第九章 膜分离过程
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膜分离的过程
什么是膜分离过程?
膜分离过程是指应用膜作为一种分离材料来处理物质的过程。
它可以帮助在流体中分离出不同的溶质,产生不同的浓度溶液,它的应用涵盖了污水处理、啤酒制造、水质净化等。
膜分离技术的基本原理是:在流体中,膜会有效地过滤细微悬浮物,它们的大小会被膜特定的孔径限制,只有尺寸较小的悬浮物(如颗粒、离子、生物活性物质等)才能通过膜,而大尺寸物质(细菌、反应产物、色素等)则被留在膜的外侧。
因此,可以通过选择膜的孔径,有效地分离出不同粒径的悬浮物,从而实现净化的目的。
膜分离过程包括四个主要步骤:第一步是膜的选择,根据要净化的物质,选择合适的膜材料、孔径大小、孔隙率等;第二步是膜层的渗透,使溶液渗透到膜内,从而实现分离;第三步是洗涤步骤,在洗涤过程中,将被留在膜内侧的粒子、有机物流失掉;第四步则是从膜内收集物质,得到清洗物质。
膜分离过程的优势在于它具有高效率、低成本、无污染等特性,它不仅能节省能源消耗,更可有效地回收有用的资源,是目前大多数分离处理过程的理想选择。
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膜的定义——两相之间的不连续区间。
膜即“区间”不是通常的相界面,可为气相、液相和固相,可以均相或非均相、对称或非对称,荷电或中性。
膜的优点:过程一般较简单,费用低、效率较高、常温下操作。
第一节膜和膜分离过程的分类与特性一、膜的分类膜分离的实质——物质通过膜的传递速率不同而得到分离。
1、对称膜:膜的结构与方向无关,如具有不规则的孔结构,或者所有的孔具有确定的直径。
2、非对称膜:分离层(薄而致密)二多孔支撑层。
二层为同一种材料活性膜,孔径的大小和表皮的性质决定了分离特性,而厚度主要决定传递速度,该层必须朝向的原溶液。
优点:高传质速率(分层等)和良好的机械强度。
被脱除物附在表面,易于清除。
3、复合膜膜的性能:不仅决定于选择薄层,而且受微孔支撑活物、孔径、孔分布和多孔率的影响。
4、荷电膜:即离子交换膜,属于对称膜溶胀胶固定有正电荷可交换的为阴离子。
5、液膜,有关章节讨论。
6、微孔膜:孔径大小为0.05~20μm的膜7、动态膜:在多孔介质上(如陶瓷管)沉积一层颗粒物(如氯化铝)作为有选择作用的膜。
可在高温下应用,但膜很不稳定。
二、重要的膜分离过程(表9-1)1、渗透和透析(推动力—浓度差)渗透是由于浓度差→渗透压差→在膜的两旁引起溶剂向浓度高渗透压大的方向扩散。
工业上从纤维废液回收NaOH(人造毛或合成丝)。
透析是由于浓度差从溶液中分离出小分子物质的过程,如肾衰病人肾透析二者的共同点:浓度差不断降低,推动力也不断减小。
2、反渗透和超滤(推动力—压力差)反渗透:在渗透实验装置的膜两侧造成一个压力差,1-8Mpa,并使其大于渗透压,就会发生溶剂倒流,使浓度较高的溶液进一步浓缩,这一现象就叫反渗透。
超滤:膜只阻挡大分子,在压力差推动下,水和盐等小分子透过。
微过滤:以多孔细小薄膜为过滤介质,在压力差推动下0.1Mpa使不溶物浓缩(水和溶解物通过)图9-2,膜的孔径范围,反渗透小(水过),超滤较小(按粒经选择分离微粒和大分子)微过滤较大(不溶物截留,水和溶解物均过)。