膜分离技术0.pptx

第九章膜分离了解膜分离的基本原理、各自膜分离的分离机能和传递特性；了解膜种类、材料及膜组件的构成；掌握膜的结构特性以及膜分离过程中浓差极化与膜污染的消除方法；重点掌握各种膜技术应用的场合与特点及影响膜透过通量的因素。第一节膜分离技术概述四、常见物质的相对分子尺寸五、膜的分类示意图第二节膜及其膜组件一、膜的要求二、膜的材料2.常用膜材料合成高分子材料聚砜（PS）优点：耐高温(70～80C，最高可达125C)，pH1～13，耐氯能力强，可调节的孔径宽(1～20nm)；常用于超滤膜；多用于水质较好的处理过程（如纯水制备）、血液透析、气体分离等领域。缺点：聚砜的耐压差，压力极限在0.5～1.0MPa。聚乙烯（PE）聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯无臭，无毒，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱（盐酸、柠檬酸等）的侵蚀。耐氧化性能差，不耐氧化剂和具有氧化性质的酸。常温下可耐受一般溶剂（醇、烃等）；耐热老化性差。聚丙稀（尼龙PP）聚丙烯的分子结构为典型的主体规整结构，为结晶聚合物，其相对分子质量为10万～50万。密度：0.9～0.91g/cm3；成型收缩率:1.0%～2.5%；成型温度：160～220℃聚丙烯的特点：强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用，具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化，可耐一般的酸碱和化学溶剂，耐氧化剂性能差。聚氯乙稀（PVC）聚氯乙稀（PVC）是产量最大的三大合成树脂之一，是一种非结晶态的热塑性塑料，没有明显的熔点，玻璃化转变温度在80℃左右，常温条件下韧性较差。PVC可耐甲醇、乙醇、乙二醇、醇类、醋酸等，不耐丙酮、环己酮、硝基苯等有机溶剂。PVC耐氧化性能与聚乙烯（PE）接近，在氧化物存在条件下，易发生部分分解。同时，PVC分子中含有氯元素，在长期使用过程中会发生析出，影响过滤水质。聚醚砜(PES)聚醚砜具有出色的热性能和较强的氧化稳定性。聚醚砜连续使用温度为180℃，聚醚砜耐应力开裂，不溶于极性溶剂如酮类和一些含卤碳氢化合物。耐水解，耐大多数酸、碱、脂类碳氢化合物、醇、油及脂类。可以通过对其相对分子质量的控制或添加各种增强材料、各种纤维，以提高聚合物的性能。该树脂满足美国FDA要求可使用于与食品接触的制件。优点：pH耐受范围宽，可以达到2～10；易加工成型，可制成多孔径的膜，从1nm～0.2µm；耐多数化学溶剂性能较好。但不耐芳烃、酮、醚、酯等。缺点：耐压性能不好，平板膜低于7bar。聚砜中空纤维膜低于1.7bar。疏水性，易于污堵。耐氧化性较PS强，但长期或者高浓度的氧化性清洗剂会对膜材料造成一定的破坏。聚偏氟乙烯（PVDF）长期使用温度范围为﹣40℃～150℃。PVDF材料耐热性、化学稳定性、耐辐射性、物理机械性能良好。它的突出优点是化学稳定性好，在室温下不易被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，脂肪烃、醇、醛、酮等有机溶剂对它也无影响。PVDF的一个重要特点是韧性高，拉伸强度为500kg/cm2，冲击强度和耐磨性能也都较好。同时它还具有极好的耐气候性，在波长为200～400nm的紫外线下照射一年，其性能基本不变。PVDF分离膜，已成功地应用于化工、电子、纺织、食品、生化等领域。常用合成高分子膜材料比较由于地表水、市政污水、各种工业污水中多含有较多的藻类、细菌等微生物，必须考虑在膜系统中加入次氯酸钠、二氧化氯、双氧水等杀菌剂，以抑制微生物生长繁殖；微生物和有机污染往往是造成膜污染的主要原因，氧化剂清洗是膜通量恢复的有效手段，膜材料的耐氧化剂性能显得尤为重要。与PE、PAN、PES等膜材料相比，PVDF膜材料具有优良的耐氧化剂性能，其耐氧化剂（耐余氯可达4.8mg/(kg·h)的能力是PES等材料的10倍以上。PVDF材料与PES等材料相比，其耐受氧化剂清洗的能力更强。因而便于清洗，污堵后经过清洗可以能够更好的恢复性能并长期保持通量稳定。对于常见的酸碱化学试剂的耐受能力依次为PVDF>PES>PVC>PE>PP>PS。对于常见的氧化剂的耐受能力依次为PVDF>PES>PVC>PE>PP～PS。对于常见的有机溶剂的耐受能力依次为PVDF>PES>>PVC～PE～PP>PS。化学稳定性的比较亲水性比较亲水性/非亲水性膜的比较无机材料种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前有孔径>0.1um微滤膜和截留>1万相对分子质量的超滤膜，其中以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向上不对称优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。缺点：不易加工，造价高。复合材料种类：如将含水金属氧化物（