第十章 膜分离

实验十 膜分离实验一、实验目的1.了解不同膜分离工艺的原理、设备及流程。

2.掌握EM 、UF 、RO 和NF 的适用范围和对象。

二、实验原理1.微滤（EM ）微滤米的微孔直径为0.22μm ，当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定悬浮颗粒物质的液体时，粒径＞0.22μm 的悬浮颗粒物质就被截流在膜的一面，粒径小于0.22μm 的悬浮颗粒物质与水分子一起透过微滤膜排除出。

从而达到分离水体的部分悬浮颗粒物质的目的。

实验采用含有少量悬浮颗粒物质的水进行实验，通过测定进水和出水的浊度来表示微滤膜的处理效果。

2.超滤（UF ）超滤膜的微孔直径在10nm —0.1μm ，截流分子量在2—5万，范围根据需要进行选择。

当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定悬浮颗粒物质的液体时，粒径＞膜孔径的颗粒物质被截流在膜的一面。

为了防止被截流下来的颗粒物质越来越多而堵塞滤膜，往往采用动态过滤的方法进行超滤，即将进行超滤的同时，利用一股液体连续冲刷膜的表面的截流物，以保持超滤表面始终具有良好的通透性。

因此，超滤膜设备出水与两股，一股为透过水（淡水），一股为截流物液（浓水）。

参见下面的图示：超滤液 浓缩液 原液 （图一）超滤膜示意图静态过程 （图二） 动态过程 图10-1超滤（UF ）示意图超滤膜可以截流溶液中的细菌病毒、热源、蛋白质、胶体、大分子有机物等等。

实验采用含有少量染料物质的水进行实验，通过测定水、“淡水”和“浓水”的色度变化表示超滤膜的处理效果。

3.反渗透（RO)反渗透膜的孔径在0.1-1nm 之间。

反渗透技术是利用高压液体的高压作用，库夫渗透膜的渗透压，使溶液中的分子逆向渗透过渗透膜到达离子浓度较低的一端，从而到达去除溶液只能够大部分例子的目的。

为了防止被截流下来的其他例子越积越多儿堵塞RO 膜，同样采用动态的方法来进行反渗透，即将进行反渗透的同时，利用一股液体连续冲刷膜的表面的截流物，以保持反渗透表面始终具有良好的通透性。

膜分离的操作方式1. 膜分离的基本原理膜分离是一种通过膜的选择性通透性实现物质分离的技术。

膜分离的基本原理是利用膜的孔隙结构或表面性质，使得不同成分的物质在膜上发生不同的传质、传递现象，从而实现物质的分离。

2. 膜分离的操作步骤膜分离的操作步骤主要包括前处理、膜分离过程和后处理三个部分。

2.1 前处理前处理是指在膜分离过程之前对原料进行的处理步骤，主要目的是去除悬浮物、颗粒物、胶体物等杂质，以保护膜的使用寿命和效果。

常见的前处理方法包括沉淀、过滤、调节pH值等。

2.2 膜分离过程膜分离过程是指将前处理后的原料通过膜分离设备进行分离的步骤。

根据不同的分离机理和应用需求，膜分离过程可以分为压力驱动式、浓度差驱动式和电场驱动式三种方式。

2.2.1 压力驱动式膜分离压力驱动式膜分离是指通过施加一定的压力差，使原料液体在膜上发生渗透和分离的过程。

常见的压力驱动式膜分离包括微滤、超滤、纳滤和逆渗透等。

压力驱动式膜分离的操作步骤： 1. 将前处理后的原料液体通过泵送至膜分离设备。

2. 施加一定的压力差，使原料液体在膜上发生渗透和分离。

3. 收集通过膜的纯净产物，将未通过膜的浓缩物排出。

2.2.2 浓度差驱动式膜分离浓度差驱动式膜分离是指通过维持两侧溶液的浓度差，使溶质通过膜进行传质和分离的过程。

常见的浓度差驱动式膜分离包括电渗析和渗透气体分离等。

浓度差驱动式膜分离的操作步骤： 1. 将前处理后的原料液体分为两侧，分别放置在膜分离设备的两侧。

2. 维持两侧溶液的浓度差，通过膜进行溶质的传质和分离。

3. 收集通过膜的纯净产物，将未通过膜的浓缩物排出。

2.2.3 电场驱动式膜分离电场驱动式膜分离是指通过在膜上施加电场，利用离子的电荷特性进行传质和分离的过程。

常见的电场驱动式膜分离包括电渗析和电吸附等。

电场驱动式膜分离的操作步骤： 1. 将前处理后的原料液体通过泵送至膜分离设备。

2. 在膜上施加电场，使离子在膜上发生迁移和分离。

第十章膜分离技术第一节概述§10.1.1、膜的概念：1、“膜分离”的定义：借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。

2、“膜”的定义：如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是膜。

这里所谓的凝聚相物质可以是固态的，也可以是液态或气态的。

膜本身可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚态物质所构成的复合体。

3、膜的分类：膜的种类繁多，大致可以按以下几方面对膜进行分类：①、根据膜的材质，从相态上可分为固体膜和液体膜；②、从材料来源上，可分为天然膜和合成膜，合成膜又分为无机材料膜和有机高分子膜；③、根据膜的结构，可分为多孔膜和致密膜；④、按膜断面的物理形态，固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合膜。

对称膜又称均质膜。

不对称膜具有极薄的表面活性层(或致密层)和其下部的多孔支撑层。

复合膜通常是用两种不同的膜材料分别制成表面活性层和多孔支撑层。

⑤、根据膜的功能，可分为离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、渗透汽化膜和气体渗透膜等。

⑥、根据固体膜的形状，可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜以及具有垂直于膜表面的圆柱形孔的核径蚀刻膜，简称核孔膜等。

§10.1.2、膜分离技术发展简史1748年Abble Nelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。

人们发现动植物体的细胞膜是一种理想的半透膜，即对不同质点的通过具有选择性，生物体正是通过它进行新陈代谢的生命过程。

直到1950年，W．Juda首次发表了合成高分子离子交换膜，膜现象的研究才由生物膜转入到工业应用领域，合成了各种类型的高分子离子交换膜。

固态膜经历了50年代的阴阳离子交换膜，60年代初的一二价阳离子交换膜，以及60年代末的中空纤维膜以及70年代的无机陶瓷膜等四个发展阶段，形成了一个相对独立的学科。

具有分离选择性的人造液膜是Martin在60年代初研究反渗透脱盐时发现的，他把百分之几的聚乙烯甲醚加入盐水进料中，结果在醋酸纤维膜和盐溶液之间的表面上形成了一张液膜。