1、,10.2 膜分離 10.2.1 膜的定義和分類 定義：膜是分離兩相的中間相。有分離作用的膜稱之為分離膜，通常亦簡(jiǎn)稱為膜。,膜分離過(guò)程：分離膜以特定的方式限制兩相間的物質(zhì)傳遞，使不同的物質(zhì)以不同的速率透過(guò)膜，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。,物質(zhì)透過(guò)膜的主要三種方式：,被動(dòng)傳遞,促進(jìn)傳遞,主動(dòng)傳遞, 被動(dòng)傳遞： 物質(zhì)由高化學(xué)位相向低化學(xué)位相傳遞， 這一化學(xué)位的差就是膜分離過(guò)程的推動(dòng)力。,壓力差 濃度差 電位差 溫度差,推動(dòng)力, 促進(jìn)傳遞：膜內(nèi)有載體，在高化學(xué)位一側(cè)，載體同被傳遞的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而在低化學(xué)位一側(cè)又將被傳遞的物質(zhì)釋放，這種傳遞過(guò)程有很高的選擇性。, 主動(dòng)傳遞：膜中的載體同被傳遞物質(zhì)在低化學(xué)位側(cè)發(fā)生

2、反應(yīng)并釋放能量，使被傳遞物質(zhì)由低化學(xué)位一側(cè)被傳遞到高化學(xué)位一側(cè)，物質(zhì)的傳遞方向?yàn)槟婊瘜W(xué)位梯度方向。,膜的分離性質(zhì),選擇性：不同物質(zhì)在兩相中的濃度變化比,透過(guò)性：?jiǎn)挝煌苿?dòng)力下，物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi),膜的分類：,透過(guò)單位面積膜的量,10.2.2 膜分離過(guò)程 在一定傳質(zhì)推動(dòng)力下，利用膜對(duì)不同物質(zhì)的透過(guò)性差異， 對(duì)混合物進(jìn)行分離的過(guò)程。,機(jī)理模型：,不可逆熱力學(xué)模型,傳遞機(jī)理模型,膜分離過(guò)程：氣體膜分離、滲透蒸發(fā)、滲析、電滲析、反滲透、 納濾、超濾、微濾、膜萃取、膜吸收、膜精餾、促進(jìn)傳遞、液膜、 氣膜等過(guò)程。 其中：滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾技術(shù)已很成熟， 應(yīng)用也廣泛。,10.2.3 膜的形態(tài)

3、結(jié)構(gòu),(1) 膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)：主要研究膜的斷面與表面。, 均相膜和異相膜 均相膜：均勻地呈單相存在； 異相膜：不是呈單相存在。, 致密膜和多孔膜 致密膜：結(jié)構(gòu)最緊密的膜； 多孔膜：結(jié)構(gòu)較疏松的膜。, 對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜 對(duì)稱膜：膜的厚度方向結(jié)構(gòu)均一、同性； 非對(duì)稱膜：同種材料，沿膜的厚度方向上呈不同結(jié)構(gòu)。,(2) 膜的孔,膜孔的結(jié)構(gòu),具有多樣性，不同的膜具有不同的孔結(jié)構(gòu)，同一張膜 也會(huì)具有不同的孔結(jié)構(gòu)。, 復(fù)合膜：在對(duì)稱或非對(duì)稱的底膜上，復(fù)合上一層很薄的、致密的、有特殊功能的另一種材料的膜層。, 膜的孔徑、孔徑分布、孔密度和空隙率 膜的孔徑: 膜內(nèi)孔的直徑, 有最大孔徑和平均孔徑之分； 孔徑分布:

4、 某一孔徑的孔體積占整個(gè)孔體積的百分?jǐn)?shù)； 孔密度: 單位膜面積上孔的數(shù)目； 空隙率: 所有孔體積占整個(gè)膜體積的百分?jǐn)?shù)。, 膜的厚度 整個(gè)膜厚、膜的某個(gè)層次厚度之分。 均質(zhì)膜 一般較厚，透量較小； 復(fù)合膜 可使致密層厚度極薄。,10.2.4 反滲透與納濾,(1) 反滲透的基本原理,溶解-擴(kuò)散理論： 溶劑和溶質(zhì)被吸附溶解于膜表面； 溶劑和溶質(zhì)在膜中擴(kuò)散傳遞，最終透過(guò)膜。,（2）濃度極化,改變操作條件控制濃度極化： 增加原料液的流速； 適當(dāng)提高操作溫度,（3）膜的污染 操作一定時(shí)間后，膜表面被不溶的沉積物所覆蓋，使膜的 性能下降。 主要原因：原料液處理不當(dāng)所造成的。如：懸浮顆粒；膜表面結(jié)垢；細(xì)菌污染

5、；金屬氧化物、有機(jī)物、淤泥等。,（4）納濾 納濾過(guò)程與反滲透過(guò)程極為相近，納濾膜能夠攔截納米數(shù)量級(jí)的分子。與反滲透相比，納濾水透量大、操作壓力低、成本低納濾可以用于脫除水溶液中的雜質(zhì)和有機(jī)物，如印染水的脫色、飲用水的預(yù)處理等。,10.2.5 超過(guò)濾與微孔過(guò)濾,以壓力為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程。 超濾：截留大分子溶質(zhì)，而允許低分子溶質(zhì)和溶劑通過(guò)，從而 將大分子與小分子分開(kāi)。,超濾和微濾的截留機(jī)理主要是物質(zhì)在膜表面及微孔內(nèi)的吸附、在孔內(nèi)的停留（阻塞）、膜表面的機(jī)械截留（篩分）、架橋截留和膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)截留。,10.2.6 滲析和電滲析,（1）滲析的基本原理 膜兩側(cè)溶液中的溶質(zhì)或溶劑在濃度差的推動(dòng)下透過(guò)膜。,

6、典型過(guò)程：血液透析,（2）電滲析的基本原理,溶液中的離子在電位差的推動(dòng)下，通過(guò)荷電膜而同其他不帶電 的組分分開(kāi)。 電滲析過(guò)程的基本原理： 陽(yáng)膜：帶負(fù)電的陽(yáng)離子傳遞膜 陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜,電滲析廣泛地應(yīng)用于苦鹽水脫鹽，是世界上某些地區(qū)生產(chǎn)淡水的主要方法。,電滲吸過(guò)程原理,10.2.7 氣體膜分離過(guò)程 （1）氣體膜分離的機(jī)理 氣體混合物在膜兩側(cè)分壓差的作用下，各組分氣體以不同滲透速率透過(guò)膜，使混合氣體得以分離或濃縮的過(guò)程。 描述氣體通過(guò)高分子膜的主要參數(shù)： 滲透率P：描述膜的氣體透過(guò)性； 滲透系數(shù)J：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位膜面積、單位推動(dòng)力作用下所 透過(guò)氣體的量； 分離系數(shù)：描述氣體分離膜的選擇性

7、，一般將其定義為 兩種氣體i，j滲透系數(shù)之比。,（2）氣體膜分離的主要應(yīng)用 氫氣的回收利用； 從空氣中制取富氮?dú)怏w和富氧氣體。,10.2.8 滲透蒸發(fā)過(guò)程 在膜的原料側(cè)是液體混合物，膜的另一側(cè)為氣相真空或負(fù)壓操作，混合物的各組分在分壓差作用下，以不同速率從膜的一側(cè)蒸發(fā)并滲透到膜的另一側(cè)，從而達(dá)到分離濃縮的目的。 區(qū)別于其他膜過(guò)程的重要特點(diǎn)是有相變。假設(shè)過(guò)程分兩步完成： 進(jìn)料液體在膜進(jìn)料側(cè)蒸發(fā)形成飽和蒸汽， 飽和蒸汽透過(guò)膜到達(dá)膜的滲透?jìng)?cè)。 主要應(yīng)用：有機(jī)溶劑脫水、水的凈化、有機(jī)混合物分離。,10.2.9 其他膜過(guò)程 （1）控制釋放 指：用分離膜控制藥物的釋放速度和作用時(shí)間，被應(yīng)用于醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等方面。,兩種不同給藥方式的對(duì)比,（2）膜反應(yīng)器 膜反應(yīng)