《膜分离技术》.ppt

膜分离技术(membraneseparation)本讲的主要内容膜分离技术概述1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用
30年代微滤
40年代透析
50年代电渗析
60年代反渗透
70年代超滤
80年代纳滤
90年代渗透汽化★膜分离的特点
①操作在常温下进行；
②是物理过程，不需加入化学试剂；
③不发生相变化（因而能耗较低）；
④在很多情况下选择性较高；
⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；
⑥设备易放大，可以分批或连续操作。
因而在生物产品的处理中占有重要地位膜分离技术的重要性膜的分类常见膜分离方法膜分离法与物质大小（直径）的关系膜材料的特性（一）膜材料醋酸纤维特点：聚砜膜的特点芳香聚酰胺类膜材料-不同的膜分离技术(二）膜的制造相转变制膜22表征膜性能的参数1.截留率和截断分子量水通量：纯水在一定压力，温度(0.35MPa，25℃)下试验，透过水的速度L/hm2。
JW=W/At
同类膜，孔径，水通量Jw。
水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子
溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的10%）
由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。3孔道特征-孔径4完整性试验微滤、超滤、纳滤、反渗透相同点：
①以膜两侧压力差为推动力；②按体积大小而分离；③膜的制造方法、结构和操作方式都类似。
微滤、超滤、纳滤、反渗透区别：
膜孔径：微滤0.1~10m>超滤0.01~0.1>纳滤0.001~0.01m>反渗透小于0.001m
分离粒子：微滤截留固体悬浮粒子，固液分离过程；超滤、纳滤、反渗透为分子级水平的分离；
分理机理：微滤、超滤和纳滤为截留机理，筛分作用；反渗透机理是渗透现象的逆过程：
压差：微滤、超滤和纳滤压力差不需很大0.1~0.6MPa
1透析透析原理图透析法的应用2.微滤超滤应用微滤和超滤的分离机理反渗透法反渗透法对分子量>300的电解质、非电解质都可有效的除去，其中分子量在100～300之间的去除率为90％以上。

反渗透工业应用包括：
海水和苦咸水脱盐制饮用水；
制备医药、化学工业中所需的超纯水；
用于处理重金属废水
用于浓缩过程，不会破坏生物活性，不会改变风味、香味。包括：食品工业中果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀和印染工业中废水的浓缩；奶品工业中牛奶的浓缩。反渗透：优先吸附-毛细孔流动模型（有孔学说）图17-9优先吸附毛细孔流动模型水在膜表面处的流动４纳滤纳滤膜的特点筛分：对Na+和Cl-等单价离子的截留率较低，但对Ca2+、Mg2+、SO42-截留率高，对色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（２00-1000）物质可进行分级分离，实现高相对分子量和低相对分子量有机物的分离，
道南（Donnan）效应：纳滤膜本体带有电荷性，对相同电荷的分子（阳离子）具有较高的截留率。
低压力下仍具有较高脱盐性能；
分离分子量相差不大但带相反电荷的小分子（短肽、氨基酸、抗生素）。纳滤膜分离机理示意图膜分离技术第一讲的主要内容纳滤膜由于截留分子量介于超滤与反渗透之间，同时还存在Donnan效应，广泛应用于制药、食品等行业中。
同时水在纳滤膜中的渗透速率远大于反渗透膜，所以当需要对低浓度的二价离子和分子量在500到数千的溶质进行截留时，选择纳滤比使用反渗透经济。
应用：
（1）小分子量的有机物质的分离；
（2）有机物与小分子无机物的分离；
（3）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离；
（4）盐与其对应酸的分离。纳滤的应用纳滤应用几种膜分离技术的分离范围正极阴离子交换膜负极离子交换膜和离子交换树脂的区别：过程思考题17膜分离过程第二讲主要内容1浓差极化浓差极化浓差极化的表现克服浓差极化的方法17.5影响膜过滤的各种因素①压力虽然增大流速有明显的优点，但需考虑：
只有当通量为浓差极化控制时，增大流速才会使通量增加，
增大流速会使膜两侧压力差减小，因为流经通道的压力降增大
增大流速，使剪切力增加，对某些蛋白质不利；
动力消耗增加。
温度17.6膜污染膜的污染(fouling)2吸附污染
有机物在膜表面的吸附通常是影响膜性能的主要因素。随时间的延长，污染物在膜孔内的吸附或累积会导致孔径减少和膜阻增大，这是难以恢复的。
与膜污染相关的有机物特征包括它们对膜的亲和性，分子量，功能团和构型。一般来讲膜的亲水性越强有机物不宜吸附。而疏水作用可增加其在膜上的积累，导致严重的吸附污染。
3生物污染
是指微生物在膜内积累，从而影响系统性能的现象。
膜组件内部潮湿阴暗，是一个微生物生长的理想环境，
微生物粘附和生长形成生物膜。老化生物膜主要分解成蛋白质、核酸、多糖酯等，强烈吸附在膜面上引起膜表面改性。
微生物生物膜，可直接(通过酶作用)或间接(通过局部pH或还原电势作用)降解膜材料，造成膜寿命缩短，膜结构完整