第五章 膜分离法

85℃，保温12hr, 95℃,保温10hr
水相
悬浮有机相
一、萃取色层分离的基本原理
１．分配系数与分离系数
分配系数: D Cs / Cm 分离系数: D1 / D2 金属离子在流动相中的 分数 : Nm R Nm Ns 1 1 1 N C V V 1 s 1 s s 1 D s Nm Cm Vm Vm
中RE3+浓度↑，峰距↓（分离度RS↓）
– 淋洗液流速：流速↑→理论塔板数↓→RS↓ – 温度：一般50±５℃为宜
2. 萃取色层分离稀土的工艺实践
– 装柱——负载——淋洗——淋洗液浓缩沉淀
装柱
负载 淋洗
长径比17～20，树脂粒度0.13～0.074mm
料液RE2O3 60 ～ 80g/L, 酸度0.２～ 0.3mol/L 50±５℃， 梯度淋洗（Gd-Tb-Dy分离：0.5,0.7,0.9mol/L HCl）
单组成色谱图
2.分离度（分辨率）
• • • •
每个组成都有一个色谱峰，且有特定的保留体积VR 每个色谱峰都有特征的峰宽W (VR2-VR1)越大，W越小分离效果越好
分离度 RS VR 2 VR1 2(VR 2 VR1 ) (W1 W2 ) / 2 W1 W2 ( RS 1.3时可定量分离 )
• 特点:萃取、反萃合二为一；萃取剂用量少、成本低
• 液膜分离的一般流程 • 乳状液膜从低含量稀土浸出液中回收稀土 １．制膜
混合（萃取剂＋溶剂＋表面活性剂＋膜内相） 搅拌 生成油包水（W/O）乳状液
– 稳定性特别重要（以破损率表示）
• 破乳率ε=膜外相中酸的总量／原始酸的总量 • 如放置１hr后， ε＜2％，稳定
二、萃取色层法分离提纯高纯稀土化和物

工程实例
纳滤（NF） 膜与反渗透 （RO）膜联 用的应用实例。 该装置将二次 处理（生物处 理水）后的下 水用NF、RO 膜再次处理， 处理后的水用 于展览馆大型 水槽内的热带 鱼饲养。
处理前后的水质分析结果
§2 超 滤
超滤是依靠压力推动力和膜进行工作，该膜具 有对液状溶液或者液状混合物中一些组分的渗透 性，而对另一些组分无渗透性。
膜分离技术是物质分离技术中的一个操作单元。
废弃物形态及膜分离技术的适用性
可看出膜分 离技术处理 的对象是流 体，故主要 适用于废水、 废液、废气 的处理。
2 适用于废水排放用途的膜分离技术
排放水处理以 往采用沉淀法、活 性污泥法等，现在 膜法或与上述方法 配合使用，或者完 全代替使用。使用 膜法时，除得到膜 透过液外，对于浓 缩液有时可通过萃 取方法提取有用物 质，而多数情况则 是固化后燃烧处理。
（6）
(7)
当cf很小可以忽略不计时,上式简化为
式中D/δ可用km代替,称为传质系数,则得
浓度极化所形成的胶凝层
当J随着△P的增长而增长 时，浓度cm也就随之增长，但 大分子的浓度增加到某一值cg
后就会发生淀沉，在膜的表面
出现—层凝胶物。凝胶层浓度 cg从此也就固定下来。因此， 在传质系数km为常数的水流条 件下，水的通量J也就不变， 不再因压差△P增加而增长。
• 其他：气体分离（GS）、渗透蒸发（PVAP）、 液膜（LM）、集成膜技术（IMT）等
电渗析、超滤、反渗透是目前给水与废水处理常用的三种膜分离方法。
滤膜孔径及操作压力
大致说来，超滤用于去除大小大于10倍溶剂分子的颗粒，颗粒相对分子质量小于1000。 对溶剂水而言，即颗粒应约大于2.5nm(水分子为0.28nrn)。 超滤膜的孔径一般为1.5~10nm。超滤系统一般在小于0.5MPa下操作。 反渗透用于占除大小与溶剂同一数量级的颗粒．相对分子质量在10~1000范围内。 对水溶液而言，颗粒的大小约为零点几个纳米。反渗透用半透膜作为滤膜，必须在克 服膜两边渗透压的条件下操作，典型的操作压力为5MPa。 当颗粒物大于约50 nm后，即属于一般的过滤。

膜分离的操作方式1. 膜分离的基本原理膜分离是一种通过膜的选择性通透性实现物质分离的技术。

膜分离的基本原理是利用膜的孔隙结构或表面性质，使得不同成分的物质在膜上发生不同的传质、传递现象，从而实现物质的分离。

2. 膜分离的操作步骤膜分离的操作步骤主要包括前处理、膜分离过程和后处理三个部分。

2.1 前处理前处理是指在膜分离过程之前对原料进行的处理步骤，主要目的是去除悬浮物、颗粒物、胶体物等杂质，以保护膜的使用寿命和效果。

常见的前处理方法包括沉淀、过滤、调节pH值等。

2.2 膜分离过程膜分离过程是指将前处理后的原料通过膜分离设备进行分离的步骤。

根据不同的分离机理和应用需求，膜分离过程可以分为压力驱动式、浓度差驱动式和电场驱动式三种方式。

2.2.1 压力驱动式膜分离压力驱动式膜分离是指通过施加一定的压力差，使原料液体在膜上发生渗透和分离的过程。

常见的压力驱动式膜分离包括微滤、超滤、纳滤和逆渗透等。

压力驱动式膜分离的操作步骤： 1. 将前处理后的原料液体通过泵送至膜分离设备。

2. 施加一定的压力差，使原料液体在膜上发生渗透和分离。

3. 收集通过膜的纯净产物，将未通过膜的浓缩物排出。

2.2.2 浓度差驱动式膜分离浓度差驱动式膜分离是指通过维持两侧溶液的浓度差，使溶质通过膜进行传质和分离的过程。

常见的浓度差驱动式膜分离包括电渗析和渗透气体分离等。

浓度差驱动式膜分离的操作步骤： 1. 将前处理后的原料液体分为两侧，分别放置在膜分离设备的两侧。

2. 维持两侧溶液的浓度差，通过膜进行溶质的传质和分离。

3. 收集通过膜的纯净产物，将未通过膜的浓缩物排出。

2.2.3 电场驱动式膜分离电场驱动式膜分离是指通过在膜上施加电场，利用离子的电荷特性进行传质和分离的过程。

常见的电场驱动式膜分离包括电渗析和电吸附等。

电场驱动式膜分离的操作步骤： 1. 将前处理后的原料液体通过泵送至膜分离设备。

2. 在膜上施加电场，使离子在膜上发生迁移和分离。

Chapter5-membraneseparationreview questions ?盐析常用的盐有A, B.为什么盐析蛋白质时最好将溶液pH值调整到pI附近？残留在沉淀物中的盐，通常用？方法除去。

有机溶剂沉淀法常用的有机溶剂有A,B。

蛋白质若结合较多的阳离子，等电点将向较高/低pH移动?若溶液中含（NH4）2SO4，需要升高pH，该加入？。

结晶的先决条件是？化合物纯度越高/低，越容易结晶？活性炭脱色是正/负吸附？极性吸附剂易吸附极性/非极性物质？液体表面张力越小，液体被固体吸附越容易/难？粉末状活性炭吸附能力大于/小于颗粒状活性炭？SiO2.nH2O何以带水？第五章膜分离技术?一.膜分离概述二.常见的膜分离技术三.膜分离应用第一节膜分离概述膜分离技术的应用果汁澄清新旧工艺比较生物制药过程中的应用一. 膜分离概念（Membrane Separation）?膜分离的概念及原理：利用膜的选择性（孔径大小pore size），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。

二.膜分离特点与传统的分离操作相比，膜分离具有以下特点：（1）膜分离是一个高效分离过程，可以实现高纯度的分离；（2）大多数膜分离过程不发生相变，因此能耗较低；?（3）膜分离通常在常温下进行，特别适合处理热敏性物料；（4）膜分离设备本身没有运动的部件，可靠性高，操作，维护都十分方便。

三. 膜分离发展简史1748年酒精中的水能通过猪膀胱1854年Graham发现透析1856年发现不同特征的膜1864年Traube研制成功第一片人造膜---亚铁氰化铜膜20世纪中叶出现了反渗透膜，超滤膜，微滤膜，纳滤膜20世纪60年代以后，膜分离技术进一步发展国内发展概况20世纪50年代起步，奠定基础阶段20世纪60-70年代发展阶段20世纪80-90年代深化发展和应用推广阶段PEC-1000TF-30（仿制复合膜）四.常见的膜分离技术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，故而可以按分离粒子大小进行分类：微滤(MF):以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025-14μm之间；超滤(UF):分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02μm, 分离推动力仍为压力差，适合于分离酶，蛋白质等生物大分子物质；纳滤（NF）：以压力差为推动力，从溶液中分离300-1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm;反渗透（RO）：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001-0.001μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；电渗析：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；各种膜分离技术的分离特性五. 膜材料，分类及要求按材料分：合成有机聚合物膜，无机材料膜按膜形态结构：对称性膜，不对称性膜，复合膜（致密层）?按孔径大小：微滤膜，超滤膜，纳滤膜，反渗透膜有机高分子膜：天然物质的衍生物（醋酸，硝酸纤维素膜）；人造物质（聚砜膜，聚酰胺膜，聚乙烯醇类）无机多孔膜：陶瓷膜，多孔玻璃等膜的基本要求-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；六.膜的制备七. 膜分离性能1. 截留率对于反渗透过程，通常用截留率表示其分离性能。