第十七章 膜分离法1
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膜的定义一种最通用的广义定义是“膜”为两相之间的一个不连续区间。
因而膜可为气相、液相和固相,或是他们的组合。
简单的说,膜是分隔开两种流体的一个薄的阻挡层。
描述膜传递速率的膜性能是膜的渗透性。
以常见的超滤过程为例,分离机理主要为筛分:膜表面有微孔,流体流经膜一侧的表面时,部分较小的分子随部分溶剂穿过膜到达另一侧,形成透析液,而大分子则被截留在原来的一侧,形成截留液,从而达到了将大分子溶质与小分子溶质及溶剂分离开的目的。
形象地说,膜就像一张筛网,可以拦下大的、透过小的。
但这张筛网与众不同的是它的孔径很小,进行的是大小分子的分离。
我们只要选择合适孔径的膜,就可以进行所需的分子级分离。
2、膜分离技术的定义把上述的膜制成适合工业使用的构型,与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵)、阀门、仪表和管道联成设备。
在一定的工艺条件下操作,就可以来分离水溶液或混和气体。
透过膜的组分被称为透过流分。
这种分离技术被称为膜分离技术。
3、膜的种类分离膜包括:反渗透膜(0. 0001~0. 001μm),纳滤膜(0. 001 ~ 0. 01μm)超滤膜(0. 01 ~ 0. 1μm)微滤膜(0. 1~10μm)、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。
他们对应不同的分离机理,不同的设备,有不同的应用对象。
膜本身可以由聚合物,或无机材料,或液体制成,其结构可以是均质或非均质的,多孔或无孔的,固体的或液体的,荷电的或中性的。
膜的厚度可以薄至100μm ,厚至几毫米。
不同的膜具有不同的微观结构和功能,需要用不同的方法制备。
制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司严格保密的核心技术。
4、按微观结构分对称膜、不对称膜、复合膜、多层复合膜等。
5、按宏观结构分平板膜、卷式膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维等。
无论在实验室或工业规模的生产中,膜都被制成一定形式的组件作为膜分离装置的分离单元。
在工业上应用并实现商品化的膜组件主要有平板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维型,相应的膜的几何形状分为平板式、管式、毛细管式和中空纤维式。
膜分离水处理技术0概述人类对膜的认识是从自然界中存在的膜开始的,到现在,各种人工合成膜已成为了我们生活中不可或缺的一部分。
其种类繁多,作用也千差万别,但他们具有一个共同的特点-选择透过性。
膜技术的应用开始于20世纪60年代,最早使用反渗透膜进行海水淡化。
其后膜技术得到了迅速发展,并被众多领域应用。
自用于反渗透脱盐后,又开发出纳滤、超滤和微滤技术,这些不同的膜都有其独特的性能,可满足不同的处理要求。
1定义膜从广义上可以定义为两相之间的一个具有选择透过性的薄层屏障。
膜分离是指在某种推动力作用下,利用膜的选择透过性能,达到分类混合物(如溶液)中离子、分子以及某些微粒的过程。
与传统过滤器的最大不同是,膜可以在离子或分子范围内进行分离,并且该过程是一种物理过程,不需发生相变化和添加助剂。
在某种推动力的作用下,利用某种隔膜特定的透过性能,使溶质或溶剂分离的方法,称为膜分离。
膜分离是用天然或人工合成膜,以外界能量或化学位差作推动力,对双组份或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。
膜分离可以用于液相和气相分离,可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。
分离溶质时一般叫渗析,分离溶剂时一般叫渗透。
应用 P表 P1402分类与特点膜可以是固态的,也可以是液体甚至是气态的。
膜可以是均相的或非均相的,对称的或非对称的,可以是带电的或中性的,而带电膜又可以是带正电或带负电的,或二者兼而有之。
膜可以是具有渗透性的,也可以是具有半渗透性的,但不能是完全不透过性的。
目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。
由于膜材料的种类非常丰富,制备条件也多种多样,一般来说膜的分类有以下几种:(1)按分离机理:反应膜、离子交换膜、渗透膜等;(2)按膜的形态:均质膜和非对称膜均质膜:由一种膜材料制成、截面均匀一致的膜。
均质膜有致密均质膜、微孔均质膜和离子交换膜。
各项性质相同致密膜或多孔膜,通量一般较小,主要用于电渗析和气体分离。
物理化学处理方法——膜分离(一)概述膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。
溶剂透过膜的过程称为渗透,溶质透过膜的过程称为渗析。
常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤。
其次是自然渗析和液膜技术。
近年来,膜分离技术发展很快,在水和废水处理、化工、医疗、轻工、生化等领域得到大量应用。
膜分离的作用机理往往用膜孔径的大小为模型来解释,实质上,它是由分离物质间的作用引起的,同膜传质过程的物理化学条件以及膜与分离物质间的作用有关。
①膜分离过程不发生相变,因此能量转化的效率高。
例如在现在的各种海水淡化方法中,反渗透法能耗最低。
②膜分离过程在常温下进行,因而特别适于对热敏性物料,如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。
③装置简单,操作容易,易控制、维修,且分离效率高。
作为一种新型的水处理方法,与常规水处理方法相比.具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。
膜分离技术由于具有常温下操作、无相态变化、高效节能、在生产过程中不产生污染等特点,因此在饮用水净化、工业用水处理,食品、饮料用水净化、除菌,生物活性物质回收、精制等方面得到广泛应用,并迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。
分离膜因其独特的结构和性能,在环境保护和水资源再生方面异军突起,在环境工程,特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。
膜分离是在20世纪初出现,20世纪60年代后迅膜分离技术在中药分离纯化、浓缩中的应用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。
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。
膜分离法膜分离是在20世纪初出现,20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。
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。
膜分离与传统过滤的不同在于,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(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)等;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、聚氟聚合物等等。
膜分离是一门新兴的跨学科的高新技术。
膜的材料涉及无机化学和高分子化学;膜的制备、分离过程的特征、传递性质和传递机理属于物理化学和数学研究范畴;膜分离过程中涉及的流体力学、传热、传质、化工动力学以及工艺过程的设计,主要属于化学工程研究范畴;从膜分离主要应用的领域来看,还涉及生物学、医学以及与食品、石油化工、环境保护等行业相关的学科。
膜分离过程已成为工业上气体分离、水溶液分离、化学品和生化产品的分离与纯化的重要过程。
广泛应用于食品、饮料加工过程、工业污水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。
膜从广义上可以定义为两相之间的一个不连续区间。
这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比要小的多。
膜一般很薄,厚度从几微米、几十微米至几百微米之间,而长度和宽度要以米来计量。
膜可以是固相,液相,甚至是气相的。
用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多,在物理、化学和生物性质上呈现出多样的特性。