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第十一章 膜分离技术

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膜分离技术

膜分离技术

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。

【正式版】膜分离技术PPT文档

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• ③ 多数膜分离过程中组分不发生相变化，所以能耗较 目前反渗透已经广泛应用于超纯水预处理、废水处理，食品工业中果汁、乳浆浓缩，重金属回收等领域。
所处理的流体可以是气体或液体；
低； 渗透压和浓差极化的概念也适用于纳滤过程。
纳滤是近20年来在反渗透基础上发展起来的膜分离过程，是膜技术领域研究热点之一。
（四）膜的使用
• ①膜性能评价
• 膜的性能包括物化稳定性和分离透过特性两个 渗透压和浓差极化的概念也适用于纳滤过程。
J——膜的透过通量，L/（m2·h）；
方面 。 凡是高分子链上连接的是酸性活性基团，称为阳离子交换膜。
氢气的回收与利用
• 透过速率（通量） J=V/At 纳滤膜的工业应用：纳滤适用于水的净化和软化 ，广泛用于化学工业废水和生活用水的净化；
• 板框式膜分离器的原料流动截面大，不易堵塞 ，压降较小，单位设备体积内膜面积可达160 ～500m2,膜易于更换。
• 缺点是安装、密封要求较高。
• ②螺旋卷式膜组件
• 螺旋卷式膜组件已实 现机械化生产，大大 提高了卷筒质量。螺 旋卷式膜组件结构紧 凑，单位体积内膜面 积可达200～ 800m2/m3，相对成 本较低，但膜清洗比 较困难。
膜分离技术
学习要求
1、掌握的内容 膜分离过程基本原理和特点；膜的分类和特点；几种 膜组件的特点；膜性能评价方法；膜污染的危害和控 制方法；渗透现象和浓差极化现象对膜过程的影响。
2、理解的内容 微滤、超滤、纳滤、反渗透的分离原理与应用领域；气
体分离、透析的分离原理与应用领域；离子交换膜的 分离原理与应用领域。 3、了解的内容 膜蒸馏、膜吸收和膜反应器的原理和特点。
达到脱除或富集电解质的膜分离操作。 它是电渗析过程起到分离作用的基本原因。
第十一章 膜分离技术

第十一章 膜分离技术


主要应用有：纳滤精制低聚糖；对青霉素等抗生素进行浓缩和纯化等
二、电力驱动膜分离过程

以电位差为推动力的膜分离过程典型代表为电渗析（ED），电 渗析是利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法。

电渗析的结构和工作原理

电渗析的应用
电渗析是一种相当成熟的膜分离技术，主要用于海水的淡化、苦咸水除 盐、制备纯水以及从体系中脱出电解质等处理。此外，电渗析还可以 在制药行业中用于纯水的制备。
聚四氟乙烯微滤膜电镜照片

微滤的应用
微滤在所有膜分离过程中应用最普遍、销售总额最大。制药行业中的 除菌过滤、中药液体制剂澄清;中药复方提取液的除杂，在不影响药效 的情况下具有较好的澄清除杂效果。
（二）超滤
超滤（UF）膜多为不对称膜，操作静压差一般为0.1~0.5MPa，被分 离组分直径大约为0.01~0.1um，即截留组分的相对分子质量介于 500~1000000的大分子和胶体粒子。
影响膜的使用寿命，增加操作费用

2、膜的分类 根据驱动力的不同，膜分离过程大致分为三类： 压力 驱动膜过程，浓度差驱动膜分离过程和电力驱动膜过程。
其中压力驱动膜过程又进一步分为：微滤、超滤、纳滤和反渗透。
随着膜制备技术的不断提高，膜分离吉利的研究不断深入以及分离 技术与其他技术的广泛结合，膜分离技术得到了迅速发展，逐渐成为 药物分离和纯化的重要方法。
一、膜分离的特点及分类
膜分离过程是指利用天然的或合的、具有选择透过性的薄膜作为分
离介质，在浓度差、压力差等作用下，使混合液体或气体混合物中的某一或某些
组分选择性地透过膜，已达到分离、分级、提纯或浓缩目的。 1、膜分离的特点
（1）以具有选择透过性的膜分隔两相界面，被膜分隔的两相之间依靠
第十一章 亲和膜

第十一章 亲和膜

生物大分子在亲和膜亲和配位基间隔臂分子生物大分子混合物试剂纯化的产物顶替试剂分子基质材料除了达到一般膜材料的要求即容易成膜具有良好的化学和机械稳定性外还要求与生物活性物质具有良好的相容性和耐细菌性更主要的要有良好的化学反应性能以便进行活化
第 十一 章
亲和膜
Affinity Membrane
1. 亲和膜 亲和膜(AM)概述 概述
2
2. 亲和膜分离过程
活化后的膜材料1与间隔臂分子 产生化学结合， 与间隔臂分子2产生化学结合 ① 活化后的膜材料 与间隔臂分子 产生化学结合，生成带间 隔臂的膜3； 隔臂的膜 ； 间隔臂膜3与具有生物特异性的亲和配位基 共价结合， 与具有生物特异性的亲和配位基4共价结合 ② 间隔臂膜 与具有生物特异性的亲和配位基 共价结合，生 成带配位基的亲和膜5； 成带配位基的亲和膜 ； 多组分生物大分子混合物6通过亲和膜时 通过亲和膜时， ③ 多组分生物大分子混合物 通过亲和膜时 ， 混合物中与亲 和配基具有特异性相互作用的物质7与膜上的配位基产生 和配基具有特异性相互作用的物质 7 与膜上的配位基产生 相互作用， 生成配合物质8而在膜上吸附 ， 没有相互作用 相互作用 ， 生成配合物质 而在膜上吸附， 而在膜上吸附 的物质9则通过膜 则通过膜； 的物质 则通过膜； 选用一种能与膜上的亲和配基产生相互作用的试剂10通过 ④ 选用一种能与膜上的亲和配基产生相互作用的试剂 通过 膜或调节体系的pH、离子强度、 膜或调节体系的 、离子强度、温度等使形成的配合物解 离而洗脱得到纯化好的物质11， 离而洗脱得到纯化好的物质 ，膜上亲和配基则被顶替物 占有； 质12占有； 占有 选用合适的洗涤试剂洗脱试剂分子12，使膜再生。 ⑤ 选用合适的洗涤试剂洗脱试剂分子 ，使膜再生。
7
膜分离工程 第十一章 智能膜材

膜分离工程 第十一章 智能膜材


Application
Taste Sensor
味觉传感器可以对许多化学物质有敏感性，可以 检测出水的软硬度及其中是否含有有害物质。目前，
转变法制备成不同结构的微孔膜，在众
多有机高分子膜材料中成为佼佼者，已 经形成了一系列的PVDF分离膜。
Application
Separation
智能释放系统，可以对诸如pH值，基质，二价离子，温度、光及电 场作出响应。这种响应系统是将丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺 （PNIPAAm）及多官能团单体直接进行均聚或共聚形成高分子膜或者 将单体以浸渍或喷雾的方法涂敷至微孔PET薄膜上，然后以γ-射线或紫 外光辐照引发单体混合物在膜孔壁上接枝成一水凝胶层。这一水凝胶层 可以响应外界环境的变化，成为微孔内“传感-促动”阀门，控制微孔的 开闭。因此，当待分离混合物通过凝胶膜时，借助外界环境的改变来调 节孔径大小，从而达到分离不同物质的目的。
中充当了分子开关，当温度低于ELPs的LCST时，所有聚乙二醇(PEG)样品 水溶液，无论其分子量为多大，都无法透过这种复合膜；而当温度高于 ELPs的LCST时，分子量低于5000 Da的PEG样品水溶液能够透过复合膜， 分子量高的PEG仍无法透过。所以这种含有ELPs的复合膜可以通过改变其 渗透性的“开”“关”状态实现对不同分子量物质的选择过滤.
Application
Gas Sensor
利用一种类型的气敏传感器可以检测某一类特 定性质的气体。
如利用丙烯—丁烯共聚物敏感膜元件，就是利用其与 有害气体如甲苯、二甲苯、乙二醚、氯仿等有相似 溶解参数的性质，将其浇注在石英振片表面制的气 体传感器的。 用CA和钌联吡啶（一种荧光指示剂）配合物作敏膜， 将其溶液滴于光纤传感器感端面，可以制备光纤氧 气传感器。利用荧光物质的荧光强度或寿命与氧气 浓度的关系可以实现对氧气浓度的检测
第十一章 分析化学中常用的分离和富集方法

第十一章 分析化学中常用的分离和富集方法




二、痕量组分的共沉淀分离和富集
在重量分析中共沉淀现象是一种消极因素，在 分离方法中，却能利用共沉现象来分离和富集微量 组分。即加入某种离子同沉淀剂生成沉淀作为载体， 将痕量组分定量地沉淀下来，然后将沉淀分离，溶 解在少量溶剂中，以达到分离和富集的目的。 例如，海水中含UO22+的量为2～3ug· -1，不能 L 将铀直接测定和沉淀分离。但可在1 L海水中，调 pH为5～6，用AlPO4 共沉淀UO22+ ，过滤洗净后， 再将沉淀物用10mL盐酸溶解。如此，既将铀从海 水中分离出来，又将铀的浓度富集了近100倍。

实际分析方法：常常有一些干扰。通常采用 掩蔽方法消除干扰。在严重干扰的情况下，必须 采用分离方法，使干扰组分与待测组分分离。

采用分离方法的同时也能对待测组分进行富 集和浓缩。
对于常量组分的分离和痕量组分的富集，总 的要求是分离要完全，即：待测组分的回收率要 符合一定要求。


表示
分离效果通常以回收率（ RA ）和分离因数（ SB/A ）
三、挥发和蒸馏分离法
依据物质挥发性的差异进行的分离法称为蒸
馏分离法。可以用于分离干扰组分，也可以使被
测组分定量分出后再测定。该方法对无机物的分 离选择性较高。

例如可控制不同的馏出温度将SiF4 、GeCl4 、 AsH3 、AsCl3 、SbCl3 等从待测体系中馏出，定量 吸收之后，选用适宜的方法再进行测定。
QA RA 0 100% QA

式中，QA是分离出来待测组分A的质量， Q0A是试样中A 的总质量。 回收率当然越高越好，实际工作中待测组分难 免会有损失。分析化学中常用加标法测定回收率。对 回收率的要求视待测组分的大小而定，如表所示。 A ﹥1% 99.9% 0.01%～ 1% 99% ～0.01% 90%-95%
膜分离技术 ppt课件

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式中 V ―透过溶液的体积 S ―膜的有效面积 t ―运转时间
10
3 通量衰减系数
膜的渗透通量衰减是由于过程的浓差极化、膜孔的 堵塞等原因造成的，将随时间衰减。
Jt =J1 tm
式中
Jt ―膜运转t小时的透过速度 J1 ―膜运转1h的透过速度 m ―通量衰减系数
11
截留分子量
膜孔的大小是表征膜性能的一个重要参数，通常用截 留分子量表示膜的孔径特征。
膜分离技术
1
内容提纲
膜技术的发展历史 膜技术的基本原理 膜技术加工的工艺设备 膜技术的特点 膜技术在食品中的应用 膜技术的发展前景
2
膜技术的定义
膜技术是用天然人工合成的高分子薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分的溶 质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。 可利用液相和气相，对于液相分离，可用于水 溶液体系、水溶胶体系以及非溶液体系等。膜 技术是一种分子水平上的分离技术。
3
1 膜技术的发展历史
Abble Nollet 发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪 1978年 膀胱内，首次揭示了膜分离现象
1816年 Schmide首先提出超滤
1864年 1918年
Traube制成第一片人造膜——亚铁氰化铜膜 Zsigmomdy提出商品微孔滤膜制造法
1953年 1960年 1961年
22
23
24
膜污染
膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒 子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械 作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径 变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变 化现象。
气体分离过程用的是一种均聚物制成的非对称膜, 这一过程主要 用于气体及蒸汽的分离。
膜分离技术PPT

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优化膜结构
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
膜分离技术

膜分离技术

1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙-66为主要组 分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦DDS公 司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业 化。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实 现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称 UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简 称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。
有机物
反渗透 压力差 溶剂的扩散传递 水、溶剂
溶质、盐
复合膜
非对称性膜 复合膜
膜过程 推动力 传递机理
透过物
渗析
浓度差
溶质的扩散传 低分子量物、
递
离子
电渗析 电位差
电解质离子的 选择传递
电解质离子
气体分 离
压力差
气体和蒸汽的 扩散渗透
气体或蒸汽
渗透蒸 发
压力差
选择传递
液膜分 离
浓度差
反应促进和 扩散传递
原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料 均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化 膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要 求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜 的制备技术。
3
目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯 类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说， 已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已 被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类 膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其 他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中 占主要地位。
常见材料的最高允许使用温度
名称
CA（Cellulose Acetate） 聚酰胺 聚苯并咪唑 聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚 磺化聚砜 聚醚砜酮
温度
35 35 90 70 70 120 160
粮油加工带答案的题库第十一章

粮油加工带答案的题库第十一章

第十一章现代加工技术在粮油加工业中的应用一、填空题1. 粮油加工业主要的现代加工技术有、、、。

答案：生物技术、超临界流体萃取技术、微波技术、微胶囊技术、膜分离技术、挤压膨化技术2. 生物技术在粮油加工业的应用主要有、、、。

答案：酶法提油技术、酶法油脂改性技术、变性淀粉生产、微生物油脂生产、油饼脱毒、粮油原料品质改良3.酶法提取植物油工艺根据酶作用环境，酶法提油工艺分为、、。

答案：水酶提油工艺、溶剂水相酶法工艺、低水分酶工艺4.影响酶解提油因素主要有、、。

答案：油料破碎程度、酶的种类、浓度5.所谓油脂的酶法改性，就是利用有选择性地催化甘油三酯的分解或合成，从而有目的地改变油脂的结构和组成。

答案：脂肪酶6.脂肪酶根据其来源可分为、、。

答案：动物脂肪酶、植物脂肪酶、微生物脂肪酶7.脂肪酶在不同反应体系中，进行的反应有所不同，在水相体系中，脂肪酶能够催化反应，在无水或微水体系中则可催化反应。

答案：甘油三酯水解、酯化和酯交换8. 酶制剂在淀粉工业的新用途主要有、、。

答案：制造微孔淀粉、制备淀粉薄膜、制备醋酸酯淀粉9. 酶在焙烤工业中应用很多，在制造面包等糕点时常用的α-淀粉酶有、、。

答案：真菌α-淀粉酶、细菌α-淀粉酶及麦芽糖α-淀粉酶10.在微生物油脂的生产过程中，菌体的预处理是关键步骤之一，预处理方法主要有、、、。

答案：掺砂共磨法、与盐酸共煮法、菌种自析法、蛋白质溶剂变性法、反复冻融法、超声波破碎法11.常采用的微生物油脂提取方法有、、。

答案：酸热法、索氏提取法、超临界CO萃取法、有机溶剂法212.植物基因工程在粮油品质改良中的应用有、、。

答案：油脂改良、蛋白质改良、碳水化合物改良、其它营养成分的提高13.根据螺杆的相对位置双螺杆挤压机可分为、、。

答案：非啮合型、部分啮合型、全啮合型14. 分子蒸馏的原理是借助于在一定的温度和真空度下不同物质的分子差异实现液体混合物中轻重分子的分离。

答案：运动平均自由程15.微胶囊化方法大致分为三类、、。

膜分离技术

膜分离技术

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》PPT课件

蛋白质、无机盐
缓冲液
精选ppt
无机盐
34
2. 微 滤
以多孔薄膜为过滤介质，压力差为推动力，利用 筛分原理使不溶性粒子（0.1-10um）得以分离的 操作。操作压力0.05-0.5MPa。
精选ppt
35
• 微滤应用 1) 除去水/溶液中的细菌和其它微粒； 2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白 质等多种溶液中的菌体； 3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的 悬浊物、微生物和异味杂质。
F
精选ppt
11
17.1 膜材料 与膜的制造
精选ppt
12
膜材料的特性
• 对于不同种类的膜都有一个基本要求：
– 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压 力，一般膜操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透 膜的压力更高，约为1~10MPa
– 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 – 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； – 化学相容性：保持膜的稳定性； – 生物相容性：防止生物大分子的变性； – 成本低；
孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
精选ppt
28
4完整性试验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。
• 将超滤器保留液出口封闭， 透过液出口接上一倒置的 滴定管。自料液进口处通 入一定压力的压缩空气， 当达到稳态时，测定气泡 逸出速度，如大于规定值， 表示膜不合格。
× 保留液 出口封闭
压缩空气
• 透析过程中透析膜内无流体流动，溶质 以扩散的形式移动。
精选ppt
32
透析原理图
大分子
透析膜 小分子
水分子
精选ppt
33
透析法的应用
常用于除去蛋白或核酸样品中的盐、变性剂、还原剂之类 的小分子杂质，

膜分离技术课件

⑤严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化。
共四十三页
减少浓差极化的有效途径：
1、减少边界层厚度 2、提高传质系数 方法： 1，增加料液流速；增加湍流(tuānliú)速度； 2，提高温度；清洗膜面。
共四十三页
6.3.3 膜分离过程(guòchéng)
膜分离过程推动力：压力(yālì)差、浓度差、电位差等。
向运动，易穿过阳膜，被阴膜挡住，带负电荷离子反之。 4. 结果
2、4隔室中离子浓度增加，3室离子浓度下降。
共四十三页
二、电渗析中传递过程 （1）反粒子迁移(qiānyí)； （2）同名离子迁移； （3）电解质离子迁移； （4）水的渗透； （5）渗漏； （6）水的电渗析。 三、电极反应和电极电位 浓、淡隔室及膜中导电：离子型 电极上导电：电子型
主要特点：
① 分离选择性高。
② 分离作用不受组分汽液平衡的限制(xiànzhì)，而主要受组分在膜内的渗透速率的 控制。
③ 渗透通量低，一般小于1000g/m2h 。
④ 过程中有相变。
⑤ 在操作过程中，进料侧原则上不需加压，所以不会导致膜的压密。在操作过
共四十三页
应用场合：
①从混合液中分离出少量物质，如有机物中少量水的脱除，水中少量挥发性有机物的脱除；
共四十三页
共四十三页
2.电渗析过程(guòchéng)
1
+++++++++++
N
+ a
阳膜 阳级
2
Cl
N
+ a
Cl
N
+ a
阴膜 浓缩室
+
—

膜分离技术简介ppt课件


0
0.05
0.1
0.15
0.2
膜压差/MPa
15
反浸透通量的影响要素
操作压差—压差越大，浸透通量越大，但浓差极化比增大，膜外表溶液浸透压升高，推进 力不能按比例增大
温度—温度升高，纯水透过系数增大，同时浓差极化减小，浸透压降低，推进力增大，通 量增大。
料液流速—流速大，传质系数增大，浓差极化比减小，浸透通量增大。 料液的浓缩程度—浓缩程度高，水的回收率高。但浸透压高，浸透通量小，且已呵斥膜污
烯、聚氯乙烯、硅橡胶等。 无机膜的制备已成为研讨热点，其增长速度远快于聚合物膜。 以金属及氧化物、陶瓷、多孔玻璃和某些热固性聚合物为资料。其热力学、化学稳定性好，
运用寿命长。 陶瓷膜的运用较好。 根据分别过程和分别对象选择适宜的膜资料
9
膜的分类
10
膜的性能
膜的根本性能包括膜的分别透过特性和物化稳定性两方面。 物化稳定性：膜的空隙率、孔构造、外表特性、机械强度、化学稳定性、允许运
普通反浸透膜微孔尺寸在10A左右，操作压力为1.0-10.0Mpa,切割分子量小于500，能截留 盐或小分子量有机物，可使水中离子的含量降低96-99%。
14
反浸透影响要素分析 ——压差对脱盐率、膜通量、传质系数的影响
脱盐率/%、膜通量
70
60
50 40 30 20
脱盐率 膜通量 传质系数

10
0
膜分别技术简介
;.
1
膜分别过程特点
一切的分别过程都是利用在某种环境中混合物中各组分性质的差别进展分别。 ——过滤操作是指流体中两种或两种以上组分基于尺寸差别的分别过程。常规的过滤普通
是指固液分别或气液分别。 ——膜分别过程将这一运用扩展到了固体或液体溶液中溶解性物质的分别。即以选择性透
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药液除菌过滤使用的大多是乙酸纤维膜。
（2）合成有机高分子膜
合成高分子膜材料应用最多，主要有聚砜、
聚酰亚胺、芳香聚酰胺、聚丙烯晴、聚烯烃、聚乙烯醇、尼龙、聚碳酸酯
等。
目前，芳香聚酰胺和杂环类膜材料主要用于反渗透和纳滤。聚酰亚胺
已用于超滤、反渗透和气体分离膜的制备。聚砜是超滤、微滤膜的重要材
料，由于抗压密性和抗氧化性强，也是良好的复合膜支撑材料，但其疏水
二、分离膜
膜是指分隔两相界面并以特定的形式限制和传递
各种物质的分离介质。
（一）膜的种类和结构
1、膜的种类
根据来源不同可分为：天然膜和合成膜。
根据相态不同合成膜可分为：固体膜、液体膜和气体膜，目前 大规模工业应用的是固体膜。
根据材质不同固体膜可分为：有机膜和无机膜；按结构又分为 致密膜和多孔膜。
膜劣化是指膜材质自身发生了不可逆转的变化，从而导致膜性能改变。 导致膜劣化的原因可分为化学、物理及生物三个方面。
本章主要讨论制药工业中一些常用膜分离过程的工作原理、传质机理、 分离效果、装置及应用情况。
掌握内容： 膜分离过程基本原理和特点； 膜的分类和特点； 几种膜组件的特点； 膜性能的评价方法； 膜污染的危害和控制方法； 渗透现象和浓差极化现象对膜过程的影响
第一节 膜分离技术与分离膜
一、膜分离的特点及分类
膜分离过程是指利用天然的或合的、具有选择透过性的薄膜作为分 离介质，在浓度差、压力差等作用下，使混合液体或气体混合物中的某一或某些 组分选择性地透过膜，已达到分离、分级、提纯或浓缩目的。
1、膜分离的特点 （1）以具有选择透过性的膜分隔两相界面，被膜分隔的两相之间依靠 不同组分透过膜得速率差来实现组分分离。 （2）膜分离过程无相变发生，能耗低，无需外加物质，对环境无二次污染之忧。 （3）分离过程通常在温和条件下完成，适用于热敏性药物的分离、分级、浓缩。 （4）膜组件结构紧凑，处理系统集成化、操作方便；处理过程能耗较低、单机 分离效率高、无污染等优点。
电渗析的结构和工作原理
电渗析的应用 电渗析是一种相当成熟的膜分离技术，主要用于海水的淡化、苦咸水除
盐、制备纯水以及从体系中脱出电解质等处理。此外，电渗析还可以 在制药行业中用于纯水的制备。
三、浓度差驱动膜分离过程
以浓度差为推动力的膜分离过程主要是渗析，也叫透析。在渗析中料 液和渗析液分别从膜两侧通过，料液和渗析液中的小分子溶质在膜两 侧浓度梯度的推动下，通过膜扩散相互交换。由于各组分的分子大小 和溶解度不同，使得不同溶质的扩散速率也不同，通过选择适当膜孔 径的渗析膜可实现分子大小不同组分分离目的。在实际中常用来脱除 混合溶液中的低分子量组分，达到浓缩的目的。
表11-3絮凝-超滤法和醇沉法处理刺五加提取液的比较
样品成分 总黄酮（mg/L） 蛋白质（mg/L） 澄清度（OD460）
初提液 醇沉处理 超滤透过液
0.927 0.893 0.823
232.1 38.8 0.033
1.240 0.796 0.432
（三）反渗透
1、渗透和反渗透
渗透：将溶剂和溶液用半透膜隔开，并且这种膜只能透过 溶剂分子而不能透过溶质分子。若膜两侧的静压力相等， 将发生溶剂分子从溶剂侧透过膜到溶液侧的渗透现象。
根据膜的电荷情况可分为荷电膜和非荷电膜。荷电膜结构中载 有固定的正电荷或负电荷。包括离子交换膜、反渗透膜和纳滤膜。离 子交换膜又分为阴离子交换膜和阳离子交换膜。
2、膜的结构 根据膜的断面结构及制备过程可分为对称膜、不对称膜和复合膜。
对称膜和不对称膜示意图
（二）膜材料
膜的断面结构示意图
目前使用的分离膜大体上分为三类：天然高分子膜、合成高分子膜和
膜的截留率与截留分子量、膜的渗透通量等，同时还应有膜的使用温 度范围、PH范围、抗压能力和对溶剂稳定性等参数。
膜的选择性和渗透通量是以压力为驱动力膜分离过程两个非常重要的 技术指数。
膜的选择性常用截留率R0来表征，表达式为
R0=1-cp/cm
由于cm不易测得，通常用料液浓度cb替代，此时截留率为表观截留率R
无机膜。前两者合称为有机高分子膜 。分离过程中对膜的要求是：具有良
好的成膜性、热稳定性好、化学稳定性，耐酸、碱和微生物侵蚀及耐氧化
性能。
1、有机膜材料
（1）天然高分子膜
天然高分子膜主要为纤维素的衍生物，是应用
最早，也是目前应用最多的膜材料。主要用于反渗透、超滤、微滤，在气
体分离和渗透汽化中也有应用。如乙酸纤维、硝酸纤维等，在注射针剂中
膜污染就是指由于膜表面形成了吸附层或膜孔赌塞等外部因素导致膜 性能下降的现象。
不同的膜分离过程，膜的污染程度和造成原因也不同。微滤膜的膜污 染主要是由颗粒在膜孔径内堵塞和在膜表面形成凝胶层造成的；超滤 膜所遇到的污染问题主要是由浓度极化造成的；反渗透和纳滤为无孔 膜，污染主要是溶质在膜表面吸附和沉积作用造成的。
（1）溶解-扩散理论 Lonsdale和riley等人将反渗透膜的表面层设想为 致密无孔，并假设溶剂和溶质均溶解于非多孔膜表面层内，溶解情况 服从亨利定律，然后各自在浓度差或压力差作用下扩散通过膜，再从 膜的另一侧解吸出来。
（2）优先吸附-毛细孔流理论 当水溶液与高分子多孔膜接触时，由于 膜的化学性质对溶质排斥，对水分子优先吸附，则在膜与溶液界面上 形成一层纯水层。 在压力作用下，优先吸附的水通过膜就形成了脱盐 过程。纯水层的厚度与溶液性质和膜表面的化学性质有关。当膜表面 毛细管直径为纯水层2倍（2-4个水分子层）时，对毛细管而言，能够 得到最大流量的纯水，该孔径被称为“临界孔径”。
离
作用主要是筛分效应和Donnan效应两种特征。在分离浓度恒定的同电性
离子时，纳滤膜对价态低的、半径小的离子有较低的截留率。而在处理
不同自由离子时，膜对离子的截留率还与离子的浓度有关。
主要应用有：纳滤精制低聚糖；对青霉素等抗生素进行浓缩和纯化等
二、电力驱动膜分离过程
以电位差为推动力的膜分离过程典型代表为电渗析（ED），电 渗析是利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离的膜分离法。
聚四氟乙烯微滤膜电镜照片
微滤的应用
微滤在所有膜分离过程中应用最普遍、销售总额最大。制药行业中的 除菌过滤、中药液体制剂澄清;中药复方提取液的除杂，在不影响药效 的情况下具有较好的澄清除杂效果。
（二）超滤
超滤（UF）膜多为不对称膜，操作静压差一般为0.1~0.5MPa，被分 离组分直径大约为0.01~0.1um，即截留组分的相对分子质量介于 500~1000000的大分子和胶体粒子。
一、压力驱动膜分离过程
目前已经实现工业化的以压力差为推动力的膜过程有：微滤、超滤、 纳滤和反渗透。
微滤（MF）是一种与粗滤相似的膜分离过程。微孔滤膜具有比较整 齐的、均匀的多孔结构。又称为精过滤。
微滤的分离机理
为微滤的分离机理一般认为属于机械筛分，膜的物理结构起决定性 作 用。微孔滤膜截留作用大体可分为以下两类：膜的表面截留和膜内部截留。
第 十 一 章 膜 分 离 技 术
第十一章 膜分离技术
概述 第一节 膜分离技术与分离膜 第二节 膜分离过程与分离机理 第三节 膜分离技术的关键 第四节 膜分离技术的应用与实例 第五节 新型膜分离技术简介
概述
膜分离现象广泛存在于自然界中。膜分离的过程在我国的 利用可追溯到2000多年以前，当时在酿造、烹饪、炼丹和 制药等过程中就有“莞蒲厚洒”，“弊箪淡卤”及“海井” 的海水淡化等记载。由于受到人类认识能力和当时科技条 件的限制，在其后漫长历史进程中对膜技术的理论研究和 技术应用并没有得到实质性的突破。
3. 反渗透的应用
反渗透的应用领域已从早期的海水、苦咸水脱盐淡化发展到化工、食 品、制药以及造纸工业中某些有机物及无机物的分离。反渗透技术在 中草药制剂的浓缩及回收中药有效成分提取液中的溶剂等方面有很大 的发展前景。
（三）纳滤

纳滤（NF）介于反渗透和超滤之间，是20世纪80年代初期继反渗
透之后开发出来的一种新型膜分离技术。纳滤膜表面孔径处于纳米级范
R=1-cp/cb
膜的渗透通量J代表了膜的处理能力，即溶剂通过膜的速率水通量或膜通
量
J=V/St
二、膜的污染与清洗
（一）膜的污染和劣化
在膜分离的过程中，由于溶剂和小分子溶质大量透过膜，大分子溶 质被截留在膜表面积累，当浓度高于主体料液浓度时将引发这些溶质 从膜的表面向主体料液扩散，这一现象称为浓差极化。这一现象几乎 存在于所有的膜分离过程中，出现的时间取决于料液的性质、膜性能 及操作条件。

渗析在医疗上主要用于血液透析。由于渗析过程传质推动力是膜
两侧溶液中组分的浓度差，受体系条件限制，处理效率低，选择性不
高，故在工业上应用不多。仅用于从血清蛋白和疫苗中脱除盐和其他
低分子溶质，降低啤酒的醇含量以及在实验室用于粗酶提纯等。
第三节 膜分离过程中的关键技术
一、膜的性能参数
表征膜的性能参数主要有：膜的孔道特征、膜的荷电性与亲水性能、
到分离、提纯的目的。
不同的膜过程使用的膜不同，推动力也不同。根据推动力不同，膜
过程可分为四大类： （1）以压力差为推动力（压力驱动）的过程； （2）以电位差为推动力（电位驱动）的过程； （3）以浓度差为推动力（浓度差驱动）的过程； （4）以蒸汽分压差为推动力（蒸汽分压驱动）的过程。
不同的膜分离过程往往有不同的分离机制，即使同一个分离过程也有 不同的机理模型。
超滤的应用
超滤主要应用于尺寸较大的分子、微粒与低分子物质或溶剂分离过程。 利用超滤膜“筛分”机理即膜孔径大小特征将中药体系中的有效组分或有 效部位进行分离提纯，在中药中日益受到青睐。其应用包括三个方面：分 离纯化，有效去除非药效成分；提高药效成分浓度，减少剂量；制剂生产， 包括制备注射液、口服液等。