分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
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膜分离技术概述天然色素应用技术推广实验室膜分离(Membrane Separating)是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜,以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。
膜分离法可以用于液相和气相,对液相分离,可以用于水溶液体系、非水溶液体系以及水溶胶体系。
膜分离技术由于省能、高效、简单、造价低、易于操作,可代替传统的分离技术(如精馏、蒸发、萃取、结晶等过程),所以是对传统分离方法的一次革命,被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高技术之一。
膜分离过程的发展概况膜分离技术研究应用虽有上百年时间,但是由于制膜的技术所限,在工业中应用还仅一、二十年的时间。
目前膜法除大规模用于各种水处理外,还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学工业、核工业等领域得到应用。
全球已有30多个国家和地区的2000多个科研机构从事膜技术研究和应用开发,已形成了一个较为完整的边缘学科和新兴产业,并正逐步地有针对地代替目前的一些传统分离净化工艺,而且朝反应-分离耦合、集成分离技术等方面发展。
据报道,1998世界膜产品市场销售额已超过440亿美元,且以14%~30%的年增长速度在发展。
膜产业将是21世纪新型十大高科技产业之一。
在膜分离技术中,微滤、超滤、反渗透和电渗析分离过程已较为成熟。
这些膜过程的应用比大概为:微滤35.71%;反渗透13.04%;超滤19.10%;电渗析3.42%;气体分离9.32%;血液透析17.70%;其他1.71%。
膜分离技术特点膜分离与传统的分离技术(蒸馏、吸收、吸附、萃取、深冷分离等)相比,具有以下特点:<1>膜分离过程不发生相变化,耗能少,可以保持物质的原态、特别适合热敏性物质,如酶、果汁、某些药品的分离浓缩、精制等。
<2>膜分离技术不耗化学试剂和添加剂,不会因此而污染产品;<3>膜分离通常是一个高效的分离过程,目前已广泛的应用与盐水与海水淡化、工业用水和生活用水的净化、溶质的浓缩与分离过程。
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。