分的分离做不到;膜上面容易形成附着层,使膜的通量显著下降;操作结束后,膜清洗困难;膜的耐用性差。这几点是影响膜技术在生物工程领域应用的最主要原因。因此,如何改进和解决上述问题就成为膜分离技术在该领域应用的主要研究方向。
2.5 在环境工程中的应用
随着工业的进一步发展,水源和大气被污染更加严重,这就要求人类提高对它们进行处理净化的能力,因此膜分离技术在环境工程中的地位越来越突出。应用膜分离技术来处理工业废水、废气已经被证明是卓有成效的,在不少废水处理中膜分离技术能实现闭路循环,在消除污染的同时变废为宝,取得了较大的经济效益和社会效益。除了微滤、超滤、反渗透、电渗析等过程以外,渗透汽化等其他膜技术也将在21世纪的环境工程中发挥极其重要的作用[1,10,23,26]。需要说明的是膜分离只有物质分离的功能,若要构成一个完整的环保处理系统,常需要与其它处理技术组合使用。
除了上述几方面的应用外,当前膜分离技术的应用几乎涉及到国民经济的各生产研究部门甚至是国防建设领域中,在此不一一赘述。
3 结束语
膜分离作为一种新型的分离单元操作过程,在技术进步、产品结构调整、节省能耗及污染治理方面日益显示出其强大的生命力和竞争能力。但目前,膜技术的发展受到了几个方面的制约:一是膜产品的价格;二是膜污染;再有就是膜分离性能的提高。如果在这几方面的问题能更好的解决的
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话,则膜分离技术将会在国民经济中发挥更为重要的作用。可以预见,21世纪的膜技术将在同其他各学科交叉结合的基础上,形成一门比较完整、系统的学科。它将在人类社会的发展史上起到不可替代的重要作用。
[参 考 文 献]
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THE PRO GRESS IN THE STUDY AND APPLICATIONS
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SUN Fu qiang,CU I Ying de,LIU Yong ,YANG Shao hua,CH EN Xun jun
(Faculty of Chemical Engineer ing and L ight I ndustry Guangdong Univer sity of Technology ,Guangz hou 510090,China)
Abstract:In this paper the fundamental principle 、characteristic 、the developm ent 、the general situation and the application in industries of membrane separation technology w ere briefly illustrated .Its developing prospect w as also made.
Key words:Membrane separation;Application;Prospect
63 第4期孙福强,等.膜分离技术及其应用研究进展
文章编号:1007-8924(2007)04-0091-05专题综述 动态膜分离技术研究进展 李晓波,胡保安,顾 平 (天津大学环境科学与工程学院,天津300072) 摘 要:介绍动态膜分离技术的概念,着重讨论影响动态膜分离性能的相关因素以及动态膜 在污水处理中的应用效果,指出动态膜技术具有良好的应用前景,但目前仍处于试验阶段,尚需深入研究. 关键词:动态膜;污水处理;研究进展中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 膜分离技术是当今水处理领域研究的热点,国内外均做了大量的研究工作[1-5],然而,膜污染及膜组件昂贵的价格是阻碍膜技术广泛应用的主要原因.动态膜分离技术采用大孔径材料制作膜组件,降低了膜组件的造价;同时,已有研究表明,动态膜的渗透性能更佳、抗污染能力显著提高[6-8].因此,动态膜作为一项新型的特殊膜分离技术正越来越多地受到国内外水处理技术研究者的关注[9-13]. 1 动态膜分离技术 动态膜作为一种分离技术,包含动态膜的载体 及动态膜分离层本身.动态膜的载体指用来承载动态膜的大孔径材料,一般价格低廉、易得,常见的有不锈钢丝网、普通筛网、工业滤布、筛绢等多孔材料和一些高分子材料,如烧结聚氯乙烯管等.动态膜分离层是动态膜分离技术的主体,指依附于动态膜载体之上、执行分离功能的滤饼层或污泥层.它是通过错流过滤或死端过滤的方式将某种固体或胶体微粒沉淀在载体表面上形成的.用于形成动态膜的粒子种类较多,有粘土类矿物、粉状活性炭(PAC )、ZrO 2、MnO 2、聚乙烯醇(PVA )等,也可用被处理的废液中的某种物质作为成膜物质沉淀在载体上形成动态膜,如自生生物动态膜的成膜物质为污水中的活性污泥.目前国内外关于动态膜分离技术的研究主要 集中在影响动态膜分离性能的因素及操作参数的优化方面. 2 影响动态膜分离性能的因素 2.1 pH 的影响 p H 对ZrO 2动态膜和MnO 2动态膜的影响较为 明显,这是由于MnO 2动态膜和大多数ZrO 2动态膜都是通过化学反应来生成膜粒子的. ZrO 2粒子的形成有两种方法:一种是提高含Zr 4+溶液,如无水ZrCl 4的水溶液的p H 来形成[14], 另一种是将ZrOCl 2加入到硫酸溶液中而形成[15].Zr 的水合氧化物在不同p H 下的特性不同,其粒子大小也不同.p H 较低时所生成的粒子粒径较小,随着p H 升高,粒径也逐渐升高.由于小颗粒需要更长的时间堵塞载体的孔隙,所以形成动态膜所需的时间也更长.Altman 等[16]的研究表明,动态膜的形成时间从p H 为3.5时的120min 减少到p H 为6时的45min ;Rumyantsev 等[16]的研究结果则分别是100min 和小于45min.蛋白质的截留率与p H 的关系不是很明显,p H 为3.5、5和6时形成的动态膜的截留率大于p H 为4时的动态膜. MnO 2是KMnO 4的还原产物,其反应式为4KMnO 4+6HCOONa =4MnO 2↓+2K 2CO 3+ 3Na 2CO 3+3H 2O +CO 2↑ 收稿日期:2005-09-06;修改稿收到日期:2006-01-17 作者简介:李晓波(1970-),男,河南省人,博士生,主要从事水污染治理技术的研究. 第27卷 第4期膜 科 学 与 技 术 Vol.27 No.4 2007年8月MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY Aug.2007
膜过滤技术及其应用范围介绍 北京陶普森膜应用工程技术有限公司孙永杰 过滤是分离液体中固体性颗粒的常用方法之一。我们熟悉的土壤就是一个天然过滤器，池塘、湖泊和河流中的地表水在通过不同类型的土壤之后，渗透聚积成相对洁净的地下水，土壤让水透过的时候截留了其它成分，如颗粒物和污染物等，而渗透到深处的地下水得到了净化。 过滤是实验室常用的物料分离技术。从筛网、滤纸到膜滤器等技术手段的延伸、发展，促进了产品提纯技术的提高，净化效果明显，分离精度大大提高。在能量消耗，过滤效果和操作简便方面，相比于传统的分离方法如蒸馏或结晶，膜过滤技术的表现优于其他分离过程。在许多分离领域，膜过滤克服了传统技术局限性，尤其对生化或药物的加工应用过程，膜技术的应用提高了产品品质和收率，因为其中的蛋白质和有效成分大多是热敏感的。因膜过滤为物理过滤方式，膜材质稳定性强，经验证的实验室过滤工艺，很容易被放大和改进，更易成功应用到实际的大规模生产中。 在生物和制药技术行业的许多领域，包括食品和饮料行业，生物技术和饮用水处理行业，都普遍使用过滤膜用于过滤。 过滤膜的工作原理：膜过滤器的原理类似于上面提到的地下水渗透过程，人工制备的膜相当于地表土层，待过滤的溶液中一部分的小分子物质可以通过薄膜的微孔，其渗透性取决于孔的大小。比滤膜孔更小的颗粒可透过滤膜，而比滤膜孔大的颗粒就被截留下来。
一般情况下，膜的孔径决定了应用，根据孔径的大小，将不同的过滤膜技术分为四类：微滤，超滤和纳滤以及反渗透。 1. 微滤膜技术 过滤膜的孔径一般在5μm和0.1μm之间。在微生物实验中经常被使用孔径为0.1μm至0.2μm的膜，可以分离出酵母菌和细菌，是一种温和快速的杀菌方法。在工业化生产上，这种滤膜技术通常为过滤器的滤芯，广泛应用在医药，食品和饮料工业生产线中。例如，生物制药厂用于生物反应器中微生物生长阶段之后的“收获”和细菌菌体的分离，废水处理或浑浊液的油水分离等。 2. 超滤膜技术 超滤技术常常用于大分子的浓缩和脱水，超滤膜过滤“孔径”在0.1μm和0.01μm之间。由于该技术主要用于分离或浓缩蛋白质分子，所以膜的过滤孔径被定义为“分子量切断”(MWCO)或“标称分子量切断”(NMWC)，单位为道尔顿(质量单位，等于一氧原子的1/16)。MWCO值表示可被膜截留的球状分子的小分子量。为了安全起见，应总是选择MWCO值至少比要分离的大分子的分子量高20%。这种膜过滤技术的应用操作压力，通常在2-10巴之间。 3.纳滤技术 是纳米级过滤技术的简称，纳米级过滤的膜过滤器，其孔径小于0.005μm，可截留更小的有机分子和大部分盐类物质，以及重金属离子等。陶普森纳米级过滤需要更高的外部压力，过滤压力一般在10-80巴之间。
新型膜分离技术研究进展 摘要:膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。 关键词：膜分离；原理；应用；进展 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。 1膜分离技术的分离原理和特点 1.1纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200-1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻-孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量;与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，是国内外研究的热点。余跃等[1]废水进行了去除COD和脱色的研究。结果表明，纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD。 1.2超滤 超滤的截留相对分子质量在1000-100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。徐超等[2]在中试中采用浸没式超滤膜代替传统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果，设备费用降低了。 1.3微滤 微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05-10μm之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。微滤分离的实质是利用膜的“筛分”作用来进行的。即:比膜孔大的颗粒的机械截留、颗粒间相互作用及颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥架作用这三种方式来实现的。 1.4反渗透 反渗透又称逆渗透，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。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下理论:溶解一扩散模型、优先吸附一毛细孔流理论、氢键理论。 自从上个世纪90年代邓宇发明了非加压吸附渗透海水淡化法以来，反渗透用于海水淡化的研究得到了极大发展[3]。在重金属废水处理领域，美国芝加哥API工艺公司采用B一9芳香族聚酞胺中空纤维膜组件处理镀镍漂洗水，废水中Niz+的分离率为92%[4]。 1.5电驱动膜
智能视频技术的现状及发展趋势探析 智能视频技术（IVT，Intelligent Video Technology），属于计算机视觉（CV，Com puter Vision）与人工智能（AI，Artificial Intelligent）领域研究的一个分支，融合了图像处理技术、计算机视觉技术、计算机图形学、人工智能、图像分析等多项技术，其发展目标在于在监视场景与事件描述之间建立一种映射关系。同大部分计算机系统一样，智能视频系统可以被分为构成智能视频监控的硬件，以及智能视频软件两个部分。 硬件设备主要包括：采集视频数据的摄像机、支撑摄像机以及整个系统运行的电力系统、用于存放拍摄到的视频数据的存储设备、承载智能视频分析软件的高性能计算机、能够高速传输视频以及分析结果等数据的网络接口。 智能视频软件是指通过硬件提供的输入信息，自动地提取并理解视频源的关键信息。智能视频软件具有其独特性，即专用性、多样性等。而不同的商业环境和用户对监控的功能需求大相径庭，对于不同的应用系统软件实现的算法也完全不同，甚至智能视频软件的实现平台也是可选的：既可以在X86的服务器上实施，也可以在基于DSP的嵌入式系统上实施。这一特点，也正是智能视频行业探讨的热点所在。 智能视频的发展现状 智能视频软件市场是一个成长非常快速的市场，根据IMS的市场研究分析，在未来3 年内有关视频技术的软件市场会成长到8亿美元的份额。注意，仅仅是在软件部分就有这么大的一个份额。 在视频智能分析软件的市场需求急剧增长的刺激下，国外提供视频智能分析软件产品的厂商已经有许多：Verint、Vidient、Westec、Interactive、Visual Defence、Nextiva、V istascape、NiceVision、ioimage、TASC、MATE、Ov、Dallmeier、Ivbox、Viseowave等，他们都能提供视频智能分析产品，大部分厂商提供的视频智能分析产品，都基于ObjectVid eo公司的图像分析技术，采用Object Video OnBoard平台来设计并创建自己品牌的OEM产品，这是大部分视频智能分析产品商以最小的投资成本及最快的时间来赢得市场的好办法。 在解决方案的提供上，国外也有许多成功的案例，比如旧金山国际机场采用了由Vidie nt公司提供的智能视频分析系统Smart Catch。Smart Catch与机场现有的闭路电视(CCTV)系统协同检测异常或可疑行为（如图1）。当智能视频分析软件识别出一个异常情况时，就立即将视频片段通过呼机、手提电脑、移动电话或其它通讯设备发送给响应者前来进行现场调查。 国内的众多企业也开始了对智能视频分析软件的尝试。比如上海世平伟业公司开发的I vbox智能视频分析系统，上海皓维推出的智能视频分析预警系统等等。
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
收稿日期：2011－04－18 作者简介：陈默（1986—），硕士研究生，从事含能化合物的合成研究；王建龙，教授，博士生导师，通讯联系人，主要从事含能化合物合成及炸药中间体的制备、 应用及开发。新型膜分离技术的研究进展 陈 默，曹端林，李永祥，王建龙 （中北大学化工与环境学院，山西太原030051） 摘要：膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、 电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。关键词：膜分离；原理；应用；进展中图分类号：TQ028．8 文献标识码：A 文章编号：1008－021X （2011）05－0031－03 Research Progress of Membrane Technology CHEN Mo ，CAO Duan －lin ，LI Yong －xiang ，WANG Jian －long （College of Chemical Engineering and Environment ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）Abstract ：The membrane extraction technique is a new type extraction technique with high efficiency ，high speed and saving energy．Membrane separation technology is applied widely as a new kind of separation technology．The separation mechanism and characteristics of different kinds of membrane technologies were introduced ，including electrodialysis ，reverse osmosis ，nanofiltration ，ultrafiltration ，microfiltration ，gas separation ，pervaporation ，membrane reactor．Further more ，the application and current problems of different membrane technologies were extensively summarized．Finally ，application prospect of membrane separation technology was presented．Key words ：membrane separation ；principle ；application ；progress 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子 薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。1膜分离技术的分离原理和特点1．1 纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200 1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻－孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量；与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技 术， 是国内外研究的热点。余跃等［1］ 对纳滤技术处理印染废水进行了去除COD 和脱色的研究。结果 表明， 纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD 。Salzgitter Flachstahl 电镀厂采用膜技术处理 镀锌废水， 回收其中的Zn 2+ 和H 2SO 4，其结果达到了设计要求［2］。常江等［3］ 在完成用新型纳滤膜处 理模拟含Ni 2+ 废水实验室研究的基础上，进行了电 镀镍漂洗废水的纳滤膜处理及镍和水回收利用的工业试验，为大规模工业应用提供了参考数据。杨青等［4］ 研究报道将DK 型与NF90型纳滤膜组合可适用于治理高浓度、高盐分的吡啉农药废水污染。1．2 超滤 超滤的截留相对分子质量在1000 100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。 徐超等 ［5］ 在中试中采用浸没式超滤膜代替传 统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果， 设备费用降低了。罗涛等［6］ 采用混凝沉淀－超滤工艺对微污染原水进行试验，结果表明，组合
膜分离技术及其应用 童汉清 海金萍 (蚌埠高等专科学校食品系,蚌埠市233030) 摘 要 针对膜分离技术的一系列独特优点,介绍了工业中常用的各种分离膜的性能、材料及其各自的应用,并简述了世界上最新的膜分离技术及其发展方向。 关键词 膜分离技术 反渗透膜 超滤膜 微滤膜 0 前言 膜分离是用半透膜分离均相混合物中不同组分的一种方法。由于膜分离技术在生产中物料无相变过程,因而无需再沸器、冷凝器等设备,与蒸发、精馏等分离技术相比具有显著的节能、高效等特点,特别是对于食品工业,膜分离技术可以完好地保留食品原有色、香、味,而其营养成分又不会被高温破坏。因而膜技术在世界范围内引起人们极大关注,被誉为重大的新技术革命之一。 现代膜技术的开发还仅仅是近三十年的事情,虽然近年来有了较大的发展,但目前仍处于发展和完善的过程中。国内外膜分离技术已在许多不同行业得到应用,并取得了良好效果。 1 反渗透膜及其应用 1.1 反渗透膜的性能 反渗透膜的孔径在0.3～2nm之间,通常为非对称的微孔结构膜,压差作为操作推动力,工作压力可高达7.0～7.5M Pa,膜通量一般为0.5m3/(m2d)。 反渗透膜能截留住除水分子、氢离子、氢氧根离子以外的其它物质,因而主要用于水和其它物质的分离。 1.2 膜材料 最先开发并成功应用的反渗透膜材料是醋酸纤维素,70年代以来逐渐开发出一些新型反渗透膜材料,如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯撑氧、磺化聚磺酸盐、聚酰胺羧酸、聚乙烯亚胺、聚甲苯二异氰酸酯和等离子处理聚丙烯腈等。醋酸纤维素在强酸和弱碱条件下易发生水解且不耐高温,易受微生物和酶的作用,在正常使用时还会发生蠕变使透水速率降低。尽管存在这些缺点,但目前工业上最广泛使用的两种反渗透膜材料,还是首选醋酸纤维素,其次为聚酰胺。 1.3 反渗透膜的应用 1.3.1 海水淡化 反渗透膜分离技术被广泛应用于海水淡化。在全世界海水淡化装置中,约有30%用反渗透方式来实现。反渗透膜由极薄致密表层和多孔支撑层构成,具有高透水率及高脱盐率,可脱去海水中99%以上的盐离子。 1.3.2 果汁、果酒等产品的浓缩 膜浓缩是在常温下进行的。用反渗透膜对果汁、果酒进行浓缩,可保证维生素等营养成分不受破坏以及挥发质不损失,并可保留其原有的风味,这是其它浓缩技术难以做到的。另外,反渗透膜可以完全除去细菌和病毒,使产品不加任何防腐剂而延长储存期,食用更加卫生可靠。 19 《化工装备技术》第20卷第2期1999年
浅析：国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势 国外虚拟现实技术及产品有Google Earth, Microsoft Map Live, Intel Shockwave3D, Cult3D, ViewPoint, Quest3D，Virtools，WEBMAX等…… 一. 国内外虚拟现实几种主流技术的介绍 VRML技术 虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（Morton Heilig）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。重大的发展过程如下： VRML开始于20世纪90年代初期。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。1994年10月在芝加哥召开的第二届WWW大会上公布了规范的VRML1.0标准。VRML1.0可以创建静态的3D景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。它只有一个可以探索的静态世界。 1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph'96上公布通过了规范的VRML2.0标准。它在VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。它是以SGI公司的动态境界Moving Worlds提案为基础的。比VRML1.0增加了近30个节点，增强了静态世界，使3D场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。 1997年12月VRML作为国际标准正式发布，1998年1月正式获得国际标准化组织ISO 批准（国际标准号ISO/IEC14772-1:1997）。简称VRML97。VRML97只是在VRML2.0基础进行上进行了少量的修正。但它这意味着VRML已经成为虚拟现实行业的国际标准。 1999年底，VRML的又一种编码方案X3D草案发布。X3D整合正在发展的XML、JA V A、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。 2000年6月世界web3D协会发布了VRML2000国际标准（草案），2000年9月又发布了VRML2000国际标准（草案修订版）。预计将在2002年，正式发表X3D标准。及相关3D浏览器。由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。 Wed3D协会其组织包括各种97家会员公司。主要公司如下：Sun、Sony、Hp、Oracle 、Philips 、3Dlabs 、ATI 、3Dfx 、Autodesk /Discreet、ELSA、Division、MultiGen、Elsa、NASA、Nvidia、France Telecom等等。 其中以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。支持MPEG，Mov、Avi等视频文件，Rm等流媒体文件，Wav、Midi、Mp3、Aiff等多种音频文件，Flash 动画文件，多种材质效果，支持Nurbs曲线，粒子效果，雾化效果。支持多人的交互环境，VR眼镜等硬件设备。在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。相关网址如下：https://www.doczj.com/doc/e97579856.html, , https://www.doczj.com/doc/e97579856.html, 应用的画面：慕尼黑机场（电子商务）
动态与信息 专题报道 生物化工及膜分离技术研究进展 现代生物技术是新兴高技术领域中的重要技术之一,是21世纪高新技术的核心。它在生物学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等基础上发展起来,是以重组DNA技术和细胞融合技术为基础,基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术所组成的新技术群。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点,目前最具代表性的应用领域是生物医药和农业。生物技术与化学工程相结合而形成的生物化工技术已成为生物技术的重要组成部分。生物化工技术为生物技术提供了多种高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术,从而可以促进生物技术不断更新和提高;因而新兴的生物化工技术已经成为当今世界高技术竞争的重要焦点之一。生物化工产品的分离技术也被称为生物技术的下游加工术,是整个生物技术的重要组成部分,它的成功与否,是决定生物技术成果能否转变为具有实用价值和竞争力的产品的重要因素。生物化工产品的分离与化学物质的分离相比具有一定的特殊性,产品大多要求高纯度并具有一定的生物活性,因其易受化学、物理和生物等外界环境因素的破坏而发生变性,因而生化分离过程一般要求在快速、低温、洁净的条件下进行。总之,生物化工产品的分离技术具有一定特殊性。 1 生物化工分离过程的重要性及一般步骤生物化工分离过程是生物化学工程的重要组成部分,一般指的是从发酵液或酶反应液中分离生物产品,它是生物技术转化为生产力过程中不可或缺的重要环节。生物产品一般是从杂质含量远远高于产物的悬浮液中进行分离的,而且产品要求纯度较高,只有经过分离加工过程,才可以制得符合规定要求的产品,因此分离是生物化工工业化的必需手段。与此同时,进行生化分离过程十分困难,这是由于产物原料液的含量极低与产物的高纯度要求之间的差异造成的,而且分离的方法复杂,因此,开发新的分离工艺手段也是提高经济效益的手段。由于生物化工产品不同(如酶或代谢产物),所采用的分离方法也不同。但大多数生物化工分离过程常采用4个分离步骤:1)对发酵液或酶反应液预处理,进行固液分离。在这个步骤中过滤和离心是常用的基本单元操作。在过滤操作中有时为了减少过滤介质的阻力,采用了膜分离技术。但该过程对产物的含量改善作用很小。2)进一步分离。此步骤使产物的含量增加。常用的分离方法有吸附、萃取等,如合成ATP 时用颗粒活性炭作吸附剂。3)高度分离。在这个步骤中分离技术对产物具有一定的选择性,典型方法有层析、电泳等。4)精制,先进行结晶析出再干燥即可。合成ATP时,用离子交换树脂进行浓缩,最后用五氧化二磷干燥器进行减压干燥,可得ATP成品。生物化工过程中常用的分离方法如蒸馏、萃取、过滤、结晶、 元操作过程,而另一些则为新近发展的分离技术,如细胞膜破碎技术(包括球磨破碎和化学破碎等)、膜分离、色层分离等。在此着重介绍膜分离技术。 2 膜分离技术概述 膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途,甚至会导致一次工业革命的高新技术之一,成为当今世界各国研究热点。膜分离作为一种新发展的高新分离技术,其应用领域不断扩大,广泛应用于化工、食品、水加工业、医药、环境保护、生物技术、能源工程等领域,并发挥了巨大的作用。我国对膜分离技术的研究是从20世纪60年代对离子交换膜的研究开始的。从60年代的反渗透技术到90年代的渗透汽化技术,我国的膜分离技术得到了迅速的发展。经过几十年的努力,目前我国在膜分离技术研究开发方面已成功地研制出一批具有实用价值、接近或达到国际先进水平的成果,如无机膜反应分离技术等。 3 膜分离技术的原理及优点 膜分离是指用半透膜作为障碍层,借助于膜的选择渗透作用,在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离提纯。由于半透膜中滤膜孔径大小不同,可以允许某些组分透过膜层,而其它组分被保留在混合物中,以达到一定的分离效果。利用膜分离技术来进行分离具有如下优点:膜分离过程装置比较简单,同时操作方 032化 学 试 剂2008年3月
摘要：Internet的迅猛发展和普及为流媒体业务发展提供了强大的市场动力，流媒体业务正日益普及，流媒体技术广泛应用于互联网信息服务的方方面面。首先介绍了流媒体技术的基础、基本原理以及流式传输的基本过程，接着重点介绍了流媒体技术在视频点播、远程教育、视频会议和Internet直播方面的应用，最后介绍了流媒体技术的发展现状和展望。 关键词：多媒体通信，多媒体业务，流媒体，流式传输，原理，应用，发展 随着现代网络技术的发展，网络开始带给人们形式多样的信息。从在网络上出现第一张图片到现在各种形式的网络视频、三维动画，人们的视听觉在网络上得到了很大的满足。但人们又面临着另外一种不可避免的尴尬：在网络上看到生动清晰的媒体演示的同时，不得不为等待传输文件而花费大量时间。为了解决这个矛盾，一种新的媒体技术应运而生，这就是流媒体技术。 流媒体是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件。而流式传输技术就是把连续的声音和图像信息经过压缩处理后放到网站服务器上，让用户一边下载一边收听观看，而不需要等待整个文件下载到自己的机器后才可以观看的网络传输技术。 目前，在网络上传输音视频（A/V）等多媒体信息主要有下载和流式传输两种方案。一方面，由于音视频文件一般都较大，所以需要的存储容量也较大；同时由于受网络带宽的限制，下载这样的文件常常需要几分钟甚至几小时，所以采用下载方法的时延也就很大。而采用流式传输时，声音、图像或动画等时基媒体由音视频服务器向用户计算机连续、实时传送，用户只需经过几秒或数十秒的启动时延而不必等到整个文件全部下载完毕即可观看。当声音、图像等时基媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器上继续下载。流式传输不仅使启动时延大大缩短，而且不需要太大的缓存容量。流式传输避免了用户必须等待整个文件全部下载完毕之后才能观看的缺点。一、流媒体技术基础 实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Real-time streaming transport）和顺序流式传输（progressive streaming transport）。一般来说，如为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用实时流协议（RTSP）等，即为实时流式传输。如使用超文本传输协议（HTTP）服务器，文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法可以根据需要进行选择。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。 1.实时流式传输 实时流式传输总是实时传送，特别适合现场广播，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看后面或前面的内容。但实时流式传输必须保证媒体信号带宽与网络连接匹配，以便传输的内容可被实时观看。这意味着在以调制解调器速度连接网络时图像质量较差。而且，如果因为网络拥塞或出现问题而导致出错和丢失的信息都被忽略掉，那么图像质量将很差。实时流式传输需要专用的流媒体服务器与传输协议。 2.顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线内容，在给定时刻，用户只能观看已下载的部分，而不能跳到还未下载的部分。由于标准的HTTP服务器可发送顺序流式传输的文件，也不需要其他特殊协议，所以顺序流式传输经常被称作HTTP流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于这种传输方式观看的部分是无损下载的，所以能够保证播放的最终质量。但这也意味着用户在观看前必须经历时延。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的情况，如讲座、演说与演示；也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。
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、
第一章流媒体技术的现状与发展 流媒体的发展过程 1.1.1 现有视频格式概述 影像格式(Video) 日常生活中接触较多的VCD、多媒体CD这些都是影像文件。 大量图像信息，同时还容纳大量音频信息。所以，影像文件的容量往往是非常大的。 1.1.2 VOD视频点播技术 视频点播技术的出现，是视频信息技术领域的一场革命，其巨大的潜在市场，使世界主要发达国家都投入了大量的资金，加速开发和完善这一系统。 1.1.3流媒体技术的出现 流媒体技术的出现，正好弥补了VOD技术的不足之处。 1.2流式传输的格式及特点 1.2.1流媒体能为我们做什么 流媒体的定义很广泛， 后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器就可以观看的视频/ 持的某种特定文件格式：压缩流式文件，它通过网络传输，并通过个人电脑软件进行解码。 1.2.2 流媒体技术、格式纵览 流媒体给网民们带来了巨大的影响，曾几何时，如果需要下载一部VCD格式的影片，大小约为650M，宽带的今天也需要下载3个多小时。如果影片采用流媒体技术来进行压缩，只需要100M，并且用户可以边看边下载，整个下载的过程都在后台运行。最大的优点，就是不会占用本地的硬盘空间。其实流媒体采用的是有损压缩，就好比我们常说的MP3，因此在音影品质上有所差异。
1.2.3流式视频格式 前边提到过视频格式，现在再来说一下流式视频格式。 目前，很多视频数据要求通过Internet来进行实时传输，前面我们曾提及到，视频文件的体积往往比较大，而现有的网络带宽却往往比较“狭窄”。客观因素限制了视频数据的实时传输和实时播放，于是一种新型的流式视频(Streaming Video)格式应运而生了。这种流式视频采用一种“边传边播”的方法，即先从服务器上下载一部分视频文件，形成视频流缓冲区后实时播放，同时继续下载，为接下来的播放做好准备。这种“边传边播”的方法避免了用户必须等待整个文件从Internet上全部下载完毕才能观看的缺点。到目前为止，Internet上使用较多的流式视频格式主要是以下三种： 1.2.4流式传输的特点 流媒体是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在Internet及Intranet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。流式传输方式是将动画、视音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看，多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。 1.3 流媒体系统的组成 流媒体系统包括以下5个方面的内容： 1. 编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式 2. 流媒体数据 3. 服务器：存放和控制流媒体的数据 4. 网络：适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络 5. 播放器：供客户端浏览流媒体文件 这5个部分有些是网站需要的，有些是客户端需要的，而且不同的流媒体标准和不同公司的解决方案会在某些方面有所不同。
膜分离技术及其应用领域分析 膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离都采用错流过滤方式。 一、膜分离技术原理及特点 膜分离技术以选择性透过膜为分离介质，如图1所示，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。膜分离技术以其低能耗、高效率被认为是理想的分离技术之一。 图1膜分离技术原理 利用膜分离技术进行分离所具有的特点包括：1）膜分离过程不发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；2）膜分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等。3）膜分离技术适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型；4）膜分离技术以压力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。 基于膜分离技术所具有上述特点，是现代生物化工分离技术中一种效率较高的分离手段，完全可以取代传统的过滤、吸附、蒸发、冷凝等分离技术，所以膜分离技术在生物化工分离工程中起着很大的作用。 二、膜分离技术种类分析 按照膜孔径和成膜材料分类，常用的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透以及气体分离等。各种膜过程具有不同的分离机理，可适用于不同的对象和要求。按分离原理和按被分离物质的大小区分的分离膜种类，从下表可以看出，几乎所有的分离膜技术均可应用于任何分离、提纯和浓缩领域。反渗透和纳滤作为主要的水及其它液体分离膜之一，在分离膜领域内占重要地位。
膜分离技术研究进展 组员：吴佳曦、张雯辉、郭志新、李耀睿、刘汉飞、王伦、张振斌膜分离技术在近20年发展迅速，其应用已从早期的脱盐发展到化工、轻工、石油、冶金、电子、纺织、食品、医药等工业废水、废气的处理，原材料及产品的回收与分离和生产高纯水等，是适应当代新产业发展的重要高新技术。膜分离技术不但在工业领域得到广泛应用，同时正在成为解决能源、资源和环境污染问题的重要技术和可持续发展的技术基础。 膜分离是借助于膜，在某种推动力的作用下，利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的过程。目前常见的膜分离过程可分为以下几种，电渗析(Electrodialysis，ED)、反渗透(Reverse osmosis，RO)、微滤(Microfiltration，MF)、超滤(Ultrafiltration，UF)、纳滤(Nanofiltration，UF)和液膜分离等。 膜技术具有分离效率高、能耗低、无相变、操作简便、无二次污染、分离产物易于回收、自动化程度高等优点，在水处理领域具有相当的技术优势，是现代分离技术中一种效率较高的分离手段。 在环境过程中膜分离技术以其独特的作用而被广泛用于水的净化与纯化过程中。下面分类介绍一下膜分离技术的研究现状。 1 电渗析技术研究现状（刘汉飞） 电渗析是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择渗透性(与膜电荷相反的离子透过膜，相同的离子则被膜截留)，使溶液中的离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。它可使电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。电渗析技术普遍应用于食品生化行业以及废水处理。下面分类对这几方面的应用现状做一介绍。 1.1 电渗透技术在食品行业中的应用 利用电渗析技术对酱油进行脱盐处理，可以制得低盐酱油并基本保持酱油原有风味，但要损失一部分作为酱油指标的氨基酸态氮和有机酸等有效成分，从而将酱油的含盐量降低。但国内尚无这方面的报导，刘贤杰等采用电渗析技术进行了酱油脱盐的研究。研究结果显示：原酱油食盐含量19.4%，经电渗析处理后，酱油含量降至约9%，食盐以外的有效成分也有一些被除去，比较明显的是作为酱油品质指标的氨基酸态氮，有约8%的损失。酱油风味大致不变，证明了电渗
1 流媒体技术的现状与发展 流媒体的发展过程 1.1.1 现有视频格式概述 影像格式(Video) 日常生活中接触较多的VCD、多媒体CD这些都是影像文件。 大量图像信息，同时还容纳大量音频信息。所以，影像文件的容量往往是非常大的。 1.1.2 VOD视频点播技术 视频点播技术的出现，是视频信息技术领域的一场革命，其巨大的潜在市场，使世界主要发达国家都投入了大量的资金，加速开发和完善这一系统。 1.1.3流媒体技术的出现 流媒体技术的出现，正好弥补了VOD技术的不足之处。 1.2流式传输的格式及特点 1.2.1流媒体能为我们做什么 流媒体的定义很广泛， 后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器就可以观看的视频/ 持的某种特定文件格式：压缩流式文件，它通过网络传输，并通过个人电脑软件进行解码。 1.2.2 流媒体技术、格式纵览 流媒体给网民们带来了巨大的影响，曾几何时，如果需要下载一部VCD格式的影片，大小约为650M，宽带的今天也需要下载3个多小时。如果影片采用流媒体技术来进行压缩，只需要100M，并且用户可以边看边下载，整个下载的过程都在后台运行。最大的优点，就是不会占用本地的硬盘空间。其实流媒体采用的是有损压缩，就好比我们常说的MP3，因此在音影品质上有所差异。 注：[1]:
1.2.3流式视频格式 前边提到过视频格式，现在再来说一下流式视频格式。 目前，很多视频数据要求通过Internet来进行实时传输，前面我们曾提及到，视频文件的体积往往比较大，而现有的网络带宽却往往比较“狭窄”。客观因素限制了视频数据的实时传输和实时播放，于是一种新型的流式视频(Streaming Video)格式应运而生了。这种流式视频采用一种“边传边播”的方法，即先从服务器上下载一部分视频文件，形成视频流缓冲区后实时播放，同时继续下载，为接下来的播放做好准备。这种“边传边播”的方法避免了用户必须等待整个文件从Internet上全部下载完毕才能观看的缺点。到目前为止，Internet上使用较多的流式视频格式主要是以下三种： 1.2.4流式传输的特点 流媒体是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在Internet及Intranet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。流式传输方式是将动画、视音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看，多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。 1.3 流媒体系统的组成 流媒体系统包括以下5个方面的内容： 1. 编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式 2. 流媒体数据 3. 服务器：存放和控制流媒体的数据 4. 网络：适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络 5. 播放器：供客户端浏览流媒体文件 这5个部分有些是网站需要的，有些是客户端需要的，而且不同的流媒体标准和不同公司的解决方案会在某些方面有所不同。