中空纤维膜讲课教案

中空纤维膜的制备及性能研究综合实验设计【摘要】通过对综合实验“中空纤维膜的制备及性能研究”教学过程的设计，介绍了如何在环境、化工类学生中开展综合实验，提高学生的学习兴趣，培养学生综合运用基础知识与技能解决实际问题的能力。

【关键词】综合实验；中空纤维膜；聚偏氟乙烯在环境与化工相关学科中开展综合实验是目前化学实验教学改革的一个重要趋势。

通过综合实验的开展，不仅可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，而且还能培养学生的创新能力。

我校在中空纤维膜的研究方面已有三十多年的历史，在全市乃至全国都有重要的影响力，其所属环境科学与工程是天津市重点学科，签于此我院于2012年在环境工程、应用化学和化学工程与工艺三个本科专业中开设了“膜材料与膜过程”课程，拓展了学生的知识面，取得了非常好的效果。

为了巩固课堂教学成果，强化学生对膜技术的认识，特开设了“中空纤维膜的制备及性能研究”综合实验。

本文以此综合实验为例，以应用实践型人才培养模式为目标，设计新的综合实验项目，培养学生应用膜技术解决环境、化工领域中相关问题的能力，为今后从事相关领域的工作奠定了基础。

1. 实验目的与原理1.1 实验目的通过纺丝液的制备、脱泡、中空纤维的成型、后处理以及性能检测等一系列实验过程，使学生充分了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程，掌握制备中空纤维膜的基本原理及实验操作技术，熟练实验室用中空纤维膜组件的制作方法以及水通量的测试方法。

该实验涉及材料学、化工分离、机械工程、环境工程等多个学科，重点掌握中空纤维膜制备过程中相平衡、相分离、相转化引发膜孔形成的过程，最终可完成对学生综合化学实践应用技能的训练和培养。

1.2 实验原理中空纤维膜的制备方法有：湿法、干-湿法、熔融法和热致相法。

本综合实验采用干-湿法，过程如下：首先将过滤后的由聚合物、溶剂和致孔剂组成的铸膜液用计量泵从釜中料液抽出，从环行喷丝头（常用喷丝头的断面结构如图1所示）的缝隙中挤出，同时将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中的细流扩散。

中空纤维膜的制备及性能检测一、实验目的1、掌握制备中空纤维膜的基本原理及实验操作技术；2、了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程；3、掌握简易的实验室用中空纤维膜组件封装的操作技术；4、掌握中空纤维膜渗透通量和截留量的测试方法；二、实验原理（一）中空纤维膜的概述中空纤维膜（hollow fiber membrane）是一类外形像纤维状，具有自支撑作用的膜，是分离膜领域的一个重要分支，是非对称膜的一种。

致密层可位于纤维的外表面/如反渗透膜，也可位于纤维的内表面（微滤膜，纳滤膜和超滤膜），体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。

与平板膜等其他形式的膜相比较，具有无需支撑体、组件填充密度高、设备结构简单等特点，已被广泛应用于液体及气体混合物的分离。

（二）中空纤维膜的制备中空纤维膜的典型制备方法有：湿法、熔融法、干-湿法和热致相法。

本实验采用干-湿法纺丝工艺，其过程如下：1）、将过滤后的由聚合物、溶剂和致孔剂组成的铸膜液利用氮气将釜中的料液压出，从环形喷丝头（常用喷丝头及其断面结构如图1所示）的缝隙中挤出；2）、过一定时间后将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中细流扩散；3）、膜的内侧和外侧同时发生凝胶化过程，首先形成皮层，随着双扩散的进一步的进行，铸膜液内部的组成不断变化，当达到临界浓度时，膜完全固化从凝固浴中沉析出来，将膜中溶剂和成孔剂萃取出，最终得到中空纤维膜。

图1 喷丝头及其断面示意图膜制备工艺参数对膜结构的影响很大。

主要工艺参数包括：铸膜液的流量、温度、挤出速率、芯液流速、卷绕速度、空气间隙、喷丝头规格等。

（三）中空纤维膜的性能膜的性能包括物理化学性能和分离透过性能。

膜的物理化学性能是指承压性、耐温性、耐酸碱性、抗氧化性、耐生物与化学侵蚀性、机械强度、膜的厚度、含水量、毒性、生物相容性、亲水性和疏水性、孔隙率、电性能、膜的形态结构以及膜的平均孔径等。

中空纤维反渗透膜
（最新版）
目录
1.中空纤维反渗透膜的概述
2.中空纤维反渗透膜的结构和原理
3.中空纤维反渗透膜的应用领域
4.中空纤维反渗透膜的优点和局限性
5.我国中空纤维反渗透膜的发展现状和前景
正文
一、中空纤维反渗透膜的概述
中空纤维反渗透膜，简称 RO 膜，是一种用于水处理技术的高分子膜材料。

其主要功能是通过物理方法，对水中的溶解盐分、有机物、微生物等进行截留，达到淡化、净化水质的目的。

二、中空纤维反渗透膜的结构和原理
中空纤维反渗透膜由内向外分为两部分：一部分是水分子透过的膜孔，另一部分是盐分等杂质被截留的膜壁。

其原理主要是利用半透膜的筛选作用，只有水分子可以通过膜孔，而盐分、有机物等杂质则被膜壁阻挡，从而达到分离、浓缩的效果。

三、中空纤维反渗透膜的应用领域
中空纤维反渗透膜广泛应用于水处理、饮料、医药、化工、环保等领域。

如在海水淡化、城市污水再生利用、工业纯水制备等方面有重要作用。

四、中空纤维反渗透膜的优点和局限性
中空纤维反渗透膜的优点包括：高脱盐率、低能耗、操作简单、设备占地面积小等。

但是，其局限性是容易被水中的悬浮物、胶体等污堵，需
要定期清洗维护。

五、我国中空纤维反渗透膜的发展现状和前景
我国中空纤维反渗透膜的研究和应用已经取得了显著的成果，但是与国际先进水平相比，还存在一定的差距。

中空纤维膜孔径-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述中空纤维膜（Hollow Fiber Membrane）作为一种重要的分离膜材料，在膜分离领域中具有广泛的应用前景。

其独特的结构和优异的性能使其在水处理、气体分离、生物医药等领域得到了越来越多的关注和研究。

中空纤维膜由成千上万个微小的空心纤维组成，每根纤维的外层是固体膜材料，内部是空心的。

相比于传统的平板膜及空心纤维膜，中空纤维膜具有较大的表面积和更高的通量。

而中空纤维膜孔径的控制则是决定其分离性能的重要因素之一。

中空纤维膜孔径的大小直接影响着对不同颗粒物质的分离效果。

孔径较大的中空纤维膜可以实现高通量的分离过程，适用于对大分子物质和悬浮液等进行处理；而孔径较小的中空纤维膜则可以对细菌、病毒等微生物进行有效的拦截和分离。

因此，中空纤维膜孔径的控制非常关键，对于不同领域中的应用具有重要意义。

本文将重点探讨中空纤维膜孔径的重要性，包括其在水处理、气体分离以及生物医药等领域的具体应用。

同时，通过对中空纤维膜孔径的研究现状和发展趋势进行剖析，为进一步提高中空纤维膜的分离效率和应用性能提供有益的参考。

接下来，本文将从中空纤维膜的定义和特点出发，详细介绍中空纤维膜孔径的重要性，并对其应用前景、研究现状和发展趋势进行深入探讨，以期为中空纤维膜领域的研究者提供一些有价值的参考和启示。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以描述整篇文章的组织结构和每个章节的主要内容。

以下是针对该文章目录的一个可能的描述：文章结构：本文主要包括引言、正文和结论三个部分。

引言部分包括概述、文章结构和目的。

概述部分简要介绍了中空纤维膜孔径的重要性。

文章结构部分详细说明了整篇文章的组织结构。

目的部分阐述了本文的研究目标。

正文部分包括中空纤维膜的定义和特点以及中空纤维膜孔径的重要性两个章节。

其中，中空纤维膜的定义和特点章节介绍了中空纤维膜的基本概念和其独特的结构。

中空纤维膜孔径的重要性章节阐述了孔径对中空纤维膜性能的影响和应用意义。

中空纤维膜的制备及性能测试1.1 实验目的1.了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程；2.掌握制备中空纤维超滤膜的基本原理及实验操作技术；3.掌握用于中空纤维膜结构调控的方法。

1.2 实验原理中空纤维膜的制备方法有：湿法、干-湿法、熔融法和干法。

本实验采用干-湿法，过程如下：首先将过滤后的由聚合物、溶剂和成孔剂组成的铸膜液用氮气将釜中料液压出，从环行喷丝头（常用喷丝头的断面结构如图1所示）的缝隙中挤出，同时将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中的细流扩散。

膜的内侧和外侧同时发生凝胶化过程，首先形成皮层，随着双扩散的进一步进行，铸膜液内部的组成不断变化，当达到临界浓度时，膜完全固化从凝固浴中沉析出来，将膜中溶剂和成孔剂萃取出，最终得到中空纤维膜。

图1 喷丝头断面结构示意图（a）插入管式；（b）插入柱式；（ｃ）异形喷丝板膜制备工艺参数对膜结构的影响很大。

主要的工艺参数包括：铸膜液的流量、温度、挤出速率、芯液流速、卷绕速度、空气间隙、喷丝头规格等。

1.3 实验原料和设备1. 原料：（1）NMP PVDF PEG6000 吐温-80(2)实验步骤：将116gNMP加入三口烧瓶只中，等溶剂温度到达60°C时加入PVDF36g，等PVDF全部溶解后，再加入PEG6000 38g，加热至70°C，待其溶解后加入吐温-80 10g在70°C恒温加热搅拌9-10小时。

待其冷却后倒出待用。

2. 设备：中空纤维膜纺丝机一台（图2所示），包括如下附件：计量泵（规格为1.2 ml/r），喷丝头，氮气钢瓶等。

1.4 实验过程1. 准备工作：根据膜的结构要求确定膜制备工艺参数，包括聚合物浓度，2. 膜制备过程：适当旋松搅拌轴压盖→在溶解釜加料口加入应加溶剂的3/4 →打开总电源→开动搅拌→溶解釜开始升温→加入聚合物→加入成孔剂→加入剩余1/4溶剂→在60℃搅拌溶解8~10小时→溶解完成后关闭搅拌→静置脱泡12~20小时→脱泡完成后旋紧搅拌轴压盖→通入0.3~0.5 MPa 氮气→打开过滤器阀门（泵座在纺丝前预热0.5小时以上）→开启计量泵（鹅颈管开口向上）→待挤出物料基本没气泡时关闭计量泵→安装喷丝头→开启芯液阀门→开启计量泵→用导丝钩将初生纤维压入凝固浴槽并自另一端引出→卷绕→切割。

中空纤维浸没式膜组件技术手册资料讲解1. 说明在使用膜组件之前，请您认真阅读本技术手册。

2.膜组件简介近几年来，由于水资源的短缺以及严重的水污染问题，膜独特的分离技术脱颖而出。

膜设备分离占地空间小，操作方便，能耗小，分离效率高且出水水质好，因而在许多领域得到广泛应用。

中空纤维超滤膜及微滤膜是以优质的聚偏氟乙烯（PVDF）为原材料，采用先进的技术及精密的生产设备，在严格的工艺条件下生产制造而成。

膜组件主要有柱式和帘式两种形式不同规格的产品。

PVDF膜组件更因其独特的抗氧化性，易清洗的特点，在污水处理、中水回用、自来水净化方面可广泛应用。

我们生产的膜组件强度高，水通量大，产水水质好，抗污染性强，产水量稳定，适用的水质范围宽。

产品使用寿命长，性价比高。

3. 膜生物反应器（MBR）膜生物反应器（MBR）是把膜分离技术与生物技术相结合的新型污水处理高新技术。

也就是把膜处理工艺与传统的活性污泥法相结合，用膜组件代替传统活性污泥法中的二沉池，利用膜的高效截留作用，进行固液分离，从而构成里膜生物反应器污水处理工艺。

这是一种新型高效的污水处理工艺。

在污水处理领域已备受瞩目，被认为是21世纪世界上最有发展的高新技术之一。

经MBR处理后的污水可以直接回用。

出水水质良好且稳定，不仅能够完全去除悬浮物，并且可以去除几乎所有的细菌与病毒，产水浊度接近于零，对主要污染物的去除率很高，节流减排，实现了污水资源化。

因此，膜生物反应器在世界污水处理领域越来越得到广泛应用。

3.1 MBR的优势1：高效的固液分离技术，使分离效果远好于普通的二次沉淀池，能够完全去除产水中的悬浮物，产水浊度接近于零，产水水质良好且稳定。

产水可以直接回用。

2：由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一，大幅减小占地面积，并节省土建资源。

3：生物处理单元的污泥浓度高，泥龄厂，从而大大提高了难降解的有机物的降解效率。

同时，由于活性污泥的吸附作用，使主要污染物（COD）的去除率可达90%以上。

中空纤维膜的通量
摘要：
1.中空纤维膜的概念和结构
2.中空纤维膜的通量及其影响因素
3.提高中空纤维膜通量的方法
4.中空纤维膜的应用领域
正文：
一、中空纤维膜的概念和结构
中空纤维膜是一种具有自支撑作用的膜，其外形像纤维状。

它是非对称膜的一种，致密层可位于纤维的外表面（如反渗透膜），也可位于纤维的内表面（如微滤膜、纳滤膜和超滤膜）。

在中空纤维膜组件中，大量中空纤维膜被弯成U 形装入圆筒型耐压容器内。

纤维束的开口端用环氧树脂浇铸成管板，纤维束的中心轴部安装一根原料液分布管。

使原液径向均匀流过纤维束，纤维束的外部包以网布使纤维束固定并促进原液的湍流状态。

二、中空纤维膜的通量及其影响因素
中空纤维膜的通量是指单位时间内通过单位膜面积的流体量。

中空纤维膜的通量受多种因素影响，如膜的材质、结构、操作条件等。

其中，膜的材质和结构对通量的影响最为显著。

三、提高中空纤维膜通量的方法
提高中空纤维膜通量的方法主要有：
1.减小结晶度：通过热处理或其他聚合物混合，降低膜的结晶度，从而提
高通量。

2.改变膜的结构：如在膜制备过程中加入纳米颗粒，以改变膜的结构，提高通量。

3.优化操作条件：如提高操作压力、调整原料液的流速和组成等，以提高通量。

四、中空纤维膜的应用领域
中空纤维膜广泛应用于气体分离、水处理、医药、食品等领域。

连续膜过滤操作特性考察一、目的要求1、掌握膜分离操作原理2、掌握膜材料的使用方法3、掌握膜分离技术在发酵工程中的应用二、实验原理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。

膜分离速度受到操作形式、流速、压力和料液浓缩等因素的影响。

1）操作形式 终端过滤（垂直流）和错流对膜的分离速度影响很大，切向流过滤可以大大减小浓差极化或凝胶层厚度，有利于膜分离。

（2）流速 流速的影响反映在传质系数上。

一般而言，流速大，流通量越大。

（3）压力 压力增大，流通量会增大，但凝胶层的厚度也会增大，容易产生膜的污染。

应选择合适的压力(4)料液浓度 料液浓度增大，流通量会降低，由于浓差极化导致的凝胶层厚度会增加，膜的污染也会加剧。

因此应有合适的料液浓度。

三、主要仪器与材料1、仪器：中空纤维膜和螺旋卷式膜分离设备 ，离心机2、材料与试剂： 干酵母四、实验方法1、发酵液的配制利用干酵母配制一定体积的酵母溶液。

2、透过通量和截留率的测定R=(w2*v2/w1*400)*100%W —透水量，A —膜的有效面积，τ—时间V2=20000mL-v1(流出液体体积)W1-酵母干重3、测定步骤（1）精确称量活性干酵母 1 g 左右,放置到干燥的已称号的蒸发皿中，100-110度烘干置恒重。

计算含水量。

τ⋅=A WJ w（2）称取活性干酵母50g左右，计为W1。

加入约20公斤水，搅匀。

（3）打开离心泵电源，调节膜分离压力为0.15MPa，分离约三十分钟，停止分离，量取浓缩液体积v2，搅匀后精确取400ml，在3000min/r，离心，通过测定酵母干重，计为W2。

改变过滤压力为0.25MPa，重复测定透过通量和截留率。

已经膜组件的过滤面积为10m2。

五、思考题1、膜过滤受到哪些因素影响？2、绘制膜过滤流程图。

3、膜组件的类型有哪些？。