膜的定義和分類

1、 10.2 膜分離膜分離10.2.1 膜的定義和分類膜的定義和分類定義：定義：膜是分離兩相的中間相。有分離作用的膜稱之為分離膜，通常亦簡(jiǎn)稱為膜。膜分離過程：膜分離過程：分離膜以特定的方式限制兩相間的物質(zhì)傳遞，使不同的物質(zhì)以不同的速率透過膜，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。 膜中間相相相原料透過物傳質(zhì)推動(dòng)力物質(zhì)透過膜的主要三種方式：物質(zhì)透過膜的主要三種方式： 被動(dòng)傳遞促進(jìn)傳遞主動(dòng)傳遞 被動(dòng)傳遞：被動(dòng)傳遞： 物質(zhì)由高化學(xué)位相向低化學(xué)位相傳遞， 這一化學(xué)位的差就是膜分離過程的推動(dòng)力。壓力差濃度差電位差溫度差推動(dòng)力AAAAAA被動(dòng)傳遞 促進(jìn)傳遞：促進(jìn)傳遞：膜內(nèi)有載體，在高化學(xué)位一側(cè)，載體同被傳遞的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而在低

2、化學(xué)位一側(cè)又將被傳遞的物質(zhì)釋放，這種傳遞過程有很高的選擇性。 主動(dòng)傳遞：主動(dòng)傳遞：膜中的載體同被傳遞物質(zhì)在低化學(xué)位側(cè)發(fā)生反應(yīng)并釋放能量，使被傳遞物質(zhì)由低化學(xué)位一側(cè)被傳遞到高化學(xué)位一側(cè)，物質(zhì)的傳遞方向?yàn)槟婊瘜W(xué)位梯度方向。AAA+BABAAB A+BAAA促進(jìn)傳遞BAB膜的分離性質(zhì)膜的分離性質(zhì)選擇性：選擇性：不同物質(zhì)在兩相中的濃度變化比透過性：透過性：?jiǎn)挝煌苿?dòng)力下，物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)膜的分類：膜的分類：分類依據(jù)分類來源天然膜、合成膜狀態(tài)固體膜、液膜、氣膜材料有機(jī)膜、無機(jī)膜結(jié)構(gòu)對(duì)稱膜（微孔膜、均質(zhì)膜）、非對(duì)稱膜、復(fù)合膜電性非荷電膜、荷電膜形狀平板膜、管式膜、中空纖維膜制備方法燒結(jié)膜、延展膜、徑跡刻蝕膜

3、、相轉(zhuǎn)換膜、動(dòng)力形成墨分離體系氣-氣、氣-液、氣-固、液-液、液-固分離膜分離機(jī)理吸附性膜、擴(kuò)散性膜、離子交換膜、選擇性膜、非選擇性膜分離過程反滲透膜、滲透膜、氣體分離膜、電滲析膜、滲析膜、滲透蒸發(fā)膜透過單位面積膜的量10.2.2 膜分離過程膜分離過程 在一定傳質(zhì)推動(dòng)力下，利用膜對(duì)不同物質(zhì)的透過性差異， 對(duì)混合物進(jìn)行分離的過程。機(jī)理模型：機(jī)理模型：不可逆熱力學(xué)模型傳遞機(jī)理模型膜分離過程：膜分離過程：氣體膜分離、滲透蒸發(fā)、滲析、電滲析、反滲透、 納濾、超濾、微濾、膜萃取、膜吸收、膜精餾、促進(jìn)傳遞、液膜、氣膜等過程。其中：其中：滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾技術(shù)已很成熟， 應(yīng)用也廣泛。10

4、.2.3 膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)(1) 膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)：膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)：主要研究膜的斷面與表面。 均相膜和異相膜均相膜和異相膜 均相膜：均勻地呈單相存在； 異相膜：不是呈單相存在。 致密膜和多孔膜致密膜和多孔膜 致密膜：結(jié)構(gòu)最緊密的膜； 多孔膜：結(jié)構(gòu)較疏松的膜。 對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜 對(duì)稱膜：膜的厚度方向結(jié)構(gòu)均一、同性； 非對(duì)稱膜：同種材料，沿膜的厚度方向上呈不同結(jié)構(gòu)。(2) 膜的孔膜的孔膜孔的結(jié)構(gòu)膜孔的結(jié)構(gòu)具有多樣性，不同的膜具有不同的孔結(jié)構(gòu)，同一張膜也會(huì)具有不同的孔結(jié)構(gòu)。 復(fù)合膜復(fù)合膜：在對(duì)稱或非對(duì)稱的底膜上，復(fù)合上一層很薄的、致密的、有特殊功能的另一種材料的膜層。 膜的孔徑、孔

5、徑分布、孔密度和空隙率膜的孔徑、孔徑分布、孔密度和空隙率膜的孔徑膜的孔徑: : 膜內(nèi)孔的直徑, 有最大孔徑和平均孔徑之分；孔徑分布孔徑分布: : 某一孔徑的孔體積占整個(gè)孔體積的百分?jǐn)?shù)；孔密度孔密度: : 單位膜面積上孔的數(shù)目；空隙率空隙率: : 所有孔體積占整個(gè)膜體積的百分?jǐn)?shù)。 膜的厚度膜的厚度 整個(gè)膜厚、膜的某個(gè)層次厚度之分。 均質(zhì)膜 一般較厚，透量較小； 復(fù)合膜 可使致密層厚度極薄。10.2.4 反滲透與納濾反滲透與納濾(1) 反滲透的基本原理反滲透的基本原理溶解溶解-擴(kuò)散理論擴(kuò)散理論： 溶劑和溶質(zhì)被吸附溶解于膜表面； 溶劑和溶質(zhì)在膜中擴(kuò)散傳遞，最終透過膜。溶劑溶液膜滲透溶劑溶液=gH平衡

6、H溶劑溶液溶液反滲透p p（2）濃度極化）濃度極化改變操作條件控制濃度極化：改變操作條件控制濃度極化： 增加原料液的流速； 適當(dāng)提高操作溫度透過快的組分透過慢的組分推動(dòng)力膜濃度極化示意圖（3）膜的污染）膜的污染 操作一定時(shí)間后，膜表面被不溶的沉積物所覆蓋，使膜的 性能下降。主要原因：主要原因：原料液處理不當(dāng)所造成的。如：懸浮顆粒；膜表面結(jié)垢；細(xì)菌污染；金屬氧化物、有機(jī)物、淤泥等。（4）納濾納濾納濾過程與反滲透過程極為相近，納濾膜能夠攔截納米數(shù)量級(jí)的分子。與反滲透相比，納濾水透量大、操作壓力低、成本低納濾可以用于脫除水溶液中的雜質(zhì)和有機(jī)物，如印染水的脫色、飲用水的預(yù)處理等。10.2.5 超過濾與

7、微孔過濾超過濾與微孔過濾 以壓力為推動(dòng)力的膜分離過程。超濾：超濾：截留大分子溶質(zhì)，而允許低分子溶質(zhì)和溶劑通過，從而 將大分子與小分子分開。微濾超濾納濾反滲透微粒大分子小分子二價(jià)離子一價(jià)離子水微濾、超濾、納濾、反滲透對(duì)物質(zhì)的截留超濾和微濾的截留機(jī)理超濾和微濾的截留機(jī)理主要是物質(zhì)在膜表面及微孔內(nèi)的吸附、在孔內(nèi)的停留（阻塞）、膜表面的機(jī)械截留（篩分）、架橋截留和膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)截留。機(jī)械截留吸附截留架橋截留膜表面截留膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)截留10.2.6 滲析和電滲析滲析和電滲析（1）滲析的基本原理）滲析的基本原理 膜兩側(cè)溶液中的溶質(zhì)或溶劑在濃度差的推動(dòng)下透過膜。典型過程：典型過程：血液透析膜滲吸液溶劑滲出液原液溶質(zhì)

8、溶劑ABx1x2溶劑擴(kuò)散物質(zhì)滲透過程原理（2）電滲析的基本原理）電滲析的基本原理溶液中的離子在電位差的推動(dòng)下，通過荷電膜而同其他不帶電的組分分開。電滲析過程的基本原理：電滲析過程的基本原理：陽膜：帶負(fù)電的陽離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜電滲析廣泛地應(yīng)用于苦鹽水脫鹽，是世界上某些地區(qū)生產(chǎn)淡水的主要方法。濃溶液稀溶液電極沖洗液原料液陽極陰極CACA電滲吸過程原理10.2.7 氣體膜分離過程氣體膜分離過程（1）氣體膜分離的機(jī)理）氣體膜分離的機(jī)理 氣體混合物在膜兩側(cè)分壓差的作用下，各組分氣體以不同滲透速率透過膜，使混合氣體得以分離或濃縮的過程。 描述氣體通過高分子膜的主要參數(shù)：描述氣體通過高分子

9、膜的主要參數(shù)： 滲透率滲透率P P：描述膜的氣體透過性； 滲透系數(shù)滲透系數(shù)J J：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位膜面積、單位推動(dòng)力作用下所 透過氣體的量； 分離系數(shù)分離系數(shù)：描述氣體分離膜的選擇性，一般將其定義為 兩種氣體i，j滲透系數(shù)之比。（2）氣體膜分離的主要應(yīng)用）氣體膜分離的主要應(yīng)用 氫氣的回收利用； 從空氣中制取富氮?dú)怏w和富氧氣體。10.2.8 滲透蒸發(fā)過程滲透蒸發(fā)過程 在膜的原料側(cè)是液體混合物，膜的另一側(cè)為氣相真空或負(fù)壓操作，混合物的各組分在分壓差作用下，以不同速率從膜的一側(cè)蒸發(fā)并滲透到膜的另一側(cè)，從而達(dá)到分離濃縮的目的。區(qū)別于其他膜過程的重要特點(diǎn)是有相變。假設(shè)過程分兩步完成： 進(jìn)料液體在膜進(jìn)料側(cè)蒸

10、發(fā)形成飽和蒸汽， 飽和蒸汽透過膜到達(dá)膜的滲透?jìng)?cè)。主要應(yīng)用：主要應(yīng)用：有機(jī)溶劑脫水、水的凈化、有機(jī)混合物分離。10.2.9 其他膜過程其他膜過程（1）控制釋放）控制釋放指：指：用分離膜控制藥物的釋放速度和作用時(shí)間，被應(yīng)用于醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等方面。時(shí)間濃度有效時(shí)間常規(guī)釋放控制釋放有效濃度兩種不同給藥方式的對(duì)比（2）膜反應(yīng)器）膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器中，可以利用膜的選擇透過性，連續(xù)脫除某些反應(yīng)產(chǎn)物，保留反應(yīng)物或中間產(chǎn)物，以促使反應(yīng)不斷向生成物方向進(jìn)行，提高可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，減少未反應(yīng)物的循環(huán)量。分為兩大類：分為兩大類：催化膜反應(yīng)器、惰性膜反應(yīng)器。 基礎(chǔ)研究 過程開發(fā) 過程優(yōu)化低速增長(zhǎng)價(jià)格穩(wěn)定性高速增長(zhǎng)使用可靠性技術(shù)狀況出售狀況MDMRMECAT FTMDMFdMELMPVGSCREDROUFMFDD