膜分離技術(shù)及應(yīng)用

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1、課題：第六章膜分離目的要求：1、了解膜分離工程的特點；2、掌握幾種膜分離的原理和一般步驟；3、了解膜分離技術(shù)的應(yīng)用教學(xué)重點：1、膜分離的原理和一般步驟；2、膜分離的應(yīng)用教學(xué)難點：教學(xué)課時：4學(xué)時教學(xué)方法：講授為主，借助多媒體課件及幻燈片穿插演示法、提問法教學(xué)本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：教學(xué)內(nèi)容與步驟1膜分離技術(shù)的簡介1.1膜分離的概念利用膜的選擇性（孔徑大?。?，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實現(xiàn)分離的一種技術(shù)。膜分離的一般示意性圖見圖1。1.2膜的簡介在一種流體相間有一層薄的凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔開來成為兩部分，這一薄層

2、物質(zhì)稱為膜。膜本身是均一的一相或由兩相以上凝聚物構(gòu)成的復(fù)合體。被膜分開的流體相物質(zhì)圖1膜分離過程示意圖是液體或氣體。膜的厚度應(yīng)在0.5mm以下，否則不能稱其為膜。1.2.1對于不同種類的膜都有一個基本要求：（1）耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般模操作的壓力范圍在0.1~0.5Mpa，反滲透膜的壓力更高，約為1~10MPa（2）耐高溫：高通量帶來的溫度升高和清洗的需要（3）耐酸堿：防止分離過程中，以及清洗過程中的水解；（4）化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；（5）生物相容性：防止生物大分子的變性；（6）成本低。121.2.2膜的分類按孔徑大小

3、：微濾膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結(jié)構(gòu)：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜按材料分：有機高分子（天然高分子材料膜、合成高分子材料膜）膜、無機材料膜1.2.3各種膜材料（1）天然高分子材料膜主要是纖維素的衍生物，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維素等。其中醋酸纖維膜的截鹽能力強，常用作反滲透膜，也可用作微濾膜和超濾膜。醋酸纖維膜使用最高溫度和pH范圍有限，一般使用溫度低于45~50℃，pH3~8。再生纖維素可制造透析膜和微濾膜。（2）合成高分子材料膜市售膜的大部分為合成高分子膜，種類很多，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等。其中聚砜是最常用

4、的膜材料之一，主要用于制造超濾膜。聚砜膜的特點是耐高溫(一般為70~80℃，有些可高達(dá)125℃)，適用pH范圍廣(pH=l~13)，耐氯能力強，可調(diào)節(jié)孔徑范圍寬(1~20nm)。但聚砜膜耐壓能力較低，一般平板膜的操作壓力權(quán)限為0.5~1.0MPa。聚酰胺膜的耐壓能力較高，對溫度和pH都有很好的穩(wěn)定性，使用壽命較長，常用于反滲透。（3）無機（多孔）材料膜主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。目前實用化的無機膜主要有孔徑0.1μm以上的微濾膜和截留相對分子質(zhì)量l0kD以上的超濾膜，其中以陶瓷材料的微濾膜最為常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鋯和鈦等陶瓷

5、微粒燒結(jié)而成，膜厚方向不對稱。無機膜的特點是機械強度高，耐高溫、耐化學(xué)試劑和耐有機溶劑，但缺點是不易加工，造價較高。另一類無機微濾膜為動態(tài)膜(dynamicmembrane)，是將含水金屬氧化物(如氧化鋯)等膠體微?；蚓郾┧岬瘸练e在陶瓷管等多孔介質(zhì)表面形成的膜，其中沉積層起篩分作用。動態(tài)膜的特點是透過通量大，通過改變pH值容易形成或除去沉積層，因此清洗比較容易，但缺點是穩(wěn)定性較差。1.3膜分離過程的種類12種類膜的功能分離驅(qū)動力透過物質(zhì)被截流物質(zhì)微濾多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子壓力差水、溶劑和溶解物懸浮物、細(xì)菌類、微粒子、大分子有機物超濾脫除溶液中的膠體

6、、各類大分子壓力差溶劑、離子和小分子蛋白質(zhì)、各類酶、細(xì)菌、病毒、膠體、微粒子反滲透和納濾脫除溶液中的鹽類及低分子物質(zhì)壓力差水和溶劑無機鹽、糖類、氨基酸、有機物等透析脫除溶液中的鹽類及低分子物質(zhì)濃度差離子、低分子物、酸、堿無機鹽、糖類、氨基酸、有機物等電滲析脫除溶液中的離子電位差離子無機、有機離子滲透氣化溶液中的低分子及溶劑間的分離壓力差、濃度差蒸汽液體、無機鹽、乙醇溶液氣體分離氣體、氣體與蒸汽分離濃度差易透過氣體不易透過液體見表1表1膜分離的種類及特點圖中分別給出了按分離原理和按被分離物質(zhì)的大小區(qū)分的分離膜種類，從中可以看出，除了透析膜主要用于醫(yī)療用途以外

7、，幾乎所有的分離膜技術(shù)均可應(yīng)用于任何分離、提純和濃縮領(lǐng)域。反滲透和納濾作為主要的水及其它液體分離膜之一，在分離膜領(lǐng)域內(nèi)占重要地位。2膜的制備方法2.1高分子膜的制備用物理化學(xué)方法或?qū)煞N方法結(jié)合，可制作具有良好分離性能的高分子膜。最實用的方法是相轉(zhuǎn)化法和復(fù)合膜法。相轉(zhuǎn)化法是指用溶劑，溶脹劑與高分子膜材料制成鑄膜液，刮制成膜后，通過L-S法，熱凝膠法，溶劑蒸發(fā)法，水蒸氣吸入法等使均相的高分子溶液沉淀轉(zhuǎn)化為兩相，一相為固相，一相為液相。一般，沉淀速度越快，形成的孔就越小；反之，沉淀速度越慢，形成的孔就越大。由于膜表面溶液沉淀速度較膜內(nèi)部快，于是可得到較致密的表

8、皮層和較疏松的支撐層，成為非對稱膜。因制膜過程中發(fā)生著從液相轉(zhuǎn)化為