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膜分离技术培训资料基本知识及概念1、膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。
通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
2、分离膜的特点是膜壁遍布微小孔洞，根据孔径的大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。
除透析、电渗析之外，反渗透、纳滤、超滤、微滤都是在膜两侧静压差推动力作用下进行液体混合物分离的膜过程，用以分离含溶解的溶质或悬浮微粒的液体。
其中溶剂或小分子溶质透过膜，溶质或大分子被膜截留。
其基本原理示意如图。
3、膜的分类3.1 按膜的材料分类类别膜材料举例纤维素酯类纤维素衍生物类醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等非纤维素酯类聚砜类聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亚)胺类聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等聚酯、烯烃类涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)类聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他壳聚糖，聚电解质等3.2 按膜的分离原理及适用范围分类根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
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、聚丙稀、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1000um分子量之间。
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。
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。
膜技术膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类： 微滤（Microfiltration ，MF ）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025~14μm 之间； 超滤（Ultrafiltration ，UF ）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02 μm ，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质； 反渗透（Reverse osmosis ，RO ）：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001 μm 之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；纳滤：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm ；微滤、超滤、纳滤和反渗透膜的分类与物性反渗透纳滤超滤微滤单价盐不游离酸水悬浮粒子大分子糖二价盐游离酸×●◆■▲×●◆■▲×●◆■▲×●◆■▲××××●◆■▲●◆■▲●◆■▲◆◆◆●■▲●■▲●■▲●●●■▲■▲■▲■■■▲▲▲膜分离法与物质大小（直径）的关系膜分离的特点①操作在常温下进行；②是物理过程，不需加入化学试剂； ③不发生相变化（因而能耗较低）； ④在很多情况下选择性较高；⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；⑥设备易放大，可以分批或连续操作。
因而在生物产品的处理中占有重要地位原理膜技术是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。
膜的分类膜装置有板式、管式（内压列管式和外压管束式）、卷式、中空纤维式等形式。
膜分类根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径的不同，可分为微孔过滤、超滤和反渗透（纳滤）三种。
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。
膜分离膜：一种或两种流体相之间加入一层薄的凝聚相物质。
将流体相分割成两部分，这一薄层物质称为膜。
膜的厚度一般为0.5mm以下。
膜是由均一的单相或由两相以上聚合物构成的复合体，稳定存在于流体相之间。
膜具有选择透过性，并在两侧形成独立的相界面，并可使两相之间发生传质作用。
对称膜膜截面的膜厚方向上孔道分布均匀。
对称膜的传质阻力大，透过量低，并且容易污染，清洗困难。
不对称膜起膜分离作用的表面活性层：膜层很薄，孔径微细，通透量过大，膜孔不易堵塞，易清洗。
起支撑强化作用的情性膜：惰性层孔径较大，对流体透过无阻力。
第一节、膜技术1.膜技术的概念：在一定推动力(压力等)的作用下，依靠膜的选择性(孔径、静电力等)将液体中的组分进行分离或浓缩的方法。
2.膜分离过程的原理：选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力时，由于溶液中各组分透过膜的迁移速率不同，从而达到混合物分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的。
通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为下游。
膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的。
3.常见膜分离类型：①微滤(Microfiltration, MF)②超滤(Ultrafiltration,UF)③纳滤④反渗透(Reverse osmosis，RO)⑤透析(Dialysis, DS)(1)微滤利用筛分原理，分离、截留直径为0.02μm到1μm大小的粒子，即微滤膜的孔径为0.02μm到10μm。
采用压力为0.05~0.5Mpa。
主要在细胞收集、液-固分离等方面使用分离机制：①物质在膜表面及微孔内的吸附截留（深层过滤)②架桥截留（滤饼层过滤）③膜表面的机械截留(筛分作用)(2)超滤超滤是一项分子级膜分离手段，以压力差为推动力将不同分子量的物质进行选择性分离。
它可分离分子量从3kDa~1000kDa的可溶性大分子物质，对应孔径为1nm到20nm。
采用压力为0.1~IMPa，用途广泛。
膜分离技术教学目的与要求：1、了解和熟悉膜分离技术的原理2、掌握膜分离技术的主要操作步骤重点与难点：掌握膜分离技术的主要操作步骤教学方法：多媒体一、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。
1.膜的概念（1）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。
（2）膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体（3）被膜分开的流体相物质是液体或气体（4）膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜。
2、膜分离技术的类型和定义膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类：（1）微滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025~14μm之间；（2）超滤：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02 μm，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；（3）反渗透：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001 μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；（4）纳滤：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm；（5）电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；3、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：合成有机聚合物膜、无机材料膜4、膜材料的特性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；5、各种膜材料（1）有机高分子膜：纤维素酯膜、缩合系聚合物（聚砜类）、聚烯烃及其共聚物、脂肪族或芳香族聚酰胺类聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；（2）无机多孔膜：陶瓷膜二、膜组件管式、中空纤维、螺旋卷绕式、平板式共同的特点（1）尽可能大的膜表面积（2）可靠的支撑装置（3）可引出透过液（4）膜表面浓度差极化达到最小三、超滤和反渗透目的：将溶质通过一层具有选择性的薄膜，从溶液中分离出来分离时的推动力都是压强，由于被分离物质的分子量和直径大小差别及膜孔结构不同，其采用的压强大小不同。
Cation, Anion 电渗析除盐过程
第七章
离子交换膜的选择性透过机理
膜
对
隔板甲、乙连接的配水孔与流水道的布水槽位置不同。
第七章19
第2节电渗析
基本组装方式
第七章21
第2节电渗析
电能效率：
衡量电能利用程度的一个指标，
但在阴膜中，由于Na+不能通过，
补充此差需要动用边界层中的Cl-
层之间存在浓度差。
当i过大时，C’趋于0，水分子开始电离，参加迁移
浓差极化现象
第2节电渗析
3．极限电流密度
(1) 定义
使膜界面层中产生浓差极化现象时的电流密度称为极
极限电流密度确定
第七章28
第2节电渗析
倒换电极前后结垢情况示意图
第2节电渗析
+
(Na
第七章
37
扩散渗析示意图
第七章
38
采用扩散渗析法从酸洗钢材废液中回收硫酸
第3节扩散渗析本节思考题
一、压力驱动膜分离类型
第4节压力驱动膜分离
第七章
45
第七章
46
卷式膜组件示意图
第七章47卷式膜组件示意图
3. 工艺系统
a 膜面附近的溶质浓度分布各种不同截留分子量的超率膜
第七章
含乳化油的水超滤时的J w —ΔP 关系
第七章59管式
第4节压力驱动膜分离第七章60
中空纤维式
第4节压力驱动膜分离
UF装置
天津TEDA经济开发区
“双膜”污水回用工艺
RO装置
第七章64。
