膜分離法

（MembraneSeprartion）

一、概述定義—在一定壓力條件下，溶液中各組成選擇性透過一半透性薄膜而達(dá)到分離純化的過程。發(fā)展史（1748年發(fā)現(xiàn)；1850’年天然膜應(yīng)用；1864年第一張人工無機(jī)膜—亞鐵氰化銅誕生；1930’有機(jī)膜出現(xiàn)……）特點(diǎn)—均相分離、無相變；無需加入化學(xué)物質(zhì)；濃縮與純化同時(shí)進(jìn)行二、膜的分類膜的定義：在一定流體相中，有一薄層凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜。

膜組成膜結(jié)構(gòu)對(duì)稱膜非對(duì)稱膜——均相、非均相（復(fù)合膜）膜組成無機(jī)物亞鐵氰化銅、陶瓷、多孔玻璃等有機(jī)物天然物及其衍生物：獸類的膀胱、禽類的素囊、醋酸纖維素、硝酸纖維素等人工合成聚合物：聚砜類、聚酰胺類、聚碳酸酯等特殊材料聚電解質(zhì)復(fù)合物、ZrO2/聚丙烯酸、ZrO2/碳等圖1對(duì)稱膜圖2非對(duì)稱膜圖2對(duì)稱膜圖3非對(duì)稱膜圖5對(duì)稱膜圖6非對(duì)稱膜三、膜分離過程的類型及其特點(diǎn)

粒子項(xiàng)目粒子大小分離方法分離動(dòng)力粗粒≥100μm常規(guī)過濾壓力差細(xì)粒1—100μm高速離心、常規(guī)過濾壓力差微粒0.01—10μm微濾壓力差大分子1—100nm超濾、透析壓力差、擴(kuò)散小分子、離子0.1—10nm反滲透、電滲析壓力差、電能膜分離過程的類型

微孔膜分離（微濾、Microfiltration、簡稱MF）超級(jí)膜分離（超濾、Ultrafiltration、簡稱UF）反滲透膜分離（反滲透、ReverseOsmosis、簡稱RO）1、微孔膜分離

定義：在一定壓力條件下，溶液中各微粒依據(jù)尺寸大小選擇性透過半透性薄膜的過程。分離機(jī)理：篩分

εd2ΔpJ=————32μL膜材：纖維素酯類（醋酸纖維素、硝酸纖維素等）膜結(jié)構(gòu)：對(duì)稱膜膜孔徑：0.1—5.0μm(常用有0.22、0.45、0.65、1.0μm)操作壓力：0.01—0.2MPa2、超級(jí)膜分離

定義：在一定壓力條件下，溶液中溶質(zhì)依據(jù)分子量大小選擇性透過半透性薄膜的過程。分離機(jī)理：篩分

εd2ΔpJ=————32μL

ε3ΔpJ=————————k’(1-ε)2S02μL膜材：聚砜類、聚酰胺類膜結(jié)構(gòu)：非對(duì)稱膜膜孔徑：1—50nm操作壓力：

0.1—0.5MPa3、反滲透膜分離

定義：在一定壓力條件下，溶液中溶劑選擇性透過半透性薄膜的過程。分離機(jī)理：優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流理論溶解—擴(kuò)散理論膜材：纖維素酯類、聚酰胺類等膜結(jié)構(gòu)：非對(duì)稱膜膜孔徑：0.5—10nm操作壓力：2—10MPa優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流動(dòng)模型示意圖溶解—擴(kuò)散理論模型示意圖溶液溶質(zhì)溶劑反滲透膜四、表征膜性能的參數(shù)

水通量（J）（m3/m2·s）截留率（σ）

σ=1—CP/CB截留分子量（MWCO，MolecularWeightCutOff）：

相當(dāng)于一定截留率（90%以上）的最小被截留溶質(zhì)的分子量。CPCBpH適用范圍熱穩(wěn)定抗溶劑能力五、濃差極化現(xiàn)象

定義——在膜分離過程中，膜表面上溶質(zhì)濃度高于主體溶質(zhì)濃度的現(xiàn)象。如下圖：濃差極化對(duì)通量的影響改進(jìn)措施（流動(dòng)方式、流速、濃度、溫度等）六、膜分離工藝流程及設(shè)備

工藝流程圖

1-料液2-泵3-膜組件4-濾液5閥6-壓力表2、膜設(shè)備1）膜組件管式膜組件中空纖維膜組件平板式膜組件卷式膜組件

管式膜組件

管式膜組件形式：直通式、狹溝式；內(nèi)流、外流式特點(diǎn)：易清洗，單根管子容易調(diào)換，無機(jī)組件可在高溫下可用有機(jī)溶劑進(jìn)行操作并可用化學(xué)試劑來消毒。保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大。

中空纖維膜組件形式：內(nèi)壓、外壓特點(diǎn)：保留體積小，單位體積中所含過濾面積大，可以逆流操作，壓力較低，設(shè)備投資低。料液需要預(yù)處理，單根纖維損壞時(shí)，需調(diào)換整個(gè)組件。中空纖維膜組件板式膜組件板式膜組件形式：類似于板框過濾機(jī)特點(diǎn)：保留體積小，操作費(fèi)用低的壓力降，液流穩(wěn)定，比較成熟。死體積較大，易漏，高固含量會(huì)堵塞進(jìn)料液通道，拆卸比清潔管道更費(fèi)時(shí)間

形式：內(nèi)壓、外壓特點(diǎn)：設(shè)備投資很低，操作費(fèi)用也低，單位體積中所含過濾面積大，換新膜容易。料液需經(jīng)預(yù)處理，壓力降大、易污染、難清洗、液流不易控制。卷式膜組件3、泵蠕動(dòng)泵—微濾、超濾旋渦泵—超濾柱塞泵—反滲透板式膜分離器（實(shí)驗(yàn)室用）中空纖維膜分離器（實(shí)驗(yàn)室用）板式膜分離器（實(shí)驗(yàn)室用）Millipore公司板式膜分離器（實(shí)驗(yàn)室用）中空纖維膜分離器（工業(yè)用）卷式膜分離器（工業(yè)用）七、膜的維護(hù)和保養(yǎng)

膜的污染及預(yù)防措施膜的污染（膜孔的堵塞、膜表面的吸附）預(yù)防措施預(yù)處理（過濾、離心）調(diào)節(jié)pH膜預(yù)吸附2、清洗方法物理清洗法高速水洗等壓水洗反沖洗化學(xué)清洗法堿（0.1%，35℃,NaOH）酸（0.1MHCl）酶（非特異蛋白水解酶）表面活性劑螯合劑（EDTA）氧化劑（過氧化氫、次氯酸鹽）3、保存短期（1、2天）：無菌水中期（1、2星期）：0.1% NaOH長期（1個(gè)月以上）:2-5%甲醛5%甘油（冬天）八、膜分離的應(yīng)用

生物大分子的分離純化及濃縮微生物、熱源的去除澄清處理水處理、脫鹽思考題何謂膜分離？主要有那幾種膜分離方法？膜