膜分離技術(shù)在環(huán)境及生活中的應(yīng)用

1、 論文標(biāo)題：膜分離技術(shù)在環(huán)境及生活中的應(yīng)用成績(jī)批閱人2015-2016第二學(xué)期（課程考查論文）課程名稱：  現(xiàn)代分離方法與技術(shù) 論文標(biāo)題： 膜分離技術(shù)在環(huán)境及生活中的應(yīng)用 專業(yè)班級(jí)：  13應(yīng)用化學(xué)（含職教師范） 學(xué) 號(hào)：     20134329 姓 名：     張小龍 考查時(shí)間:      2016年6月23 選題結(jié)構(gòu)表達(dá)格式綜合總分批閱人目錄1.前言31.膜分離技術(shù)31.1膜的基本概念31.2膜的基本特性3 1.3膜分

2、離的基本原理32.膜分離法的分類43.膜分離技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)43.1.1膜分離技術(shù)的發(fā)展43.1.2膜分離技術(shù)的特點(diǎn)44.膜分離技術(shù)在環(huán)境及生活中的一些應(yīng)用54.1膜在環(huán)境上的應(yīng)用54.1.1膜在大氣中的應(yīng)用5 4.1.2膜在固體廢物中的應(yīng)用54.1.3膜在廢水中的應(yīng)用64.2膜在生活中的應(yīng)用6 4.2.1膜在飲水中的應(yīng)用6 4.2.2膜在啤酒無(wú)菌過(guò)濾中的應(yīng)用6 4.2.3膜在除油煙上的應(yīng)用65.膜分離技術(shù)的發(fā)展前景66.結(jié)論7參考文獻(xiàn)8 膜分離技術(shù)在環(huán)境及生活中的應(yīng)用摘 要：膜分離技術(shù)( Membrane Separation Technologies)被公認(rèn)為20世紀(jì)末至21世紀(jì)中期最有發(fā)

3、展前途的高新技術(shù)之一。隨著膜設(shè)備和技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其在各行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。并以使海水淡化、燒堿生成、乳品加工等多種傳統(tǒng)的工藝生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的改變。本文基于一系列文獻(xiàn)基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單介紹了膜分離技術(shù)的特性以及它在環(huán)境如大氣、水、廢液、有機(jī)物處理和生活等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：膜分離技術(shù)；環(huán)境；生活；應(yīng)用前言：膜分離技術(shù)是指用天然或人工合成的具有選擇透過(guò)性膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和濃縮的邊緣學(xué)科高新技術(shù)1。由于膜分離技術(shù)具有節(jié)能、高效、簡(jiǎn)單、造價(jià)低、無(wú)相變、可在常溫下連續(xù)操作等優(yōu)點(diǎn)， 而且特別適合熱敏性物質(zhì)的處理的特點(diǎn)，其應(yīng)用已滲透到

4、人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、生物工程、醫(yī)藥和保健、食品和生化工程等行業(yè)2。雖然膜分離技術(shù)的應(yīng)用在許多方面離產(chǎn)業(yè)化要求還有很長(zhǎng)的距離，但是隨著新型膜材料的不斷開(kāi)發(fā)、高效的強(qiáng)化膜過(guò)程分離技術(shù)研究的不斷深入, 膜分離技術(shù)應(yīng)將得到更加廣泛的應(yīng)用，其在未來(lái)是世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)，它將在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更引人注目的作用。現(xiàn)本文對(duì)膜分離技術(shù)的一些特點(diǎn)及其環(huán)境與生活方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述， 并且提出了膜分離技術(shù)的發(fā)展前景。1、 膜分離技術(shù) 1.1膜的基本概念 膜，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。膜的厚

5、度在0.5mm以下，否則，就不稱為膜。1.2膜的基本特性 （1）不管膜多薄, 它必須有兩個(gè)界面，這兩個(gè)界面分別與兩側(cè)的流體相接觸。 （2）膜傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過(guò)，而不允許其它物質(zhì)透過(guò)。1.3膜分離的基本原理 現(xiàn)代膜分離技術(shù)分離的根本原理在于膜具有選擇透過(guò)性。膜分離法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法，可用于液相和氣相。對(duì)于液相分離，可用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其他微粒的水溶液體系。例如以選擇性膜為分離介質(zhì)，通過(guò)在膜兩邊施加一個(gè)推動(dòng)力（如濃度差、壓力差或電位

6、差等）時(shí)，使原料側(cè)組分選擇性地透過(guò)膜，以達(dá)到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為膜上游，透過(guò)側(cè)稱為膜下游。2、膜分離法的分類 膜分離法通常可以分為：電滲析、反滲透、超濾、微濾、納濾、萃取。3、膜分離技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)3.1膜分離技術(shù)的發(fā)展3 (1)50年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開(kāi)始了反滲透膜的研究。真正意義上的分離膜出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水-丙酮-溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超過(guò)濾膜。美國(guó)Amicon公司首先將這種膜商品化。 (2)1967年，DuPont公司

7、研制成功了以尼龍-66為主要組分的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥DDS公司研制成功平板式反滲透膜組件。反滲透膜開(kāi)始工業(yè)化。 (3)自上世紀(jì)60年代中期以來(lái)，膜分離技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是超過(guò)濾膜（簡(jiǎn)稱UF膜）、微孔過(guò)濾膜（簡(jiǎn)稱MF膜）和反滲透膜（簡(jiǎn)稱RO膜）。以后又開(kāi)發(fā)了許多其它類型的分離膜。 (4)在此期間，除上述三大膜外，其他類型的膜也獲得很大的發(fā)展。80年代氣體分離膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了進(jìn)一步提高。具有分離選擇性的人造液膜是馬?。∕artin）在60年代初研究反滲透時(shí)發(fā)現(xiàn)的，這種液膜是覆蓋在固體膜之上的，為支撐液膜。 60年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)

8、現(xiàn)含有表面活性劑的水和油能形成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體膜支撐的新型液膜，并于1968年獲得純粹液膜的第一項(xiàng)專利。 70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流動(dòng)載體的液膜，使液膜分離技術(shù)具有更高的選擇性。3.2膜分離技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）在常溫下進(jìn)行有效成分損失極少，特別適用于熱敏性物質(zhì)，如抗生素等醫(yī)藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮（2）無(wú)相態(tài)變化保持原有的風(fēng)味，能耗極低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8（3）無(wú)化學(xué)變化典型的物理分離過(guò)程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染（4）選擇性好可在分子級(jí)內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無(wú)法取代的卓越性能（5）適應(yīng)性強(qiáng)處理規(guī)?？纱罂尚?，

9、可以連續(xù)也可以間隙進(jìn)行，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易于自動(dòng)化（6）能耗低只需電能驅(qū)動(dòng)，能耗極低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8缺點(diǎn)：（1)膜面易發(fā)生污染，膜分離性能降低，故需采用與工藝相適應(yīng)的膜面清洗方法；（2)穩(wěn)定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用范圍有限；（3)單獨(dú)的膜分離技術(shù)功能有限，需與其他分離技術(shù)連用。4、膜分離技術(shù)在環(huán)境及生活中的一些應(yīng)用4.1膜在環(huán)境上的應(yīng)用4.1.1膜在大氣中的應(yīng)用 （1）在汽車(chē)尾氣6的排放時(shí)，在尾氣的處理過(guò)程上可能會(huì)用到膜的分離技術(shù)進(jìn)行限制尾氣排放中的有害氣體（CO2、SO2 、CO、NO2 )等氣體及雜質(zhì)的排放到空氣中，導(dǎo)致環(huán)境的破壞。而在汽

10、車(chē)的尾氣排氣系統(tǒng)上進(jìn)行膜的分離從而可以很好的保護(hù)環(huán)境，也能使燃料充分的燃燒，既節(jié)省資源又保護(hù)了環(huán)境。 （2）用膜分離技術(shù)進(jìn)行采樣，分離效果好并且起富集作用，以硅銅膜滲透采樣法測(cè)空氣中的SO2為例SO2通過(guò)滲透膜，被塑料中的四氯汞鈉4吸收液吸收，形成亞硫酸二氯化汞絡(luò)合物，直接測(cè)定吸收液中SO2含量并以此求出周?chē)諝庵蠸O2濃度(mg/m3 )，這是一種實(shí)用價(jià)值較高的方法，該法設(shè)備簡(jiǎn)單且測(cè)定范圍大(0.00450mg/m3)。以核膜孔作采樣濾膜 HNO3-H2O2 浸洗，無(wú)焰原子吸收光譜法可同時(shí)測(cè)大氣飄塵中的錳和鉛，檢出限分別為5.0 x 10 和9.5 X 10克/米大氣，此法的優(yōu)點(diǎn)是： 膜的吸

11、收性小，采樣前后無(wú)需在干燥器中長(zhǎng)時(shí)間衡重。重復(fù)試驗(yàn)使用一次或數(shù)次的空 白膜 、錳 、鉛、鎘 、鎳的本底值均為零。采樣效率高：兩張濾膜疊放錳 、鉛 的收集教率達(dá) 100。洗脫方便，混酸(1M H N03 與3H202按 4：1體積臨時(shí)配制)浸洗30分鐘，金屬成分已浸洗完全。經(jīng)浸洗沖凈的濾膜，其性能不變，可繼續(xù)使用。故用此法，成本低，方法簡(jiǎn)單。此外大氣中微量 SO2還可用電導(dǎo)全傳感膜進(jìn)行分離測(cè)定，它不受 H2S 或 CH3SH 的影響，重 現(xiàn)性好 。 （3）在工業(yè)上的有害氣體排入到大氣中時(shí)，用膜的分離技術(shù)在工廠尾氣的排放的排出口采用膜分離，這樣可以將氣體中的有害雜質(zhì)和氣體阻擋，使其不進(jìn)入大氣，從而

12、也避免了空氣受污染，這樣也使得空氣更新鮮環(huán)境更美好。4.1.2膜在固體廢物中的應(yīng)用隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的不斷提高，工業(yè)發(fā)展的比較快速，有許多的含固體廢物被到處亂排亂發(fā)放，導(dǎo)致了水體、空氣及土壤含有重金屬及不可降解的固體物。在膜分離技術(shù)上存在含固體物時(shí)可以首先經(jīng)過(guò)濾的方式先除去一些非金屬及膠體類雜質(zhì)，然后再用陽(yáng)離子或者是陰離子交換膜除去其中的固體成分，這樣也能在水體中通過(guò)膜的分離技術(shù)很好的使固體污染在水體中不存在，是水體的溶解平衡，水體沒(méi)有固體污染，變得更加潔凈。4.1.3膜在廢水中的應(yīng)用 隨著工業(yè)化的發(fā)展，大量的工業(yè)廢水和生活廢水排入水體中，嚴(yán)重影響了水質(zhì)。為了保護(hù)環(huán)境不受污染，并能回收一

13、些有用物質(zhì)，需對(duì)工業(yè)和生活污水進(jìn)行處理，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。廢水處理中常采用超濾和納濾技術(shù)5。據(jù)研究采用納濾技術(shù)處理城市污水，可有限地降低水的濁度、色度及有機(jī)物；經(jīng)超濾處理后的出水可用于循環(huán)冷卻水、造紙用水等對(duì)水質(zhì)要求不高的工業(yè)用水水源，這大大地提高了水的利用率，也保護(hù)了水資源的循環(huán)利用。4.2、膜在生活中的應(yīng)用4.2.1膜在飲用水中的應(yīng)用 近年來(lái)，膜分離技術(shù)在飲用水制取方面得到了廣泛應(yīng)用，而且處理規(guī)模也越來(lái)越大。僅應(yīng)用超濾工藝的水廠中凈化規(guī)模每天在 20×104m3以上的已有數(shù)據(jù)，超濾水廠的總處理量已超過(guò)每天 800×104m3 9。還有許多廠家利用微濾工藝進(jìn)行處理，可見(jiàn)

14、，膜處理法已經(jīng)成為飲用水制取最常見(jiàn)的方法。微濾可以有效去除小顆粒有機(jī)物和懸浮固體，但天然和人工合成的有機(jī)物僅用微濾的方法是不能去除的，需要與其他方法相結(jié)合，微濾結(jié)合混凝、吸附預(yù)飲用水越來(lái)越引起人們的關(guān)注，趙鵬10等人用兩個(gè) PAC結(jié)合微濾技術(shù)處理河水，在兩個(gè)反應(yīng)器中維持很高的出水通量達(dá)到 167L/m2·h，實(shí)驗(yàn)證明不同粒徑的 PAC，在高通量下都對(duì)有機(jī)物有很好的去除率。韓國(guó)的 Jeong-ikOh10等人研究微濾結(jié)合在線快速攪拌器加混凝劑生產(chǎn)飲用水，當(dāng)加入混凝劑為1.1 mg/L時(shí)，膜阻力最小，電勢(shì)接近于零，此時(shí)具有很好的處理效果。4.2.2在啤酒無(wú)菌過(guò)濾中的應(yīng)用啤酒的無(wú)菌過(guò)濾是啤

15、酒生產(chǎn)過(guò)程中提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系著啤酒品質(zhì)的穩(wěn)定性、外觀及口感。曹義鳴等7采用無(wú)機(jī)陶瓷膜對(duì)啤酒進(jìn)行除菌過(guò)濾，對(duì)膜孔徑的選擇、膜器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、膜濾運(yùn)行過(guò)程強(qiáng)化等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，提出了一套新型高效的膜器結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)的依據(jù)；翁佩芳等8還采用膜錯(cuò)流過(guò)濾和新型的無(wú)菌灌裝系統(tǒng)的消毒滅菌方法對(duì)無(wú)菌生啤酒的生產(chǎn)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，使整個(gè)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)高效、優(yōu)化運(yùn)行，同時(shí)加強(qiáng)生產(chǎn)操作及衛(wèi)生的管理，生產(chǎn)出色澤、品質(zhì)優(yōu)良、保質(zhì)期長(zhǎng)的無(wú)菌鮮啤酒。4.2.3膜在除油煙上的應(yīng)用 生活水平的提高，居住地比較密集。家庭生活中排放的油煙中的PAHs對(duì)環(huán)境的危害非常大，對(duì)人體的皮膚也起到了很大的副作用，因此在廚房

16、通常會(huì)裝油煙機(jī)，但是只能部分的從室內(nèi)將油煙搬運(yùn)到室外，完全起不到除去的效果，所以說(shuō)可以在抽風(fēng)機(jī)上或者在風(fēng)口出處應(yīng)用親和膜的技術(shù)及微孔過(guò)濾可以過(guò)濾出雜質(zhì)及油煙，這樣就可以使生活的質(zhì)量更高，而且也能使環(huán)境的污染更小。5、膜分離技術(shù)的發(fā)展前景目前膜分離技術(shù)在許多方面得到廣泛應(yīng)用，而且在某些方面應(yīng)用得還比較成熟。在對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高、生產(chǎn)成本要求不斷降低的今天，膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯， 其必將取代傳統(tǒng)的低效分離技術(shù)。但我們也應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到， 膜分離技術(shù)的大量應(yīng)用畢竟是近幾十年開(kāi)始的，許多方面還不成熟， 還有待進(jìn)一步深入的研究，筆者認(rèn)為主要面臨三個(gè)方面的主要問(wèn)題，即選擇性問(wèn)題、通量穩(wěn)定性問(wèn)題和產(chǎn)值

17、問(wèn)題。選擇性問(wèn)題應(yīng)集中于膜材料的研究，繼續(xù)開(kāi)發(fā)功能高分子膜材料和無(wú)機(jī)膜材料。對(duì)仿生膜、高效電解質(zhì)膜、分子識(shí)別型膜的研究需要達(dá)到智能化、高效化和專一化目標(biāo)。膜通量的穩(wěn)定性和產(chǎn)值比問(wèn)題應(yīng)集中于滲透時(shí)的防污染和膜過(guò)程強(qiáng)化的研究上。無(wú)論采用那種類型的膜，都存在膜孔被堵塞、膜表面形成黏性附層等膜污染問(wèn)題，這極大的影響了通量的穩(wěn)定性和產(chǎn)值比。因此應(yīng)研究一種適用面廣的強(qiáng)化膜過(guò)程分離技術(shù)，以減少膜污染、增大過(guò)濾通量、延長(zhǎng)膜壽命。這需要將許多因素結(jié)合起來(lái)綜合考慮，如選擇合適的膜材，合理的膜組件設(shè)計(jì)、具有針對(duì)性的清洗和防污染方法、以及周密的工藝流程設(shè)計(jì)等方面。雖然膜分離技術(shù)的廣泛成熟應(yīng)用在許多方面離產(chǎn)業(yè)化要求還有

18、很長(zhǎng)的距離，但是隨著新型膜材料的不斷開(kāi)發(fā)、高效的強(qiáng)化膜過(guò)程分離技術(shù)研究的不斷深入，膜分離技術(shù)應(yīng)將得到更加廣泛的應(yīng)用，其在未來(lái)是世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)，它將在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更引人注目的作用。因此，目前膜分離技術(shù)已成為分離混合物的重要方法，越來(lái)越受到人們的重視，其應(yīng)用前景必將更加廣闊。6、結(jié)論 雖然膜分離技術(shù)的廣泛成熟應(yīng)用在許多方面離產(chǎn)業(yè)化要求還有很長(zhǎng)的距離，但是隨著新型膜材的不斷開(kāi)發(fā)、高效的強(qiáng)化膜過(guò)程分離技術(shù)研究的不斷深入，膜分離技術(shù)應(yīng)將得到更加廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)1施亮星，何楨.應(yīng)用穩(wěn)健性設(shè)計(jì)改進(jìn)真空鍍膜質(zhì)量J.數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理，2010-03-222張文英,施南華,楊昌紅等.膜分離技術(shù)在中藥制備中的應(yīng)用進(jìn)展J.云南化工, 2003,23(5):27-31. 3丁明玉，第二版-現(xiàn)代分離方法與技術(shù)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.3(2014.5重?。?任鐘旗,郭玉海,劉君騰,張衛(wèi)東. 聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜在大氣除塵過(guò)程中的應(yīng)用A. 第四屆環(huán)境與發(fā)展中國(guó)(國(guó)際)論壇論文集C. 20085羅玉輝，隋明明.新型膜組件及超濾膜在焦化廢水處理中的應(yīng)用.