膜分離技術(shù)簡介ppt課件

1、1,2012年3月,膜分離技術(shù)簡介,2,目錄,1 膜技術(shù)概述 2 膜分離裝置 3 極化、污染現(xiàn)象和控制 4 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域 5 膜工程前沿技術(shù),3,1 膜技術(shù)概述,4,1.1 基本概念(Membrane)是什么？有何特性？膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于，膜可以在分子級范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。膜的孔徑一般為微米或納米級，依據(jù)其孔徑的不同（或稱為截留分子量），可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜 等等,5,1.2 膜分離的優(yōu)點,在常溫下進(jìn)行

2、有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮 無相態(tài)變化 保持原有的風(fēng)味，能耗低，其費用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8 無化學(xué)變化 典型的物理分離過程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染 選擇性好 可在分子級內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能 適應(yīng)性強 處理規(guī)?？纱罂尚?，可以連續(xù)也可以間隙進(jìn)行，工藝簡單，操作方便，易于自動化,6,1.2 膜分離技術(shù)發(fā)展簡史,膜在大自然中，特別是在生物體內(nèi)是廣泛存在的，但我們?nèi)祟悓λ恼J(rèn)識、利用、模擬直至現(xiàn)在人工合成的歷史過程卻是漫長而曲折的。我國膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是從1958年研究離子交換膜開始的。60年代進(jìn)入開

3、創(chuàng)階段。1965年著手反滲透的探索，1967年開始的全國海水淡化會戰(zhàn)，大大促進(jìn)了我國膜科技的發(fā)展。70年代進(jìn)入開發(fā)階段，微濾、電滲析、反滲透和超濾等各種膜和組器件都相繼研究開發(fā)出來，80年代跨入了推廣應(yīng)用階段。80年代又是氣體分離和其他新膜開發(fā)階段,7,1.3 膜的分類,a. 按膜的材料分類,8,b. 按膜的分離原理及適用范圍分類 根據(jù)分離膜的分離原理和推動力的不同，可將 其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲 析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。 c. 按膜的形態(tài)分類 按膜的形狀分為平板膜(Flat Membrane)、管式膜(Tubular Membrane)和中空纖維膜(Hollow F

4、iber,9,d. 按膜的結(jié)構(gòu)分類 按膜的結(jié)構(gòu)分為： 對稱膜(Symmetric Membrane) 非對稱膜(Asymmetric Membrane) 復(fù)合膜(Composite Membrane,10,1.4 膜分離過程的類型,分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等?；蛘哒f，物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過程及其傳遞機理如表2所示,11,表2 幾種主要分離膜的分離過程,12,續(xù)上表,13,1.5 膜材料,用作分離膜的材料包括廣泛的天然的和人工合 成的有機高分子材料和無機材料。 原則上講，凡能成膜的高分子材料和無機材料 均可用于

5、制備分離膜。但實際上，真正成為工業(yè)化 膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要 求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決于膜 的制備技術(shù),14,15,目前，實用的有機高分子膜材料有：纖維素酯 類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來說， 已有成百種以上的膜被制備出來，其中約40多種已 被用于工業(yè)和實驗室中。據(jù)粗略統(tǒng)計，纖維素酯類 膜占53，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占11.7，其 他材料的膜占2，可見纖維素酯類材料在膜材料中 占主要地位,16,a. 纖維素酯類膜材料 纖維素是由幾千個椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過1, 4甙鏈連接起來的天然線性高分子化合物， 其結(jié)構(gòu)式為,17,從結(jié)構(gòu)上看，每個葡萄糖

6、單元上有三個羥基。 在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能 與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維 素或三醋酸纖維素。 C6H7O2 + (CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH,18,醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。 醋酸纖維素性能穩(wěn)定，但在高溫和酸、堿存在下易發(fā)生水解。 纖維素醋類材料易受微生物侵蝕，pH值適應(yīng)范圍較窄，不耐高溫和某些有機溶劑或無機溶劑。因此發(fā)展了非纖維素酯類（合成高分子類）膜,19,醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖,99,表皮層，孔徑 （810）1

7、010m,過渡層，孔徑 2001010m,多孔層，孔徑 （10004000）1010m,1,20,顯微鏡下膜的照片,21,b. 非纖維素酯類膜材料 常用于制備分離膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物等,22,聚砜類樹脂具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定 性，強度也很高，pH值適應(yīng)范圍為113，最高使 用溫度達(dá)120，抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良。因 此已成為重要的膜材料之一,23,早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龍 4、尼龍66等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對鹽水 的分離率在8090之間，但透水率很低，僅 0.076 ml/cm2h。 以后發(fā)展了芳香族聚酰胺，用它們制成的分

8、離膜，pH適用范圍為311，分離率可達(dá)99.5（對鹽水），透水速率為0.6 ml/cm2h。長期使用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對水中的游離氯有較高要求,24,常見材料的最高允許使用溫度,25,無機膜多以金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷為材料。從結(jié)構(gòu)上可分為致密膜、多孔膜和復(fù)合非對稱修正膜三種,26,1.6 膜的保存,分離膜的保存對其性能極為重要。主要應(yīng)防止 微生物、水解、冷凍對膜的破壞和膜的收縮變形。 微生物的破壞主要發(fā)生在醋酸纖維素膜； 而水解和冷凍破壞則對任何膜都可能發(fā)生。溫度、pH值不適當(dāng)和水中游離氧的存在均會造成膜的水解。冷凍會使膜膨脹而破壞膜的結(jié)構(gòu),27,膜的收縮主要發(fā)

9、生在濕態(tài)保存時的失水。收縮變形使膜孔徑大幅度下降，孔徑分布不均勻，嚴(yán)重時還會造成膜的破裂。當(dāng)膜與高濃度溶液接觸時，由于膜中水分急劇地向溶液中擴散而失水，也會造成膜的變形收縮,28,2 膜分離裝置,29,將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個單元稱為膜組件。膜組件的結(jié)構(gòu)及型式取決于膜的形狀,工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種,膜組件(Membrane Module,30,31,1)、板框式(Plate-and-Frame)膜組件 板框式是最早使用的一種膜組件。其設(shè)計類似于常規(guī)的板框過濾裝置, 膜被

10、放置在可墊有濾紙的多孔的支撐板上,兩塊多孔的支撐板疊壓在一起形成的料液流道空間,組成一個膜單元,單元與單元之間可并聯(lián)或串聯(lián)連接。不同的板框式設(shè)計的主要差別在于料液流道的結(jié)構(gòu)上,32,33,2)、管式(Tubular)膜組件 管式膜組件有外壓式和內(nèi)壓式兩種。對內(nèi)壓式膜組件,膜被直接澆鑄在多孔的不銹鋼管內(nèi)或用玻璃纖維增強的塑料管內(nèi)。加壓的料液流從管內(nèi)流過,透過膜的滲透溶液在管外側(cè)被收集。對外壓式膜組件,膜則被澆鑄在多孔支撐管外側(cè)面。加壓的料液流從管外側(cè)流過,滲透溶液則由管外側(cè)滲透通過膜進(jìn)入多孔支撐管內(nèi)。無論是內(nèi)壓式還是外壓式,都可以根據(jù)需要設(shè)計成串聯(lián)或并聯(lián)裝置,34,35,3)、螺旋卷式(Spir

11、al Wound)膜組件 目前,螺旋卷式膜組件被廣泛地應(yīng)用于多種膜分離過程。 膜、料液通道網(wǎng)、以及多孔的膜支撐體等通過適當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一起,然后將其裝人能承受壓力的外殼中制成膜組件。通過改變料液和過濾液流動通道的形式,這類膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可被設(shè)計成多種不同的形式,36,37,4)、中空纖維(Hollow Fiber)膜組件 中空纖維膜組件的最大特點是單位裝填膜面積比所有其他組件大, 最高可達(dá)到30000m2/m3。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。將大量的中空纖維安裝在一個管狀容器內(nèi),中空纖維的一端以環(huán)氧樹脂與管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一端流人, 沿纖維外側(cè)平行于纖維束

12、流動,透過液則滲透通過中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔,然后從纖維在環(huán)氧樹脂的固封頭的開端引出,原液則從膜組件的另一端流出,38,39,各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見下表,40,3、 濃差極化、污染現(xiàn)象和控制,41,濃 差 極 化 定 義,在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表面上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，在膜表面附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化(concentration polarization,42,濃差極化特性,它是一個可逆過程。只有在膜運行過程中產(chǎn) 生存在，停止運行，濃差極化逐漸消失。 它與操作條件相關(guān)，可通過降低膜兩側(cè)壓差

13、， 減小料液中溶質(zhì)濃度，改善膜面流體力學(xué)條件， 來減輕濃差極化程度，提高膜的透過流量,43,膜表面附近濃度升高，增大了膜兩側(cè)的滲透壓差，使有效壓差減小，透過通量降低。當(dāng)膜表面附近的濃度超過溶質(zhì)的溶解度時，溶質(zhì)會析出，形成凝膠層。當(dāng)分離含有菌體、細(xì)胞或其他固形成分的料液時，也會在膜表面形成凝膠層。這種現(xiàn)象稱為凝膠極化(gel polarization,44,膜分離過程中遇到的最大問題是膜污染(membrane fouling)，膜污染的主要原因來自以下幾個方面,凝膠極化引起的凝膠層; 溶質(zhì)在膜表面的吸附層; 膜孔堵塞; 膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附,45,膜污染不僅造成透過通量的大幅度下降，而且影響目標(biāo)產(chǎn)物

14、的回收率。為保證膜分離操作高效穩(wěn)定地進(jìn)行，必須對膜進(jìn)行定期清洗，除去膜表面及膜孔內(nèi)的污染物，恢復(fù)膜的透過性能,46,膜的清洗一般選用水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑。具體用何種清洗劑應(yīng)根據(jù)膜的性質(zhì)和污染物的性質(zhì)而決定，使用的清洗劑要具有良好的去污能力，同時又不能損害膜的過濾性能,47,如果用清水清洗就恢復(fù)膜的透過性能，則不需使用其他清洗劑。對于蛋白質(zhì)的嚴(yán)重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果較好,48,清洗操作是膜分離過程不可缺少的步驟，但清洗操作是造成膜分離過程成本增高的重要原因。因此，在采用有效的清洗操作的同時，得采取必要

15、的措施防止或減輕膜污染。例如，選用高親水性膜或?qū)δみM(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理(如聚砜膜用乙醇溶液浸泡)，均可緩解污染程度。 此外，對料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理(如進(jìn)行預(yù)過濾、調(diào)節(jié)pH值)，也可相當(dāng)程度地減輕污染的發(fā)生,49,如何防止膜污染以及開發(fā)高效節(jié)能的污染清除技術(shù)是進(jìn)一步普及膜分離技術(shù)的關(guān)鍵之一。研究表明，膜分離過程存在臨界操作壓力，在臨界壓力以下進(jìn)行膜分離操作，可長時間維持較高的透過通量。降低對清洗操作的依賴程度，提高膜分離效率,50,膜分離技術(shù)應(yīng)用中需注意的幾個問題,膜材料的選擇 膜孔徑或截留分子量的選擇 膜結(jié)構(gòu)選擇 組件結(jié)構(gòu)選擇 溶液 pH 控制 溶液溫度影響 溶質(zhì)濃度，料液流速與壓力的控制 膜過濾

16、應(yīng)用常識及注意事項,51,典型的膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,典型的膜分離技術(shù)有微孔過濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)、滲析(D)、電滲析(ED)、液膜(LM)及滲透蒸發(fā)( PV)等,52,53,um,A,RELATIVE,SIZE OF,COMMON,MATERIAL 過濾對象,MOLECULAR,WEIGHT 分子量,0.001,10,0.01,100,0.1,1000,1.0,10,4,10,10,5,100,1000,10,6,10,7,100,200,5,000,20,000,150,000,500,000,Aqueous salts 中水鹽份,Metal ions 金屬

17、離子,Sugars 蔗糖,FILTRATION,TECHNO,LOGY 過濾方法,Pyrogens 熱源,Virus 病毒,Colloidal silica 膠體硅,Albumin protein 白蛋白,Bacteria 細(xì)菌,Carbon black 碳黑,Paint pigment 顏料色素,Yeast cells 酵母,Milled flour 面粉,Beach sand 海灘沙礫,Pollens 花粉,RO 反滲透,Ultrafiltration 超濾,Microfiltration 微濾,Particle filtration 一般過濾,THE FILTRATION SPECTRU

18、M 過濾譜圖,NF 納濾,54,55,56,4.1 超濾技術(shù),1. 超濾和超濾膜的特點 超濾技術(shù)始于 1861 年，其過濾粒徑介于微濾和 反滲透之間，約510 nm，在 0.10.5 MPa 的靜壓 差推動下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì) 、酶等相對分子質(zhì)量大于500的大分子及膠體，形成 濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的,57,超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜，分離截留的原理 為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微 孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸 和形狀決定膜的分離效率。 超濾膜均為不對稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等,58,超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)組成

19、。 即最上層的表面活性層，致密而光滑，厚度為0.11.5m，其中細(xì)孔孔徑一般小于10nm； 中間的過渡層，具有大于10nm的細(xì)孔，厚度一般為110m； 最下面的支撐層，厚度為50250m，具有50nm以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機械強度。 膜的分離性能主要取決于表面活性層和過度層,59,中空纖維狀超濾膜的外徑為0.52m。特點是 直徑小，強度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受 較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜 的內(nèi)表面積很大，能有效提高滲透通量,60,制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯 腈和醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜的 材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用

20、于pH = 38，三醋 酸纖維素超濾膜適用于pH = 29，芳香聚酰胺超濾 膜適用于pH = 59，溫度040，而聚醚砜超濾 膜的使用溫度則可超過100,61,超濾膜截留分子量的確定,62,中空纖維超濾膜結(jié)構(gòu),單 內(nèi) 皮 層,雙 皮 層,63,4.2 反滲透技術(shù),1. 反滲透原理及反滲透膜的特點 滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前 就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物 質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用 的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超 純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方 法不可比擬的優(yōu)勢,64,如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃

21、度的水溶液隔開，水會自然地透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透（圖a）。這一過程的推動力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓,65,隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至H時，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓（圖b）。滲透過程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零,66,如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液 側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度 水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)， 這一過程就稱為反滲透（圖c,67,反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于500，操作壓力為 21

22、00MPa。 用于實施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對稱膜，孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子,68,制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香 族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚 醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。 反滲透膜的分離機理至今尚有許多爭論，主要有 氫鍵理論、選擇吸附毛細(xì)管流動理論、溶解擴散 理論等,69,一般來說，分離溶液中分子量低于500的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于500的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑0.110m的粒子應(yīng)該選微孔膜,70,表3 反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原理和操作特點比較,71,4.3 納濾

23、技術(shù)（nanofiltration, NF,1. 納濾膜的特點 納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā) 出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支， 早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。目前， 納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨立的分 離技術(shù),72,納濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱為“納濾”。 納濾膜的表層較RO膜的表層要疏松得多，但較UF膜的要致密得多。因此其制膜關(guān)鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級的表層孔,73,納濾膜主要用于截留粒徑在0.11nm，分子量 為1000左右的物質(zhì)，可以使一價鹽和小分子物質(zhì)透 過，具有較小的操作壓（0.

24、51MPa）。其被分離 物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述 兩種膜有所交叉,74,納濾恰好填補了超濾與反滲透之間的空白,它能截留透過超濾膜的那部分小分子量的有機物,透析被反滲透膜所截留的無機鹽。而且，納濾膜對不同價態(tài)離子的截留效果不同,對單價離子的截留率低(10%-80%),對二價及多價離子的截留率明顯高于單價離子(90%)以上,75,NF正好介于UF和RO之間，截留分子量大概在300 - 1000,76,4.4 離子交換膜,1.離子交換膜的分類 （1）按可交換離子性質(zhì)分類 與離子交換樹脂類似，離子交換膜按其可交換 離子的性能可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和 雙極離子交換膜。這三種

25、膜的可交換離子分別對應(yīng) 為陽離子、陰離子和陰陽離子,77,2）按膜的結(jié)構(gòu)和功能分類 按膜的結(jié)構(gòu)與功能可將離子交換膜分為普通離 子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。 普通離子交換膜一般是均相膜，利用其對一價 離子的選擇性滲透進(jìn)行海水濃縮脫鹽；雙極離子交 換膜由陽離子交換層和陰離子交換層復(fù)合組成，主 要用于酸或堿的制備；鑲嵌膜由排列整齊的陰、陽 離子微區(qū)組成，主要用于高壓滲析進(jìn)行鹽的濃縮、 有機物質(zhì)的分離等,78,2. 離子交換膜的工作原理 電滲析 在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽 兩個電極，并施加電場，則溶液中的陽離子將移向 陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為電泳。如 果在陰、陽兩電

26、極之間插入一張離子交換膜（陽離 子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會 選擇性地通過膜，這一過程就稱為電滲析,79,電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場的作 用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇 透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實現(xiàn)溶液的 淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實現(xiàn)鹽的電 解，制備氯氣和氫氧化鈉等,80,電滲析過程原理圖,81,實際應(yīng)用的電滲析器,82,4.5 滲透蒸發(fā)技術(shù),1. 滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點 滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離 技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸 氣分壓差的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá) 到分離目的的一種膜分離方

27、法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手 段較難處理的恒沸物及近沸點物系的分離。具有一 次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗等特點,83,滲透蒸發(fā)的實質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過 來分離液體混合物。其原理如圖6所示。由高分 子膜將裝置分為兩個室，上側(cè)為存放待分離混合物 的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體 吹掃的氣相室?；旌衔锿ㄟ^高分子膜的選擇滲透， 其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中 該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表 面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣 冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動力是 膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度,84,圖6a 滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化,85,

28、圖6b 滲透蒸發(fā)分離示意圖(惰性氣體吹掃,86,如以透水為目的的滲透蒸發(fā)膜，應(yīng)該有良好的親水性，因此聚乙烯醇（PVA）和醋酸纖維素（CA）都是較好的膜材料；而當(dāng)以透過醇類物質(zhì)為目的時，憎水性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）則是較理想的膜材料,87,4.7 氣體分離膜,88,1. 氣體分離膜的分離機理 氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜。它們的分離機理各不相同,89,1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴散機理 該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分 四步進(jìn)行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解 的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴散，分子在膜的另 一側(cè)逸出,90,2）多孔膜的透過擴散機理 用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流 過膜中細(xì)孔時產(chǎn)生的速度差來進(jìn)行的,91,2. 制備氣體分離膜的材料 （1）影響氣體分離膜性能的因素 1）化學(xué)結(jié)構(gòu)的影