生物分离工程膜分离(2).pptx

纳滤膜的性质与特点纳米过滤的分离机理Donnan平衡模型

水相膜相溶液相

平衡后当系统达到平衡时，膜相、水相、溶液相的离子
的化学电位应该达到平衡态。虽然，利用Donna
平衡理论来说明荷电膜的脱盐机理有所依据，而
对于在压力下透过膜的机理，还不能从膜、进料
及传质过程等多方面来定量描述。第二节膜材料及其特性膜材料硝酸纤维素：由纤维素和硝酸反应制得。价格便
（CN）宜，广泛用作透析膜和微滤膜材料。
为了增加膜的强度，一般与醋酸纤
维素混合使用。
再生纤维素：纤维素溶于某些溶剂如铜氨溶液并
在溶解过程中发生降解，在成膜过
程中又回复到纤维素的结构，称为
再生纤维素。
广泛用于人工肾透析膜材料和微滤、超滤膜材料。聚砜类
是一类具有高机械强度的工程塑料。是目前
最重要、生产量最大的高分子聚合膜。
用途：超滤和微滤的膜材料，多种商品复合膜的
支撑层膜材料。
优点：耐酸、耐碱
缺点：耐有机溶剂的性能差。
聚砜类材料可以通过化学反应，制成带有负电荷或
正电荷的膜材料或膜。荷电聚砜可以直接用作反渗透膜
材料。用它制成的荷电超滤膜抗污染性能特别好。经磺
化的聚砜醚（SPES-C）可用于制造均相离子交换膜。聚酰胺类及杂环含氮高聚物

类型：芳香聚酰胺（APA）、芳香聚酰胺-酰肼
（APAH）、聚苯砜酰胺（APSA）、聚苯并咪唑
（PBI）、聚苯并咪唑酮（PBIL）
用途：反渗透膜材料，目前最好的反渗透复合膜
超薄皮层都是芳香含氮化合物，脱盐率可
达99.99%.
优点：分离透过性能好、耐高压。
缺点：耐氯性能差。膜组件膜分离过程中的质量传递问题其中：JV—过滤流率
--多孔率--溶液黏度
--扩散曲折率，为实际毛细管长度和膜厚之比
--有效膜厚

此公式成立的条件是流体为牛顿、不可压缩流体，
层流流动，流速与时间无关，忽略边界效应。

过滤模型2
和化工原理中过滤操作一样，透过膜的通量（ms-1）可表示为：

其中，Rm为纯粹由膜产生的阻力
此公式适用于新膜，Rm以水进行试验求得。
由于过滤过程中，溶质会吸附在膜上，或形
成浓差极化层，也会形成阻力，所以有
膜过程的浓差极化和膜污染浓差极化浓差极化取膜面上一单元薄层，对此单元薄层作
物料衡算。当达到稳态时，溶质因对流进入单元
薄层的速度等于透过膜的速度和反扩散之和。

边界条件为

将这一方程沿边界层进行积分

如果溶质分子在膜上完全被截留，则上式可简化为：

或被成为极化膜数。

以上模型仅在与压力无关的范围内是有效的。
Kd可以使用准数关系式估算。不同膜过程浓差极化的特点反渗透和纳滤浓差极化对反渗透的影响
（1）降低脱盐率；
（2）降低水通量；
（3）导致膜上沉淀污染和增加流道阻力。
降低浓差极化的途径
（1）合理设计膜组件，使其流体分布均匀，湍
流促进等；
（2）适当控制操作流速，降低浓差极化度，极
化度一般控制为1.2;
（3）适当提高温度，降低流体黏度和提高扩散
系数。影响超滤速度的各种因素（2）当形成凝胶层后，透量J与lnCb成反比。
（3）温度的影响
因为温度升高使物料的粘度降低和扩散系数增大。所以操作温度的选择原则是：在不影响料液的活性和膜的稳定性范围内，尽量选择较高的温度。
（4）流速的影响
增大流速，会减少浓差极化层厚度，使传质系数增大因而通量增大。膜污染影响膜污染的因素4溶液特性
盐的种类与浓度，pH值、温度、黏度等。多价盐类对反渗透和超滤污染可能性增大。
5膜的物理性质
膜面光滑，孔径分布窄耐污染
6操作参数
压力、流速、温度减少或防止膜污染的方法4膜结构的选择
对于错流微滤，不对称膜比对称膜更耐污染5组件结构选择
对于截留物是产物，且要高倍浓缩，选组件结构要慎重，错流过滤的中空纤维膜更为适合。
6溶液pH
尽量将溶液的pH值调离蛋白质的等电点。
7溶液中盐浓度的影响
通过两条途径产生影响，一是无机盐及其复合物会在孔内沉积污染膜；二是无机盐改变了溶液的离子强度，影响到蛋白质的构形与悬浮状态，从而影响凝胶层的疏密程度，盐浓度的提高对某些蛋白质和酶的分离有利。8溶液温度的影响
对不同的物料，有不同的影响。对某些蛋白质溶液，温度升高，使蛋白质溶解度下降，在膜表面的吸附量增大。
9溶质浓度、料液流速与压力控制

压力、流速对脱脂牛奶（19.1%的固含量）
对透水率的影响流速：-1.97m/s,-1.53m/s
-1.11m/s,-0.71m/s,-0.34m/s膜清洗B化学方法
1）起溶解作用的物质酸、碱、酶(蛋白酶)，
螯合剂，表面活性剂。
2)起切断离子结合作用的方法改变离子强度、
pH、电位。
3)起氧化作用的物质过氧化氢、次氯酸盐。
4)起渗透作用的物质磷酸盐、聚磷酸盐。
膜清洗后，如暂时不用，应储存在清水中，
并加些甲醛，