膜分离法精选课件.ppt

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1、关于膜分离法第一页，本课件共有88页1.棋子棋子状氢氧状氢氧化镍纳化镍纳米结构米结构第二页，本课件共有88页side viewtop viewPEG increase第三页，本课件共有88页SAEDHRTEM第四页，本课件共有88页d1d2H001100100第五页，本课件共有88页Guo,L.,et al.J.Mater.Chem.,2009,19,52205225.第六页，本课件共有88页Client Agency/AgencyClientConcept/ideationCuCu2 2OO 前驱体前驱体前驱体前驱体Ni(OH)2空心结构空心结构NiO空心多孔空心多孔结构结构复合石墨烯复合石

2、墨烯锂电池材料锂电池材料总探索思路总探索思路第七页，本课件共有88页第七章第七章 膜分离法膜分离法 Membrane separation第一节第一节 概述概述第二节第二节 膜分离方法膜分离方法第三节第三节 膜分离法的应用膜分离法的应用第八页，本课件共有88页771 1 概述概述一、膜分离法简介一、膜分离法简介二、膜的类型及特点二、膜的类型及特点三、膜分离法的原理三、膜分离法的原理四、膜分离法的特点四、膜分离法的特点第九页，本课件共有88页一、膜分离法简介一、膜分离法简介 1748年，人类首次发现水能自然的扩散到装有酒年，人类首次发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内这一膜分离现象；精溶液

3、的猪膀胱内这一膜分离现象；二十世纪二十世纪50年代前，主要进行膜分离科学的基础理论年代前，主要进行膜分离科学的基础理论研究；研究；60年代后，微滤、反渗透、超滤、透析、气体分离等技年代后，微滤、反渗透、超滤、透析、气体分离等技术迅速发展，并且实现了工业化生产，得到了广泛应用；术迅速发展，并且实现了工业化生产，得到了广泛应用；80年代后，对新的膜材料、新的膜分离方法不断开发研年代后，对新的膜材料、新的膜分离方法不断开发研究，使膜分离技术令世人瞩目，受各界青睐。究，使膜分离技术令世人瞩目，受各界青睐。第十页，本课件共有88页 膜分离是在膜分离是在20世纪初出现，世纪初出现，20世纪世纪60年代后迅

4、速崛年代后迅速崛起的一门分离新技术。起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。今分离科学中最重要

5、的手段之一。第十一页，本课件共有88页一、膜分离法简介一、膜分离法简介 用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂分离、分位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂分离、分级、提纯和富集的方法。级、提纯和富集的方法。【膜分离法膜分离法】第十二页，本课件共有88页二、膜的类型及特点二、膜的类型及特点 所所谓谓的的膜膜，是是指指在在一一种种流流体体相相内内或或是是在在两两种种流流体体相相之之间间有有一一层层薄薄的的凝凝聚聚相相，它它把把流流体体相相分分隔隔为为互互不不相相通通的的两两部部分分，并并能使这两部

6、分之间产生传质作用。能使这两部分之间产生传质作用。膜的特性：膜的特性：不不管管膜膜多多薄薄,它它必必须须有有两两个个界界面面。这这两两个个界界面面分分别别与与两两侧侧的流体相接触的流体相接触 膜膜传传质质有有选选择择性性，它它可可以以使使流流体体相相中中的的一一种种或或几几种种物物质质透透过，而不允许其它物质透过。过，而不允许其它物质透过。第十三页，本课件共有88页 分离膜种类（按结构形态）分分离离膜膜高分子膜高分子膜液体膜液体膜生物膜生物膜带电膜带电膜非带电膜非带电膜阳离子膜阳离子膜阴离子膜阴离子膜过滤膜过滤膜精密过滤膜精密过滤膜超滤膜超滤膜反渗透膜反渗透膜纳米滤膜纳米滤膜第十四页，本课件共

7、有88页二、膜的类型及特点二、膜的类型及特点2.2.按推动力的不同，膜的分类按推动力的不同，膜的分类压力差压力差：反渗透膜；超过滤膜；微孔滤膜；气体分离膜：反渗透膜；超过滤膜；微孔滤膜；气体分离膜电位差电位差：离子交换膜：离子交换膜浓度差浓度差：非对称或离子交换膜；微多孔膜；渗透蒸发膜：非对称或离子交换膜；微多孔膜；渗透蒸发膜化学反应化学反应：催化剂等固化膜：催化剂等固化膜浓度差化学反应浓度差化学反应：乳化或支撑液膜；酶固定化膜：乳化或支撑液膜；酶固定化膜温度差温度差：微多孔膜：微多孔膜第十五页，本课件共有88页二、膜的类型及特点二、膜的类型及特点3.3.按不同孔径分类按不同孔径分类0.1nm

8、0.1nm0.6nm:0.6nm:气体分离膜气体分离膜0.6nm0.6nm6nm6nm：反渗透膜或离子交换膜或透析膜反渗透膜或离子交换膜或透析膜6nm6nm50nm50nm：超滤膜超滤膜50nm50nm2000nm2000nm：精滤膜：精滤膜2000nm:2000nm:一般过滤膜（滤纸）一般过滤膜（滤纸）第十六页，本课件共有88页膜的种类膜的功能分离驱动力透过物质被截留物质微滤多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差水、溶剂和溶解物悬浮物、细菌类、微粒子超滤脱除溶液中的胶体、各类大分子压力差溶剂、离子和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物压力差水、溶剂

9、无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等透析脱除溶液中的盐类及低分子物浓度差离子、低分子物、酸、碱无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子渗透气化溶液中的低分子及溶剂间的分离压力差、浓度差蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液气体分离气体、气体与蒸汽分离浓度差易透过气体不易透过气体第十七页，本课件共有88页三、膜分离法的原理三、膜分离法的原理膜膜分分离离过过程程原原理理：以以选选择择性性透透膜膜为为分分离离介介质质，通通过过在在膜膜两两边边施施加加一一个个推推动动力力（如如浓浓度度差差、压压力力差差或或电电压压差差等等）时时，使使原原料料侧侧组组分分选选择择性性地

10、地透透过过膜膜，以以达达到到分分离离提提纯纯的的目目的的。通通常常膜膜原原料料侧侧称为称为膜上游膜上游，透过侧称为，透过侧称为膜下游膜下游。选择性透膜选择性透膜膜上游膜上游 透膜透膜 膜下游膜下游第十八页，本课件共有88页三、膜分离法的原理三、膜分离法的原理 膜分离的物理化学原理膜分离的物理化学原理1.1.截流机理和筛孔效应截流机理和筛孔效应机械截留（筛孔效应）机械截留（筛孔效应）物理作用或吸附截留物理作用或吸附截留架桥作用架桥作用网络内部截流网络内部截流第十九页，本课件共有88页三、膜分离法的原理三、膜分离法的原理2.2.渗透和渗透压：渗透和渗透压：18851885年年,VanVant t

11、HoffHoff渗渗透透压压定律定律：R RT T C Ci i 渗渗透透是是在在膜膜两两边边渗渗透透压压差差 的的作作用用下下的的溶溶剂剂流流动动；而而反反渗渗透透、超超滤滤是是在在一一外外加加压压力力差差 P P 的的作作用用下下,溶剂逆向流动溶剂逆向流动。盐溶液盐溶液 纯水纯水H2O渗渗透透 P 反渗透反渗透第二十页，本课件共有88页3.Donnan 3.Donnan 效应效应问题：问题：如果往内相加入大量如果往内相加入大量的高分子电解质，平衡时膜的高分子电解质，平衡时膜两边的两边的NaNa+和和ClCl-浓度还相等吗浓度还相等吗？不不管管初初始始时时两两边边的的盐盐浓浓度是否相等，平衡

12、时度是否相等，平衡时 NaNa+=Na=Na+Cl Cl-=Cl=Cl-内相内相 外相外相H20Na+Cl-允许小分子、离子自由允许小分子、离子自由通过，但不允许大分子通过，但不允许大分子离子通过离子通过Na+Cl-Na+Cl-第二十一页，本课件共有88页平衡时平衡时 Na+Cl-=Na+Cl-电中性条件电中性条件 Na+=Cl-+X-Na+=Cl-代入，得代入，得 Cl-2=Cl-2+Cl-X-即即 Cl-Cl-“NaClNaCl”浓缩倍数为：浓缩倍数为：(CNaCl/CNaCl)=1(CNaX/CNaCl)内相 外相H20Na+Cl-X-火胶棉火胶棉H20Na+Cl-X-H20Na+Cl-

13、第二十二页，本课件共有88页 结论：结论：n 平衡时，膜两边的平衡时，膜两边的ClCl-的浓度不相等的浓度不相等 n 在在一一相相中中加加大大不不扩扩散散离离子子的的浓浓度度能能防防止止可扩散离子渗入该相可扩散离子渗入该相第二十三页，本课件共有88页四、膜分离法的特点四、膜分离法的特点1.膜的种类、孔径可以根据需要选择膜的种类、孔径可以根据需要选择2.膜对于阻止大的粒子或分子透过的能力是膜对于阻止大的粒子或分子透过的能力是很强的。很强的。3.把产物分在两侧，很容易收集样品把产物分在两侧，很容易收集样品4.低能耗、低成本和单级效率高低能耗、低成本和单级效率高5.室温下，特别适合于热敏物质的分离室

14、温下，特别适合于热敏物质的分离6.装置简单，操作方便，不污染环境装置简单，操作方便，不污染环境膜分离的特点：膜分离的特点：第二十四页，本课件共有88页772 2 膜分离法的类型膜分离法的类型一、微孔过滤一、微孔过滤二、反渗透二、反渗透三、超过滤三、超过滤四、纳滤四、纳滤五、液膜五、液膜六、其他膜分离方法六、其他膜分离方法第二十五页，本课件共有88页以以以以静压差静压差静压差静压差为推动力的膜有：微滤为推动力的膜有：微滤为推动力的膜有：微滤为推动力的膜有：微滤 （MFMF）、超滤（）、超滤（）、超滤（）、超滤（UFUF）、纳）、纳）、纳）、纳滤（滤（滤（滤（NFNF）、反渗透（）、反渗透（）、反

15、渗透（）、反渗透（RORO）。）。）。）。第二十六页，本课件共有88页一、微孔过滤一、微孔过滤 微孔过滤微孔过滤是一种以是一种以压力差压力差为推动力的膜分离方法，其为推动力的膜分离方法，其所用的微孔滤膜通常是用特种纤维素酯或高分子聚合物所用的微孔滤膜通常是用特种纤维素酯或高分子聚合物制成，主要用于从气相或液相物质中截留分离微粒、细制成，主要用于从气相或液相物质中截留分离微粒、细菌、污染物等。菌、污染物等。微孔滤膜的特点：微孔滤膜的特点：1）孔径均一）孔径均一2）空隙率高）空隙率高3）滤膜材料薄，对被过滤介质损失小）滤膜材料薄，对被过滤介质损失小第二十七页，本课件共有88页一、微孔过滤一、微孔过

16、滤微孔滤膜的品种较多：微孔滤膜的品种较多：硝酸纤维膜（硝酸纤维膜（CNCN膜）膜）醋酸纤维膜醋酸纤维膜(CA(CA膜）膜）混合纤维膜（混合纤维膜（CN/CACN/CA）聚酰胺滤膜聚酰胺滤膜 聚氯乙烯疏水性滤膜聚氯乙烯疏水性滤膜 再生纤维滤膜再生纤维滤膜 聚四氟乙烯强憎水性滤膜聚四氟乙烯强憎水性滤膜第二十八页，本课件共有88页一、微孔过滤一、微孔过滤微孔滤膜的性能参数：微孔滤膜的性能参数：厚度厚度：用螺旋千分尺测定：用螺旋千分尺测定 过滤速度过滤速度：用恒压连续过滤装置测定：用恒压连续过滤装置测定 空隙率空隙率 灰分灰分 孔径及其分布孔径及其分布：电子显微镜、压汞法、泡压法、：电子显微镜、压汞法

17、、泡压法、气体流量法、已知颗粒通过法等测定气体流量法、已知颗粒通过法等测定断面结构断面结构通孔型、网络型和非对称型通孔型、网络型和非对称型第二十九页，本课件共有88页醋酸纤维素膜的结构示意图99表皮层，孔径表皮层，孔径（810）1010m过渡层，孔径过渡层，孔径2001010m多孔层，孔径多孔层，孔径（10004000）1010m1%第三十页，本课件共有88页二、反渗透二、反渗透反反渗渗透透（Reverse Reverse OsmosisOsmosis）分分离离过过程程是是使使溶溶液液在在一一定定压压力力（10-100 10-100 atmatm）下下通通过过一一个个多多孔孔膜膜，在在常常压压

18、和和环环境境温温度度下下收收集集膜膜渗渗透透液液。溶溶液液中中的的一一个个或或几几个个组组分分在在原液中富集，高浓度溶液留在膜的高压侧。原液中富集，高浓度溶液留在膜的高压侧。反反渗渗透透膜膜(homogeneous(homogeneous membrane membrane or or skintype skintype membrane):membrane):反反渗渗透透膜膜可可截截留留0.6 0.6-60 60 nmnm的的粒粒子子,截截留留粒粒子子分分子子量量可可达达500500以以下下。在在分分析析上上,反反渗渗透透膜膜可可用用于于富富集集水水溶溶液液中中微微量量有有机物。机物。第三十

19、一页，本课件共有88页二、反渗透二、反渗透反渗透膜的性能参数：反渗透膜的性能参数：透水率透水率：每单位时间内通：每单位时间内通过单位膜面积的水体积流量过单位膜面积的水体积流量 透盐率透盐率：盐透过膜的速率：盐透过膜的速率 压密系数压密系数：由于操作压力与：由于操作压力与温度的影响，膜材质透水率下温度的影响，膜材质透水率下降的程度降的程度透盐率越小，脱透盐率越小，脱盐率越高，盐率越高，效果效果好好压密系数越小越好压密系数越小越好第三十二页，本课件共有88页二、反渗透二、反渗透反渗透膜的分离机理：反渗透膜的分离机理：荷电膜：荷电膜：多南效应多南效应（库仑斥力使盐分完全排（库仑斥力使盐分完全排除而水

20、流层依然存在，从而实现分离）除而水流层依然存在，从而实现分离）非荷电膜：非荷电膜：毛细管流学说毛细管流学说（氢键理论、筛网效应学说、（氢键理论、筛网效应学说、选择吸附毛细孔流机制等）选择吸附毛细孔流机制等）溶解扩散模型溶解扩散模型 孔隙开闭学说孔隙开闭学说第三十三页，本课件共有88页各式反渗透装置的优缺点比较各式反渗透装置的优缺点比较类型优 点缺 点使 用板框式结构紧凑、简单，能承受高压，性能稳定，工艺简便装置成本高，浓差极化严重，易堵塞，不易清洗适于小容量规模管式易清洗，耐较高压力，能处理含有悬浮、粘度高等易堵塞流水通道的体系装置成本高，管口密闭困难，膜的堆积密度小适于中小容量规模螺旋卷式膜

21、的堆积密度大，结构紧凑，价格低廉制作工艺复杂，密闭较难，易堵塞，不易清洗，不宜在高压下操作适于大容量规模中空纤维式膜的堆积密度大，不需外加支撑体，浓差极化可忽略，低廉易堵塞，不易清洗制作工艺复杂适于大容量规模第三十四页，本课件共有88页一、板框式反渗透膜组件一、板框式反渗透膜组件装配图装配图第三十五页，本课件共有88页进水进水透过水透过水浓缩水浓缩水耐压容器耐压容器透水板透水板半透膜半透膜板框式膜组件工板框式膜组件工作过程示意图作过程示意图特点：特点：结构简单，体积比结构简单，体积比管式的小。管式的小。缺点：缺点：装装卸复杂，卸复杂，单位体单位体积膜表积膜表面积小。面积小。第三十六页，本课件共

22、有88页二、管式反渗透膜组件二、管式反渗透膜组件管式膜组件又分为内压式和外压式第三十七页，本课件共有88页内压式管式膜组件的内部结构示意图内压式管式膜组件的内部结构示意图特点特点:n 水力条件好，安水力条件好，安装、清洗、维修比装、清洗、维修比较方便。较方便。n 能耐高压，可以处能耐高压，可以处理高粘度的原水。理高粘度的原水。n 缺点是膜的有效缺点是膜的有效面积小，装置体积面积小，装置体积大，而且两端要较大，而且两端要较多的联结装置多的联结装置。淡水淡水膜表皮层膜表皮层玻璃纤维管玻璃纤维管进进水水第三十八页，本课件共有88页 三、螺旋卷式反渗透膜组件三、螺旋卷式反渗透膜组件第三十九页，本课件共

23、有88页密封密封密封密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料多孔透水材料膜，上下两层膜，上下两层第四十页，本课件共有88页膜叶膜叶透水网状材料透过水透过水浓浓水水进进水水螺旋卷式膜组件组合示意图螺旋卷式膜组件组合示意图第四十一页，本课件共有88页四四.中空纤维式反渗透膜组件中空纤维式反渗透膜组件n中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。n中空纤维外径中空纤维外径50200 m，内径，内径25 42 m。n将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜束外侧覆将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜束外侧覆以保护性格网，内部中间放

24、置供分配原水用的多孔以保护性格网，内部中间放置供分配原水用的多孔管，膜束两端用环氧树脂加固。管，膜束两端用环氧树脂加固。n将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。第四十二页，本课件共有88页 进水浓水浓水透过水透过水多孔进水管多孔进水管浓水出口浓水出口淡水出口淡水出口密封密封中空纤维膜中空纤维膜外径外径50200内径内径2542密封密封耐压容器耐压容器中空纤维反渗透组件简图中空纤维反渗透组件简图第四十三页，本课件共有88页膜断面图膜断面图 第四十四页，本课件共有88页工工

25、业业应应用用的的反反渗渗透透装装置置第四十五页，本课件共有88页 世界上大多数的水体污染严重，加剧了水资源紧缺世界上大多数的水体污染严重，加剧了水资源紧缺的矛盾。的矛盾。传统的自来水处理方法，已不能保证提供品质优传统的自来水处理方法，已不能保证提供品质优良的饮用水，而且在市政供水中还存在着两次污染的良的饮用水，而且在市政供水中还存在着两次污染的问题，如问题，如高层的水箱供水，漫长的自来水输送管线，都会高层的水箱供水，漫长的自来水输送管线，都会造成潜在的铁锈，水垢及微生物等污染问题造成潜在的铁锈，水垢及微生物等污染问题，因此，各种，因此，各种品牌的品牌的净水器净水器应运而生。应运而生。第四十六页

26、，本课件共有88页9、反渗透膜法反渗透膜法 膜分离技术的一种，这种方法用压力将水通过合成的膜，膜分离技术的一种，这种方法用压力将水通过合成的膜，膜仅允许纯水通过，而污染物被排除。系统的运行取决于若膜仅允许纯水通过，而污染物被排除。系统的运行取决于若干因素，如波动的水压、膜的寿命、膜孔的堵塞均会影响出干因素，如波动的水压、膜的寿命、膜孔的堵塞均会影响出水的品质。水的品质。另外，膜上面细菌生长也是个问题。反渗透系统耗用大另外，膜上面细菌生长也是个问题。反渗透系统耗用大量的水，一般从量的水，一般从10-20加仑中制取一加仑处理过的水。这种加仑中制取一加仑处理过的水。这种系统费用很高，而且在要做日常的

27、服务、监控和换膜等工系统费用很高，而且在要做日常的服务、监控和换膜等工作。作。第四十七页，本课件共有88页10微过滤及超过滤法微过滤及超过滤法 微过滤法是用纤维素或高分子材料制成的微孔滤微过滤法是用纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径来截留水中的微粒、细菌、胶体等，膜，利用其均一孔径来截留水中的微粒、细菌、胶体等，使其不通过滤膜而被去除。使其不通过滤膜而被去除。这种微孔膜过滤技术又称粒密过滤技术，能够过滤这种微孔膜过滤技术又称粒密过滤技术，能够过滤微米或纳米级的微粒和细菌。超过滤和微过滤都属于微米或纳米级的微粒和细菌。超过滤和微过滤都属于膜膜分离技术分离技术，两者之间不存在明显的界

28、限，超过滤的工作压力，两者之间不存在明显的界限，超过滤的工作压力一般以一般以0.3兆帕左右，可去除水中大分子物质、细菌、病兆帕左右，可去除水中大分子物质、细菌、病毒等，但通量较低。毒等，但通量较低。第四十八页，本课件共有88页三、超过滤三、超过滤 超超滤滤是是在在1-101-10大大气气压压作作用用下下分分离离分分子子量量约约大大于于10001000的的大大分分子子和和胶胶体体粒粒子子的的方方法法。超超滤滤膜膜是是一一种种微微孔孔结结构构的的膜膜，分分离离是是依依靠靠孔孔径径的的分分布布来来完完成成的。的。超滤膜对某一溶质的阻止程度可表示为超滤膜对某一溶质的阻止程度可表示为：R=(1Cp/Cf

29、)100C Cp p 和和C Cf f分别是溶质在过滤产物中和原料中的浓度分别是溶质在过滤产物中和原料中的浓度。第四十九页，本课件共有88页三、超过滤三、超过滤 超过滤膜超过滤膜与反渗透膜非常相似，故有人认为，可以把超过滤与反渗透膜非常相似，故有人认为，可以把超过滤膜看作是较大平均孔径的反渗透膜。根据膜看作是较大平均孔径的反渗透膜。根据结构结构可分为两类：一种是可分为两类：一种是各向同性膜各向同性膜，该膜的微孔数量和孔径在膜的各层基本相同；另一种是，该膜的微孔数量和孔径在膜的各层基本相同；另一种是各各向异性膜向异性膜，它是由一层极薄的表面，它是由一层极薄的表面“皮层皮层”和一层较厚的和一层较厚

30、的“海绵层海绵层”组成的复合薄膜。组成的复合薄膜。超过滤膜的基本性能可以用超过滤膜的基本性能可以用水通量水通量、截留率截留率和和化学稳定性化学稳定性表示，表示，其材料主要有乙酸纤维、聚砜、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、其材料主要有乙酸纤维、聚砜、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、尼龙等高分子材料。尼龙等高分子材料。第五十页，本课件共有88页四、纳滤四、纳滤 纳滤过滤是上世纪纳滤过滤是上世纪80 80 年代末问世的新型膜分离技术年代末问世的新型膜分离技术 。纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜(RO)(RO)和超滤膜和超滤膜(UF)(UF)之间，之间，因此称为因此称为“纳

31、滤纳滤”。纳滤膜能够。纳滤膜能够截留分子量截留分子量为几百为几百的物质，对的物质，对NaClNaCl的截留率为的截留率为50%-70%50%-70%，对某些低，对某些低分子有机物的截留率可达分子有机物的截留率可达90%90%。纳滤膜的关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大纳滤膜的关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔。量具纳米级的表层孔。第五十一页，本课件共有88页四、纳滤四、纳滤 纳滤截留的相对分子量为纳滤截留的相对分子量为100-1000100-1000，其操作压力较低，其操作压力较低,一般在一般在0.5-1.5MPa 0.5-1.5MPa，同时纳滤膜的通量高，同时纳滤膜

32、的通量高,与反渗透相比，与反渗透相比，纳滤具有能耗低的优点。因此纳滤具有能耗低的优点。因此,纳滤恰好填补了超滤与反纳滤恰好填补了超滤与反渗透之间的空白渗透之间的空白,它能它能截留透过超滤膜的那部分小分子截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物量的有机物,透析被反渗透膜所截留的无机盐透析被反渗透膜所截留的无机盐。而且，纳滤。而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子的截留率对单价离子的截留率低低(10%-80%),(10%-80%),对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子对二价及多价离子的截留率明显高于单价离子(90%)(90%)以上。以上。第五十二页，本

33、课件共有88页静压差膜分离小结静压差膜分离小结MF蛋白质蛋白质细菌细菌MW 1umROUFF 新型的新型的NFNF正好介于正好介于UFUF和和RORO之间，截流分子量大概在之间，截流分子量大概在300-1000300-1000。第五十三页，本课件共有88页五、液膜五、液膜液液膜膜分分离离是是一一种种新新发发展展的的膜膜分分离离技技术术，是是新新兴兴的的节节能能型型分分离离手手段段。液液态态膜膜通通常常是是3-53-5 m m的的液液滴滴组组成成的的膜膜。在在液液膜膜分分离离过过程程中中,组组分分主主要要是是依依靠靠在在互互不不相相溶溶的的两两相相间间的的选选择择性性渗渗透透、化化学学反反应应、

34、萃萃取取和和吸吸附附等等机机理理而而进进行行分分离离。这这时时欲欲分分离离组组分从膜外相透过液膜进入内相而富集起来。分从膜外相透过液膜进入内相而富集起来。第五十四页，本课件共有88页五、液膜五、液膜1.液膜的定义及其组成液膜的定义及其组成 液膜是液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。悬浮在液体中很薄的一层乳液微粒。它能把两个它能把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象渗透现象起到分离的起到分离的作用。作用。乳液微粒通常是由溶剂乳液微粒通常是由溶剂(水和有机溶剂水和有机溶剂)、表面活性剂和添加、表面活性剂和添加剂制成的。剂制成的。溶剂溶剂构成膜基体；构成

35、膜基体；表面活性剂表面活性剂起乳化作用，它含有亲起乳化作用，它含有亲水基和疏水基，可以促进液膜传质速度并提高其选择性，水基和疏水基，可以促进液膜传质速度并提高其选择性，添加添加剂剂用于控制膜的稳定性和渗透性。通常将含有被分离组分的用于控制膜的稳定性和渗透性。通常将含有被分离组分的料料液作连续相，称为液作连续相，称为外相外相；接受被分离组分的液体，称接受被分离组分的液体，称内相内相；处处于两者之间的成膜的液体称为于两者之间的成膜的液体称为膜相膜相，三者组成液膜分离体系。三者组成液膜分离体系。第五十五页，本课件共有88页 表面活性剂表面活性剂 乳乳化化型型液液膜膜的的主主要要成成分分之之一一,它它

36、可可以以控控制制液液膜膜的的稳稳定定性性。根根据据不不同同体体系系的的要要求求,可可以以选选择择适适当当的的表表面面活活性剂作成油膜或水膜。性剂作成油膜或水膜。膜溶剂膜溶剂 主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。主要考虑液膜的稳定性和对溶质的溶解度。对对无无载载体体液液膜膜,膜膜溶溶剂剂能能优优先先溶溶解解欲欲分分离离组组分分,而而对对其其它它组组分分溶溶质质的的溶溶解解度度则则应应很很小小；对对有有载载体体液液膜膜,膜膜溶溶剂剂要能溶解载体要能溶解载体,而不溶解溶质。而不溶解溶质。1.液膜的定义及其组成液膜的定义及其组成第五十六页，本课件共有88页1.液膜的定义及其组成液膜的定义及其组成 流

37、动载体的条件：流动载体的条件：载载体体及及其其溶溶质质形形成成的的配配合合物物必必须须溶溶于于膜膜相相,而而不不溶溶于于膜膜的的内内外外相相,且不产生沉淀。且不产生沉淀。载载体体与与欲欲分分离离的的溶溶质质形形成成的的配配合合物物要要有有适适当当的的稳稳定定性性,在在膜膜的的外外侧侧生成的配合物能在膜中扩散生成的配合物能在膜中扩散,而到膜的内侧要能解络。而到膜的内侧要能解络。载体不应与膜相的表面活性剂反应载体不应与膜相的表面活性剂反应,以免降低膜的稳定性。以免降低膜的稳定性。添加剂添加剂/稳定剂稳定剂 分分离离过过程程一一般般要要求求液液膜膜要要有有一一定定的的稳稳定定性性,而而到到破破乳乳阶

38、阶段段又又要求容易破碎要求容易破碎,便于回收处理。便于回收处理。流动载体流动载体第五十七页，本课件共有88页2.液膜的分类液膜的分类 按按形状形状可分为可分为液滴型、乳化型液滴型、乳化型和和隔膜型隔膜型 按按组成组成可分为可分为油包水型油包水型（W/OW/O）和）和水包油型水包油型(O/W)(O/W)，即，即油膜油膜和和水膜水膜。按按传质机理传质机理可分为可分为无载体输送的液膜无载体输送的液膜和和有载有载体输送的液膜体输送的液膜。虽然液膜按结构可分为很多种，但具有实际虽然液膜按结构可分为很多种，但具有实际应用价值的主要有以下三种：应用价值的主要有以下三种：第五十八页，本课件共有88页 乳状液膜

39、乳状液膜2.液膜的分类液膜的分类 乳状液膜乳状液膜(emulsion liquid membrane，ELM)是是N.N.Li 发明专利中使用的液膜。乳状发明专利中使用的液膜。乳状液膜根据成膜液体的不同，分液膜根据成膜液体的不同，分为为(W/O)/W(水水-油油-水水)和和(O/W)/O(油油-水水-油油)两种。在两种。在生物分离中主要应用生物分离中主要应用(W/O)/W型乳状液膜。型乳状液膜。(W/O)/W(水水-油油-水水)第五十九页，本课件共有88页2.液膜的分类液膜的分类 乳状液膜的膜溶液主要由乳状液膜的膜溶液主要由膜溶剂、表面活性剂膜溶剂、表面活性剂和和添加剂添加剂(流动载体流动载体

40、)组成，其中膜溶剂含量占组成，其中膜溶剂含量占9090以上，而表面活性剂和添加剂分别占以上，而表面活性剂和添加剂分别占1 15 5。表面活性剂起稳定液膜的作用，是乳状液膜的必需成分。表面活性剂起稳定液膜的作用，是乳状液膜的必需成分。因此，乳状液膜又称表面活性剂液膜因此，乳状液膜又称表面活性剂液膜(surfactant liquid membrane)(surfactant liquid membrane)。向溶有表面活性剂和添加剂的油中加入水溶液，进行高速搅拌向溶有表面活性剂和添加剂的油中加入水溶液，进行高速搅拌或超声波处理，制成或超声波处理，制成W/O(W/O(油包水油包水)型乳化液，再将该

41、乳化液分散型乳化液，再将该乳化液分散到第二个水相到第二个水相(通常为待分离的料液通常为待分离的料液)进行第二次乳化即可制成进行第二次乳化即可制成(W/O)/W(W/O)/W型乳状液膜，此时第二个水相为连续相。型乳状液膜，此时第二个水相为连续相。W/O W/O 乳化液滴直乳化液滴直径一般为径一般为0.10.12mm2mm，内部包含许多微水滴，直径为数，内部包含许多微水滴，直径为数m,m,液膜厚度液膜厚度为为1 110 m10 m。乳状液膜乳状液膜第六十页，本课件共有88页2.液膜的分类液膜的分类支撑液膜支撑液膜(SLM/CLM)支撑液膜是由溶解支撑液膜是由溶解了载体的液膜，在了载体的液膜，在表面

42、张力作用下，表面张力作用下，依靠聚合凝胶层中依靠聚合凝胶层中的化学反应或带电的化学反应或带电荷材料的静电作用，荷材料的静电作用，含浸在多孔支撑体含浸在多孔支撑体的微孔内而制得的，的微孔内而制得的，如右图如右图支撑液膜示意图支撑液膜示意图第六十一页，本课件共有88页2.液膜的分类液膜的分类支撑液膜支撑液膜(SLM/CLM)由于将液膜含浸在多孔支撑体上，可以承受较大的压力，由于将液膜含浸在多孔支撑体上，可以承受较大的压力，且具有更且具有更高高的的选择性选择性，因而，它可以承担合成聚合物膜，因而，它可以承担合成聚合物膜所不能胜任的分离要求。支撑液膜的性能与支撑体材质、所不能胜任的分离要求。支撑液膜的

43、性能与支撑体材质、膜厚度及微孔直径的大小密切相关。支撑体一般都要求采膜厚度及微孔直径的大小密切相关。支撑体一般都要求采用聚丙烯、聚乙烯、聚砜及聚四氟乙烯等疏水性多孔膜，用聚丙烯、聚乙烯、聚砜及聚四氟乙烯等疏水性多孔膜，膜厚为膜厚为2550 m，微孔直径为，微孔直径为0.021 m。通常孔径越。通常孔径越小液膜越稳定，但孔径过小将使空隙率下降，从而将降低小液膜越稳定，但孔径过小将使空隙率下降，从而将降低透过速度透过速度第六十二页，本课件共有88页2.液膜的分类液膜的分类 流动液膜流动液膜 流动液膜也是一种支撑液膜，流动液膜也是一种支撑液膜，是为弥补上述支撑液膜的膜相是为弥补上述支撑液膜的膜相容易

44、流失的缺点而提出的，液容易流失的缺点而提出的，液膜相可循环流动，因此在操作膜相可循环流动，因此在操作过程中即使有所损失也很容易过程中即使有所损失也很容易补充，不必停止萃取操作进行补充，不必停止萃取操作进行液膜的再生。液膜相的强制流液膜的再生。液膜相的强制流动或降低流路厚度可降低液膜动或降低流路厚度可降低液膜相的传质阻力。相的传质阻力。流动液膜流动液膜第六十三页，本课件共有88页3.液膜的分离机理液膜的分离机理无流动载体液膜分离机理无流动载体液膜分离机理 这类液膜分离过程主要有三种分离机理，即这类液膜分离过程主要有三种分离机理，即选择性选择性渗透、化学反应及萃取和吸附渗透、化学反应及萃取和吸附。

45、第六十四页，本课件共有88页3.液膜的分离机理液膜的分离机理 有载体的液膜分离过有载体的液膜分离过程主要决定于载体的性程主要决定于载体的性质。载体主要有离子型质。载体主要有离子型和非离子型两类，其渗和非离子型两类，其渗透机理分为透机理分为逆向迁移逆向迁移和和同向迁移同向迁移两种。两种。有流动载体液膜分离机理有流动载体液膜分离机理(1)反向迁移反向迁移(2)同向迁移同向迁移第六十五页，本课件共有88页4.液膜材料的选择液膜材料的选择 液膜分离技术的关键是选择最适宜的流动载体、表面活性剂和有机液膜分离技术的关键是选择最适宜的流动载体、表面活性剂和有机溶剂等材料来制备合乎要求的液膜，并构成合适的液膜

46、体系。作为流动溶剂等材料来制备合乎要求的液膜，并构成合适的液膜体系。作为流动载体必须具备如下条件：载体必须具备如下条件：a 溶解性，溶解性，流动载体及其络合物必须溶于膜相，而不溶于邻接的流动载体及其络合物必须溶于膜相，而不溶于邻接的溶液相；溶液相；b 络合性络合性，作为有效载体，其络合物形成体应该有适中的稳定性，即，作为有效载体，其络合物形成体应该有适中的稳定性，即该载体必须在膜的一侧强烈地络合指定的溶质，从而可以转移它，而在该载体必须在膜的一侧强烈地络合指定的溶质，从而可以转移它，而在膜的另一侧很微弱地络合指定的溶质，从而可释放它，实现指定溶质的膜的另一侧很微弱地络合指定的溶质，从而可释放它

47、，实现指定溶质的跨膜迁移过程；跨膜迁移过程；C 载体应不与膜相的表面活性剂反应，以免降低膜的稳定性。载体应不与膜相的表面活性剂反应，以免降低膜的稳定性。第六十六页，本课件共有88页5.液膜分离的操作液膜分离的操作乳状液的准备乳状液的准备乳状液与待乳状液与待分离液接触分离液接触萃余液的分离萃余液的分离乳状液的分层乳状液的分层液膜分离操作过程分四个阶段液膜分离操作过程分四个阶段制备液膜制备液膜 液膜萃取液膜萃取 澄清分离澄清分离 破乳破乳第六十七页，本课件共有88页6.影响液膜分离的因素影响液膜分离的因素 液膜体系组成的影响液膜体系组成的影响 根据处理体系的不同，选择适宜的配方，保证液膜有良好的稳

48、根据处理体系的不同，选择适宜的配方，保证液膜有良好的稳定性、选择性和渗透速度，以提高分离效果。液膜的上述三个性质定性、选择性和渗透速度，以提高分离效果。液膜的上述三个性质中中稳定性是液膜分离过程的关键稳定性是液膜分离过程的关键，它包括液膜的，它包括液膜的溶胀和破损溶胀和破损两两个方面。个方面。溶胀溶胀是指外相水透过膜进入了液膜内相，从而使液膜是指外相水透过膜进入了液膜内相，从而使液膜体积增大。用乳状液的溶胀率体积增大。用乳状液的溶胀率Ea来表示来表示EaVe-Ve0Ve0100%Ve为增大后的乳液相体积；为增大后的乳液相体积；Ve0为乳液相初始体积。为乳液相初始体积。第六十八页，本课件共有88

49、页破损破损则是由于液膜被破坏，使内相水溶液泄漏到外相，可用破损率则是由于液膜被破坏，使内相水溶液泄漏到外相，可用破损率Eb来表示，如内相中含来表示，如内相中含NaOH溶液，则：溶液，则：EbcNa+.V3 cNa10+.V10100%cNa+为泄漏到外水相中的钠离子浓度为泄漏到外水相中的钠离子浓度，cNa10+为内相中钠离子的初始浓为内相中钠离子的初始浓度；度；V3为外水相体积，为外水相体积，V10为内水相体积。为内水相体积。影响溶胀的因素影响溶胀的因素主要体现在外界对膜相物性的影响、内外主要体现在外界对膜相物性的影响、内外水相化学位的影响和膜相与水结合的加溶作用，其中表面活性水相化学位的影响

50、和膜相与水结合的加溶作用，其中表面活性剂和载体起重要作用剂和载体起重要作用。此外，搅拌强度，搅拌速度增大，渗透溶胀。此外，搅拌强度，搅拌速度增大，渗透溶胀增加；温度升高，渗透溶胀加剧；膜溶剂黏度大，则扩散系数减小，增加；温度升高，渗透溶胀加剧；膜溶剂黏度大，则扩散系数减小，溶水率低，则膜相含量少，能减小内外水相间的化学位梯度，使渗透溶水率低，则膜相含量少，能减小内外水相间的化学位梯度，使渗透溶胀减小。溶胀减小。影响液膜破损的因素影响液膜破损的因素主要是外界剪切力作用使乳液产生破损和主要是外界剪切力作用使乳液产生破损和膜结构及其性质变化产生破损两个方面，同时也与搅拌温度、膜溶膜结构及其性质变化产