膜分離技術簡介課件

1、2012年3月膜分離技術簡介1目錄1 膜技術概述2 膜分離裝置3 極化、污染現(xiàn)象和控制4 典型的膜分離技術及應用領域5 膜工程前沿技術21 膜技術概述31.1 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。 膜上游 膜 膜下游選擇性膜41.2 膜分離的優(yōu)點在常溫下進行 有效

2、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 無化學變化 典型的物理分離過程，不用化學試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染 選擇性好 可在分子級內(nèi)進行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能 適應性強處理規(guī)模可大可小，可以連續(xù)也可以間隙進行，工藝簡單，操作方便，易于自動化 51.2 膜分離技術發(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。我國膜科學技術的發(fā)展是從1958年研究離子交換膜開始的。60年代進入開創(chuàng)階段。

3、1965年著手反滲透的探索，1967年開始的全國海水淡化會戰(zhàn)，大大促進了我國膜科技的發(fā)展。70年代進入開發(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年代跨入了推廣應用階段。80年代又是氣體分離和其他新膜開發(fā)階段。 61.3 膜的分類a. 按膜的材料分類 類 別膜材料舉 例纖維素酯類纖維素衍生物類醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亞)胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他殼聚糖，聚電解質(zhì)等7b. 按膜的

4、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 Fiber)。8d. 按膜的結構分類 按膜的結構分為： 對稱膜(Symmetric Membrane) 非對稱膜(Asymmetric Membrane) 復合膜(Composite Membrane)91.4 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，

5、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。10表2 幾種主要分離膜的分離過程膜過程推動力傳遞機理透過物截留物膜類型微濾壓力差顆粒大小形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒纖維多孔膜超濾壓力差分子特性大小形狀水、溶劑小分子膠體和超過截留分子量的分子非對稱性膜納濾壓力差離子大小及電荷水、一價離子、多價離子有機物復合膜反滲透壓力差溶劑的擴散傳遞水、溶劑溶質(zhì)、鹽非對稱性膜復合膜11膜過程推動力傳遞機理透過物截留物膜類型滲析濃度差溶質(zhì)的擴散傳遞低分子量物、離子溶劑非對稱性膜電滲析電位差電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)離子交換膜氣體分離壓力差氣體和蒸汽的擴散

6、滲透氣體或蒸汽難滲透性氣體或蒸汽均相膜、復合膜，非對稱膜滲透蒸發(fā)壓力差選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶質(zhì)或溶劑均相膜、復合膜，非對稱膜液膜分離濃度差反應促進和擴散傳遞雜質(zhì)溶劑乳狀液膜、支撐液膜續(xù)上表121.5 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。1314 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

7、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。15a. 纖維素酯類膜材料 纖維素是由幾千個椅式構型的葡萄糖基通過1, 4甙鏈連接起來的天然線性高分子化合物，其結構式為：16 從結構上看，每個葡萄糖單元上有三個羥基。在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進行酯化反應，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

8、 CH2COOH17 醋酸纖維素是當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。18醋酸纖維素膜的結構示意圖99表皮層，孔徑（810）1010m過渡層，孔徑2001010m多孔層，孔徑（10004000）1010m1%19顯微鏡下膜的照片20b. 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。21 聚砜類樹脂具有良好的化學、熱學和水解穩(wěn)定性，強度也很高，pH值適應范圍為113，最高使

9、用溫度達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。22 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，用它們制成的分離膜，pH適用范圍為311，分離率可達99.5（對鹽水），透水速率為0.6 ml/cm2h。長期使用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團易與氯反應，故這種膜對水中的游離氯有較高要求。23常見材料的最高允許使用溫度名稱溫度CA 聚酰胺 聚苯并咪唑 聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚 磺化聚砜 聚醚砜酮40 35 9070 70 120 16024無機膜多

10、以金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷為材料。從結構上可分為致密膜、多孔膜和復合非對稱修正膜三種。251.6 膜的保存 分離膜的保存對其性能極為重要。主要應防止微生物、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構。26 膜的收縮主要發(fā)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，嚴重時還會造成膜的破裂。當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。272 膜分離裝置28將膜、固定膜的支撐材料、

11、間隔物或管式外殼等組裝成的一個單元稱為膜組件。膜組件的結構及型式取決于膜的形狀,工業(yè)上應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)2930(1)、板框式(Plate-and-Frame)膜組件 板框式是最早使用的一種膜組件。其設計類似于常規(guī)的板框過濾裝置, 膜被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。不同的板框式設計的主要差別在于料液流道的結構上。3132(2)、管式(Tubular)膜組件 管式

12、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被收集。對外壓式膜組件,膜則被澆鑄在多孔支撐管外側面。加壓的料液流從管外側流過,滲透溶液則由管外側滲透通過膜進入多孔支撐管內(nèi)。無論是內(nèi)壓式還是外壓式,都可以根據(jù)需要設計成串聯(lián)或并聯(lián)裝置。3334(3)、螺旋卷式(Spiral Wound)膜組件 目前,螺旋卷式膜組件被廣泛地應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?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

13、的內(nèi)部結構也可被設計成多種不同的形式。3536(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, 沿纖維外側平行于纖維束流動,透過液則滲透通過中空纖維壁進入內(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。 3738各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能的比較分別見下表。393、 濃差極化、污染現(xiàn)象和控制40濃 差 極 化 定 義 在

14、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)。41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，可通過降低膜兩側壓差，減小料液中溶質(zhì)濃度，改善膜面流體力學條件，來減輕濃差極化程度，提高膜的透過流量。42膜表面附近濃度升高，增大了膜兩側的滲透壓差，使有效壓差減小，透過通量降低。當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。當分離含有菌體、細

15、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)43 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.44膜污染不僅造成透過通量的大幅度下降，而且影響目標產(chǎn)物的回收率。為保證膜分離操作高效穩(wěn)定地進行，必須對膜進行定期清洗，除去膜表面及膜孔內(nèi)的污染物，恢復膜的透過性能。45 膜的清洗一般選用水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑。具體用何種清洗劑應根據(jù)膜的性質(zhì)和污染物的性質(zhì)而決定

16、，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。46如果用清水清洗就恢復膜的透過性能，則不需使用其他清洗劑。對于蛋白質(zhì)的嚴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。47 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，得采取必要的措施防止或減輕膜污染。例如，選用高親水性膜或對膜進行適當?shù)念A處理(如聚砜膜用乙醇溶液浸泡)，均可緩解污染程度。此外，對料液進行適當?shù)念A處理(如進行預過濾、調(diào)節(jié)pH值)，也可相當程度地減輕污染的發(fā)生。48 如何防止膜污染以及開發(fā)高效節(jié)能的污染清除技術是進

17、一步普及膜分離技術的關鍵之一。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。49膜分離技術應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 膜結構選擇 組件結構選擇 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應用常識及注意事項50典型的膜分離技術應用領域： 典型的膜分離技術有微孔過濾(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。5152umARELATIVESIZE OFCOMMONMATERI

18、AL過濾對象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueous salts中水鹽份Metal ions金屬離子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY過濾方法Pyrogens熱源Virus病毒Colloidal silica膠體硅Albumin protein白蛋白Bacteria細菌Carbon black碳黑Paint pigment顏料色素Yeast cells酵母Milled flour面粉Beach sand海灘沙礫

19、Pollens花粉RO反滲透Ultrafiltration 超濾Microfiltration微濾Particle filtration一般過濾THE FILTRATION SPECTRUM 過濾譜圖NF 納濾5354554.1 超濾技術1. 超濾和超濾膜的特點 超濾技術始于 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，達到溶液的凈化、分離及濃縮目的。56 超濾技術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，

20、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。57 超濾膜的結構一般由三層結構組成。 即最上層的表面活性層，致密而光滑，厚度為0.11.5m，其中細孔孔徑一般小于10nm； 中間的過渡層，具有大于10nm的細孔，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。58 中空纖維狀超濾膜的外徑為0.52m。特點是直徑小，強度高，不需要支撐結構，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)

21、表面積很大，能有效提高滲透通量。 59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。60超濾膜截留分子量的確定61中空纖維超濾膜結構單 內(nèi) 皮 層雙 皮 層624.2 反滲透技術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，反滲透技術已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純

22、水制備、廢水處理等方面，反滲透技術有其他方法不可比擬的優(yōu)勢。63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位與高濃度溶液中水的化學位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。64 隨著水的滲透，高濃度水溶液一側的液面升高，壓力增大。當液面升高至H時，滲透達到平衡，兩側的壓力差就稱為滲透壓（圖b）。滲透過程達到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。65 如果在高濃度水溶液一側加壓，使高濃度水溶液側與低濃度水溶液側的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過半透膜流向

23、低濃度水溶液側，這一過程就稱為反滲透（圖c）。 66 反滲透技術所分離的物質(zhì)的分子量一般小于500，操作壓力為 2100MPa。 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。67 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、選擇吸附毛細管流動理論、溶解擴散理論等。68 一般來說，分離溶液中分子量低于500的低分子物質(zhì)，應該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于500的大分子或極細的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑0

24、.110m的粒子應該選微孔膜。 69表3 反滲透、超濾和微孔過濾技術的原理和操作特點比較分離技術類型反滲透超濾微孔過濾膜的形式表面致密的非對稱膜、復合膜等非對稱膜，表面有微孔微孔膜膜材料纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、PVC等操作壓力 /MPa21000.10.50.010.2分離的物質(zhì)分子量小于500的小分子物質(zhì)分子量大于500的大分子和細小膠體微粒0.110m的粒子分離機理非簡單篩分，膜的物化性能對分離起主要作用篩分，膜的物化性能對分離起一定作用篩分，膜的物理結構對分離起決定作用水的滲透通量 /(m3.m-2.d-1)0.12.50.5520200704.3 納濾技術（nanofi

25、ltration, NF）1. 納濾膜的特點 納濾膜是八十年代在反滲透復合膜基礎上開發(fā)出來的，是超低壓反滲透技術的延續(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中分離出來，成為獨立的分離技術。71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。72 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（0.51MPa）。其被分離物質(zhì)的尺寸介

26、于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。 73 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。74MF蛋白質(zhì)細菌MW 1umROUFFNF正好介于UF和RO之間，截留分子量大概在300 - 1000。754.4 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。這三種膜的可交換離

27、子分別對應為陽離子、陰離子和陰陽離子。76（2）按膜的結構和功能分類 按膜的結構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行鹽的濃縮、有機物質(zhì)的分離等。772. 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、陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離子交

28、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。78 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。 79+陽極陰極Cl-Na陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜電滲析過程原理圖80實際應用的電滲析器814.5 滲透蒸發(fā)技術1. 滲透蒸發(fā)技術和滲透蒸發(fā)膜的特點 滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關注的膜分離技術。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側組分的蒸氣分

29、壓差的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達到分離目的的一種膜分離方法?？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。82 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，上側為存放待分離混合物的液相室，下側是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室。混合物通過高分子膜的選擇滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側。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。83圖6

30、a 滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化)84圖6b 滲透蒸發(fā)分離示意圖(惰性氣體吹掃)85 如以透水為目的的滲透蒸發(fā)膜，應該有良好的親水性，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。864.7 氣體分離膜871. 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。88（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴散機理 該理論認為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進行：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行活性擴散，分子在膜的另一側逸出。89（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孔時產(chǎn)生的速度差來進行的。902. 制備氣體分離膜的材料（1）影響氣體分離膜性能的因素 1）化學結構的影響 2）形態(tài)結構的影響91 富氧膜、分離N2，CO2，SO2，H2S等氣體的膜，都已有工業(yè)化的應用。例如從天然氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離N2或CO2，從煙道氣中分離S