膜分离技术PPT

14.7psi）仍能工作，并有较大的通量。
4.反渗透(Reverse Osmosis,RO)
原理：依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶美国最早用于将航天员的尿液回收为纯水。
医学界还以反渗透法的技术用来洗肾（血液透析）。 工业上已应用于海水脱盐，超纯水制备，从发酵液中 分离溶剂等。
●酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定
作用。
●有机溶剂：20%--50%的乙醇可用于膜装置的灭菌和去
除油脂等。但系统必须符合防爆要求。
2. 原理：膜分离技术是以选择性多孔薄膜为分离介质，
使分离的溶液借助某种推动力（如：压力差、浓度差、电 位差等）通过膜，低分子溶质透过膜，大分子溶质被截留， 以此来分离溶液中不同分子量的物质，从而达到分离、浓 缩、纯化目的。
五、膜分离技术特点
• • • • • • • •
高效的分离过程 低能耗 接近室温的工作温度 纯物理过程，品质稳定性好 连续化操作 灵活性强 环保，无污染 投资少
分离技术对比
比较点 耗能 分离效 果 成本 传统技术 多 较差 高/低 膜分离技术 少 好
举例
首次投资高 维护费用低 筛分、离心、沉淀、过滤、 MF、UF、NF、 蒸馏、结晶、吸附、离子交 RO等 换等
来确定，<0.1%时，选用终端过滤， >0.5%则基本采用错流过滤。
三、常用技术分类
压力推动膜过程和各自分离特征
1.微滤（Microfiltration,MF）
微滤的应用范围主要是从气相和液相中 截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到 净化、分离、浓缩的目的。
特别适用于微生物、细胞碎片、微细 沉淀物和其他在“微米级”范围的粒子。
污染：膜在使用过程中，尽管操作条件不变，但通 量仍逐渐降低的现象。不可逆，必须清洗后才能消除。 浓差极化：可逆，改变操作条件可消除；
清洗：
●NaOH:水解蛋白质，皂化脂肪，溶解某些生物大分子 ●酸：HNO3，H3PO4，
HCl（去除无机物）
●表面活性剂：SDS（乳化，湿润，分散生物大分子等
●氧化剂：NaClO(强氧化能力)
二、基础知识
1. 膜（membrane） （1） 定义：在一定流动相（液体or气体）中，有 一薄层凝聚相物质，把流动相分隔成两部分，这 一薄层即为膜。其厚度在0.5mm以下。 （2）分类： 按孔径不同（or截留分子量）:可分为 微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜 按材料不同：无机膜(微滤膜，如：陶瓷膜和金属膜) 有机膜（高分子材料做成，如醋酸纤维
六、问题与展望
• 膜材料研究薄弱，不少原材料需要进口 • 膜组件性能低，品种少 • 膜技术种类少，当前膜多为化学制剂，易造成二
• •
次污染 产业规模小，应用领域窄 技术成果产业化转化过程缓慢
★研究新的膜材料，开发研究新的聚合膜材料。
★研究开发新的成膜工艺，进一步制备超薄、高度均 匀、无缺陷的非对称膜。 ★将新兴的膜分离技术与传统的工艺技术有机的结合 起来，不断将膜技术的研究成果从实验室推向产业 化应用。 ★将无机膜的发展推向前。无机膜耐酸、碱、有机溶 剂，化学稳定性好，机械强度大，抗微生物污染能 力强，在以后的发展过程中，研究无机膜的新材料、 新工艺将是必然之趋势。
★两种压力差
△p=p进-p出
（回流液的循环动力）
一般10 psi左右 调节方式：泵速，回流阀
膜两侧平均 压力差
轴向、侧向压力差
△pt=[(p进-p0)+(p出-p0)]*1/2 =(p进+ p出)*1/2-p0
(膜过滤推动力)
压力较低：通量随△pt成正比增加，如a 压力增大：形成浓差极化层，趋势变缓，如b
end filtration )
以压力作为推动力，料液流动方向 与滤膜表面垂直，并且透过液方向与料 液一致。
错流过滤（cross
flow filtration ）
透过液方向垂直于进料的方向，而 料液流动方向与滤膜表面平行，进料以 一定流速冲刷膜表面,减小浓差极化效应。
★以微滤为例，主要根据料液中固形物的含量多少
△pt对通量的影响
压力继续增大：浓差极化层达凝胶层浓度，通 量不随△pt改变，如c
3.纳滤(Nanofiltration ,NF)
介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过 程，孔径范围在几个纳米左右。与其他压力驱动 型膜分离过程相比，出现较晚。 与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又 被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”( Loose RO )。 应用：食品工业、植物深加工、饮料工业、 农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、 环保工业……
国内研究历程
• 1958年开始研究离子交换膜； • 1965年开始对反渗透膜进行探索； • 1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投
•
• •
产，为电渗析工业应用奠定了基础； 70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及 组件进行研究开发，进而进入推广应用阶段； 80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步； 90年代国家科技部对无机陶瓷微滤膜的工业化技 术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化 进程。
膜分离技术简介
目录
发 基 常 设 特 展 展 础 用 备 点 望 简 知 技 简 史 识 术 介
一、发展简史
人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认 识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多 年的漫长过程。大致历程（20世纪）：
30年代：微孔过滤 40年代：透析 50年代：电渗析 60年代：反渗透 70年代：超滤和液膜 80年代：气体分离 90年代：渗透汽化
示意图
3.膜分离过程类型
推动力 静压力差 浓度差 过程 MF，UF， NF，RO 渗析（透析） 孔径 机制
<1000 dalton 筛分 ---10um 1—3nm
筛分+ 扩散
蒸气分压差 膜蒸馏（MD） 渗透蒸发（PV）
电位差 电渗析
微孔
无孔 <200 dalton
扩散
离子迁移
4.膜过滤方式：
终端过滤(dead
特点：不需添加任何杀菌剂和化学物质，故
不会发生化学相变。
示意图
四、设备简介：
Vivaflow 50 回旋流/切向流超滤器
Vivaspin系列 超滤浓缩离心管
25mm
可换膜针头式滤器
（玻璃杯式）溶剂过滤器
Pellicon超滤系统
QuixStand中空纤维柱系统
不锈钢圆筒式正压滤器
0.1m2 陶瓷膜实验设备
素CA、聚醚砜PES、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等）。
按结构分
对称膜 （均相膜） ：结构与方向无关 不对称膜（非均相膜）：结构与方向有关
活性层：过滤作用（0.1--1um） 支持层：支持作用 (100—200um)
(3)膜性能参数
MWCO,通量，抗压能力，PH适用范围，对热和温度的 稳定性等。
（4）膜的污染与清洗
2.超滤(Ultrafiltration,UF)
原理：以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为 过滤介质。在一定的压力下，当水流过膜表面时， 只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到 溶液的净化、分离、浓缩的目的。 分类：一般分为板框式（板式）、中空纤维式、 管式、卷式等多种结构。 应用：浓缩，脱盐，分离，纯化，去热原，缓冲 液置换等。
纳滤膜（陶氏）
纳滤膜三大特点
MWCO介于反渗透膜和超滤膜之间，一般为
150 ～ 1000 dalton；科学家推测其表面分离 层可能拥有 1nm 左右的微孔结构，故被称之 为 “ 纳滤 ” 。
纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表
面分离层是由聚电解质所构成，对离子有静电 相互作用。
超低压大通量，即在超低压下（ 0.1Mpa ≈