超濾微濾技術的應用和原理

超濾微濾技術的應用和原理1第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日一、超濾的定義

超濾是在壓差推動力作用下進行的篩孔分離過程，它介于納濾和微濾之間，膜孔范圍在1nm-0.05um.2第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、超濾的發(fā)展進程1861年Schmidt首次公布了牛心胞薄膜截留可溶性阿拉伯膠的實驗結果；1867年，Traube制成第一次人工膜；1907年開始使用“超濾”這一術語；20世紀70年代，超濾從實驗規(guī)模進入工業(yè)化應用；我國從20世紀70年代開始研究，隨后進入快速發(fā)展階段。3第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、超濾的用途

超濾主要用于從液相物質中分離大分子化合物（蛋白質、核酸聚合物、淀粉、天然膠、酶等）、膠體分散液（粘土、顏料、礦物料、乳液粒子、微生物）以及乳液（潤滑脂、洗滌劑、油水乳液）。采用先與適合的大分子結合的方法也可以從水溶液中分離金屬離子、可溶性溶質和高分子物質（如蛋白質、酶、病毒），以達到凈化、濃縮的目的。4第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日四、超濾的基本原理超濾的分離機理是“篩分”分子級的物質，即它可截留溶液中溶解的大分子物質，而透過小分子物質。理想的超濾膜分離是篩分過程，在壓力推動下，進料液中的溶劑和小分子溶質透過膜進入濾液側，溶液中的大分子物質、膠體、蛋白質等被超濾膜截留濃縮?！昂Y分膜”和“深層膜”的比較——5第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日6第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日7第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日8第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日9第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日五、超濾膜的特性超濾膜按形態(tài)結構可分兩類：對稱膜和非對稱膜超濾膜的分離特性：透過通量（速度）和截留率（分離效果）超濾膜的材料：1）有機高分子材料（纖維素衍生物、聚砜類、乙烯類聚合物、含氟類聚合物）2）無機材料（多孔金屬、多孔陶瓷、分子篩）10第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日4.超濾膜的制備——有機高分子超濾膜采用相轉化法、拉伸法、復合膜法、燒結法、核徑跡法等無機超濾膜采用固體粒子燒結法、溶膠凝膠法、陽極氧化法、動態(tài)膜法、薄膜沉積法、水熱法等；11第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日六、超濾膜的污染及控制膜污染的定義:

指處理物料中的微粒，膠體粒子或溶質大分子，由于與膜存在物理化學相互作用或機械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附，沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化。濃差極化超濾時，由于篩分作用，料液中的部分大分子溶質會被膜截留，溶劑及小分子溶質則能自由地透過膜，從而表現(xiàn)出超濾膜的選擇性。被截留的溶質在膜表面處積聚，其濃度會逐漸升高，在濃度梯度的作用下，及近膜面的溶質又以相反方向向料液主體擴散，平衡狀態(tài)時膜表面形成一溶質濃度分布邊界層，對溶劑等小分子物質的運動起阻礙作用。這種現(xiàn)象稱為膜的濃差極化，是一個可逆過程。3.

造成膜污染的主要原因：料液性質膜及膜組件性質操作條件12第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日4.控制措施膜的壓差較低時，膜自身的機械阻力和膜污染阻力占主導地位，應盡量減少膜污染阻力來提高膜的運行水平膜材料：與溶質電荷相同的強親水和強疏水性膜較耐污染；膜孔徑：一般選孔徑比被截留粒子尺寸小一個數(shù)量級的膜；溶液pH值：一般把它調(diào)至遠離等電點，可減少污染；鹽：自身沉積或改變蛋白質性質而產(chǎn)生膜污染；溫度：適宜的料液溫度會減少膜的污染。13第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日4.控制措施B.膜的壓差較高時，濃差極化產(chǎn)生的阻力占主導地位，此時應著重減少濃差極化阻力，其措施主要是：增大料液流速；升高料液溫度；選擇合適的膜組件結構C.膜壓差很高時，凝膠層阻力占主導地位，凝膠層是由濃差極化造成的，所以防止凝膠層的形成應盡量控制濃差極化。14第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日七、超濾膜的清洗在實際膜分離技術應用中，盡管選擇了較合適的膜和適宜的操作條件下，在長期運行中，過濾通量隨運行時間的增加必然產(chǎn)生下降現(xiàn)象，即膜污染問題必然發(fā)生，此時需要采取一定的清洗方法，使膜面或膜孔內(nèi)污染物去除，從而達到過濾通量恢復，延長膜壽命的目的。1.影響膜清洗的因素：膜的化學特性和污染物特性2.膜的清洗方法物理方法：水力方法和氣液脈沖法化學方法：物理清洗——清洗劑擴散到污垢表層——滲透擴散進污垢層——清洗反應——清洗反應產(chǎn)物轉移至清洗劑體系15第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日七、超濾膜的清洗3.常見的化學清洗劑酸堿液表面活性劑氧化劑酶4.清洗效果評價通常用純水透水率恢復系數(shù)r來表示清洗效果：

r=J/J0*100%J為清洗后膜的通量，J0為膜清洗前的初始通量16第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日七、超濾的應用工業(yè)廢水處理食品工業(yè)中的應用高純水制備中的應用生物制藥領域的應用17第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日膜技術應用——微濾18第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日一、微濾的定義

微濾是在壓差推動力作用下進行的篩孔分離過程，膜孔范圍在0.05um-20um.19第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、微濾的發(fā)展進程19世紀中葉開始出現(xiàn)微濾膜技術；20世紀初開始對該技術進行系統(tǒng)研究；20世紀60年代開始進入飛躍發(fā)展階段；我國對該項技術的研究始于20世紀五、六十年代，80年代初期開始起步并得到快速發(fā)展。20第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、微濾的應用領域

微濾主要從氣相和液相物質中截留微米及亞微米級的細小懸浮物、微生物、微粒、細菌、酵母、紅血球、污染物等以達到分離、凈化和濃縮的目的。21第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日四、微濾的分離機理微濾的分離機理是篩分機理，膜的物理結構起決定性作用。此外，吸附和電性能對截留也有影響。微濾膜的截留分表面層截留和內(nèi)部截留兩種：表面層截留：機械截留作用、物理作用或吸附截留作用、架橋作用膜內(nèi)部截留：膜的網(wǎng)絡內(nèi)部截留作用，是指將微粒截留在內(nèi)部而不是在膜的表面22第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日五、微濾的操作模式無流動操作（靜態(tài)過濾或死端過濾）錯流操作（動態(tài)過濾）23第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日24第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日25第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日26第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日六、微濾膜的特性微濾膜的分類：按形態(tài)結構可分兩類對稱膜和非對稱膜按材料可分兩類有機膜和無機膜微濾膜的結構：具有毛細管狀孔結構的篩網(wǎng)型微孔濾膜具有曲孔的深度型微孔濾膜27第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日3.微濾膜的特點微濾主要以篩分機理截留粒子而分離，所有比膜孔徑大的粒子全部截留，其他深層過濾介質達不到絕對截留的要求孔徑分部均勻，過濾精度高，可靠性強孔隙率高，過濾速度快微濾膜整體性強，不脫落，不對物料產(chǎn)生二次污染，且膜層薄，對物料吸附少，減少損失與其它深層過濾方法結合使用，可延長微濾膜使用壽命。28第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日4.微濾膜材料

對于微濾膜，選擇膜材料時材料的加工要求、耐污染能力和其化學及熱穩(wěn)定性等是主要的考慮因素用于微濾膜制備的材料包括有機高分子材料和無機材料（見表）29第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日5.微濾膜的制備技術微濾膜的制備包括燒結法、拉伸法、相轉化法、徑跡蝕刻法和溶膠凝膠法等30第三十頁，共三十二頁，2022年，8月28日七、微濾膜的污染及控制微濾膜的污染與過濾阻力主要是來自于被截留的溶質或顆粒在膜的表面形成的濃差極化和濾餅層的阻力及顆粒在膜微孔中的吸附和堵塞。減少膜污染的措施——31第三十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日2.減少膜污染的措施——料液的預處理：絮凝沉淀、多介質機械過濾、熱處理、調(diào)pH值、加配位劑（EDTA等）、氯