膜分离技术
- 格式:docx
- 大小:88.43 KB
- 文档页数:18
膜分离技术简介膜分离技术是一种通过膜进行物质分离和纯化的技术。
它广泛应用于制备纯化工业和生物制药中,其原理是利用特定的膜,通过选择性透过、排除或吸附的方式将混合物中的目标物质与其他组分分离开来。
膜分离技术具有高效、节能、环保等优点,因此在各个领域得到了广泛应用,并成为一个重要的物质分离技术。
原理膜分离技术的基本原理是利用膜的选择性透过性来实现分离。
根据分离机制的不同,膜分离技术可以分为几种不同的类型,包括微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等。
每种类型的膜分离技术都有其特定的分离机制和应用范围。
•微滤:微滤膜具有较大的孔径,一般用于分离固体颗粒和大分子物质,如悬浮固体和细菌等。
•超滤:超滤膜的孔径较小,可以分离分子量较大的物质,如蛋白质和胶体等。
•纳滤:纳滤膜的孔径更小,可以分离分子量更小的物质,如盐和有机物等。
•反渗透:反渗透膜是一种半透膜,其孔径非常小,可以有效地分离溶质和溶剂。
这种技术常被用于海水淡化和废水处理等领域。
•气体分离:气体分离膜是一种特殊的膜,可以分离不同气体的混合物。
这种技术在天然气加工和二氧化碳捕获等领域有广泛应用。
应用膜分离技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是其中几个应用领域的简要介绍:生物制药在生物制药中,膜分离技术被广泛用于分离和纯化蛋白质、细胞因子和其他生物分子。
通过使用超滤和纳滤等技术,可以将目标蛋白质从细胞培养液中分离出来,并去除其他杂质。
这种技术不仅能够提高产品纯度,还可以减少后续步骤的处理量,提高生产效率。
医药膜分离技术在医药领域有着广泛的应用。
例如,在血液透析和血液净化中,通过使用半透膜将废物和多余的物质从血液中分离出来,达到治疗和净化的目的。
此外,膜分离技术还可以用于药物传递系统中,通过控制药物在膜上的透过性实现持续释放和控制释放。
环境工程膜分离技术在环境工程中的应用也非常广泛。
例如,在水处理中,可以使用反渗透膜将盐和有机物等溶质从海水或废水中分离出来,实现水的淡化和净化。
膜分离技术膜分离技术是一种重要的分离技术,通过膜将混合物中不同分子大小、形状、电荷和极性等特性的物质分离出来。
它广泛应用于各种领域,如环境保护、医药制造、食品加工、化学工业和电子行业等。
本文将介绍膜分离技术的工作原理、分类和应用,并探讨其未来的发展前景。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术利用膜作为分离介质,将混合物分离成两个或更多的组分,其中其中至少有一种组分通过膜而另一种组分不直接通过。
根据膜分离的机制可以分为以下三种类型:1、压力驱动膜分离技术压力驱动膜分离技术是指通过施加压力将混合物推动到膜上,以实现分离的技术。
膜的孔径大小、膜的材质和压力差均会影响分离效果。
该技术主要包括超滤、逆渗透和微滤等。
超滤是指利用孔径大小在10-100纳米的超滤膜去除溶液中的高分子物质。
逆渗透是利用高压驱动水通过0.1纳米左右的逆渗透膜,将混合物中的水增量分离出来,这是制取纯水的主要技术之一。
微滤是利用孔径在0.1-10微米的微滤膜去除悬浮物、细菌和微生物等。
2、电力驱动膜分离技术电力驱动膜分离技术是利用电场将混合物推动到膜上,实现分离的技术。
例如电渗析技术是利用电场和离子之间的电荷作用,将含有离子的溶液通过电场驱动到离子交换膜中,使得原来溶液中的阴离子和阳离子在两侧集中,最终通过两个极板分别收集。
3、扩散驱动膜分离技术扩散驱动膜分离技术是指利用分子间的扩散速率的大小差异,将混合物中的混合物分离的技术。
例如气体分离、液体浓缩和溶液析出等。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和分离机制的不同,可以将膜分离技术分为以下几种类型:1、纳滤技术纳滤技术是利用孔径在10-100纳米的纳滤膜,将分子大小在10-100纳米之间的物质分离出来。
纳滤技术主要应用于制备高分子材料、微电子器件制造和水处理等领域中。
2、超滤技术超滤技术是利用孔径在0.01-0.1微米之间的超滤膜,将分子大小在1000道100万道之间的物质分离出来。
超滤技术主要应用于蛋白质提取、水处理、生物制品制备和废水处理等领域中。
膜分离技术
膜分离技术是一种工业分离技术,它采用膜作为储存屏障,通过使用渗透压差净化原料中的有机或无机多相混合物,可以有效地模糊、拆分和重组溶解物。
它可以被广泛应用于食品加工、生物制药、水处理、化学和石油等多个领域。
膜分离技术是利用膜分离系统把有机或无机质流通过不同宽度的膜。
通过对溶解物浓度、压力差、分子大小等变量进行调节来调节该系统,让它们沿一个特定的方向通过膜,使其中一种或多种化合物转移到另一边。
1. 水处理:膜分离技术可以用于净化水,使其去除有机污染物、含盐水和重金属污染物,同时可以调节水的性质,以满足各种生产和生活的需求。
2. 生物制药:膜分离技术可以用于从生物材料中提取蛋白质、核酸和活性成分,纯化有效成分,获取高品质的生物制剂。
3. 家用膜分离:家用膜分离器可以用来过滤家里供水系统,去除杂质,比如水垢、硬水、有机污染物等,得到净化后的清洁饮用水。
4. 食品加工:膜分离技术可以用来分离、纯化油脂物质,提取及重组营养素和香料,净化乳制品中的杂质,同时保留有益成分。
三、特点
1. 精度高:膜分离技术的精度比其他类型的分离和提取技术更高,可以有效地清除杂质,比如细菌、细菌毒素等;
2. 无毒无害:膜是一种完全无毒无害的材料,无论是清洗过程还是使用过程都不会对人体产生任何不良影响;
3. 成本低廉:膜分离技术的成本比其他类型的分离和提取技术更低;
4. 操作方便:膜分离技术的操作简单,在不影响其性能的情况下,可调节宽度和厚度以适应不同的分离需求。
总之,膜分离技术具有精度高、无毒无害、成本低廉、操作方便等诸多优点,因此,它会被广泛应用于食品加工、生物制药、水处理、化学和石油等多个领域。
常用的膜分离方法
常用的膜分离方法包括以下六种:
1. 微滤(Microfiltration,简称MF):微滤是一种以机械筛网为基础的膜分离技术,其孔径大小为0.1-10微米。
微滤适用于去除悬浮物、细菌、真菌、酵母等微生物,同时也可以用于分离和浓缩溶液中的大分子物质。
2. 超滤(Ultrafiltration,简称UF):超滤是一种以半透膜为基础的膜分离技术,其孔径大小为0.001-0.01微米。
超滤适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质,如水、氨基酸、葡萄糖等。
3. 纳滤(Nanofiltration,简称NF):纳滤是一种以半透膜为基础的膜分离技术,其孔径大小为0.001-0.01微米。
纳滤适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质,如水、氨基酸、葡萄糖等。
4. 反渗透(Reverse Osmosis,简称RO):反渗透是一种以高压为推动力的膜分离技术,其孔径大小为0.0001-0.001微米。
反渗透适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质,如水、氨基酸、葡萄糖等。
5. 正渗透(Forward Osmosis,简称FO):正渗透是一种以渗透压差为推动力的膜分离技术,其半透膜具有高渗透性能。
正渗透适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质,如水、
氨基酸、葡萄糖等。
6. 膜渗析(Permeation):膜渗析是一种以半透膜为基础的膜分离技术,其孔径大小为0.0001-0.001微米。
膜渗析适用于分离和浓缩溶液中的小分子物质,如水、氨基酸、葡萄糖等。
膜分离技术膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术,它是材料科学与介质分离技术的交叉结合,具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点,广泛应用于工业领域,尤其在食品、医药、生化领域发展迅猛。
据统计,膜销售每年以10%~20%的速度增长,而最大的市场为生物医药市场。
一膜分离技术1.1原理膜分离技术是一种使用半透膜的分离方法,在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力,对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
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。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术,其中在食品、药学工业中常用的有微滤、超滤和反渗透种。
1.2特点膜分离技术具有如下特点, (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。
1.3分类超滤的截留相对分子质量在1000~10000之间,选择某一截留相对分子质量的膜可以将杂质与目标产物分离。
超滤技术在生化产品分离中应用最早、最为成熟,已广泛应用于各种生物制品的分离、浓缩。
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。
纳滤可以采用两种方式提取抗生素,一是用溶剂萃取抗生素后,萃取液用纳滤浓缩,可改善操作环境;二是对未经萃取的抗生素发酵液进行纳滤浓缩,除去水和无机盐,再用萃取剂萃取,可减少萃取剂用量。
微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一,孔径在0.05~10um 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。
膜分离技术膜分离技术是一种通过特殊材料的筛选作用,将混合物中的不同成分分离出来的一种分离技术。
该技术广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域。
本文将对膜分离技术进行详细介绍。
一、膜分离技术概述膜分离技术是一种物理分离方法,它是利用膜对混合物进行分离、浓缩、纯化等过程。
通过膜的选择性渗透,可以将溶液中的化合物隔离出来,从而达到分离的目的。
膜分离技术相对于传统的分离技术,具有分离效率高、分离速度快、操作简单等优点。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和材质不同,膜分离技术可以分为以下几种类型:1. 逆渗透膜分离技术逆渗透膜分离技术是指利用一种半透膜,使水分子和溶质分子在压力作用下分别通过膜,从而实现水和溶质的分离。
逆渗透膜具有高的选择性,可对不同分子大小的物质具有不同的分离效果。
逆渗透膜广泛应用于饮用水处理、海水淡化、食品加工、医药制品等领域。
2. 超滤膜分离技术超滤膜分离技术是指利用具有一定孔径大小的多孔膜,用于从混合物中分离出溶质粒子。
超滤膜的分离效果与分子的大小、形状、电荷等因素有关。
超滤膜分离技术广泛应用于制浆造纸、制药、食品、环境保护等领域。
3. 离子交换膜分离技术离子交换膜分离技术是指利用离子交换膜,可实现离子的去除、富集和分离。
离子交换膜具有良好的化学稳定性和热稳定性,可对不同离子具有不同的吸附效果。
离子交换膜分离技术广泛应用于制药、化学工业、电子行业等领域。
4. 气体分离膜分离技术气体分离膜分离技术是指利用膜的选择性,将混合气体中的组分分离出来。
气体分离膜主要用于气体纯化和分离。
该技术被广泛应用于石油化工、石油天然气、空气分离等领域。
三、膜分离技术的应用1. 工业应用膜分离技术在工业上应用广泛,主要应用于纯化、浓缩、分离等领域。
例如,在糖果制造中,膜分离技术可用于果汁的浓缩和分离;在制药过程中,膜分离技术可用于分离纯化药品;在化工生产中,膜分离技术可用于溶液的分离和浓缩等。
2. 环境保护膜分离技术在环境保护中也有广泛的应用,主要用于污水的处理和饮用水的净化。
膜分离技术膜分离技术是材料科学和过程工程科学等诸多学科交叉结合、相互渗透而产生的新领域,是当代新型高效的共性技术,特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要,成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。
膜分离技术推广应用的覆盖面在一定程度上反映一个国家过程工业,能源利用和环境保护的水平。
膜分离技术以选择性透过膜为分离介质。
在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力,对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
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。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体膜分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法,与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换等)相比较,其过程大多为无相变化,可以在常温下操作,具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点。
1.微滤(MF)Microfiltration,其特点:对称细孔高分子膜,孔径0.03~10 nm,滤除≥50 nm的颗粒,以压力差为分离驱动力,透过物质:水、溶剂和溶解物,被截留物质:悬浮物、细菌和微粒子。
2.超滤(UF)Ultrafiltration,其特点:非对称结构的多孔膜,孔径l~20 nm,滤除5~100 nm的颗粒,以压力差为分离驱动力,透过物质:溶剂、离子和小分子,被截留物质:蛋白质、各类酶、细菌和乳胶。
3.纳滤(NF)Nanofiltration,其特点:1 nm的微孔结构,滤除相对分子质量在200~2000,以压力差为分离驱动力,透过物质:水、溶剂、相对分子质量<200,被截留物质:溶质、二价盐、糖和染料 (相对分子质量200~1000)。
4.反渗透(RO)Reverse Osmosis,其特点:带皮层的不对称膜、复合膜(<l nm),用于水溶液中溶解性盐的脱除,以压力差为分离驱动力,透过物质:水、溶剂,被截留物质:无机盐、糖类、氨基酸和BOD。
膜分离技术及应用1 膜分离技术的简介1.1 膜分离的概念利用膜的选择性(孔径大小),以膜的两侧存在的能量差作为推动力,由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
膜分离的一般示意性图见图1。
1.2 膜的简介在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质,把流体相分隔开来成为两部分,这一薄层物质称为膜。
膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体。
被膜分开的流体相物质图1 膜分离过程示意图是液体或气体。
膜的厚度应在0.5mm以下,否则不能称其为膜。
1.2.1 对于不同种类的膜都有一个基本要求:(1)耐压:膜孔径小,要保持高通量就必须施加较高的压力,一般模操作的压力范围在0.1~0.5Mpa,反渗透膜的压力更高,约为1~10MPa(2)耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要(3)耐酸碱:防止分离过程中,以及清洗过程中的水解;(4)化学相容性:保持膜的稳定性;(5)生物相容性:防止生物大分子的变性;(6)成本低。
1.2.2 膜的分类按孔径大小:微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构:对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分:有机高分子(天然高分子材料膜、合成高分子材料膜)膜、无机材料膜1.2.3 各种膜材料(1)天然高分子材料膜主要是纤维素的衍生物,有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。
其中醋酸纤维膜的截盐能力强,常用作反渗透膜,也可用作微滤膜和超滤膜。
醋酸纤维膜使用最高温度和pH范围有限,一般使用温度低于45~50℃,pH3~8。
再生纤维素可制造透析膜和微滤膜。
(2)合成高分子材料膜市售膜的大部分为合成高分子膜,种类很多,主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。
其中聚砜是最常用的膜材料之一,主要用于制造超滤膜。
聚砜膜的特点是耐高温(一般为70~80℃,有些可高达125℃),适用pH 范围广(pH=l~13),耐氯能力强,可调节孔径范围宽(1~20nm)。
但聚砜膜耐压能力较低,一般平板膜的操作压力权限为0.5~1.0MPa 。
膜分离技术膜分离技术是材料科学和过程工程科学等诸多学科交叉结合、相互渗透而产生的新领域,是当代新型高效的共性技术,特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要,成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。
膜分离技术推广应用的覆盖面在一定程度上反映一个国家过程工业,能源利用和环境保护的水平。
膜分离技术以选择性透过膜为分离介质。
在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力,对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
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。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体膜分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法,与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换等)相比较,其过程大多为无相变化,可以在常温下操作,具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点。
1.微滤(MF)Microfiltration,其特点:对称细孔高分子膜,孔径0.03~10 nm,滤除≥50nm的颗粒,以压力差为分离驱动力,透过物质:水、溶剂和溶解物,被截留物质:悬浮物、细菌和微粒子。
2.超滤(UF)Ultrafiltration,其特点:非对称结构的多孔膜,孔径l~20nm,滤除5~100nm的颗粒,以压力差为分离驱动力,透过物质:溶剂、离子和小分子,被截留物质:蛋白质、各类酶、细菌和乳胶。
3.纳滤(NF)Nanofiltration,其特点:1nm的微孔结构,滤除相对分子质量在200~2000,以压力差为分离驱动力,透过物质:水、溶剂、相对分子质量<200,被截留物质:溶质、二价盐、糖和染料(相对分子质量200~1000)。
4.反渗透(RO)Reverse Osmosis,其特点:带皮层的不对称膜、复合膜(<l nm),用于水溶液中溶解性盐的脱除,以压力差为分离驱动力,透过物质:水、溶剂,被截留物质:无机盐、糖类、氨基酸和BOD。
膜分离技术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。
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、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小。
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。
微滤(MF)通常孔径范围在0.1~1微米,大于1微米不能通过。
又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。
微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。
无机膜材料有陶瓷和金属等。
鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜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。
对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1~1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。
可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤(UF),膜两侧需压力差,膜孔径在0.05um至1nm之间,通常截留分子量范围在1000~300000。
是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05um至1nm 之间。
超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。
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。
对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000~300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
纳滤(NF),孔径为几纳米,截留分子量在80~1000的范围内。
是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术,其截留分子量在80~1000的范围内,孔径为几纳米,因此称纳滤。
基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。
对于纳滤而言,膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,通常截留率范围在60~90%,相应截留分子量范围在100~1000,故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。
反渗透(RO),以膜两侧静压为推动力,反渗透仅让水透过膜,能截留所有的离子。
是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性,以膜两侧静压为推动力,而实现的对液体混合物分离的膜过程。
反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分,因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点,而成为海水和苦咸水淡化,以及纯水制备的最节能、最简便的技术.已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。
反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。
反渗透的截留对象是所有的离子,仅让水透过膜,对NaCl的截留率在98%以上,出水为无离子水。
反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质,也即能截留所有的离子,在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛,如垃圾渗滤液的处理。
中文名膜分离技术内容分子水平上不同粒径分子的混合物时间20世纪初出现特点有效成分损失极少目录.1 技术简介.2 材料介绍.3 工艺优点.4 发展简史.5 现状.6 展望.7 应用领域.8 技术特点.9 工艺原理.10 工艺流程.11 清洗.12 保存.13 膜系统图.14 技术介绍一、技术简介膜分离是在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,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。
二、材料介绍膜是具有选择性分离功能的材料。
无机膜由于各种优良性能(如抗高温、耐酸碱等),已得到广泛应用。
由于技术发展水平限制,无机膜主要只有微滤和超滤级别的膜,主要是陶瓷膜和金属膜。
特别是超滤陶瓷膜,已经在很多行业得到应用,如重金属废水处理与回收。
三、工艺优点(1)在常温下进行有效成分损失极少,特别适用于热敏性物质,如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩(2)无相态变化保持原有的风味,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8(3)无化学变化典型的物理分离过程,不用化学试剂和添加剂,产品不受污染(4)选择性好可在分子级内进行物质分离,具有普遍滤材无法取代的卓越性能(5)适应性强处理规模可大可小,可以连续也可以间隙进行,工艺简单,操作方便,易于自动化(6)能耗低只需电能驱动,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8四、发展简史膜分离现象广泛存在于自然界中,特别是生物体内,但人类对它的认识和研究却经过了漫长而曲折的道路。
膜分离技术的工程应用是从20世纪60年代海水淡化开始的-1960)年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜,这种膜具有推对称结构,从此使反渗透从实验室走向工业应用。
其后各种新型膜陆续问世,1967年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件;1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Pemiasep B-9”中空纤维膜组件,并获得1971年美国柯克帕特里克化学工程最高奖。
从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展,随后在世界各地相继应用。
其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。
膜在大自然中,特别是在生物体内是广泛存在的。
我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。
60年代进入开创阶段。
1965年着手反渗透的探索,1967年开始的全国海水淡化会战,大大促进了我国膜科技的发展。
70年代进入开发阶段。
这时期,微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来,80年代跨入了推广应用阶段。
80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。
五、现状随着我国膜科学技术的发展,相应的学术、技术团体也相继成立。
他们的成立为规范膜行业的标准,在促进膜行业的发展中起着举足轻重的作用。
半个世纪以来,膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变,成为一项高效节能的新型分离技术。
1925年以来,差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。
由于膜分离技术本身具有的优越性能,故膜过程已经得到世界各国的普遍重视。
在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天,产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。
曾有专家指出:谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。
80年代以来我国膜技术跨入应用阶段,同时也是新膜过程的开发阶段。
在这一时期,膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。
并且,在这一时期,国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。
这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场,为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。
六、展望当前,膜分离技术已获得巨大的进展,但它毕竟还是处于上升发展阶段,还有许多工作要我们去做。
21世纪的膜科学与技术将进一步改进、完善已有的膜过程,不断探索和开拓新的过程与材料,并不断扩充原有的应用领域,使膜技术发挥更大的作用。
七、应用领域具体涉及领域主要有:医药工业、食品工业(明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等)、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。
超滤早期的工业超滤应用于废水和污水处理。
三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。
纳滤纳滤的主要应用领域涉及: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、环保工业等。
反渗透由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点,在国民经济各个部门都得到了广泛的应用,主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩,主要应用领域包括以下:食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物(农产品)深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。
其他除了以上四种常用的膜分离过程,另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离、液膜分离法等。
八、技术特点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。
它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、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小。
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。
微滤(MF)又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。
微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。
无机膜材料有陶瓷和金属等。
鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜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。
对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1~1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。
可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤(UF)是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05um至1nm 之间。
超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。
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。
对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000~300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。