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1、船舶与港口防污染技术（四）船舶与港口防污染技术（四）4、吸附分离法、吸附分离法吸附分离吸附分离吸附分离吸附分离是利用是利用吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂对液对液体或气体中某一组分具有体或气体中某一组分具有吸吸附附的能力，使其富集在吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，再用适当的洗脱剂剂表面，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯化的过将其解吸达到分离纯化的过程。程。吸附吸附剂剂吸附吸附质质脱附：吸附的逆过程脱附：吸附的逆过程（1）吸附机理）吸附机理固体的表面性质固体表面分子（或原子）所处的状态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同固体表面分子(或原子)处于特殊的状态。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于
2、平衡。但在界面分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从外界吸附分子、原子、或离子，并在吸附表面上形成多分子层或单分子层。吸附过程通常包括：吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出料液流出、吸附吸附质解吸回收质解吸回收等四个过程等四个过程。料液与吸料液与吸料液与吸料液与吸附剂混合附剂混合附剂混合附剂混合吸附质吸附质吸附质吸附质被吸附被吸附被吸附被吸附料液料液料液料液流出流出流出流出吸附质解吸附质解吸附质解吸附质解吸附吸附吸附吸附Step1Step2Step3Step4（2）吸附类型与特性物理吸附化学吸附
3、离子交换吸附实际过程中物理和化学吸附是主要的，比较如下吸附性能吸附性能物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附作用力作用力分子引力（范德华力）剩余化学键力选择性选择性没有选择性有选择性吸附层吸附层单分子或多分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热吸附热较小，41.9kj/mol较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kj/mol吸附速度吸附速度快，几乎不要活化能较慢，需要活化能温度温度放热过程，低温有利于吸附温度升高，吸附速度增加可逆性可逆性可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆多孔型多孔型：活性炭、硅胶、活性炭、硅胶、硅藻土；有机高分子硅藻土；有机高分子材料，如聚苯乙烯，材料，如聚苯乙烯，聚酯。聚酯。
4、凝胶型凝胶型：纤维素凝胶，纤维素凝胶，琼脂糖凝胶，葡聚糖琼脂糖凝胶，葡聚糖凝胶等。凝胶等。（3 3）吸附分离介质）吸附分离介质）吸附分离介质）吸附分离介质吸附剂通常应具备以下特征：吸附剂通常应具备以下特征：（1）较高的选择性较高的选择性以达到一定的分离要求；以达到一定的分离要求；（2）较大的吸附容量较大的吸附容量以减小用量；以减小用量；（3）较好的动力学及传递性质较好的动力学及传递性质以实现快速吸附；以实现快速吸附；（4）较高的化学及热稳定性较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待，不溶或极难溶于待处理流体以保证吸附剂的数量和性质；处理流体以保证吸附剂的数量和性质；（5）较高的硬度及机械强度较高
5、的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀；以减小磨损和侵蚀；（6）较好的流动性较好的流动性以便于装卸；以便于装卸；（7）较高的抗污染能力较高的抗污染能力以延长使用寿命；以延长使用寿命；（8）较好的惰性较好的惰性以避免发生不期望的化学反应；以避免发生不期望的化学反应；（9）易再生易再生；（10）价格便宜价格便宜。粒状炭成品粉状炭成品活化洗涤捏合成型炭化炭化 破碎、造粒原料干燥筛分制造过程示意图制造过程示意图活化：把碳渣造成发达的多孔结构 主要有两种方法：（1）气体法；（2）药剂法。一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。所以，在实际应用中，应根据吸附质的
6、直径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭。1）组成结构：由木屑、椰壳、煤屑等原料高温（800）炭化而成的多孔网状结构-吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质-活性炭活性炭活性炭种类活性炭种类颗粒大小颗粒大小表面积表面积吸附力吸附力吸附量吸附量洗脱洗脱粉末活性炭粉末活性炭小小大大大大大大难难颗粒活性炭颗粒活性炭较小较小较大较大较小较小较小较小难难锦纶活性炭锦纶活性炭大大小小小小小小易易粉末活性炭粉末活性炭锦纶活性炭锦纶活性炭2）种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭吸附能力为粉末活性炭颗粒活性炭锦纶活性炭 活活性性炭炭纤纤维维是是用用炭炭素素纤纤维维活活化化而而制制得得的的一一种
7、种纤纤维维状状吸吸附附剂剂，可可做做成成毛毛毡毡状状、纸纸片片状状、布布料料状状、蜂蜂巢巢状状等等。活活性性纤纤维维的的外外表表面面积积比比颗颗粒粒活活性性炭炭大大，吸吸附附和和解解吸吸速速度度比比颗颗粒粒状状活活性性炭炭大大，且且阻阻力力小小，容容易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。球球形形炭炭化化树树脂脂是是采采用用球球形形大大孔孔吸吸附附树树脂脂为为原原料料，经经炭炭化化、高高温温裂裂解解及及活活化化制制成成的的吸吸附附剂剂。与与其其他他形形状状活活性性炭炭相相比比，球球形形炭炭化化树树脂脂不不易易掉掉屑屑而而污
8、污染染被被处处理理物物系系，且且可可与与被被处处理理气气体体或或液液体体均均匀匀接接触触，气气体体和和液液体体通通过过球球形形吸吸附附剂剂床床层层时时的的阻阻力力小小。通通过过控控制制聚聚合合条条件件，改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。炭炭分分子子筛筛（CMSCMS）较较活活性性炭炭具具有有更更小小的的孔孔径径（2 21010）和和更更窄窄的孔径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离的孔径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离N N2 2。活性炭对物质的吸附规律活性炭对物质的吸附规律活性炭对物质的吸附
9、规律活性炭对物质的吸附规律针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：（1 1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物（2 2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3 3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物合物（4 4）pH pH 值的影响值的影响 碱性碱性 中性吸附中性吸附 酸性洗脱酸性洗脱 酸性酸性 中性吸附中性吸附 碱性洗脱碱性洗脱（5 5）温度）温度 未平衡前未平衡前 随温度升高而增加随温度升高而增加再生：
10、再生：指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能够重复使用的目的。1 1）加热再生法：）加热再生法：分为高温再生和低温再生；一般采用高温再生。2 2）脱水（活性炭与液体分离）干燥（100150度）炭化（300700 度）活化（用蒸汽）冷却 3 3）药剂再生法：）药剂再生法：酸碱、有机溶剂 4 4）化学氧化法：）化学氧化法：湿式氧化、臭氧 5 5）生物再生法：）生物再生法：利用微生物作用 活性活性炭炭的再生的再生 是氢氧化铝胶体经加热脱水后制成的一种多孔大表面吸附剂。是氢氧化铝胶体经加热脱水后制成的一种多孔大表面吸附剂。由由铝铝土土矿
11、矿加加热热脱脱水水可可制制成成天天然然活活性性氧氧化化铝铝。氧氧化化铝铝按按品品型型可可分分为为、和和共共8 8种种。通通常常所所说说的的“活活性性氧氧化化铝铝”是是指指-Al-Al2 2O O3 3或或是是、和和氧化铝的混和物。氧化铝的混和物。活活性性氧氧化化铝铝具具有有相相当当大大的的比比表表面面积积（200200400m400m2 2/g/g），且且机机械械强强度度高高，物物化化稳稳定定性性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下使用。活活性性氧氧化化铝铝表表面面的的活活性性中中心心是是羟羟基基和和路路易易斯斯酸酸中中心心，极极性性强
12、强，对对水水有有很很强强的的亲亲和和作作用。活性氧化铝广泛应用于脱除气体中的水，也常用作色谱柱填充材料。用。活性氧化铝广泛应用于脱除气体中的水，也常用作色谱柱填充材料。吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质-活性氧化铝活性氧化铝n是用是用NaNa2 2SiOSiO3 3与无机酸反应生成与无机酸反应生成H H2 2SiOSiO3 3，其水合物在适宜的条件其水合物在适宜的条件 下聚合、缩合而成为硅氧四面体的多聚物，即硅溶胶，硅溶胶下聚合、缩合而成为硅氧四面体的多聚物，即硅溶胶，硅溶胶 经凝胶化、洗盐和脱水成为硅胶。经凝胶化、洗盐和脱水成为硅胶。n硅胶的表面保留着大约硅胶的表面保留着大约5
13、wt5wt的羟基，是硅胶的吸附活性中心。的羟基，是硅胶的吸附活性中心。在在200200以上羟基会脱去，所以硅胶的活化温度应低于以上羟基会脱去，所以硅胶的活化温度应低于200200n极性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能与硅胶表极性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能与硅胶表 面的羟基生成氢键，吸附力很强。对极性高的分子如芳香烃面的羟基生成氢键，吸附力很强。对极性高的分子如芳香烃 不饱和烃等的吸附能力次之。对饱和烃、环烷烃等只有色散不饱和烃等的吸附能力次之。对饱和烃、环烷烃等只有色散 力的作用，吸附力最弱。力的作用，吸附力最弱。n硅胶常作为干燥剂用于气体或液体的干燥脱水，也可用于分离硅
14、胶常作为干燥剂用于气体或液体的干燥脱水，也可用于分离 烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充 材料。材料。吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质-硅胶（硅胶（SiO2nH2O）是是由由硅硅藻藻类类植植物物死死亡亡后后的的硅硅酸酸盐盐遗遗骸骸形形成成的的，基基本本质质是是含含水水的的无无定定形形SiOSiO2 2，并并含含有有少少量量FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3及及有有机机杂杂质质，外外观观一一般般呈呈浅浅黄黄色色或或浅浅灰灰色色，优优质质的的呈呈白白色色，质质软软，多多孔孔而而轻
15、轻。硅硅藻藻土土的的多多孔孔结结构构使使它它成成为为一一种种良良好好吸吸附附剂剂，在在食食品品、化化工工生生产产中中常常用用来来作助滤剂及脱色剂。作助滤剂及脱色剂。吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质-硅藻土硅藻土n是是 结结 晶晶 铝铝 硅硅 酸酸 金金 属属 盐盐 的的 水水 合合 物物，其其 化化 学学 通通 式式 为为：Mx/m(AlOMx/m(AlO2 2)x(SiO)x(SiO2 2)yzH)yzH2 2O O。M M代代表表阳阳离离子子，m m表表示示其其价价态态数数，z z表示水合数，表示水合数，x x和和y y是整数。是整数。n沸沸石石分分子子筛筛活活化化后后，水
16、水分分子子被被除除去去，余余下下的的原原子子形形成成笼笼形形结结构构，孔孔径径为为3 31010。分分子子筛筛晶晶体体中中有有许许多多一一定定大大小小的的空空穴穴，空空穴穴之之间间有许多同直径的孔（也称有许多同直径的孔（也称“窗口窗口”）相连。）相连。n由由于于分分子子筛筛能能将将比比其其孔孔径径小小的的分分子子吸吸附附到到空空穴穴内内部部，而而把把比比孔孔径径大大的的分分子子排排斥斥在在其其空空穴穴外外，起起到到筛筛分分分分子子的的作作用用，故故得得名名分分子子筛。筛。吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质-沸石分子筛沸石分子筛（a a）A A 型型 （b b）X X 型型两种常用
17、沸石分子筛的结构两种常用沸石分子筛的结构一一类类高高分分子子聚聚合合物物。常常用用的的有有聚聚苯苯乙乙烯烯树树脂脂和和聚聚丙丙烯烯酸酸酯酯树树脂脂等等。吸吸附附树树脂脂品品种种很很多多，单单体体的的变变化化和和单单体体上上官官能能团团的的变变化化可可赋赋予予树树脂脂以以各各种种特特殊殊的的性性能能。吸吸附附树树脂脂可可分分为为非非极极性性、中中极极性性、极极性性及及强强极极性性四四类类。吸吸附附树树脂脂可可用用于于除除去去废废水水中中的的有有机机物物，糖糖液液脱脱色色，天天然然产产物物和和生生物物化化学制品的分离与精制等。学制品的分离与精制等。吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质吸附分离介质-
18、吸附树脂吸附树脂1)组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构2)特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻力较小；价格高3）类型：非极性吸附剂芳香族（苯乙烯等）中等极性吸附剂脂肪族（甲基丙烯酸酯等）极性吸附剂含硫氧、酰氨、氮氧等基团孔的形状分类孔的形状分类筒形孔空隙或裂缝锥形孔裂隙孔球形孔(墨水瓶孔)（4）吸附剂的性能表征）吸附剂的性能表征孔的结构孔的结构交联孔(开孔)闭孔盲孔(开孔)通孔(开孔)孔结构的表征孔结构的表征比表面积孔体积孔径和孔径分布B.E.T(Brunueer-Emmett-Teller)法：在液氮温度下(-196C)，用吸附剂吸附氮气，在吸附剂表面形成单分子吸附层，测定氮气
19、的吸附体积vm(cm3/g)，计算比表面积a(cm2/g):N-阿弗加德罗常数，s-被吸附分子的横截面积，在-196氮气分子的s=1.6210-15cm2。BET法总孔体积和平均孔径的测定总孔体积和平均孔径的测定总孔体积：吸附等温线上最大的吸附量对应体积即为总孔体积按照圆桶形模型计算平均孔径：孔径分布测定原理和方法孔径分布孔径分布：不同孔径的孔所占的百分数：不同孔径的孔所占的百分数计算方法：计算方法：介孔：介孔：BJH DH微孔：微孔：HK DA SF大孔：大孔：压汞法压汞法介孔的孔分布计算方法BJH法开尔文方程：开尔文方程：p/p0 弯月面上气体的相对压力 吸附质液体的表面张力，10-5N/
20、cmV 吸附质液体的摩尔体积，ml/mol 弯月面与固体壁的接触角，在液体可润湿表面时取0R 气体常数T 吸附温度rk Kelvin半径，临界孔(核)半径微孔的孔分布计算方法HK法HK原方程：Nav为阿伏加德罗常数;为气体原子与零互作用能处表面的核间距;Na和NA分别是单位吸附质面积和单位吸附剂面积的分子数;Aa和AA分别是吸附质和吸附剂的Lennard-Jones势常数;L是狭缝孔两平面层的核间距;d0为吸附质和吸附剂原子直径算术平均值。压汞法压汞法吸附剂的孔径及分布可采用水银压入法，利用汞孔度计测定。当压力升高时，水银可进入到细孔中，压力p与孔径d的关系为-水银的表面张力(0.48N/m2
21、)，-水银与细孔壁的接触角(=140)通过测定水银体积与压力之间的关系即可求出孔径的分布情况。膜分离技术膜分离技术是上世纪50年代才发展起来的一种分离技术，1955年世界上建立了第一个海水淡化厂标志着膜分离技术已经进入工业领域。60年代，随着膜技术的发展，膜分离技术也开始用于化工、医药、食品、发酵等工业。目前膜分离技术已成为一种重要的分离手段。5、过滤分离、过滤分离-膜分离技术膜分离技术TransportPhenomenaMembraneScienceColloidandInterfaceChemistryPolymerChemistryProcessDynamicsPhysicalChemi
22、stryFluidynamicsElectrochemistry膜分离技术涉及的领域优点：膜分离与传统的分离方法相比，具有设备简单、节约能源、分离效率高等优点。膜分离通常在常温下操作，不涉及相变化，这对于处理热敏性物料，如食品、制药和生物工业产品来说。显得十分重要。生产能力为20吨/小时纯水的超滤装置照片IUPAC将膜定义膜定义为“一种三维结构，三维中的一度（如厚度方向）尺寸要比其余两度小得多，并可通过多种推动力多种推动力进行质量传递”。推动力AAAAAA被动传递压力差浓度差电位差温度差物质由高化学位相向低化学位相传递，这一化学位的差就是膜分离过程的推动力推动力。Polymers:mostco
23、mmonInorganic:morestable1、膜的分类：2、膜分离的方法：原理和适用范围原理和适用范围方法方法传质推动力传质推动力分离原理分离原理应用举例应用举例微滤微滤压差（压差（0.050.5 MPa）筛分筛分除菌，回收菌，分离病毒除菌，回收菌，分离病毒超滤超滤压差（压差（0.11.0 MPa）筛分筛分蛋白质、多肽和多糖的回收和浓蛋白质、多肽和多糖的回收和浓缩缩反渗透反渗透压差（压差（1.010 MPa）筛分筛分盐、氨基酸、糖的浓缩，淡水制盐、氨基酸、糖的浓缩，淡水制造造透析透析浓差浓差筛分筛分脱盐，除变性剂脱盐，除变性剂电渗析电渗析电位差电位差荷电、筛分荷电、筛分脱盐，氨基酸和有机
24、酸的分离脱盐，氨基酸和有机酸的分离渗透气化渗透气化压差、温差压差、温差溶质与膜的溶质与膜的亲和作用亲和作用有机溶剂与水的分离，共沸物的有机溶剂与水的分离，共沸物的分离（如乙醇浓缩）分离（如乙醇浓缩）（1 1）微滤（）微滤（MFMF）微滤（MF）又称微孔过滤，其基本原理是筛孔分离过程。在压差的推动下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，所得到的液体一般称为滤出液或透过液，而大的粒子组分被膜截留，达到溶液的净化目的。除此以外，还有膜表面层的吸附截留和架桥截留，以及膜内部的网络中的截留。微孔滤膜因孔径固定，可保证过滤的精度和可靠性。机械截留吸附截留架桥截留膜表面截留膜内部网络截
25、留纳滤、超滤和微滤的截留机理纳滤、超滤和微滤的截留机理主要是物质在膜表面及微孔内的吸附、在孔内的停留（阻塞）、膜表面的机械截留（筛分）、架桥截留和膜内部网络截留。（2）超滤（UF）分离介质同微滤，但孔径更小，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质。利用分子量的差别进行分离。利用分子量的差别进行分离。其截流分子量（CWCO）一般为6000到50万。（3）纳滤（NF）纳滤膜的孔径为纳米级，因此称为“纳滤”。纳滤膜能够截留分子量为几百的物质，对NaCl的截留率为50%-70%，对某些低分子有机物的截留率可达90%。孔径：微滤孔径：微滤超滤超滤纳滤纳滤（4）反渗透溶剂溶液膜渗透溶剂
26、溶液=gH平衡H溶剂溶液溶液反渗透p p纯溶剂（水）的化学位U1大于溶液中溶剂的化学位U2，引起纯溶剂（水）透过膜向溶液侧迁移，这就是渗透；对溶液施加的压力超过渗透压，溶液中溶剂的化学位高于纯溶剂（水）的化学位，于是溶液中溶剂（水）以压力差为推动力，透过膜向纯溶剂（水）侧迁移，实现了从溶液中分离出溶剂（水）。由于此时溶剂的迁移方向与渗透方向相反，故称为反渗透；RO膜没有明显孔道结构，透过机理一般通过膜没有明显孔道结构，透过机理一般通过“溶解扩散溶解扩散”模型描述。假设溶质或溶剂首先模型描述。假设溶质或溶剂首先溶解在膜中，然后扩散通过溶解在膜中，然后扩散通过RO膜。膜。应用：应用：海水淡化，工业
27、用水软化，直饮水海水淡化，工业用水软化，直饮水（5）透析）透析 利用具有一定孔径大小、高分子溶利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜将含有高分子质不能透过的亲水膜将含有高分子溶质和其它小分子溶质的溶液与纯溶质和其它小分子溶质的溶液与纯水或缓冲液分隔，由于膜两侧的溶水或缓冲液分隔，由于膜两侧的溶质浓度不同，质浓度不同，在浓差的作用下，高在浓差的作用下，高分子溶液中的小分子溶质（例如无分子溶液中的小分子溶质（例如无机盐）透向水侧，水侧的水分子透机盐）透向水侧，水侧的水分子透向溶液侧向溶液侧，这即为，这即为透析透析。性质性质：透析膜一般为亲水膜透析膜一般为亲水膜，例，例如纤维素膜、聚丙烯腈
28、膜和聚酰胺如纤维素膜、聚丙烯腈膜和聚酰胺膜等，孔径一般膜等，孔径一般510nm。透析膜小分子大分子水透析原理 应用应用：常用于临床的血液透析，生物分离方面，用于大常用于临床的血液透析，生物分离方面，用于大分子溶液的脱盐。分子溶液的脱盐。血液透析血液透析血液透析血液透析是指血液和透析液在透析器（人工肾）内借半透膜接触和浓度梯度进行物质交换，使血液中的代谢废物和过多的电解质向透析液移动，透析液中的钙离子、碱基等向血液中移动。海水淡化-电渗析原理+-极水极水 盐水盐水淡水淡水（6）电渗析）电渗析用途用途：海水和苦水的淡化，废水处理：海水和苦水的淡化，废水处理 氨基酸、有机酸分离纯化氨基酸、有机酸分离
29、纯化 反应分离耦合是发展方向之一。反应分离耦合是发展方向之一。7）渗透气化（）渗透气化（Pervaporation,PV）疏水膜两侧产生溶质的分压差，在分压差作疏水膜两侧产生溶质的分压差，在分压差作用下，料液的溶质溶于膜内，扩散通过膜，在透用下，料液的溶质溶于膜内，扩散通过膜，在透过侧发生气化，气化的溶质被膜外设置的冷凝器过侧发生气化，气化的溶质被膜外设置的冷凝器冷凝回收。冷凝回收。根据溶质间透过膜的速度不同，使混合物得根据溶质间透过膜的速度不同，使混合物得到分离。膜与溶质的相互作用决定溶质的渗透速到分离。膜与溶质的相互作用决定溶质的渗透速度，根据相似相溶的原理，疏水性较大的溶质易度，根据相似
30、相溶的原理，疏水性较大的溶质易溶于疏水膜，因此渗透速度高，在透过一侧得到溶于疏水膜，因此渗透速度高，在透过一侧得到浓缩。气化所需的潜热用外部热源供给。浓缩。气化所需的潜热用外部热源供给。根据膜选择透过溶质的现象，可消除共沸现根据膜选择透过溶质的现象，可消除共沸现象，可用于共沸混合物的分离，也称象，可用于共沸混合物的分离，也称膜蒸馏膜蒸馏。真空泵真空泵液相液相气相气相料液料液渗透气化膜渗透气化膜冷冷凝凝器器透过液透过液渗透气化示意图渗透气化示意图 渗透气化膜主要为多孔聚乙烯膜、聚丙烯膜渗透气化膜主要为多孔聚乙烯膜、聚丙烯膜和含氟多孔膜等。和含氟多孔膜等。80年代，渗透气化技术实现产业化，在乙醇、
31、年代，渗透气化技术实现产业化，在乙醇、丁醇等挥发性产物的分离耦合过程中应用。丁醇等挥发性产物的分离耦合过程中应用。例子例子：生物酒精的需求：生物酒精的需求 巴西、美国乙醇连续发酵。巴西、美国乙醇连续发酵。2、膜孔道结构、膜孔道结构 膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异。对膜的透过。对膜的透过通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。通量、耐污染能力等操作性能具有重要影响。早期多为早期多为对称膜对称膜，即截留面的膜厚方向上孔道结构均，即截留面的膜厚方向上孔道结构均匀。传质阻力大，透过通量低，容易污染，清洗困难。匀。传质阻力大，透过通量低，容易污染，清洗困难。对称膜的
32、弯曲孔道结构示意图对称膜的弯曲孔道结构示意图 60年年代代，开开发发了了不不对对称称膜膜。解解决决了了上上述述弊弊端端，开开创了膜分离技术发展的新篇章。创了膜分离技术发展的新篇章。不不对对称称膜膜主主要要由由起起膜膜分分离离作作用用的的表表面面活活性性层层（0.20.5m）和和 起起 支支 撑撑 强强 化化 作作 用用 的的 惰惰 性性 层层（50100m）构构成成。惰惰性性层层孔孔径径很很大大，对对透透过过流流体体无无阻阻力力。活活性性分分离离层层很很薄薄，孔孔径径微微细细，因因此此透透过过通通量量大大，膜膜孔孔不不易易堵堵塞塞、容容易易清清洗洗。目目前前超超滤滤和和反反渗渗透透膜膜多为不对
33、称膜。多为不对称膜。不对称膜的截面结构示意图不对称膜的截面结构示意图目前膜分离设备主要有许多种形式，其中最常用的有：板式、管式、折叠筒式、中空纤维式和螺旋卷式。板式、管式、折叠筒式、中空纤维式和螺旋卷式。3、膜分离设备良好的膜分离设备应具备以下条件：膜面切向速度快，以减少浓差极化。单位体积中所含膜面积比较大。容易拆洗和更换新膜。具有可靠的膜支撑装置。（1）板式膜过滤器（2）管式膜反应器普通型管式膜过滤器管式膜分离装置结构简单，适应性强，清洗安装方便，单根管子可以更换，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液，比其他形式应用更为广泛，其不足是体积大，压力降大，单位体积所含的过滤面积小。改良型
34、管式膜过滤器烧结金属过滤设备制药和食品加工工业对于钛制过滤设备性能要求极为苛刻，又因其它滤材的腐蚀产物及表面脱落物可能会对人类的健康产生严重的影响，或改变食品色泽和风味，所以国外在几十年前就开始了钛制过滤设备的应用，并认为钛滤材是解决食品加工、制药行业中腐蚀和污染的最为理想的材料。（3）中空纤维膜分离器中空纤维超滤膜组件具有装填密度大、结构简单、操作方便等特点。（4）螺旋卷式膜分离器卷式反渗透装置是由若干个卷式组件按一定排列方式组装而成，将反渗透膜，产水流道材料、原水流道材料按一定次序围绕中心管制成元件，若干膜组顺次连接装入外壳内。操作时，将原水加压输入装置中，料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流
35、动，而透过液则沿螺旋形流向中心管，就能达到水与盐分、胶体、微粒、细菌等分离的目的各种膜组件性能的比较各种膜组件性能的比较型型 式式优优 点点缺缺 点点管式管式易清洗，无死角，适宜于易清洗，无死角，适宜于处处理固体理固体较较多的物料，多的物料，单单根管子可以根管子可以调换调换保留体保留体积积大，大，单单位体位体积积中所中所含膜面含膜面积较积较小，小，压压力降大力降大中空中空纤维纤维式式保留体保留体积积小，小，单单位体位体积积中所含膜面中所含膜面积积大，可以逆洗，操作大，可以逆洗，操作压压力力较较低低（2.53105Pa）动动力消耗力消耗较较低低料液需要料液需要预处预处理，理，单单根根纤维纤维损损
36、坏坏时时，需，需调换调换整个膜件整个膜件卷式卷式单单位体位体积积中所含膜面中所含膜面积积大，更大，更换换新新膜容易膜容易料液需要料液需要处处理，理，压压力降大，力降大，易易污污染，清洗困染，清洗困难难板式板式保留体保留体积积小，能量消耗介于管式和小，能量消耗介于管式和螺旋卷式之螺旋卷式之间间死体死体积较积较大大1.screwpump2-7,12-15,17-19,22-23.valves8-10.watertank11.stirrer16,20flowmeter21,25pressuregauges24.membranemodule4、膜分离的应用微滤膜含油废水的处理Oilconcentrationoffeed(mg/L)Oilconcentrationofpermeate(mg/L)Rejectioncoefficient(%)Flux(L/m2h)*1202.7097.864.32502.7498.960.74005.6098.658.2*Fluxat100minutes 分离性能分离性能反渗透膜含油废水的处理油污水的浓度从500ppm降到10ppm