分離膜與膜分離組PPT演示文稿

1、1分離膜與膜分離組件分離膜與膜分離組件 第一節(jié)第一節(jié) 分離膜的種類分離膜的種類 膜是膜技術(shù)的核心，決定膜功能包括膜材料的化學膜是膜技術(shù)的核心，決定膜功能包括膜材料的化學 性質(zhì)及膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及膜的結(jié)構(gòu)，因而與膜的制備過程有關(guān)。因而與膜的制備過程有關(guān)。 膜的主要品種是膜的主要品種是高分子膜，無機膜高分子膜，無機膜。膜材料主要有：。膜材料主要有： 無機膜材料無機膜材料 ：多孔石英玻璃、多孔陶瓷、多孔鎢（金：多孔石英玻璃、多孔陶瓷、多孔鎢（金 膜）、膜）、zro2、zno2、al2o3、tio2、sio2、活性炭；、活性炭； 有機高分子膜材料：醋酸纖維素、聚砜類、聚酰胺有機高分子膜材料：醋酸纖維素、聚

2、砜類、聚酰胺類、聚丙烯腈類等。類、聚丙烯腈類等。 應用領(lǐng)域：應用領(lǐng)域： 液體分離膜材料：液體分離膜材料：mf/uf/nf/ro ；氣體分離膜材料氣體分離膜材料: gs/pv；荷電膜材料；荷電膜材料: ed/dd/bped。2第三節(jié)第三節(jié) 分離膜的分離特性與結(jié)構(gòu)分離膜的分離特性與結(jié)構(gòu) 分離效率、滲透通量、通量衰減系數(shù)分離效率、滲透通量、通量衰減系數(shù)。1、分離效率：分離效率： 脫除率或截留率脫除率或截留率r適于溶液脫鹽，高分子物適于溶液脫鹽，高分子物質(zhì)脫除。質(zhì)脫除。 cb-主體濃度，主體濃度，cp-透過液濃度透過液濃度%100bpbcccr一、膜的分離透過特性一、膜的分離透過特性3 分離系數(shù)分離系

3、數(shù)或或混合物分離混合物分離 ya透過液中透過液中a的摩爾分率，的摩爾分率，xa原液中原液中a的摩爾分率。的摩爾分率。 2、滲透通量滲透通量： 單位時間內(nèi)通過單位膜面積的透過物的量。單位時間內(nèi)通過單位膜面積的透過物的量。 aaaaxxyy11aaxytsvjm4 v透過液的容積或量；透過液的容積或量；s膜的有效面積；膜的有效面積； t時間；時間； 滲透通量滲透通量jm通常以通常以ml/(cm2h) 或或 l/(m2d)為單位。為單位。 3、通量衰減系數(shù)通量衰減系數(shù)： jt 運行運行t小時的滲透通量；小時的滲透通量； j1 運行運行1小時的滲透通小時的滲透通 量量；m - 通量衰減系數(shù)。通量衰減系

4、數(shù)。 mttjj15二、分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu) 高分子聚合物膜的結(jié)構(gòu)：高分子聚合物膜的結(jié)構(gòu)：p 致密膜致密膜（對稱膜）（對稱膜）：均勻的致密薄膜（均質(zhì)膜），：均勻的致密薄膜（均質(zhì)膜），物質(zhì)在膜內(nèi)各處的滲透率相同。膜厚物質(zhì)在膜內(nèi)各處的滲透率相同。膜厚5nm5m。使用較少。使用較少。p 微孔膜微孔膜：平均孔徑：平均孔徑0.0210m，膜孔有一較寬的，膜孔有一較寬的分布范圍，孔道曲折，膜厚分布范圍，孔道曲折，膜厚50250m，應用較普，應用較普遍。遍。p 非對稱膜非對稱膜：是使用最廣泛的一種分離膜。非對稱分：是使用最廣泛的一種分離膜。非對稱分離膜一般由兩層組成，表面活性層和支撐層。離膜

5、一般由兩層組成，表面活性層和支撐層。6 表面活性層非常薄，厚度表面活性層非常薄，厚度0.11.5m。表表面活性層起分離作用面活性層起分離作用(即選擇透過作用即選擇透過作用)，其孔徑，其孔徑和表皮性質(zhì)決定分離特性，厚度決定傳遞速率。和表皮性質(zhì)決定分離特性，厚度決定傳遞速率。表面活性層可以是致密的，也可以是多孔的。下表面活性層可以是致密的，也可以是多孔的。下面的支撐層起機械支撐作用，是多孔的，對分離面的支撐層起機械支撐作用，是多孔的，對分離特性和傳遞速率影響很小，厚度特性和傳遞速率影響很小，厚度50250m。 表面活性層與支撐層用同一種膜材料，在表面活性層與支撐層用同一種膜材料，在制膜過程中同時形

6、成，習慣上稱這種膜為非對稱制膜過程中同時形成，習慣上稱這種膜為非對稱膜。膜。 7p 復合膜復合膜（非對稱膜）：（非對稱膜）：表面活性層與支撐層分兩表面活性層與支撐層分兩次形成，先制成支撐膜，再把皮層復合到支撐膜次形成，先制成支撐膜，再把皮層復合到支撐膜的表面上，用這種方法制成的非對稱膜叫做復合的表面上，用這種方法制成的非對稱膜叫做復合膜，一般復合膜的表面活性層和支撐層是兩種膜膜，一般復合膜的表面活性層和支撐層是兩種膜材料。材料。 表面活性層厚度表面活性層厚度0.2515m。表面活性層。表面活性層可用各種材料，應用廣泛?？捎酶鞣N材料，應用廣泛。p離子交換膜離子交換膜：為均質(zhì)膜，膜厚為均質(zhì)膜，膜厚

7、200m，主要用于，主要用于電滲析。電滲析。8 1 1、表面活性層對分離膜的性能起決定性影響表面活性層對分離膜的性能起決定性影響： （1 1）表面活性層愈薄，膜的滲透通量愈大。有些膜分表面活性層愈薄，膜的滲透通量愈大。有些膜分離過程離過程( (如反滲透如反滲透) )，膜的滲透通量與表面活性層厚度呈，膜的滲透通量與表面活性層厚度呈反比；反比； （2 2）表面活性層如果屬多孔結(jié)構(gòu)，則單位面積上孔數(shù)表面活性層如果屬多孔結(jié)構(gòu)，則單位面積上孔數(shù)愈多愈多( (孔隙率愈大孔隙率愈大) )，膜的滲透通量愈大；，膜的滲透通量愈大； （3 3）表面活性層上孔分布愈狹，分離產(chǎn)品的純度就愈表面活性層上孔分布愈狹，分離

8、產(chǎn)品的純度就愈高，即除了希望得到的產(chǎn)品外，其他雜質(zhì)愈少。高，即除了希望得到的產(chǎn)品外，其他雜質(zhì)愈少。 起分離作用的表面活性層不能存在缺陷起分離作用的表面活性層不能存在缺陷( (大孔大孔) )。否。否則分離效率急劇下降，滲透通量變得異常高。則分離效率急劇下降，滲透通量變得異常高。 三、分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系三、分離膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系9 2、支撐層對分離膜的性能也有一定影響支撐層對分離膜的性能也有一定影響： 支撐層孔愈大、孔隙率高也能使膜的通量有所提支撐層孔愈大、孔隙率高也能使膜的通量有所提高。高。 可見，高性能的分離膜除了選擇合適的膜材料外，可見，高性能的分離膜除了選擇合適的膜材料外，

9、它應具有非對稱結(jié)構(gòu)，即具有致密它應具有非對稱結(jié)構(gòu)，即具有致密(或多孔或多孔)的、無缺的、無缺陷的、超薄的陷的、超薄的(幾十納米厚幾十納米厚)表面活性層和孔隙率高的表面活性層和孔隙率高的多孔支撐層。對復合膜來說，支撐膜表面要有合適的多孔支撐層。對復合膜來說，支撐膜表面要有合適的孔徑。孔分布要窄，且無大孔。孔徑。孔分布要窄，且無大孔。 在生產(chǎn)商品膜過程中，要制造表面活性層這樣薄而在生產(chǎn)商品膜過程中，要制造表面活性層這樣薄而無缺陷的膜，技術(shù)要求相當高。無缺陷的膜，技術(shù)要求相當高。10第四節(jié)第四節(jié) 分離膜的污染與劣化分離膜的污染與劣化 1、膜的污染膜的污染： 因為膜表面形成附著層或膜孔堵塞等外部因素因

10、為膜表面形成附著層或膜孔堵塞等外部因素導致膜性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。導致膜性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。 膜污染一般導致膜的滲透通量下降，對截留率膜污染一般導致膜的滲透通量下降，對截留率影響不定。影響不定。 2、膜的劣化膜的劣化： 因為膜自身發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化等內(nèi)部因素導因為膜自身發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化等內(nèi)部因素導致膜性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。致膜性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。 膜劣化對滲透通量、截留率影響不定。膜劣化對滲透通量、截留率影響不定。113、膜劣化的原因膜劣化的原因：q化學性劣化化學性劣化：由膜材料的水解或氧化反應等化：由膜材料的水解或氧化反應等化學因素造成的。例如學因素造成的。例如ph值超出允許范圍導致反值超出允

11、許范圍導致反應。應。q物理性劣化物理性劣化：由膜結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變形等物：由膜結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變形等物理因素造成的。例如高壓或干燥狀態(tài)下的變形。理因素造成的。例如高壓或干燥狀態(tài)下的變形。q生物性劣化生物性劣化：由料液中微生物導致膜發(fā)生生物：由料液中微生物導致膜發(fā)生生物降解反應等生物因素造成的。降解反應等生物因素造成的。124、膜污染與劣化的防止方法膜污染與劣化的防止方法：a預處理法預處理法a操作方式的優(yōu)化操作方式的優(yōu)化a膜組件結(jié)構(gòu)改善膜組件結(jié)構(gòu)改善a膜組件的清洗：實際應用非常重要，分化學清膜組件的清洗：實際應用非常重要，分化學清 洗和物理清洗。洗和物理清洗。a抗劣化抗污染膜的制備抗劣化抗污染膜

12、的制備13 1.死端操作死端操作： 料液置于分離膜的上游，在壓差作用下進行。料液置于分離膜的上游，在壓差作用下進行。缺點：截留物在表面形成污染層，且隨時間增厚，缺點：截留物在表面形成污染層，且隨時間增厚，阻力增加，若操作壓力不變，通量下降。阻力增加，若操作壓力不變，通量下降。污染層厚度污染層厚度滲透通量滲透通量時間時間 操作方式操作方式14 2. 錯流操作錯流操作： 料液以切線方向流過分離膜表面。料液流經(jīng)料液以切線方向流過分離膜表面。料液流經(jīng)膜表面所產(chǎn)生的高剪切力可使沉積在膜表面的顆膜表面所產(chǎn)生的高剪切力可使沉積在膜表面的顆粒擴散返回膜主流體，當沉積速度與返回速度達粒擴散返回膜主流體，當沉積速

13、度與返回速度達平衡，表面污染層不再增厚，滲透通量可較長時平衡，表面污染層不再增厚，滲透通量可較長時間保持穩(wěn)定。間保持穩(wěn)定。污染層厚度污染層厚度滲透通量滲透通量時間時間15第三章第三章 反滲透反滲透 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的水透過膜，而所有溶液中大分子、小分子有機物及水透過膜，而所有溶液中大分子、小分子有機物及無機鹽全被截留住。無機鹽全被截留住。 理想的反滲透膜應是無孔的，分離的基本原理理想的反滲透膜應是無孔的，分離的基本原理是溶解擴散以及毛細孔流學說。是溶解擴散以及毛細孔流學說?！澳た讖侥た讖健睘闉?1 到到

14、 10埃，截留物為埃，截留物為0.11nm小分子溶質(zhì)，采用壓力為小分子溶質(zhì)，采用壓力為 1-10 mpa。 反滲透主要應用領(lǐng)域是海水或苦咸水的淡化。反滲透主要應用領(lǐng)域是海水或苦咸水的淡化。16第二節(jié)第二節(jié) 反滲透基本原理反滲透基本原理一、反滲透原理一、反滲透原理(a) (b) (c) 17 稀溶液的稀溶液的vant hoff滲透壓公式：滲透壓公式： rtcs r0.082atml/(molk); cs為各溶質(zhì)離子為各溶質(zhì)離子濃度總和濃度總和mol/l; t為開爾文溫度為開爾文溫度k。 反滲透是滲透的一種反方向遷移運動，溶液反滲透是滲透的一種反方向遷移運動，溶液濃度越高，濃度越高，值越大。在反滲

15、透過程中所要施加的值越大。在反滲透過程中所要施加的實際壓力必須遠大于按滲透壓公式算出的溶液的實際壓力必須遠大于按滲透壓公式算出的溶液的值。在系統(tǒng)和膜強度允許的范圍內(nèi)，一般為值。在系統(tǒng)和膜強度允許的范圍內(nèi)，一般為值的值的幾倍到近十倍。幾倍到近十倍。 反滲透過程必須滿足兩個條件反滲透過程必須滿足兩個條件： 1：有一種高選擇性和高透過率（一般是透水）：有一種高選擇性和高透過率（一般是透水）的選擇性透過膜；的選擇性透過膜； 2：操作壓力必須高于溶液的滲透壓。：操作壓力必須高于溶液的滲透壓。18三、反滲透過程傳質(zhì)機理三、反滲透過程傳質(zhì)機理 1、優(yōu)先吸附毛細孔流動機理優(yōu)先吸附毛細孔流動機理： 1960年，

16、年，sourirajan在在gibbas吸附方程吸附方程基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)先吸附基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)先吸附-毛細孔流動機理，毛細孔流動機理，為反滲透膜的研制和過程的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，為反滲透膜的研制和過程的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，而后按此機理發(fā)展為定量表達式，即表面力而后按此機理發(fā)展為定量表達式，即表面力-孔流動模型。孔流動模型。 下圖表示水脫鹽過程的優(yōu)先吸附下圖表示水脫鹽過程的優(yōu)先吸附-毛細孔毛細孔流動機理。在這過程中，溶劑是水，溶質(zhì)為流動機理。在這過程中，溶劑是水，溶質(zhì)為氯化鈉。由于氯化鈉。由于膜表面具有選擇性吸水而排斥膜表面具有選擇性吸水而排斥鹽作用鹽作用，水優(yōu)先吸附在膜表面上，因此在壓，水優(yōu)先吸附在膜

17、表面上，因此在壓力的作用下優(yōu)先吸附的水滲透通過膜孔，就力的作用下優(yōu)先吸附的水滲透通過膜孔，就形成了脫鹽過程。形成了脫鹽過程。19 式中式中為溶液中溶質(zhì)的活度系數(shù)；為溶液中溶質(zhì)的活度系數(shù)；m 為溶液的質(zhì)量摩爾濃度為溶液的質(zhì)量摩爾濃度, mol/kg；cab為氯化鈉的摩爾濃度，為氯化鈉的摩爾濃度，mol/m3 。20 膜表皮層的毛細孔接近或等于純水層厚度兩倍膜表皮層的毛細孔接近或等于純水層厚度兩倍2t時，微孔膜能獲得最高的滲透通量和最佳的分離時，微孔膜能獲得最高的滲透通量和最佳的分離效果，當膜的孔徑大于效果，當膜的孔徑大于2t時，則溶質(zhì)就會從毛細孔時，則溶質(zhì)就會從毛細孔的中心通過，而產(chǎn)生溶質(zhì)的泄漏

18、，因此的中心通過，而產(chǎn)生溶質(zhì)的泄漏，因此2t為膜的為膜的臨臨界孔徑界孔徑值。值。2. 溶解溶解-擴散模型擴散模型 20世紀世紀60年代，年代，lonsdale和和riley等人在假定膜等人在假定膜是無缺陷的理想膜基礎(chǔ)上，提出溶解是無缺陷的理想膜基礎(chǔ)上，提出溶解-擴散機理來擴散機理來描述反滲透過程。描述反滲透過程。21 該機理假定溶劑和溶質(zhì)首先都該機理假定溶劑和溶質(zhì)首先都溶解溶解在均質(zhì)無在均質(zhì)無孔膜的表皮層中，然后各組分在非偶合形式的化孔膜的表皮層中，然后各組分在非偶合形式的化學位梯度作用下，從膜上游側(cè)向下游側(cè)學位梯度作用下，從膜上游側(cè)向下游側(cè)擴散擴散，再再從下游側(cè)從下游側(cè)解吸解吸。故溶劑和溶質(zhì)

19、在膜中的溶解度和。故溶劑和溶質(zhì)在膜中的溶解度和擴散系數(shù)是該機理的主要參數(shù)。擴散系數(shù)是該機理的主要參數(shù)。溶質(zhì)傳遞通過膜的濃度分布溶質(zhì)傳遞通過膜的濃度分布22 lonsdale等人通過費克定律來描述溶劑在膜內(nèi)的等人通過費克定律來描述溶劑在膜內(nèi)的擴散。通過膜的水的滲透通量：擴散。通過膜的水的滲透通量： jw = a(p - ) a為溶劑的滲透系數(shù)為溶劑的滲透系數(shù),p為膜兩側(cè)壓力差為膜兩側(cè)壓力差, 為膜兩側(cè)滲透壓差。為膜兩側(cè)滲透壓差。 通過膜的溶質(zhì)的滲透通量：通過膜的溶質(zhì)的滲透通量： dwa為溶質(zhì)在膜中的有效擴散系數(shù)，為溶質(zhì)在膜中的有效擴散系數(shù)，為膜厚度，為膜厚度， k為相平衡常數(shù)，為相平衡常數(shù)， c

20、ai、ca2分別為膜的料液側(cè)表面和透過液中溶質(zhì)的濃度。分別為膜的料液側(cè)表面和透過液中溶質(zhì)的濃度。 a 、(dwa /)反映了溶劑和溶質(zhì)透過膜的特性，與溶反映了溶劑和溶質(zhì)透過膜的特性，與溶劑、溶質(zhì)和膜材料的物理化學性質(zhì)，膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)、劑、溶質(zhì)和膜材料的物理化學性質(zhì)，膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)、操作溫度、壓力等有關(guān)。操作溫度、壓力等有關(guān)。)(2aaiwaacckdj23第四節(jié)第四節(jié) 膜分離工藝流程膜分離工藝流程 為了達到設(shè)計所要求的處理能力和分離效果，為了達到設(shè)計所要求的處理能力和分離效果，需進行多個膜組件的串聯(lián)或并聯(lián)：需進行多個膜組件的串聯(lián)或并聯(lián)：通過組件的不同配置方式來滿足不同要求；通過組件的不同配置方式來

21、滿足不同要求；膜元件的使用壽命與此有重要的影響；膜元件的使用壽命與此有重要的影響； 因此，在設(shè)計中應重視膜組件數(shù)量的選擇和膜因此，在設(shè)計中應重視膜組件數(shù)量的選擇和膜組件的合理排列組合。組件的合理排列組合。一、膜組件合理排列組合的意義一、膜組件合理排列組合的意義24 概念：概念：p段：段：指膜組件的濃縮液（濃水）不經(jīng)泵自動流到指膜組件的濃縮液（濃水）不經(jīng)泵自動流到下一組膜組件處理，流經(jīng)下一組膜組件處理，流經(jīng)n組膜組件，即稱為組膜組件，即稱為n段；段；p級：級：指膜組件的透過液（產(chǎn)品水）再經(jīng)泵到下一指膜組件的透過液（產(chǎn)品水）再經(jīng)泵到下一組膜組件處理，透過液（產(chǎn)品水）經(jīng)組膜組件處理，透過液（產(chǎn)品水）

22、經(jīng)n次膜組件次膜組件處理，稱為處理，稱為n級。級。 按照按照“級級”和和“段段”的概念，反滲透的操作的概念，反滲透的操作模式有多種。模式有多種。二、膜組件的排列組合（流程）二、膜組件的排列組合（流程）251 1、一級一段連續(xù)式、一級一段連續(xù)式透過液的透過液的回收率不回收率不高，在工高，在工業(yè)中很少業(yè)中很少采用。采用。 262、一級一段循環(huán)式、一級一段循環(huán)式部分濃縮液返回進料液貯槽與原有的進料液混合后，再次部分濃縮液返回進料液貯槽與原有的進料液混合后，再次通過組件分離。因濃縮液中溶質(zhì)含量較原料液高，所以透通過組件分離。因濃縮液中溶質(zhì)含量較原料液高，所以透過液的質(zhì)量有所下降過液的質(zhì)量有所下降 。2

23、73、一級多段連續(xù)式、一級多段連續(xù)式水的回收率提高，濃縮液的量減少，水的回收率提高，濃縮液的量減少，但濃縮液中溶質(zhì)的含量增大。但濃縮液中溶質(zhì)的含量增大。 284、一級多段循環(huán)式、一級多段循環(huán)式第二段的透過水質(zhì)較第一段差，這第二段的透過水質(zhì)較第一段差，這種方法可得到較高濃度的濃縮液。種方法可得到較高濃度的濃縮液。 295、多段錐形排列、多段錐形排列這種方式得到的濃縮液由于經(jīng)過多段這種方式得到的濃縮液由于經(jīng)過多段流動，壓力損失較大，生產(chǎn)率下降，流動，壓力損失較大，生產(chǎn)率下降，為此需增設(shè)高壓泵為此需增設(shè)高壓泵。306、多級多段（實用價值高）、多級多段（實用價值高）3132對膜的選擇更廣泛每一級膜兩側(cè)

24、的濃差減小，操作壓對膜的選擇更廣泛每一級膜兩側(cè)的濃差減小，操作壓差可以降低對設(shè)備的要求降低；但各級多需要泵將料差可以降低對設(shè)備的要求降低；但各級多需要泵將料液提高到較高的壓力，能耗增加。液提高到較高的壓力，能耗增加。 33第五節(jié)第五節(jié) 反滲透的應用反滲透的應用1、海水和苦咸水的淡化、海水和苦咸水的淡化p反滲透過程已成功使用反滲透過程已成功使用30多年，據(jù)統(tǒng)計，在全世多年，據(jù)統(tǒng)計，在全世界所有淡化過程生產(chǎn)界所有淡化過程生產(chǎn)11.5106m3/d的飲用水中，的飲用水中，反滲透法占反滲透法占23.4%。p優(yōu)點：優(yōu)點：能耗和投資運行費用低，占地小，設(shè)備腐能耗和投資運行費用低，占地小，設(shè)備腐蝕輕，易建造

25、、操作、維修，建廠時間短。蝕輕，易建造、操作、維修，建廠時間短。34 一般分三個工序：一般分三個工序： （1）預處理，去除懸浮物、雜質(zhì)；）預處理，去除懸浮物、雜質(zhì)； （2）脫鹽處理，一般采用）脫鹽處理，一般采用ro預脫鹽；預脫鹽； （3）后處理，最后精制，滅菌。）后處理，最后精制，滅菌。 反滲透等膜分離技術(shù)已被普遍用于電子工反滲透等膜分離技術(shù)已被普遍用于電子工業(yè)純水及醫(yī)藥工業(yè)無菌純水等的超純水制備業(yè)純水及醫(yī)藥工業(yè)無菌純水等的超純水制備系統(tǒng)中。系統(tǒng)中。 35 初級純水處理初級純水處理 原水原水預處理預處理離子交換離子交換用水點用水點 純水生產(chǎn)流程：純水生產(chǎn)流程： 超純水生產(chǎn)流程：超純水生產(chǎn)流程：

26、363、廢水處理、廢水處理 反滲透膜對反滲透膜對陽離子陽離子基本上遵循感膠離子的順序攔基本上遵循感膠離子的順序攔截，即：截，即： al3+ fe3+ mg2+ ca2+ na+ nh4+ k+對對陰離子陰離子的攔截順序為：的攔截順序為：so42- co32- cl- po43- f- = cn- no3- b4o72-例如：電鍍廢水，電廠污水，造紙污水，放射例如：電鍍廢水，電廠污水，造紙污水，放射 性廢水處理。性廢水處理。37 用反滲透代替精餾，從水溶液中分離低分子用反滲透代替精餾，從水溶液中分離低分子量有機組分是當前反滲透研究的一個重要領(lǐng)域。量有機組分是當前反滲透研究的一個重要領(lǐng)域。 對乙醇

27、水混合物的分離已進行了大量研究工對乙醇水混合物的分離已進行了大量研究工作。從乙醇水的相平衡曲線可知，用蒸餾法將作。從乙醇水的相平衡曲線可知，用蒸餾法將5(wt) 以下濃度的乙醇濃縮到以下濃度的乙醇濃縮到15(wt)，把，把90(wt)以上濃度的乙醇脫水，超過恒沸點制備無水以上濃度的乙醇脫水，超過恒沸點制備無水乙醇是耗能非常大的過程，用乙醇是耗能非常大的過程，用ro進行這些分離可進行這些分離可節(jié)省大量能耗。節(jié)省大量能耗。 從目前的研究看，在高濃度區(qū)從目前的研究看，在高濃度區(qū)(恒沸點附近恒沸點附近)有以滲透蒸發(fā)膜過程代替蒸餾的趨勢。在低濃度有以滲透蒸發(fā)膜過程代替蒸餾的趨勢。在低濃度區(qū)區(qū)(稀乙醇稀乙

28、醇)的濃縮則轉(zhuǎn)向反滲透。的濃縮則轉(zhuǎn)向反滲透。5、低分子量物質(zhì)水溶液的濃縮、低分子量物質(zhì)水溶液的濃縮38第五章第五章 超濾與微濾超濾與微濾 第一節(jié)第一節(jié) 超濾和微濾過程原理超濾和微濾過程原理 一、超濾分離原理一、超濾分離原理 超濾的分離原理主要是超濾的分離原理主要是篩分原理篩分原理，膜的表，膜的表面活性層上孔的大小和形狀對截留率起主要作面活性層上孔的大小和形狀對截留率起主要作用，但膜表面的化學性質(zhì)也有重要影響。用，但膜表面的化學性質(zhì)也有重要影響。 表面活性層上孔徑為表面活性層上孔徑為 10 200 埃埃（0.001 m - 0.02 m），可截留分子量），可截留分子量500以以上的可溶性大分子物

29、質(zhì)，采用壓力為上的可溶性大分子物質(zhì)，采用壓力為0.11mpa。39 分離原理是分離原理是篩分原理篩分原理，微濾膜的孔徑為，微濾膜的孔徑為 0.02 m -10 m，截留直徑為，截留直徑為 0.05 m - 10 m 的微?；蚍肿恿看笥诘奈⒘；蚍肿恿看笥?06的高分子，采用壓力為的高分子，采用壓力為 0.01- 0.2mpa。 決定膜分離效率的是膜的物理結(jié)構(gòu)，孔的決定膜分離效率的是膜的物理結(jié)構(gòu)，孔的大小與形狀。大小與形狀。 微濾是目前應用最為廣泛的膜分離方法。微濾是目前應用最為廣泛的膜分離方法。二、微濾分離原理二、微濾分離原理40第二節(jié)第二節(jié) 超濾膜和微濾膜超濾膜和微濾膜 一、超濾膜一、超濾膜

30、一般為非對稱膜，但與反滲透膜不同，超濾膜表一般為非對稱膜，但與反滲透膜不同，超濾膜表層有孔，孔小且不規(guī)則。層有孔，孔小且不規(guī)則。 常用超濾膜材料常用超濾膜材料 聚合物聚合物：聚砜、聚醚砜、醋酸纖維素；聚砜、聚醚砜、醋酸纖維素； 無機材料無機材料：氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦；氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦； 超濾過程中溶質(zhì)的截留機理包括：超濾過程中溶質(zhì)的截留機理包括：膜表面上的機膜表面上的機械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面和膜孔內(nèi)的吸附膜表面和膜孔內(nèi)的吸附三種方式。三種方式。 41 對于篩分膜，普遍認為膜表層截留是通過三對于篩分膜，普遍認為膜表層截留

31、是通過三種方式實現(xiàn)的種方式實現(xiàn)的（1）比膜孔大的顆粒的機械截留；比膜孔大的顆粒的機械截留；（2）顆粒之間的相互作用）顆粒之間的相互作用(如聚集、吸附如聚集、吸附)及顆粒及顆粒與膜表面的吸附；（與膜表面的吸附；（3）顆粒之間的架橋作用。）顆粒之間的架橋作用。 對于對于“深層深層”膜，人們認為顆粒被截留在網(wǎng)膜，人們認為顆粒被截留在網(wǎng)絡(luò)孔的內(nèi)部，而不是在膜的表面。絡(luò)孔的內(nèi)部，而不是在膜的表面。截留機理截留機理42截留機理截留機理43 第三節(jié)第三節(jié) 超濾、微濾與反滲透的比較超濾、微濾與反滲透的比較 微濾（微濾（mf)、超濾、超濾(uf)與反滲透與反滲透(ro)都是壓力驅(qū)都是壓力驅(qū)動膜分離過程，組成了分

32、離溶液中的離子、分子到動膜分離過程，組成了分離溶液中的離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程。固體微粒的三級膜分離過程。44反滲透反滲透超濾超濾微濾微濾膜膜表層致密的表層致密的非對稱膜、復合膜非對稱膜、復合膜非對稱膜，非對稱膜，表面有微孔表面有微孔微孔膜，多孔膜微孔膜，多孔膜操作壓力操作壓力mpa2100.10.50.010.2分離物質(zhì)分離物質(zhì)分子量小于分子量小于500的的小分子物質(zhì)小分子物質(zhì)分子量大于分子量大于500的的大分子物質(zhì)和大分子物質(zhì)和細小膠體微粒細小膠體微粒粒徑大于粒徑大于0.1的的微粒微粒分離機理分離機理非簡單篩分，膜物非簡單篩分，膜物化性質(zhì)起主要作用化性質(zhì)起主要作用篩分，膜表面的

33、物篩分，膜表面的物化性質(zhì)對分離有一化性質(zhì)對分離有一定影響定影響篩分，膜的物理篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)起決定作用結(jié)構(gòu)起決定作用水的滲透通量水的滲透通量0.12.5m3/m2.d0.55m3/m2.d202000m3/m2.d微濾、超濾與反滲透的原理與操作性能比較微濾、超濾與反滲透的原理與操作性能比較454647第六章第六章 電滲析電滲析 第一節(jié)第一節(jié) 電滲析過程原理電滲析過程原理 電滲析是指在直流電場作用下，溶液中的電滲析是指在直流電場作用下，溶液中的 帶電離子定向遷移，選擇性地透過離子交換膜帶電離子定向遷移，選擇性地透過離子交換膜 過程，達到電解質(zhì)溶液的分離、提純和濃縮的過程，達到電解質(zhì)溶液的分離、

34、提純和濃縮的 目的。目的。一、離子交換膜一、離子交換膜膜狀的離子交換樹脂，包括三個基本組成部分，膜狀的離子交換樹脂，包括三個基本組成部分，即高分子骨架、固定基團及基團上可移動（可即高分子骨架、固定基團及基團上可移動（可解離）離子。解離）離子。481、分、分 類類p 按活性基團與骨架結(jié)合方式可分為：按活性基團與骨架結(jié)合方式可分為： 均相膜，異相膜，半均相膜。均相膜，異相膜，半均相膜。p 按活性基團種類可分為：按活性基團種類可分為： 陽離子交換膜，陰離子交換膜，陽離子交換膜，陰離子交換膜， 特殊離子交換膜。特殊離子交換膜。 v 陽離子交換膜：陽離子交換膜： 強酸型，如磺酸型強酸型，如磺酸型(-so

35、3h)， 中強酸型，如磷酸型中強酸型，如磷酸型(-opo3h)， 弱酸型，如羧酸型弱酸型，如羧酸型(-cooh)，酚型（，酚型（ oh)， 混合型，如苯酚磺酸型；混合型，如苯酚磺酸型；49v陰離子交換膜：陰離子交換膜： 強堿型，如季胺型強堿型，如季胺型(n(ch3)3oh) 中等和弱型，如伯胺型中等和弱型，如伯胺型(nh2)、仲胺型、仲胺型(-nhr)、 叔胺型叔胺型(nr2) ， 混合型，如混合胺型；混合型，如混合胺型；v特殊離子交換膜：特殊離子交換膜： 表面涂層膜，雙極膜，兩性膜，鑲嵌膜，其他膜。表面涂層膜，雙極膜，兩性膜，鑲嵌膜，其他膜。502、離子交換膜的選擇透過性離子交換膜的選擇透過

36、性孔隙作用孔隙作用 膜中孔隙對水合離子的篩分作用。膜中孔隙對水合離子的篩分作用。靜電作用和擴散作用靜電作用和擴散作用 基膜上帶固定電荷的活性基團對離子的靜電基膜上帶固定電荷的活性基團對離子的靜電 作用。作用。 51二二 電滲析原理電滲析原理陽膜陽膜陽膜陽膜陽膜陽膜陰膜陰膜陰膜陰膜淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室濃縮室濃縮室濃縮室濃縮室濃縮室濃縮室電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液52p 直流電場下陰陽離子的定向遷移；直流電場下陰陽離子的定向遷移；p 離子交換膜的選擇滲透性。離子交換膜的選擇滲透性。 在正負兩電極之間交替地平行放置陽離子和陰在正負兩電極之間交替地平行放置陽離子和陰離子交換膜，依次構(gòu)成濃縮室

37、和淡化室。離子交換膜，依次構(gòu)成濃縮室和淡化室。 陽離子在直流電場作用下定向遷移，通過陽膜陽離子在直流電場作用下定向遷移，通過陽膜而被陰膜阻擋；相反，陰離子通過陰膜而被陽膜而被陰膜阻擋；相反，陰離子通過陰膜而被陽膜阻擋。結(jié)果是濃縮室離子濃度增加，淡化室離子阻擋。結(jié)果是濃縮室離子濃度增加，淡化室離子濃度下降。濃度下降。1. 電滲析過程的基本條件：電滲析過程的基本條件：53 2. 電滲析過程中的遷移過程電滲析過程中的遷移過程543. 電滲析中的電化學過程電滲析中的電化學過程（1）陽極陽極 h2o = h+ + oh- 2oh- 2e 1/2o2 + h2o cl- e 1/2cl2 h+ + cl-

38、 hcl （2）陰極陰極 h2o = h+ + oh- 2h 2e h2 na+ + oh- = naoh電化學反應電化學反應55 電化學反應結(jié)果電化學反應結(jié)果： 陽極呈酸性，對電極產(chǎn)生腐蝕；陽極呈酸性，對電極產(chǎn)生腐蝕； 陰極呈堿性，易與陰極呈堿性，易與ca2+、mg2+生成沉淀。生成沉淀。 電極電位：電極電位： 需大于平衡電極電位，兩者之差為過電位；需大于平衡電極電位，兩者之差為過電位；v膜電位膜電位w電阻電阻 由膜兩側(cè)濃差產(chǎn)生，與反離子遷移方向相反；由膜兩側(cè)濃差產(chǎn)生，與反離子遷移方向相反； 溶液電阻（極室溶液電阻（極室,濃縮室濃縮室,淡化室）和膜電阻；淡化室）和膜電阻；56 電滲析過程所需

39、電壓電滲析過程所需電壓為電極電位，膜電位，為電極電位，膜電位，克服各種電阻所需電壓之和克服各種電阻所需電壓之和；x電流電流 電壓隨電流大小而異。電壓隨電流大小而異。 電流增加使離子遷移量增加，同時克服各種電流增加使離子遷移量增加，同時克服各種 電阻所需電壓增加，電耗增加電阻所需電壓增加，電耗增加； 電極反應消耗電能與膜對數(shù)量無關(guān)，所以為電極反應消耗電能與膜對數(shù)量無關(guān)，所以為了降低能耗，一般采用多膜對串聯(lián)結(jié)構(gòu)。了降低能耗，一般采用多膜對串聯(lián)結(jié)構(gòu)。574. 濃差極化濃差極化 電滲析器運行時，在直流電場作用下，離子做電滲析器運行時，在直流電場作用下，離子做定向遷移，傳遞一定電荷。根據(jù)膜的選擇透過性，定向遷移，傳遞一定電荷。根據(jù)膜的選擇透過性，反離子在膜中的遷移速度比在溶液中快，反離子在膜中的遷移速度比在溶液中快，當操作電當操作電流密度增大到一定程度時，離子遷移被強化，主體流密度增大到一定程度時，離子遷移被強化，主體溶液內(nèi)的離子不能迅速補充到膜的界面，使膜界面溶液內(nèi)的離子不能迅速補充到膜的界面，使膜界面內(nèi)反離子濃度趨于零，從而迫使水分子電離產(chǎn)生內(nèi)反離子濃度趨于零，從而迫使水分子電離產(chǎn)生h和和oh來負載電流來負載電流，這種現(xiàn)象稱為電滲析過程的這種現(xiàn)象稱為電滲析過程的濃濃差極化現(xiàn)象差極化現(xiàn)象。58極限電流密度極限電流密度（膜界面內(nèi)反離子濃度趨近于零）：（膜界面內(nèi)