第5章 常规分离过程与膜分离
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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。
纳米膜过滤是介于反渗透与超滤之间的液相膜处理新技术。
其特点为:(1)能截留小分子的有机物并可同时透析除盐,集浓缩透析为一体;(2)操作压力远比反渗透低,具有节约动力的优点。
纳滤膜的性质与特点大多数的纳滤膜是由多层聚合物薄膜组成。
活性层通常带荷负电化学基团。
一般认为纳滤膜是多孔性的,其平均孔径为2nm。
作为一般规律,通常分子量截留范围为100一200道尔顿,纳滤膜具有良好的热稳定性,pH稳定性和有机溶剂的稳定性。
纳米过滤的分离机理纳滤膜不仅具有依靠筛分作用进行分离,也显示有建立在离子电荷密度基础上的选择性,因为膜的离子选择性,对于含有不同自由离子的溶液,透过膜的离子分布是不相同的(透过率随离子浓度的变化而变化),这就是Donnan效应。
Donnan平衡模型对于荷电膜脱盐,多用Donnan平衡模型来解释。
当系统达到平衡时,膜相、水相、溶液相的离子的化学电位应该达到平衡态。
虽然,利用Donna 平衡理论来说明荷电膜的脱盐机理有所依据,而对于在压力下透过膜的机理,还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。
第二节膜材料及其特性膜材料◆纤维素衍生物醋酸纤维素(CA):由纤维素和醋酸反应制得。
是反渗透膜、微滤和超滤的膜材料。
优点:价格便宜,膜的分离和透过性能良好;缺点:pH使用范围窄(pH=4~8),容易被微生物分解以及在高压操作下时间长了容易产生压密,引起透量下降。
硝酸纤维素(CN):由纤维素和硝酸反应制得。
价格便宜,广泛用作透析膜和微滤膜材料。
为了增加膜的强度,一般与醋酸纤维素混合使用。
再生纤维素:纤维素溶于某些溶剂如铜氨溶液并在溶解过程中发生降解,在成膜过程中又回复到纤维素的结构,称为再生纤维素。
广泛用于人工肾透析膜材料和微滤、超滤膜材料。
◆聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料。
是目前最重要、生产量最大的高分子聚合膜。
用途:超滤和微滤的膜材料,多种商品复合膜的支撑层膜材料。
优点:耐酸、耐碱缺点:耐有机溶剂的性能差。