（優(yōu)選）膜分離技術(shù)課件目前一頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)目錄發(fā)展簡(jiǎn)史基礎(chǔ)知識(shí)常用技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)介特點(diǎn)展望致謝目前二頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

人類(lèi)對(duì)于膜現(xiàn)象的研究源于1748年，然而認(rèn)識(shí)到膜的功能并用于為人類(lèi)服務(wù)，卻經(jīng)歷了200多年的漫長(zhǎng)過(guò)程。大致歷程（20世紀(jì)）：

30年代：微孔過(guò)濾

40年代：透析

50年代：電滲析

60年代：反滲透

70年代：超濾和液膜

80年代：氣體分離

90年代：滲透汽化一、發(fā)展簡(jiǎn)史目前三頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)國(guó)內(nèi)研究歷程1958年開(kāi)始研究離子交換膜；1965年開(kāi)始對(duì)反滲透膜進(jìn)行探索；1966年上?；S聚乙烯異相離子交換膜正式投產(chǎn)，為電滲析工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；70年代相繼對(duì)電滲析、反滲透、超濾和微濾膜及組件進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，進(jìn)而進(jìn)入推廣應(yīng)用階段；80年代中期我國(guó)氣體分離膜的研究取得長(zhǎng)足進(jìn)步；90年代國(guó)家科技部對(duì)無(wú)機(jī)陶瓷微濾膜的工業(yè)化技術(shù)組織了科技攻關(guān)，推進(jìn)了陶瓷微濾膜的工業(yè)化進(jìn)程。

目前四頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)二、基礎(chǔ)知識(shí)1.膜（membrane）（1）定義：在一定流動(dòng)相（液體or氣體）中，有一薄層凝聚相物質(zhì)，把流動(dòng)相分隔成兩部分，這一薄層即為膜。其厚度在0.5mm以下。（2）分類(lèi)：按孔徑不同（or截留分子量）:可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜按材料不同：無(wú)機(jī)膜(微濾膜，如：陶瓷膜和金屬膜)

有機(jī)膜（高分子材料做成，如醋酸纖維素CA、聚醚砜PES、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等）。目前五頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)按結(jié)構(gòu)分對(duì)稱(chēng)膜（均相膜）：結(jié)構(gòu)與方向無(wú)關(guān)不對(duì)稱(chēng)膜（非均相膜）：結(jié)構(gòu)與方向有關(guān)活性層：過(guò)濾作用（0.1--1um）支持層：支持作用(100—200um)(3)膜性能參數(shù)

MWCO,通量，抗壓能力，PH適用范圍，對(duì)熱和溫度的穩(wěn)定性等。（4）膜的污染與清洗

污染：膜在使用過(guò)程中，盡管操作條件不變，但通量仍逐漸降低的現(xiàn)象。不可逆，必須清洗后才能消除。

濃差極化：可逆，改變操作條件可消除；

目前六頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)清洗：

●NaOH:水解蛋白質(zhì)，皂化脂肪，溶解某些生物大分子

●酸：HNO3，H3PO4，HCl（去除無(wú)機(jī)物）

●表面活性劑：SDS（乳化，濕潤(rùn)，分散生物大分子等

●氧化劑：NaClO(強(qiáng)氧化能力)

●酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定作用。

●有機(jī)溶劑：20%--50%的乙醇可用于膜裝置的滅菌和去除油脂等。但系統(tǒng)必須符合防爆要求。目前七頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)2.

原理：膜分離技術(shù)是以選擇性多孔薄膜為分離介質(zhì)，使分離的溶液借助某種推動(dòng)力（如：壓力差、濃度差、電位差等）通過(guò)膜，低分子溶質(zhì)透過(guò)膜，大分子溶質(zhì)被截留，以此來(lái)分離溶液中不同分子量的物質(zhì)，從而達(dá)到分離、濃縮、純化目的。

示意圖目前八頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)3.膜分離過(guò)程類(lèi)型推動(dòng)力過(guò)程孔徑機(jī)制靜壓力差MF，UF，NF，RO<1000dalton---10um篩分濃度差滲析（透析）1—3nm篩分+擴(kuò)散蒸氣分壓差膜蒸餾（MD）微孔擴(kuò)散滲透蒸發(fā)（PV）無(wú)孔電位差電滲析<200dalton離子遷移目前九頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)4.膜過(guò)濾方式：終端過(guò)濾(deadendfiltration

)

以壓力作為推動(dòng)力，料液流動(dòng)方向與濾膜表面垂直，并且透過(guò)液方向與料液一致。錯(cuò)流過(guò)濾（crossflowfiltration）

透過(guò)液方向垂直于進(jìn)料的方向，而料液流動(dòng)方向與濾膜表面平行，進(jìn)料以一定流速?zèng)_刷膜表面,減小濃差極化效應(yīng)。

★以微濾為例，主要根據(jù)料液中固形物的含量多少來(lái)確定，<0.1%時(shí)，選用終端過(guò)濾，

>0.5%則基本采用錯(cuò)流過(guò)濾。目前十頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)三、常用技術(shù)分類(lèi)壓力推動(dòng)膜過(guò)程和各自分離特征目前十一頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)1.微濾（Microfiltration,MF）

微濾的應(yīng)用范圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細(xì)菌以及其他污染物，以達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的。

特別適用于微生物、細(xì)胞碎片、微細(xì)沉淀物和其他在“微米級(jí)”范圍的粒子。目前十二頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)2.超濾(Ultrafiltration,UF)

原理：以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)。在一定的壓力下，當(dāng)水流過(guò)膜表面時(shí)，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過(guò)，達(dá)到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。

分類(lèi)：一般分為板框式（板式）、中空纖維式、管式、卷式等多種結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用：濃縮，脫鹽，分離，純化，去熱原，緩沖液置換等。目前十三頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)★兩種壓力差△p=p進(jìn)-p出（回流液的循環(huán)動(dòng)力）

一般10psi左右調(diào)節(jié)方式：泵速，回流閥

△pt=[(p進(jìn)-p0)+(p出-p0)]*1/2=(p進(jìn)+p出)*1/2-p0

(膜過(guò)濾推動(dòng)力)軸向、側(cè)向壓力差△pt對(duì)通量的影響壓力較低：通量隨△pt成正比增加，如a壓力增大：形成濃差極化層，趨勢(shì)變緩，如b壓力繼續(xù)增大：濃差極化層達(dá)凝膠層濃度，通量不隨△pt改變，如c膜兩側(cè)平均壓力差目前十四頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)3.納濾(Nanofiltration,NF)

介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程，孔徑范圍在幾個(gè)納米左右。與其他壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離過(guò)程相比，出現(xiàn)較晚。與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱(chēng)作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”(LooseRO)。應(yīng)用：食品工業(yè)、植物深加工、飲料工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品深加工、生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、精細(xì)化工、環(huán)保工業(yè)……

納濾膜（陶氏）目前十五頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)納濾膜三大特點(diǎn)MWCO介于反滲透膜和超濾膜之間，一般為150～1000dalton；科學(xué)家推測(cè)其表面分離層可能擁有1nm左右的微孔結(jié)構(gòu)，故被稱(chēng)之為“納濾”。納濾膜對(duì)無(wú)機(jī)鹽有一定的截留率，因?yàn)樗谋砻娣蛛x層是由聚電解質(zhì)所構(gòu)成，對(duì)離子有靜電相互作用。超低壓大通量，即在超低壓下（0.1Mpa≈14.7psi）仍能工作，并有較大的通量。目前十六頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)4.反滲透(ReverseOsmosis,RO)

原理：依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過(guò)程。

應(yīng)用:美國(guó)最早用于將航天員的尿液回收為純水。醫(yī)學(xué)界還以反滲透法的技術(shù)用來(lái)洗腎（血液透析）。工業(yè)上已應(yīng)用于海水脫鹽，超純水制備，從發(fā)酵液中分離溶劑等。

特點(diǎn)：不需添加任何殺菌劑和化學(xué)物質(zhì)，故不會(huì)發(fā)生化學(xué)相變。目前十七頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

示意圖

目前十八頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

Vivaflow50回旋流/切向流超濾器

Vivaspin系列超濾濃縮離心管

25mm可換膜針頭式濾器（玻璃杯式）溶劑過(guò)濾器四、設(shè)備簡(jiǎn)介：目前十九頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)QuixStand中空纖維柱系統(tǒng)Pellicon超濾系統(tǒng)

不銹鋼圓筒式正壓濾器0.1m2

陶瓷膜實(shí)驗(yàn)設(shè)備目前二十頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)五、膜分離技術(shù)特點(diǎn)高效的分離過(guò)程低能耗接近室溫的工作溫度純物理過(guò)程，品質(zhì)穩(wěn)定性好連續(xù)化操作靈活性強(qiáng)環(huán)保，無(wú)污染投資少

目前二十一頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)分離技術(shù)對(duì)比比較點(diǎn)傳統(tǒng)技術(shù)膜分離技術(shù)耗能多少分離效果較差好成本高/低首次投資高維護(hù)費(fèi)用低舉例篩分、離心、沉淀、過(guò)濾、蒸餾、結(jié)晶、吸附、離子交換等MF、UF、NF、RO等目前二十二頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)六、問(wèn)題與展望膜材料研究薄弱，不少原材料需要進(jìn)口膜組件性能低，品種少膜技術(shù)種類(lèi)少，當(dāng)前膜多為化學(xué)制劑，易造成二次污染產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，應(yīng)用領(lǐng)域窄技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化過(guò)程緩慢目前二十三頁(yè)\總數(shù)二十五頁(yè)\編于二十二點(diǎn)

★研究新的膜材料，開(kāi)發(fā)研究新的聚合膜材料?！镅芯块_(kāi)發(fā)新的成膜工藝，進(jìn)一步制備超薄、高度均勻、無(wú)缺陷的非對(duì)稱(chēng)膜。

★將新興的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的工藝技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，不斷將膜技術(shù)的研究成果從實(shí)驗(yàn)室推向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。★將無(wú)機(jī)膜的發(fā)展推向前。無(wú)機(jī)膜耐酸、堿、有