膜技术基础与应用期末复习总结.docx

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膜技术基础与应用期末复习总结

膜技术基础与应用期末复习总结

微滤MF（固液分离）

推动力：

压力差

孔径：

0.1μm切割分子量：

＞100万Dol

分离机理：

筛分膜的物理结构和截留机理对分离效果起决定性作用

表面截留：

机械截留作用、物理作用或吸附截留作用、架桥作用

内部截留：

膜的网络内部截留作用

筛分膜

深层膜

完美的圆柱形孔径、与膜表面垂直

膜孔弯曲不规则

膜表面截留

内部截留

有明确的截留尺寸

没有明确的截留尺寸

无二次污染

过滤面积大纳污容量大、寿命短

低吸附、低吸收

高吸附、高吸收

微滤膜的操作模式：

1、死端过滤2、错流过滤

微滤膜的特性：

1、主要以筛分为机理2、孔径分布均匀，过滤精度高3、孔隙率高，过滤速度快4、整体性强，不脱落，不对物料产生污染5、膜层薄，对物料吸附少，减少浪费

微滤膜材料：

有机微滤膜（eg.醋酸纤维素膜）优点：

有韧性，制备简单，易于形成，工艺成熟。

缺点：

遇热不稳定，不耐高温，在液体中易溶胀，强度低，再生复杂，使用寿命短。

无机陶瓷膜优点：

化学稳定性好，机械强度大，耐高温，孔径分布窄，可高压反冲洗，不易老化。

缺点：

成本高，分离效果差。

PS：

管式膜都是无机膜，卷式膜都是有机膜。

复合微滤膜：

。

。

。

微滤膜组件：

卷式、管式、板式、中空纤维式

微滤膜的污染：

滤饼层的形成及膜孔的堵塞

减少膜污染的措施：

预处理、错流过滤、高流速水流/气流或者是电场作用（湍流强化器）

微滤膜的清洗：

物理清洗：

水力学反冲洗、气液脉冲法PS：

反冲洗会破坏膜孔大小

化学清洗：

酸（无机污染物）碱（有机污染物）液、表面活性剂、酶、氧化剂

微滤膜的应用：

电子工业、医药卫生、水处理及海水淡化、食品饮料工业、油田采出水处理

超滤UF（蛋白质、酶、病毒、冷杀菌、胶体、颜料、乳液）

推动力：

压力差

孔径：

0.01μm切割分子量：

1000~10万Dol

分离机理：

筛分①在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）②在孔内停留而被去除（阻塞）③在膜面的机械截留（筛分）

超滤膜的特性：

①按形态结构可分为：

对称膜和非对称膜②超滤膜的分离特性：

透过通量（速度）和截留率（分离效果）PS：

可用切割分子量法表示超滤膜的特性③超滤膜的材料：

有机高分子材料（纤维素衍生物、聚砜类）无机材料（多孔金属、多孔陶瓷、分子筛）

超滤膜的污染：

浓差极化形成凝胶层和膜孔的堵塞（主要原因①料液性质②膜及膜组件性质③操作条件）

浓差极化：

被截留的溶质在膜表面处聚集，其浓度会逐渐升高，在浓度梯度的作用下近膜面的溶质又反向扩散，使膜表面形成一溶质浓度分布边界层，对溶剂起阻碍作用。

（可逆过程）

膜污染的控制：

A压差较低：

主要是膜自身的机械阻力和膜污染阻力（①膜材料：

与溶质电荷相同的强亲水和强疏水性膜耐污染②膜孔径：

比截留粒子尺寸小一个数量级③PH值：

远离等电点④盐⑤温度）

B压差较高：

主要是浓差极化产生的阻力（①增大料液流速②升高料液温度③选择合适的膜组件结构）

C压差很高：

主要是凝胶层阻力

超滤膜的清洗方法：

和微滤一样

超滤膜的应用：

工业废水处理、食品工业中的应用、高纯水制备中的应用、生物制药领域的应用

纳滤NF（糖类等小分子有机物二价盐或多价盐）

推动力：

压力差

孔径：

0.001μm切割分子量：

200~2000Dol

分离机理：

溶解—扩散、电荷效应（膜表面带有负电荷，通过静电相互作用阻碍多价离子的渗透，是纳滤膜在较低压力下仍能具有高脱盐率的原因）

纳滤膜的特性：

①对分子量为数百的分子成分有分离性能②对不同价态的离子存在电荷效应

纳滤膜的污染：

无机污染、有机污染、微生物污染（清理时先酸后碱）

纳滤膜的应用：

饮用水的制备、工业废水处理、制药业中的应用、食品加工中的应用（果汁浓缩）、膜生物反应器、多肽及氨基酸的浓缩分离

纳滤膜能截留透过超滤膜的小分子量有机物，透过被反渗透膜所截留的无机盐。

纳滤与电渗析、离子交换膜相比，可以同时脱盐兼浓缩，在有机物与无机物混合液的浓缩分离方面具有无可比拟的优点。

反渗透RO

推动力：

压力差

孔径：

无孔致密膜切割分子量：

＜200Dol

反渗透膜分离的必要条件：

①具有高选择性和高渗透性的半透膜②操作压力高于溶液的渗透压

分离机理：

优先吸附—毛细孔流理论（有孔区）、溶解—扩散理论（无孔区）、氢键理论

反渗透的特性：

①物料无相变②能耗低③设备简单，技术成熟④适应性强⑤应用范围广

反渗透膜对无机盐的作用：

①依靠荷电排斥性②依靠膜孔的筛选性

反渗透膜对有机物的作用：

①有机物的脱除率主要取决于有机分子的大小和形状

②携带电荷的有机物，由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透膜

预处理的目的：

①防止膜表面的污染②防止膜表面结垢③确保膜不受机械和化学损伤④确保工作效率最大化

预处理系统：

1、悬浮物去除：

①双介质过滤法②超滤法

2、氯去除：

①活性炭过滤法②亚硫酸氢钠加药法

3、防止膜元件结垢：

①软化法②阻垢剂加药法

后处理系统：

1、初级离子去除：

①单级反渗透②阴阳离子交换床

2、精处理：

①RO②混床离子③超滤

3、水的储存和配送：

①臭氧消毒②热水消毒

反渗透膜的污染：

硬度结构（酸性清洗）、有机物胶体污染（碱性清洗）、细菌病毒等微生物滋生（杀菌剂清洗+碱性清洗）

反渗透膜的操作模式：

多为卷式有机膜（T＜45°）和中空纤维膜

段：

膜组件的浓缩液不经过泵而流到下一组件进行处理，流经n组膜组件称为n段。

级：

膜组件的透过再经过泵到下一组件进行处理，透过液经n次膜组件处理称为n级

反渗透的应用：

①海水脱盐②超纯水的生产③锅炉用水④苦咸水淡化⑤油水乳液的分离⑥工业水处理

各种膜组件的特点：

一、板框式：

优点（组装简单，膜的更换清洗和维护比较容易，膜装置结构紧凑）缺点（装置笨重，单位体积内膜面积较小且对膜的强度要求较高）

二、管式：

优点（传质效果好，清洗和维修方便，流动状态好，流速易控制）

缺点（安装复杂，单位体积的膜比表面积小）

三、卷式：

优点（膜比面积大，膜表面流动状态好，结构紧凑，占地面积小）缺点（不适宜于含悬浮固体料液的处理，压力消耗高，清洗不方便，再循环浓缩困难）

四、中空纤维式：

优点（膜比表面积高，不需支撑装置，单元回收率高）缺点（制膜技术复杂，清洗困难，预处理要求高）

液膜

推动力：

浓度差

定义：

液膜分离法又称液膜萃取法

液膜分离的特性：

优点（传质推动力大，速率高，且试剂耗量小，选择性好）缺点（传质推动力大，速率高，且试剂耗量小，选择性好）

液膜组成：

膜溶剂（1%-5%），表面活性剂（1%-5%），流动载体（90%）

液膜的类型：

支撑型液膜液滴膜乳化液膜

①支撑型液膜特性：

传质面积小，稳定性差，支撑液体易流失

应用：

主要用于物质的萃取

②球形液滴膜（直径1-5mm）：

根据内外向分为水油水型油水油型

特性:

稳定性差表面积小寿命短仅用于实验研究

③

球形乳化液膜（直径1-100μm）特征：

传质速度快，分离效果较好，具有较好的工业前景

膜相：

外相和內相之间成膜的液体

内相：

接受被分离组分的液体

外相：

含有被分离组分的料液

区别：

內相分散成许多微液滴悬浮在膜相液中

分离机理：

1选择性渗透2萃取和吸附3內相化学反应4膜相化学反应

乳化液膜分离流程：

制备液膜液膜萃取澄清分离破乳

液膜的特点：

1萃取与反萃取过程同时一步完成

2分离的同时能达到浓缩

3分离的传递效率高（传质推动力大，所需分离级数少）

4实际消耗量少

5工艺简单操作浓度区间大且成本低

6强度低破损率高难以稳定操作

液膜的应用：

烃类混合物的分离、从铀矿浸出液中提取铀、含酚废水的处理、净化烟气、气体分离、氨基酸的生成与分离、在生物化学中应用、在医学中应用

气体分离膜

推动力：

压力差、浓度差

膜组件：

中空纤维式和螺旋式

影响气体渗透性能的因素：

1气体分子的动力学直径2膜材料和膜组件对分离性能的影响

气体分离膜的分离机理：

一、致密膜：

溶解-扩散机理：

吸附溶解扩散解吸

2、多孔膜：

①分子扩散（受分子与孔壁之间碰撞作用支配）②黏性流扩散（受分子之间碰撞作用支配）③表面扩散（浓度差的作用）④毛细管凝聚（操作温度处于较低温度）⑤分子筛分

渗透汽化

推动力：

蒸汽压差

分离机理：

溶解—扩散模型，孔流模型，虚拟相变溶解—扩散模型

膜组件：

板框式，近年来在开发卷式组件，管式组件为降低成本

渗透汽化的特点：

单级选择性好、适合分离沸点相近物质尤其适于恒沸物的分离、操作简单易于掌握、透过率不会随时间的延长而减小、通量小、渗透气化过程中有相变发生，但由于透过物量小，所需能量不大。

渗透汽化适用的分离过程：

具有一定挥发性的物质（先决条件）、从混合液中分理出少量物质、近沸恒沸混合物的分离、选择性的移走反应物，促进化学反应的进行

渗透汽化膜的分类：

优先透水膜、优先透过有机物膜、有机物分离膜

渗透汽化膜应用：

有机溶剂脱水水中有机物的脱除有机、有机混合物的分离

PV过程与ROUF等膜分离方法最大区别在于，前者的组分透过膜时，将产生相变

电渗析ED

推动力：

电化学势—渗透

传递机理：

反离子经离子交换膜的迁移

基本原理:

电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。

当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的

离子就作定向迁移。

阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截

留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。

结

果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称

为淡水。

而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓

水室，出水称为浓水。

从而使离子得到了分离和浓缩，水

便得到了净化。

离子交换膜的组成：

离子交换膜的特性：

（选择透过性），离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选择透过性作用。

分离机理：

可以由膜的孔隙作用、静电作用、扩散作用来体现离子交换膜对离子选择透过机理和离子在膜中的迁移历程。

PS：

极室淡盐水的作用:

1.降温2.带走极板上负离子3.清洁作用

电渗析器的构造：

由膜堆、极区和压紧装置三部分构成

级：

一对正、负电极之间的膜堆称为一级

段：

具有同一水流方向的并联膜堆称为一段

电渗析除盐方式：

一次性除盐循环式除盐部分循环式除盐

除盐工艺：

电渗析极化现象及危害：

指电渗析阴膜或阳膜中离子迁移速率大于溶液中同种离子迁移速率，当电流提高到相当程度时，在膜表面出现该离子浓度趋向于零，此时水会电离产生H+和OH一，参与传导电流，以补充离子不足的现象。

极化危害：

阴膜发生极化时，OH一和cO;在电场作用下，透过阴膜迁移到浓水室，使浓水室pH值升高，OH和cOi一可以与滞留在浓水室的Mg2+、Ca。

+生成Mg（OH）2和Ca（OH）2及CaCO3和MgC03沉淀，沉淀堵塞水流通道，使膜有效面积减少，影响水质，并增加耗电量和降低电渗析器使用寿命。

同时淡水室pH值减小，离子交换膜一边呈碱性另一边呈酸性，也影响膜寿命。

双极膜电渗析和普通电渗析的差别和联系：

差别：

1.双极膜是一种复合膜，由两种相反电荷的离子交换层紧密相

连结合而成的新型离子交换膜。

普通电渗析是利用阴阳离子

交换膜进行间隔组合的电渗析器。

2.双极膜用于除硫，普通电渗析用于脱盐

联系：

双极膜电渗析是普通电渗析基础上发展的。