膜的分类.docx

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膜的分类

膜的分类

环境与资源学院08级3班

周子雄史小辉赵丽芳呼吉乐

（一）膜的定义

所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。

近年来，膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程。

已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等，渗透汽化也在最近几年中速成了工业规模的装置。

膜分离与反应结合的过程，各种膜反应器的研究和应用也发展较快。

其他非分离膜过程，如控制释放技术，医用人造膜和膜传感器等种类也不少，有的发展速度将超过膜分离过程。

（二）膜的特性

◆不管膜多薄,它一定有两个界面。

这两个界面分别与两侧的流体相接触

◆膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。

（三）膜的分类方法

膜种类和功能繁多，分类方法有多种，大致可按膜的材料、结构、形状、分离机理、分离过程、孔径大小进行分类。

膜

材料：

有机膜、无机膜

3．1按材料分类无机膜和有机膜

（1）有机膜

有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

通过膜对油滴及悬浮粒子的有效截留，而达到油水分离的目的。

具有出水水质好、操作方便、占地面积小、不产生新的污泥等优点。

渗透汽化有机膜电镜图

（2）无机膜

◆无机膜是固态膜的一种，它是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、

沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。

◆无机分离膜可以分为致密膜和多孔膜两类

◆按IUPAC制定的标准·，多孔无机膜按孔

陶瓷膜净水器

金属膜电阻

径范围可分为三大类,目前已经工业化的

无机膜均为粗孔膜和过滤膜

◆目前，实用的有机高分子膜材料有：

纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。

从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。

以日本为例，纤维素酯类膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。

3.2、按结构分类：

对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、复合膜

（1）对称膜

膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似，亦称各向同性膜（isotropicmembrane）。

对称膜虽是各向同性的，但由于膜结构中对称元素的存在，也可以是各向异性的，如中空纤维的径向各向异性膜，其他构型的横向各向异性膜和双皮层中空纤维膜都是对称膜

（2）非对膜

当前使用最多的膜具有精密的非对称结构。

这种膜具有物质分离最基本的两种性质，即高传质速率和良好的机械强度。

它有很薄的表层（0.1～1μm）和多孔支撑层（100～200μm），

这非常薄的表层为活性膜，其孔径和表皮的性质决定了分离特性，而厚度主要决定传递速度。

多孔的支撑层只起支撑作用，对分离特性和传递速度影响很小，非对称膜除了高透过速度外，还有另一优点，即被脱除的物质大都在其表面，易于清除，

（3）复合膜

◆复合膜或称“薄膜复合”的膜（thin—filmcompositemembrane），是当前发展快、研究最多的膜。

它最早用于反渗透过程；现已用于气体分离、渗透汽化等膜分离过程。

这种膜的选择性膜层（或称活性膜层）沉积于具有微孔的底膜（支撑层）表面上，就像非对称性膜的连续性表皮，只是表层与底层是不同的材料，而非对称膜是同一种材料。

◆复合膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层，而且受微孔支撑材料、结构、孔径、孔分布和多孔率的影响；多孔膜结构的孔隙率愈高愈好，可使膜表层与支撑层接触部分最小，而有利于物质传递。

3.3按形状分类

（1）平板膜

（2）管式膜

3.3中空纤维式膜

（3）中空纤维膜

外形像纤维状，具有自主支撑作用的膜。

它是非对称膜的一种，其致密层可位于纤维的外表面，如反渗透膜，也可位于纤维的内表面（如微滤膜和超滤膜）。

对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。

4.按分离机理分类

4.1扩散性膜

扩散性膜亦称“分离膜”。

一种具有微细多孔结构的金属膜片。

微孔可限制普通气流，而容许扩散流通过，因此可以利用质量差异来进行同位素分离。

它的研制是气体扩散厂的主要技术关键。

4.2离子交换膜

•◆离子交换膜主要用于荷电物质（通常指电解质）的分离。

基本原理是利用阴、阳离子交换膜的选择透过性来分离或浓缩溶液中的电解质。

•◆按离子选择性分：

阳离子交换膜：

R－SO3H，在水中电离后，呈负电性

•阴离子交换膜：

R－CH2N（CH3）3OH，电离后，呈正电性

4.3选择性膜

选择性透过膜是具有活性的生物膜，它对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜。

因此，具有选择透过性的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有选择性透过，活性的生物膜才具有选择透过性

5.按分离过程分类

5.1反渗透膜

定义：

反渗透过程所用的半透膜，只能透过水分子，不能透过盐分子。

反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。

反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。

系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。

渗透过程示意图

聚氨酯在分离膜中的应用

6.按孔径大小分类：

微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜

6.1纳滤膜

纳滤（NF）是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，孔径为几纳米，因此称纳滤。

基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

　　纳滤技术最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面。

在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产，大大节省能源；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面

6.2超滤膜

超滤（UF）是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1000um分子量之间。

超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。

以膜两侧的压力差为驱动力，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

超膜系统在污水处理中的应用

超滤通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

6.3微滤膜

一般来说，微滤膜是指一种孔径为0.1-10μm，高度均匀，具有筛分过滤作用的特征的多孔固体连续介质。

依据微孔形态不同，微滤膜可分为两类：

弯曲孔膜和柱状孔膜。

弯曲孔膜的孔膜结构为交错连接的曲折孔道的网络，而柱状孔膜的微孔结构为几乎平行的贯穿膜壁的圆柱状毛细孔结构

6.4反渗透膜

◆反渗透膜的分类，按驱动力可分为高压、低压和超低压膜；按膜的形状分为平板膜、中空纤维膜和管式膜；根据制膜方式可分为相转化膜和复合膜。

另外，还可根据制膜材料及应用对象等进行分类。

◆反渗透型膜构造上在表层有一很薄的致密层（0.1-1.0μm），即脱盐层或活化层，在表层下部是多孔支撑层，厚度为100~200μm，活化层基本上决定了膜的分离性能，支撑层只是起着活化层的载体作用，基本上不影响膜的分离性能。

四.总结

◆分离膜由高分子、金属、陶瓷等材料制造，以高分子材料居多，按其物态又可分为固膜、液膜与气膜三类。

气膜分离尚处于实验研究中，液膜已有中试规模的工业应用，主要用于废水处理中。

◆目前大规模工业应用的多为固膜，固膜主要以高分子合成膜为主，高分子膜可制成致密的或多孔的、对称的或不对称的。

◆近年来，无机陶瓷膜材料发展迅猛并进入工业应用，尤其是在微滤、超滤及膜催化反应及高温气体分离中的应用，充分展示了其化学性质稳定、耐高温、机械强度高等优点。

陶瓷膜和金属膜亦可以是对称或不对称的，但制备方法完全不同。

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