第六章 膜分离(1)_PPT幻灯片
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第六章气体膜分离ppt课件
四步过程： 气体与膜的接触 气体向分离膜的表面溶解(溶解过程) 溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散(扩散过程） 分子在膜的另一侧逸出。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
非多孔均质膜的溶解扩散机理
Knudsen扩散
❖ 气体的渗透速度q：
q43r2RM T1/2pL1R Tp2
气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根 成反比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
分子筛分
❖ 大分子截留、小分子通过孔道，从而实现分 离。
应用阶段 ❖ 1940s：铀235的浓缩(第一个大规模应用) ❖ 1950年：富氧空气浓缩 ❖ 1954年：气体浓缩膜材料的改进
普及阶段 ❖ 1979年：Prism气体分离膜装置的成功
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
气体分离膜材料及膜组件
（1）膜材料 有机膜：聚合物膜（便宜，常用） 无机膜：金属膜、陶瓷膜、分子筛膜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
描述气体通过高分子膜的主要参数
① 渗透率：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数：单位时间、单位膜面积、单位 推动力作用下所透过气体的量； ③ 分离系数：描述气体分离膜的选择性，一 般将其定义为两种气体i，j渗透系数之比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
非多孔均质膜的溶解扩散机理
Knudsen扩散
❖ 气体的渗透速度q：
q43r2RM T1/2pL1R Tp2
气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根 成反比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
分子筛分
❖ 大分子截留、小分子通过孔道，从而实现分 离。
应用阶段 ❖ 1940s：铀235的浓缩(第一个大规模应用) ❖ 1950年：富氧空气浓缩 ❖ 1954年：气体浓缩膜材料的改进
普及阶段 ❖ 1979年：Prism气体分离膜装置的成功
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
气体分离膜材料及膜组件
（1）膜材料 有机膜：聚合物膜（便宜，常用） 无机膜：金属膜、陶瓷膜、分子筛膜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
描述气体通过高分子膜的主要参数
① 渗透率：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数：单位时间、单位膜面积、单位 推动力作用下所透过气体的量； ③ 分离系数：描述气体分离膜的选择性，一 般将其定义为两种气体i，j渗透系数之比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
《膜分离技术》PPT课件
第三十页，共154页。
iii、聚烯烃类
用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯、聚乙烯醇、 聚丙烯、聚四氟乙烯等。
共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯/乙烯醇等。
聚丙烯
聚四氟乙烯
第三十一页，共154页。
聚乙烯醇
iv、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物
磺酸：R-SO3H 羧酸：RCOOH 全氟：R中氢原子全被氟取代而成。 共聚物：e.g. 全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物
聚碳酸酯
❖无机材料
第二十页，共154页。
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。
日本工业中膜材料的应用
第二十一页，共154页。
纤维素酯类膜 聚砜膜 聚酰胺膜 其他
1、纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个葡萄糖基通过1, 4-β-糖苷链连接起来的天然
线性高分子化合物，其结构式为：
H
CH2OH
O
H
O
OH OH
H H
H OH
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
n_ 2
2
第二十二页，共154页。
从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化剂（如硫酸、 高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到 二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。
概述
膜分离技术的重要性
膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又
iii、聚烯烃类
用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯、聚乙烯醇、 聚丙烯、聚四氟乙烯等。
共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯/乙烯醇等。
聚丙烯
聚四氟乙烯
第三十一页，共154页。
聚乙烯醇
iv、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物
磺酸：R-SO3H 羧酸：RCOOH 全氟：R中氢原子全被氟取代而成。 共聚物：e.g. 全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物
聚碳酸酯
❖无机材料
第二十页，共154页。
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。
日本工业中膜材料的应用
第二十一页，共154页。
纤维素酯类膜 聚砜膜 聚酰胺膜 其他
1、纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个葡萄糖基通过1, 4-β-糖苷链连接起来的天然
线性高分子化合物，其结构式为：
H
CH2OH
O
H
O
OH OH
H H
H OH
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
CH2OH
O
H
O
OH
H H
H OH
H OH
OH H
H H
H
O OH
CH2OH
n_ 2
2
第二十二页，共154页。
从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化剂（如硫酸、 高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到 二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。
概述
膜分离技术的重要性
膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又
膜分离ppt(1)
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
膜分离发展过程
我国膜分离的发展历史
开始研究离子交换 膜和电渗析
开始研究RO、UF展了渗透汽化、膜萃 取、膜蒸馏和膜反应等新膜 过程的研究，并着手进行膜
• 纳滤（NF）
• 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。
技术的推广应用工作
一直在进步
国内主要的膜研究和推广单位： 1）气体分离：大连化学物理研究所（天邦膜公司） 2）液体分离：杭州水处理技术中心（西斗门公司）
天津纺织工学院（膜天公司） 3）无机膜：南京工业大学（久吾高科）
中国科技大学
03 常见膜分离及其机理
常见膜分离及其机理
膜应具的 特性
①膜通量大，即在单位时间内膜透过的液体量应 足够大； ②截留率适宜，要求对杂质有较大的截留率，对 药物成分的截留率较低； ③机械强度高，耐冲击； ④化学稳定性好； ⑤抗污染能力强； ⑥孔径分布窄，截留效率高； ⑦易于维护与更换，能做到随装置规模的改变而 改变； ⑧自动化水平高。
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。
膜分离发展过程
我国膜分离的发展历史
开始研究离子交换 膜和电渗析
开始研究RO、UF展了渗透汽化、膜萃 取、膜蒸馏和膜反应等新膜 过程的研究，并着手进行膜
• 纳滤（NF）
• 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。
技术的推广应用工作
一直在进步
国内主要的膜研究和推广单位： 1）气体分离：大连化学物理研究所（天邦膜公司） 2）液体分离：杭州水处理技术中心（西斗门公司）
天津纺织工学院（膜天公司） 3）无机膜：南京工业大学（久吾高科）
中国科技大学
03 常见膜分离及其机理
常见膜分离及其机理
膜应具的 特性
①膜通量大，即在单位时间内膜透过的液体量应 足够大； ②截留率适宜，要求对杂质有较大的截留率，对 药物成分的截留率较低； ③机械强度高，耐冲击； ④化学稳定性好； ⑤抗污染能力强； ⑥孔径分布窄，截留效率高； ⑦易于维护与更换，能做到随装置规模的改变而 改变； ⑧自动化水平高。
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。
《膜分离第一部分》PPT课件
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-----------
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RO membrane UF membrane
NF membrane MF membrane
微滤 超滤 纳滤 反渗透
悬浮颗粒 大分子有机物 糖类等小分子有机物，二价盐或多价盐 单价盐 水
膜分离法与物质大小（直径）的关系
粒径
0.1 1nm 10 100 1μm 10
多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 • 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学会
会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学时说 ：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 • 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌握了 化工的未来”。
4.2 各种膜分离法及其原理
膜分离技术优点
★ 处理效率高，设备易于放大； ★ 可在室温或低温下操作，适宜于热敏感物质分离
浓缩； ★ 化学与机械强度最小，减少失活； ★ 无相转变，省能； ★ 有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部
分纯化目的； ★ 选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率； ★ 系统可密闭循环，防止外来污染； ★ 不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循
环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。
膜分离技术的重要性评论
• 美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪 膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能像膜技 术这么广泛地被应用”。
• 国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” • 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 • 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21世纪
浓度梯度
小分子有机物和无机离子的 除去小分子有机物或无机离子，奶制品脱盐，
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RO membrane UF membrane
NF membrane MF membrane
微滤 超滤 纳滤 反渗透
悬浮颗粒 大分子有机物 糖类等小分子有机物，二价盐或多价盐 单价盐 水
膜分离法与物质大小（直径）的关系
粒径
0.1 1nm 10 100 1μm 10
多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 • 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学会
会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学时说 ：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 • 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌握了 化工的未来”。
4.2 各种膜分离法及其原理
膜分离技术优点
★ 处理效率高，设备易于放大； ★ 可在室温或低温下操作，适宜于热敏感物质分离
浓缩； ★ 化学与机械强度最小，减少失活； ★ 无相转变，省能； ★ 有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部
分纯化目的； ★ 选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率； ★ 系统可密闭循环，防止外来污染； ★ 不外加化学物，透过液（酸、碱或盐溶液）可循
环使用，降低了成本，并减少对环境的污染。
膜分离技术的重要性评论
• 美国官方文件曾说"18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪 膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能像膜技 术这么广泛地被应用”。
• 国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” • 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 • 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21世纪
浓度梯度
小分子有机物和无机离子的 除去小分子有机物或无机离子，奶制品脱盐，
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3. 液膜分离
特点：过程涉及三个液相—料液第一液相，接受液
第二液相，液膜第三液相。 萃取与反萃取
料液
液 膜
接受液
液膜与料液和接受液互不混溶
四、分离用膜的分类 膜的种类
根据 膜的 材质
根据 材料 来源
根据 膜的 结构
根据 膜的 功能
固 体 膜
液 体 膜
天 然 膜
合 成 膜
多 孔 膜
Hale Waihona Puke 致 密 膜离 子 交 换 膜
2. 过滤式膜分离 Feed
3. 液膜分离
Permeate 透过液
1. 渗析式膜分离
浓度差、电位差
被处理的溶液 膜
接纳渗析组分 的溶剂或溶液
料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动 下，透过膜进入接受液中而被分离。如：渗析、电渗析
2. 过滤式膜分离
压力差
溶液或 混合气体
固
渗透液
膜
渗透气
由于组分的分子的大小和性质不同，它们透过膜的 速率有差异，因而透过部分与留下部分的组成不同，即 实现了分离。如：超滤、微滤、反渗透、气体渗透
平板膜
管式膜
中空纤维膜
核孔膜
有机高分子膜 带电膜
非带电膜
阳离子膜 阴离子膜
过滤膜 精密过滤膜
超滤膜 反渗透膜
五、膜分离技术的应用
乳品 酒类 果汁 酶制剂 医疗、卫 加工 生产 加工 生产 生用水 药品生产
海水与苦 咸水淡化
电厂锅炉 供水脱盐
渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜
超 过 滤 膜
反 渗 透 膜
渗 透 汽 化 膜
气 体 渗 透 膜
无机材料膜 有机高分子膜
固体膜
根据膜断面 的物理形态
根据固体 膜的形态
膜界面上的孔道结构均匀，传质阻力大， 透过通量低，易污染，难清洗。
对称膜 不对称膜
表面活性层和惰性层构成 传质阻力小，透过量高。
复合膜 用两种不同的膜材料分别制 成表面活性层和多孔支撑层
Fick
发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散； 制备了早期的人工半渗透膜
Graham
发现气体通过橡皮有不同的的渗透率，发现 渗析（Dialysis）现象
Van‘t Hoff， Tranbe，Preffer
渗透压定律
Kahlenbery 观察到烃/乙醇溶液选择透过橡胶薄膜
Kober
引入名词渗透气化（Pervaporqtion）
Mangold， Michaels.Mo
bain..etc
用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反渗 透现象
Teorell， Meyer，
Sievers
进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础
William Kolff
初次成功使用了人工肾
Juda， Mcrae
合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等分 离工程
要求：
1.熟悉电渗析﹑渗透汽化﹑反渗透和液膜分离的原理﹑ 过程和应用；
2.同时熟悉离子交换膜和液膜的结构﹑分类和性能； 3.了解膜的概念及分类； 4.了解电渗析过程中的极化和结垢问题； 5.了解超过滤﹑微滤﹑其它分离过程（膜蒸馏﹑膜萃取
和膜分相）的原理及操作特点
第一节 绪 论
随着科技发展，“膜”这个新名词越来越多的在 各个方面出现，看起来它是一层极薄的薄片，但它威 力之大，很难想象.
三、膜分离过程的特点
归纳起来，膜分离过程的主要特点是以具有选择透 过性的膜作为组分分离的手段。通过在膜两边施加一个 推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧 组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。
通常有以下三种形式： 1. 渗析式膜分离
Retentate (residue) （截留液）
1911 1922
1920
1930 1944 1950 1960 1968 1980
Donnan
Donnan分布定律。研究了分子带电荷体的形成，电荷分 布，Donnan电渗析和伴生传递的平衡现象
Zsigmondy Bachman Fofirol..etc
微孔膜用于分离极细粒子、初期的超滤和反渗透（膜材料 为赛璐玢和再生纤维）
LoebSourirajan
相转化法制出了非对称反渗透膜
N.N.Li 发明了液膜
Cadotte 制出了界面反应聚合复合膜
膜工业的发展史
分离过程 年代
目前主要厂商
微滤 电渗析 反渗透
渗析 超滤 气体分离 渗透汽化
1925 1960 1965 1965 1970 1980 1990
Millipore Corp，Pall corp.，Asahi Chemical Oonics Ins.，Tokuyama Soda， Asahi Glass Film Tech./DOW， Hydronautics/Nitto，Torray，Ddu Pont Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.， Nittl Denko Permea/Air Prod.，Ube Ind.， Hoechst/Celanese
GFT GmbH
应用
微电子、医学、 食品、化工等
苦咸水脱盐、水 分解、氯碱工业
海水脱盐、饮用 水生产、食品工 业、造纸工业等
血液渗析、工业 废液等
制药工业、乳品 工业等
医疗、燃烧过程 等
无水乙醇生产
其发展的历史大致为：
30年代微孔过滤，40年代透析；50年代电渗析； 60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分 离；90年代渗透汽化。此外以膜为基础的其它新型 分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成 过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和 发展。
膜科学的发展史
年代
1748
1827 1831
1855 1861～
1966 1860～
1977 1906 1917
科学家
主要内容
Abbe Nollet Dutrochet
水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生 渗透现象
名词渗透作用（Osmosis）的引入
J.V.Mitchell 气体透过橡胶膜的研究
膜分离技术是一项简单、快速、高效、选择性好、 经济节能的新技术。它已广泛地用于水处理、湿法冶 金、生物化工、医药工业、食品工业及环境保护等方 面。
一、膜的概念
膜(Membrane)是 什么？有何特性？
在一种流体相内或两种流体相之间有一薄层凝 聚相物质把流体相分隔成两部分，并能使这两部分 之间产生传质作用。这一薄层物质就是膜，这一作 为凝聚相的膜可以是固态的，或液态的；流体相可 以是液态的，也可以是气态的。